Consejos Técnicos Rendimiento
FUNCIONAMIENTO Y NOTAS SOBRE TURBOS
PRINCIPIOS BASICOS
Una de las formas más seguras de incrementar la potencia en un motor es aumentar la cantidad de aire y combustible que éste pueda quemar. Pues la alternativa es agregar más cilindros o bien agrandar los existentes, aunque tales modificaciones no son sencillas para efectuar fuera de fábrica.
Los turbocompresores permiten al motor quemar más mezcla al comprimirla más dentro del cilindro, siendo las presiones típicas de 6 u 8 psi (0.42 o 0.56 kg/cm2). De esta manera, considerando que la presión atmosférica es de 14.7 psi (1.033 kg/cm2), se obtiene una mejora de potencia de un 30 a 40% (no alcanza el 40-50% teórico por pérdidas debido a la restricción en el escape por la turbina). Los turbocompresores son también útiles en altura, donde al ser el aire menos denso los motores aspirados ven drásticamente reducida su eficiencia.
La instalación de estos equipos en motores con carburador es relativamente sencilla porque la mayor entrada de aire al cilindro es automáticamente compensada con un mayor suministro de combustible. En cambio, en motores de inyección deben tenerse en cuenta el programa del inyector y la capacidad de la bomba de combustible para obtener un máximo aprovechamiento (ver nota sobre Turbos e inyección).
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Un turbocompresor consta muy básicamente de una turbina y un compresor.
La turbina se encuentra en el recorrido del conducto de escape y mueve a través de un eje al compresor que se encuentra solidario al conducto de admisión.
(Engine cylinder= cilindro del motor, Wastegate= válvula de alivio, Exhaust gas discharge= descarga de gas de escape, Turbine wheel= rueda de turbina, Turbocharger oil inlet= entrada de aceite para el turbocompresor, Oil outlet= salida de aceite, Compressor wheel= rueda del compresor, Ambient air inlet= entrada de aire ambiente, Compressed air flow= caudal de aire comprimido, Charge air cooler o intercooler= enfriador de aire)
Los gases de escape de los cilindros pasan a través de los álabes de turbina, haciendo girar también al compresor del tipo centrífugo (aire ingresa por el centro de los álabes hacia la periferia). Éste comprime aire dentro de los cilindros.
(Housing=carcasa, air=aire, inlet=entrada, wheel=rueda, discharge=descarga, exhaust=escape, outlet=salida)
A fin de soportar las altas revoluciones de hasta 150000rpm, en general el eje de turbina flota sobre una película de aceite a presión. Esto tiene 2 propósitos: reducir la fricción y refrigerar el eje y otros componentes del turbocompresor.
Álabes del turbocompresor
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Antes de continuar, veamos algunos de los problemas a tener en cuenta en el diseño de turbocompresores.
DEMASIADA PRESIÓN
Con el aire introducido a presión en el cilindro y posteriormente en la etapa de compresión llevada a cabo por el pistón, existe mayor riesgo de detonación. Automóviles con turbo necesitan frecuentemente combustibles con mayor número de octanos o menor relación de compresión. (para más detalles, ver nota "La eterna guitarreada, compresión vs. turbo")
RETARDO O LAG
Uno de los principales problemas de los turbocompresores es que no reaccionan inmediatamente al pisar el acelerador. Una forma de minimizar el "lag" es reducir la inercia de las partes rotantes, principalmente reduciendo el peso de los componentes con el empleo de materiales de igual resistencia pero más livianos.
TURBOCOMPRESOR PEQUEÑO VS. GRANDE
Un forma segura de reducir la inercia del conjunto turbina-compresor es colocando un turbocompresor menor, que responderá más rápidamente y a menores vueltas, pero insuficiente para altas rpm cuando ingresa grandes volúmenes de aire al motor. También se corre el riesgo de sobregirar la turbina en esas condiciones al haber un mayor caudal de escape.
Un turbocompresor grande proveería la presión necesaria a altos regímenes, pero con un pésimo "turbo lag" por ser más pesado.
CARACTERISTICAS ADICIONALES
VÁLVULA WASTEGATE
La mayoría de los motores turbo cuentan con una válvula de alivio, que permite que al emplear turbocompresores pequeños con poco retardo sobrepasen el límite de vueltas. Esta válvula actúa como puente o "bypass" de turbina frente a los gases de escape, sensando si la presión (y por consiguiente las rpm de la turbina) se eleva demasiado.
RULIMANES
Algunos turbocompresores emplean rulimanes especiales de menor fricción y resistente a temperatura. Admiten ejes de menor tamaño y más livianos, resultando en un menor retardo.
ÁLABES CERÁMICOS DE TURBINA
Los álabes cerámicos son más livianos que los de acero, permitiendo nuevamente reducir el retardo.
TURBOCOMPRESORES SECUENCIALES
Algunos motores emplean 2 turbocompresores de distintos tamaños. El menor actúa rápidamente a bajas rpm, mientras que el mayor lo hace a altos regímenes proveyendo mayor presión.
ENFRIADOR DE AIRE O INTERCOOLER
Cuando se comprime el aire, aumenta su temperatura y tiende a expandir. Por lo tanto, parte del incremento de presión es resultado del calor del aire antes del ingreso al motor. A fin de mejorar la eficiencia, se deben introducir más moléculas de aire.
El intercooler es básicamente un radiador aire-aire que permite incrementar la potencia. El aire ambiente es forzado por el ventilador para enfriar el aire de salida del compresor hacia el cilindro que circula dentro del intercambiador.
Este es un documento de los registros de JOT Internacional, la propiedad y responsabilidad de los criterios arriba anotados son íntegramente de JOT
Juan Arteaga (Ecuador)
Director Técnico Racing Life
Temas de interés:
1.- Estabilidad y conductividad deportiva
2.- Reglas básicas para mejorar la perforance de un motor
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