Sobrealimentaion En Motores A Diesel.docx

3.1 SOBREALIMENTACIÓN MECÁNICA Sobrealimentación mecánica: - Comportamiento del compresor poco sensible al régimen, generando un grado de sobrealimentación constante. - Respuesta instantánea del compresor a cambios de régimen del motor (ayuda a la aceleración). - Potencia absorbida por el compresor reduce el rendimiento global del motor. - Volumen y peso del compresor.

3.2 SOBREALIMENTACIÓN POR GASES DE ESCAPE A diferencia de un motor atmosférico de idéntica potencia, el consumo de combustible de un motor turbo es inferior, en tanto que la energía de escape que normalmente se perdería contribuye al rendimiento del motor. Debido al menor desplazamiento volumétrico del motor turbo, las pérdidas t érmicas y por fricción son inferiores. La relación potencia-peso, es decir kilovatio (potencia)/kilogramos (peso del motor), del motor turboalimentado por gases de escape es mucho mejor que la de un motor atmosférico. La instalación del motor turbo requiere menos espacio que la de un motor atmosférico de idéntica potencia.

La característica par del motor turboalimentado es susceptible de mejora. Debido a la denominada "característica Maxidyne" (un aumento del par muy elevado a regímenes bajos del motor), se mantiene una potencia próxima a la plena potencia muy por debajo del régimen nominal del motor. Por tanto, para subir una cuesta se precisa menos cambios de marcha. y la pérdida de velocidad es menor. El comportamiento de un motor turboalimentado a gran altitud mejora notablemente. Como existe menos presión atmosférica a grande alturas, la pérdida de potencia de un motor atmosférico es considerable. Por el contrario, el rendimiento de la turbina mejora con las alturas dado que existe una mayor diferencia de presión entre la corriente de presión prácticamente constante en la entrada de la turbina y la presión ambiental más baja en la salida. La densidad baja del aire en la toma del compresor se iguala en gran parte. Así, apenas sufre pérdida de potencia alguna. Como su tamaño total es más reducido, la superficie exterior emisora de ruidos de un motor turbo es menor, por lo que este tipo de motor es menos ruidoso que un motor atmosférico de idéntica potencia. El propio turbocompresor actúa como un silenciador adicional.

3.2.1 TURBO COMPRESOR Los turbocompresores consiguen girar la turbina aprovechando la energía térmica y mecánica de los gases de escape del motor.

Los gases de escape, pobres en oxígeno, poseen una gran temperatura y velocidad que provoca el giro de una turbina solidaria con la turbina compresora. El aire atmosférico entrará a la compresora y se inyectará posteriormente al cilindro. Los turbos son los sistemas de sobrealimentación más usados en la actualidad, sobretodo en motores diesel, puesto que el aire suele entrar en exceso a los cilindros al carecer de mariposa lo que provoca un mayor rendimiento. Como desventajas tiene que se produce un gran aumento de la temperatura del aire por lo que se suelen usar intercoolers, estos son intercambiadores de aire o de aire-agua. También existe el problema que no existe un rendimiento uniforme del

turbocompresor.

Este problema es conocido como demora de respuesta, a bajas revoluciones apenas se llena el cilindro por lo que el turbo no entra en funcionamiento, este problema se sufraga añadiendo dos compresores, es decir, los conocidos sistemas biturbo: al existir dos compresores se juega con los tamaños de estos para que actuen a un menor tiempo de respuesta, dado que un menor tamaño del compresor posee menos tiempo de respuesta pero trabaja menos a un mayor par motor. También se soluciona con un turbocompresor de geometría variable que poseen álabes en la entrada de los gases de escape, que regulan la entrada de estos, y haciendo que se pueda modificar lo que sería el tamaño del compresor según el par motor en cada momento. Diesel: En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que este tipo de motor trabaja por autoencendido; es decir, el combustible se enciende espontáneamente al aumentar la temperatura del mismo. Esta temperatura es lograda por el aumento de la presión de la carga de aire en el cilindro durante la fase de compresión, y, al alcanzarse la más alta temperatura de la carga de aire,

el gasóleo es inyectado, haciendo combustión espontáneamente, obviando el sistema de encendido. Al aumentar el volumen de la carga de aire durante el ciclo de admisión mediante el uso de un turbocompresor, se logra aumentar considerablemente el rendimiento del motor, así como su capacidad de respuesta. 3.2.1.1 TURBINA Las turbinas son máquinas motrices de flujo continuo que producen trabajo mecánico medíante un sistema de alabes de formas diversas empleando la energía cinética, térmica o de presión de un fluido. Sin duda, la turbina proviene de la rueda de molino accionada por el agua o por el viento. Según el tipo de fluido, las turbinas se clasifican en hidráulicas, de vapor o de gas. Se denomina turbina de gas no solamente la máquina motriz, sino el motor completo, que incluye también otros órganos fundamentales. En el sector automovilístico, por motor de turbina se entiende normalmente la turbina de gas, ya que resulta difícil pensar en la utilización de otros tipos de turbinas para automoción. Las turbinas de gas pueden emplearse para la propulsión en 2 formas distintas: mediante los motores de reacción o turborreactores o mediante los motores de acción (por ejemplo, turbinas para automoción y turbohélices). El funcionamiento de las turbinas de gas se basa en el ciclo termodinámico de Joule. Un compresor aspira aire de la atmósfera y lo envía (comprimido) a una cámara donde se inyecta combustible, que arde de forma continua y eleva la temperatura del fluido. Detrás del generador de gas se encuentra la turbina propiamente dicha, unida directamente al compresor mediante un eje. Si la propulsión es por reacción, la turbina tiene por única misión arrastrar el compresor. Los gases de escape se aceleran en una tobera y son expulsados a gran velocidad; la variacjón de la cantidad de movimiento del fluido entre la entrada del motor y la salida de la tobera produce un empuje hacia delante que se emplea para la propulsión. La propulsión por reacción se emplea en aeronáutica y, entre los vehículos terrestres, en algunos automóviles de récord.

Si la propulsión es por acción, la turbina produce la expansión casi hasta la presión atmosférica, recibiendo más trabajo del que es necesario para accionar el compresor. El trabajo sobrante se transmite, a través de un reductor, a las ruedas del vehículo (o a la hélice, en el caso de turbohélice).

Todos los motores de los vehículos operan bajo la tercera ley del movimiento de Newton. Toda propulsión accionada por un motor requiere el uso de un fluido de trabajo o de combustible que completa una reacción química para proporcionar propulsión. Historia Motores de turbina de gas, también conocidos como motores de aviones, se han desarrollado de forma independiente en Inglaterra y Alemania durante la Segunda Guerra Mundial. Los motores diesel se han desarrollado a través de la obra de un solo científico, Rudolf Diesel. Proceso Motores de turbina de gas de trabajo de Alemania en el mismo principio que un cohete, con los gases de escape pasado a través de una boquilla para crear propulsión. Los motores diesel utilizan la combustión de combustible para crear energía

mecánica

alimentar

pistones

que

proporcionan

la

propulsión.

Uso El motor de turbina de gas se utiliza generalmente para proporcionar propulsión para avión militar y de pasajeros, con el tamaño del motor determinada por el

propósito de la aeronave. Los motores diesel se utilizan para suministrar energía a los automóviles de turismo y vehículos industriales, incluyendo camiones, trenes y grúas. 3.2.1.2 EJE CENTRAL Y COJINETES Son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en su rotación y evitar deslizamientos. Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza o máquina, pero con frecuencia van montados en soportes

convenientemente

dispuestos

para

facilitar su montaje. FUNCIÓN DE LOS COJINETES En la carcasa del motor y en la biela trabajan ejes giratorios como el cigüeñal, el eje de balancines o el árbol de compensación. Los cojinetes les prestan a éstos apoyo. Como consecuencia, los cojinetes están sometidos a una alta carga mecánica, como por ejemplo a presiones de encendido de hasta 200 bares. Pero con esto no es suficiente. Los cojinetes de fricción son esenciales para la maquinaria: sostienen o guían sus piezas móviles y reducen al mínimo la fricción y el desgaste. La fricción consume energía inútilmente. y el desgaste altera las dimensiones y el ajuste de las piezas hasta la inutilización de la máquina. CLASIFICACIÓN DE LOS COJINETES Los cojinetes se clasifican en: Cojinetes radiales, cojinetes de fricción y de rodamiento. En los cojinetes de fricción, los árboles giran con deslizamiento en sus apoyos, En los de Cojinetes axiales rodamiento, entre el árbol y su apoyo se interponen esferas, cilindros o conos, logrando que el rozamiento la dirección del Cojinetes mixtos esfuerzo que soportan se clasifican los cojinetes en: radial, axial, mixtos.

TIPOS DE COJINETES Clasificación de los cojinetes: • Cojinetes de fricción• cojinetes de rodamientos cojinetes de fricción Tienen la ventaja de su marcha tranquila y silenciosa y que pueden construirse partidos en dos, haciendo posible un montaje y desmontaje radial. Tienen el inconveniente de que no son indicados en los casos en que se deseen elevado número de revoluciones, a no ser que la carga que gravita sobre ellos sea mínima. 3.2.1.3 COMPRESOR Un motor con sobrealimentación utiliza un compresor para aumentar la masa de aire (diésel) o de mezcla aire/gasolina (motor de gasolina) que entra al cilindro en la fase de admisión, aumentando su presión en el motor de combustión interna alternativo, para aumentar la fuerza de la carrera de trabajo, es decir el par motor en

cada

revolución

y

por

tanto

la potencia.

Los

sistemas

de

sobrealimentación se inventaron a principios del siglo XX, pero en su momento solo apareció un uso práctico en los motores de aviación, con objeto de poder compensar la pérdida de densidad del aire con la altura. La presión que ejerce un sobrealimentador se mide en bar o en lb/pulgada cuadrada (psi). Una presión de 1 bar significa que dentro de la admisión hay una presión equivalente a la presión atmosférica. Un motor de automóvil puede llegar a tener una presión de 2 bar, o sea el doble que la presión atmosférica. El funcionamiento del turbo se basa en una pequeña turbina compresora metida dentro de una caracola, unida por un eje a una turbina de empuje, que es impulsada por los gases de escape. El turbo gira a altas rpm y para evitar la fricción y desgaste de sus componentes, su montaje se realiza en flotación de aceite, es decir, la bomba de aceite envía el caudal suficiente como para mantener en flotación el eje del turbo para evitar su desgaste y gripado del mismo. Todos los motores turbo alimentados llevan instalado un refrigerador de aceite, ya sea un radiador de aceite o un intercambiador de temperatura aceite-refrigerante, ya que el aceite al paso por el eje del turbo se expone a altísimas temperaturas Tipos de compresores

Dos

compresores

de

inducción

forzada

de

uso

común

son turbocompresores y sobrealimentadores. Un turbocompresor es un compresor centrífugo accionado por el flujo de gases de escape. Los sobrealimentadores utilizan varios tipos diferentes de compresores pero están alimentados directamente por la rotación del motor, por lo general a través de una transmisión por correa. El compresor puede ser centrífugo o uno de tipo Roots de compresión de desplazamiento positivo. Un ejemplo de un compresor interno es un sobrealimentador de tipo tornillo o un compresor de pistón.

3.2.1.4 VÁLVULA DE DESCARGA La válvula de descarga es una válvula mecánica que se coloca en los motores sobrealimentados entre el elemento compresor y los conductos de admisión. Su función es evitar que la presión en el colector de admisión pueda superar un determinado valor y dañar los componentes del motor.

Esto sucede en los momentos en los que la mariposa de admisión está cerrada pero el turbo compresor sigue girando por su propia inercia y sigue dando sobrepresión, un ejemplo de ello es en los cambios de velocidad. En el momento que se cambia de velocidad, se suelta el acelerador para desembragar el motor, en este momento la mariposa se cierra impidiendo el paso al aire dentro del cuerpo de admisión, donde se provoca una depresión causada por el movimiento de los cilindros.

En este momento, el turbocompresor sigue girando por su propia inercia emitiendo flujo de aire por encima de la presión atmosférica, pero al no tener por donde salir, este aire se bloquea en el tramo entre el turbocompresor y el cuerpo de la mariposa creando una sobrepresión en este conducto. Esta sobrepresión también es ejercida sobre la turbina, lo que provoca una fuerza inversa al movimiento del turbo pudiendo dañar las aspas de éste. Pasa solventar este problema se instalan estas válvulas, el cual es un simple mecanismo que libera la sobrepresión al exterior, emitiendo así ese silbido característico de descarga de aire. ¿Qué motor puede montarla? Estas válvulas únicamente pueden ser instaladas en vehículos gasolina sobrealimentados con un turbocompresor, ya que su función es la de descargar la sobrepresión de aire que genera el turbocompresor al cerrar la mariposa de gases. Para estos motores existen dos tipos diferentes de instalación en función de si el turbocompresor monta de serie una válvula Bypass o de recirculación de aire o no.

En el caso de los motores diésel sobrealimentados TDI, se dificulta su instalación ya que éstos carecen de mariposa de gases o si la portan, únicamente tienen la función de realizar la parada suave del motor por lo que en su funcionamiento normal siempre está abierta. Para este caso, existen unas válvulas de descarga electrónicas con conexión eléctrica para su apertura, pero su función únicamente es para hacer ruido.

Los vehículos con motor atmosférico no pueden montar este tipo de válvulas ya que carecen de sobrepresión de aire, pero existen en el mercado unos altavoces eléctricos que se activan mediante un interruptor que se instala en el pedal del acelerador o en la mariposa. La finalidad de este altavoz es la de hacer el ruido simulando una válvula de descarga.

¿Cómo se instala? Motores gasolina turboalimentados sin válvula de recirculación de aire Para los motores sin válvula de recirculación de aire, la válvula de descarga se monta en el tramo de admisión entre el turbocompresor y la mariposa de gases. En este tipo de instalación hay que adaptar este tramo de la admisión para poder intercalar la válvula. Por último, en la parte superior de la válvula existe un racor de tubería para conectar un tubo después de la mariposa donde se crea la depresión.

Motores gasolina turboalimentados con válvula de recirculación de aire

La instalación de la válvula en este tipo de motor es la más sencilla de todas. Este tipo de motor con válvula de recirculación de aire en el turbocompresor suelen ser de pequeña cilindrada como los TSI del grupo VAG, los TCe de Renault, los THP de Peugeot, motores PureTech de Citroën, motores EcoBoost de Ford… Este tipo de válvulas se instalan en la propia válvula de recirculación de aire del turbocompresor.

Para ello hay que quitar los tonillos de la válvula, extraerla y montar la válvula de descarga en su lugar. Por último, Hay que volver a poner la válvula de recirculación en la nueva válvula de descarga y atornillarlo todo con los 3 tornillos largos que se incorporan al comprar la válvula de descarga. Motores diésel turboalimentados La instalación de la válvula en un motor diésel es parecida a la de los motores gasolina turboalimentados sin válvula de recirculación de aire. La válvula de descarga hay que intercalarla entre el turbocompresor y el colector de admisión, y en caso de llevar intercooler hay que instalarla después de éste. Al carecer de zona de depresión al no tener la mariposa de gases, el tubo de depresión se conecta a una electroválvula incorporada en el kit. La electroválvula tiene una conexión eléctrica y 2 tomas de aire, una de las tomas va conectada a la válvula de descarga y la otra va conectada a la bomba de depresión del motor. Para conectarla a la bomba de depresión hay que intercalar una T para poder conectar esta toma de depresión. Por último, la conexión eléctrica de la electroválvula va a una unidad de mando, de la cual salen varios cables para conectar a positivo de 12 V, masa y para puntear la señal del pedal del acelerador electrónico. Esta unidad de mando detecta el rango de 0 a 5 V del recorrido del pedal del acelerador. En el caso de soltar el pedal del acelerador detecta ese cambio de tensión y en ese momento actúa sobre la electroválvula para poder abrir la válvula de descarga. Hay tres cables eléctricos diferenciados por colores:

El cable rojo es para positivo 12 V. El cable negro es para la masa.

El cable amarillo es para puntear el cable de señal del sensor del pedal del acelerador de 0-5 voltios.

3.2.1.5 TURBO COMPRESOR DE GEOMETRÍA VARIABLE Los turbocompresores de geometría variable tienen la característica de que a bajas revoluciones del motor se nota su efecto, eliminando el gran inconveniente de los turbocompresores de geometría fija. Son los más implantados en vehículos modernos. Su funcionamiento es similar a los de geometría fija, pero con la salvedad de que estos no necesitan de una válvula de descarga, puesto que el sistema puede hacer disminuir el giro de la turbina y, por tanto, rebajar la presión a

los valores preestablecidos en determinados modos de funcionamiento del motor. La gestión electrónica en este caso es la encargada de hacer disminuir o aumentar la fuerza que ejercen los gases de escape sobre la turbina. Con esto se consiguen tiempos de respuesta del turbo muy breves, además de velocidad de gases alta y un funcionamiento progresivo de la turbina desde bajos regímenes. Para conseguir los efectos anteriormente expuestos se ha dispuesto en la turbina de escape del turbocompresor una corona (3) con un número de álabes móviles (2) en su periferia. La corona, a su vez, se encuentra unida a una varilla (6) y esta a una cápsula neumática (8) dividida en dos cámaras. Teniendo en cuenta que la presión que ejercen los gases de escape está relacionada con el número de revoluciones del motor, se podrán obtener diferentes regímenes de funcionamiento de la turbina según la orientación que tomen las paletas o álabes móviles, es decir, se variará la sección de paso de los gases de escape. En la Imagen n°7, se pueden apreciar algunos de los componentes de un turbocompresor de geometría variable:

3.2.1.6 SOBREALIMENTACIÓN POR ONDAS DE PRESIÓN

Consiste en un tambor que gira mediante una correa conducido por el cigueñal se hace girar en su interior una hélice que genera ondas de presión.

Posteriormente,

a

mayores

revoluciones sobretodo, los gases de escape se llevan hasta el tambor cediendo la energía térmica. A partir de este giro se mueve la turbina compresora y funcionando así como un compresor

más.

El sistema Comprex posee las desventajas de los dos sistemas, un gran aumento de temperatura y el rozamiento en el cigueñal. También está en desuso a pesar de su gran rendimiento debida a su complejidad a la hora de fabricación a su excesivo tamaño en el motor y a su exagerado ruido.

Bibliografias http://www.blogmecanicos.com/2016/11/valvulas-de-descarga-delturbocompresor.html?m=1 https://tecnoblogueando.blogspot.com/2013/04/funcionamiento-decompresores-en.html?m=1 https://es.slideshare.net/quenza/concepto-de-cojinetes https://diccionario.motorgiga.com/diccionario/turbina-definicionsignificado/gmx-niv15-con195829.htm http://www.automotriz.mobi/coches/Combustibles/diesel-fuel/135016.html https://www.ecured.cu/Turbocompresor http://www.turbos.bwauto.com/es/products/turbochargerAdvantages.aspx

https://www.ecured.cu/Motores_sobrealimentados#Ventajas_de_los_motores _sobrealimentados