Sistemas de Sobrealimentación
 

 

 

Sistemas de Sobrealimentación 

Autor : Ricardo Garcés


 SISTEMAS DE SOBREALIMENTACION

 

LA Utilización DE LA SOBREALIMENTACIÓN, SE FUNDAMENTA EN LA MEJORA DE LA COMBUSTIÓN DEL MOTOR DEBIDO A UN MAYOR LLENADO DE AIRE EN LOS CILINDROS, LO QUE PROVOCA UN AUMENTO DE POTENCIA, UN MENOR CONSUMO ESPECÍFICO Y UNA MENOR CONTAMINACIÓN.

LA SOBREALIMENTACIÓN EN LOS MOTORES NO ES UNA TÉCNICA MUY RECIENTE, YA QUE DESDE HACE ALGUNAS DÉCADAS  SE COMENZARON A "SOPLAR", (COMO LE LLAMAN LOS AMERICANOS ) LOS MOTORES DIESEL A BASE DE COMPRESORES VOLUMÉTRICOS, ACCIONADOS POR MEDIO DE CORREAS, CADENAS .ETC... UTILIZANDO PARA MOVER ESTOS COMPRESORES LA POLEA DEL CIGÜEÑAL.  POSTERIORMENTE, APARECIERON LOS TURBOCOMPRESORES (Sistema DE TURBINA A GAS DE DESCARGA), QUE SE UTILIZABAN PARA MÁQUINAS DE RÉGIMEN CONSTANTE Y GRANDES POTENCIAS   (BARCOS, LOCOMOTORAS, COMPRESORES, MOTORES PARA LA INDUSTRIA ETC.... ).

ESTOS TURBO COMPRESORES ERAN DE UNAS DIMENSIONES TREMENDAS , Y MUY ELEVADO PESO, GIRABAN A UN RÉGIMEN MUY LENTO, Y TENÍAN UNA ALTÍSIMA INERCIA. OBTENIÉNDOSE SU RENDIMIENTO EN EL RÉGIMEN MÁXIMO DEL MOTOR, EN LA ERA DE LOS SESENTA COMIENZAN A EMPLEARSE EN FORMA GENERALIZADA EN LOS GRANDES MOTORES DE AUTOMOCIÓN  DEDICADOS AL TRANSPORTE, ES EL COMIENZO DE LA REDUCCIÓN DEL TAMAÑO, PERO AUN SON PESADOS Y DE LATA INERCIA, CON REGÍMENES DE GIRO ENTRE 40.000 Y 60.000 RPM. A PARTIR DE ENTONCES COMIENZA " LA ERA DE LA SOBREALIMENTACION", EN LA QUE TODOS LOS FABRICANTES DE MOTORES EN EL MUNDO, SE INTERESAN POR LA APLICACIÓN DE ESTA TECNOLOGÍA  CON EL FIN DE TENER MEJORES RENDIMIENTOS DE LOS ACTUALES MOTORES ASPIRADOS ATMOSFÉRICAMENTE.

LA CRISIS ENERGÉTICA Y LA NECESIDAD IMPERIOSA DE EVITAR LA CONTAMINACIÓN DE LAS CIUDADES, NO HACEN SINO IMPONER COMO SOLUCIÓN, LA IMPLANTACIÓN DEL TURBOCOMPRESOR DE FORMA GENERALIZADA Y EN FORMA CASI IMPRESCINDIBLE EN LOS MOTORES DIESEL. EN UN PRINCIPIO SE USARON COMPRESORES, BIEN DEL TIPO VOLUMÉTRICO,  ES DECIR QUE SE ENVÍA CONSTANTEMENTE HACIA EL MOTOR UNA CANTIDAD DE AIRE SIEMPRE IGUAL A SU CILINDRADA ÚTIL, O DINÁMICO, CUYA ENERGÍA DE BOMBEO LA OBTIENEN DEL CIGÜEÑAL DEL MOTOR, A TRAVÉS DE UNA TRANSMISIÓN MECÁNICA ADECUADA. LA DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ABSORBIDA POR UN MOTOR TÉRMICO CON COMPRESOR ES APROXIMADAMENTE: UN TERCIO EN CALOR NO APROVECHABLE, OTRO TERCIO ES UTILIZABLE COMO ENERGÍA MECÁNICA, Y OTRO TERCIO EN ROZAMIENTOS.POR LO TANTO LOS GASES DE ESCAPE SE DESCARGAN MUY PARCIALMENTE, EXPANSIONADOS, CON MUY ALTA TEMPERATURA Y CON GRAN GRADIENTE DE PRESIÓN LO CUAL SUPONE : 

-QUE EL SISTEMA DE ESCAPE TRABAJE MUY CALIENTE Y CON NECESIDAD DE AMORTIGUAR MUCHO RUIDO, RESULTANDO COSTOSOS, PESADOS Y DE CORTA DURACIÓN. 

 -SE PIERDE GRAN CANTIDAD DE ENERGÍA POR EL ESCAPE Y POR CONSIGUIENTE, LOS CONSUMOS AUMENTAN.

 -SOBREPRESIÓN EN LA ADMISIÓN MUY LIMITADA EN LA PRÁCTICA. LA ENERGÍA NECESARIA PARA MOVER EL COMPRESOR ABSORBE UNA PARTE DEL INCREMENTO DE POTENCIA ADQUIRIDA _EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN MECÁNICA PARA MOVER EL COMPRESOR RESULTA COSTOSO DE DISEÑO , FABRICACIÓN Y POCO FIABLE.

POR ESTAS RAZONES SE BUSCÓ APROVECHAR LA ENERGÍA DESPERDICIADA POR EL ESCAPE.  LA SOLUCIÓN FUE INSTALAR UNA TURBINA EN EL ESCAPE QUE FUESE ACCIONADA POR LOS PROPIOS GASES DE ESCAPE, Y ESTA TURBINA MEDIANTE UN EJE SOLIDARIO MOVÍA UNA BOMBA O COMPRESOR. HABÍA NACIDO EL TURBOCOMPRESOR.


FUNCIONAMIENTO DEL TURBOCOMPRESOR

ESTE ES RELATIVAMENTE SENCILLO: LOS GASES DE ESCAPE DEL MOTOR, ANTES DE SALIR A LA ATMÓSFERA, SON OBLIGADOS A PASAR POR LA GARGANTA DE LA CARCASA DE LA TURBINA DONDE SON ACELERADOS POR LA FORMA DE ESTA Y ASÍ APROVECHAR SU ENERGÍA PARA HACERLA GIRAR Y UNA VEZ QUE HAN CEDIDO SU TEMPERATURA Y PRESIÓN, SON EXPULSADOS AL EXTERIOR A TRAVÉS DEL SISTEMA DE ESCAPE, LA TURBINA VA UNIDA SOLIDARIAMENTE POR UN EJE AL COMPRESOR, CUYA FINALIDAD CONSISTE EN TOMAR EL AIRE DE LA ATMÓSFERA DESDE EL FILTRO DE AIRE Y INTRODUCIRLO A SOBREPRESIÓN.

   POR LO TANTO SE ESTÁ INTRODUCIENDO EN LOS CILINDROS AIRE COMPRIMIDO, CONSIGUIENDO CON ELLO UN LLENADO PERFECTO Y UNA MAYOR MASA DE AIRE QUE PERMITA UNA COMBUSTIÓN MÁS RICA EN AIRE Y UNA MEJOR REFRIGERACIÓN DEL PISTÓN, CILINDRO Y CÁMARA.

EL ENGRASE DEL SISTEMA ROTATIVO DEL TURBOCOMPRESOR SE REALIZA A PARTIR DEL PROPIO SISTEMA DE LUBRICACIÓN DEL MOTOR, LOS REQUERIMIENTOS SON: 

-          QUE EL ACEITE ESTE LIMPIO Y FILTRADO

-          QUE EL ABASTECIMIENTO DEMORE LO MENOS POSIBLE DESPUÉS DEL ENCENDIDO DEL MOTOR  

- Y QUE SEA CONTINUO. 

ESTA SENCILLA FORMA DE FUNCIONAMIENTO SE LOGRA GRACIAS A LA ELEVADA TECNOLOGÍA Y CALIDAD DEL PROPIO TURBOCOMPRESOR.

 PARA DAR UNA LIGERA IDEA BASTA DECIR QUE  EL RÉGIMEN DE GIRO DEL CONJUNTO ROTATIVO TURBINA-COMPRESOR PUEDE ALCANZAR HASTA LAS 250.000 VUELTAS POR MINUTO (RPM) Y SOPORTAR TEMPERATURAS DE MÁS DE 1000º  CENTÍGRADOS, DONDE LOS NIVELES DE PRECISIÓN EN EL AJUSTE EQUILIBRADO,TOLERANCIAS,ESTANQUIEDAD.ETC...SON DE EXTREMO RIGOR .

 LA FORMA DE ELIMINAR LOS HUMOS , QUEMANDO LA MAYOR PARTE DE COMBUSTIBLE POSIBLE , ES ALIMENTAR CON UN GRAN EXCESO DE AIRE , Y CON LA MAYOR TURBULENCIA POSIBLE.  ESTO ES PRECISAMENTE LO QUE PERMITE EL TURBOCOMPRESOR AÚN CON MAYOR CAUDAL DE INYECCIÓN OBTENIENDO UN INCREMENTO NOTABLE DE POTENCIA .

EL TURBOCOMPRESOR, ADEMÁS REDUCE EL CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE SIN GRAN DIFICULTAD EN LOS MOTORES DIESEL. 

LAS RAZONES DE LA REDUCCIÓN DE CONSUMO ESTA EN EL MEJOR RENDIMIENTO DE COMBUSTIÓN POR MEZCLA MÁS POBRE Y MAYOR TURBULENCIA , Y EN EL MEJOR RENDIMIENTO DEL CICLO , DANDO LUGAR A UN ESCAPE , PASADA LA TURBINA, CON BAJO GRADIENTE DE PRESIÓN Y BAJA TEMPERATURA .

EN COMPETICIÓN CON ESCAPE LIBRE , SE APRECIA LA BAJA SONORIDAD DE LOS MOTORES TURBOALIMENTADOS .

VENTAJAS DE LOS TURBOCOMPRESORES 

LAS VENTAJAS QUE OBTENEMOS CON UN TURBO SON :  

-AUMENTO DE POTENCIA AL PODER INTRODUCIR EN LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN MÁS COMBUSTIBLE QUE CON UN AUMENTO DE AIRE ENTRE UN 30% Y UN 40% NOS PERMITE TENER UNA PERFECTA COMBUSTIÓN SIN NECESIDAD DE UN AUMENTO DE LA CILINDRADA   

-AUMENTO DE LA RESPUESTA DE ACELERACIÓN DEL MOTOR A RÉGIMEN MEDIO, YA QUE LA CURVA DEL PAR MOTOR SE MODIFICA, ADELANTÁNDOSE CONSIGUIENDO UNA CURVA MÁS PLANA Y DE MAYOR VALOR . 

-MEJORA DEL CONSUMO ESPECÍFICO, O SEA, QUE A UNA MAYOR POTENCIA GASTAMOS MENOS COMBUSTIBLE EN RELACIÓN A LA POTENCIA ENTREGADA.

 -ELIMINACIÓN DE HUMOS Y EMISIONES CONTAMINANTES AL REALIZAR LA COMBUSTIÓN CON UNA MAYOR APORTACIÓN DE OXÍGENO , ESTO ADEMÁS TRAE UNA IMPORTANTE REDUCCIÓN EN LOS RESIDUOS QUE SE ALOJAN EN LA CABEZA DEL PISTÓN, ALOJAMIENTO DE LOS ANILLOS , VÁLVULAS Y OTROS QUE A TRAVÉS DEL CILINDRO LLEGAN AL CARTER ADULTERANDO EL ACEITE CON LOS CONSIGUIENTES EFECTOS NOCIVOS QUE PRESENTA PARA LA VIDA DEL MOTOR. 

-RECUPERACIÓN DE POTENCIA EN ALTURA, YA QUE EL TURBOCOMPRESOR EVITA QUE EL MOTOR SE “ASFIXIE” POR LA DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA, FENÓMENO ESTE QUE  SE PRODUCE EN LAS MONTAÑAS Y CARRETERAS A GRANDES ALTURAS .

 -MENOR PESO Y CILINDRADA EN RELACIÓN A LA POTENCIA ENTREGADA .  

LAS DESVENTAJAS DEL MONTAJE DE UN TURBOCOMPRESOR QUE SE PUEDEN APRECIAR SON ESCASAS, COMO POR EJEMPLO: 

MENOR DURACIÓN DEL MOTOR YA QUE LO FATIGAMOS MÁS.

EN UN DIESEL CUANDO EL TURBO ACTÚA, EN TODO EL CICLO HAY MÁS PRESIÓN EN LA CABEZA DEL CILINDRO QUE EN EL CARTER. ENTONCES LOS GASES TIENDEN A EXPULSAR EL ACEITE HACIA EL CÁRTER Y LAVAR LAS CAMISAS. 

EL HECHO DE QUE EL CICLO SEA MÁS FRIÓ HACE QUE EL PISTÓN TIENDA A DILATAR MENOS , Y A CERRAR PEOR CUANDO EL AJUSTE INICIAL NO ES BUENO

EL TURBOCOMPRESOR NECESITA UN DETERMINADO CAUDAL DE GASES DE ESCAPE PARA INICIAR SU FUNCIONAMIENTO QUE ESTA EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO DE LAS TURBINAS, POR LO TANTO EL TURBO EXHIBE SU MEJOR COMPORTAMIENTO CUANDO EL MOTOR SUPERA LAS 2500-3000 RPM Y EN RÉGIMEN NORMAL ES PEOR O IGUAL AL DE UN MOTOR DE ALIMENTACIÓN CONVENCIONAL (ATMOSFÉRICO).

PERO BASTA CON HUNDIR EL ACELERADOR PARA QUE CUANDO TRASPASE EL UMBRAL DE LA ZONA MEDIO-BAJA DEL TACÓMETRO, EL TURBO DESPIERTE Y PRODUZCA UN EMPUJE EXTRAORDINARIO.

EN LA EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS SOBREALIMENTADOS SE HAN INCLUIDO EN EL CIRCUITO DE ADMISIÓN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR TAMBIÉN LLAMADO INTERCOOLER.

EL INTERCOOLER ESTÁ COMPUESTO POR UN INTERCAMBIADOR DE CALOR,YA QUE, AL IR EL AIRE MAS DEPRISA SE PRODUCE UN ROCE MOLECULAR ENTRE LAS MOLÉCULAS DE AIRE, QUE AUMENTA LA TEMPERATURA DE ESTE. CON EL INTERCOOLER LOGRAMOS ENFRIAR EL AIRE DE ADMISIÓN DE APROXIMADAMENTE 150ºC A 40º-50º CENTÍGRADOS, LO QUE PRODUCE UN AUMENTO DE LA DENSIDAD DEL AIRE.  (AIRE MAS FRIÓ=AIRE MAS DENSO, AIRE MAS CALIENTE=AIRE MENOS DENSO), QUE MEJORA LA COMBUSTIÓN CONSIGUIENDO UNAS MAYORES PRESTACIONES, FRENTE AL MOTOR SIMPLEMENTE ATMOSFÉRICO. 

PARA CONTROLAR QUE LA PRESIÓN EN EL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN NO SEA EXCESIVA SE UTILIZA UNA VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN DEL MÚLTIPLE PARA PRODUCIR UNA DERIVACIÓN DE LOS GASES DE ESCAPE, ES DECIR QUE NO TODOS LOS GASES DE ESCAPE PASEN POR LA TURBINA, ARTIFICIO QUE SE LOGRA MOVIENDO UNA MARIPOSA O VÁLVULA A TRAVÉS DE UN VÁSTAGO QUE ES ACCIONADO POR LA MISMA PRESIÓN QUE SE GENERA EN EL SISTEMA.

 

 

 

 COMPROBACIONES DEL TURBO  

MEDICIÓN DEL JUEGO RADIAL DE LA TURBINA (0.35_0,65), VARIA SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES DEL FABRICANTE.

CON ESTA PRUEBA PODEMOS VERIFICAR EL JUEGO DE LOS BUJES DEL EJE .

LA MEDICIÓN  SE HACE TANTO EN EL LADO DE LA TURBINA COMO EN EL LADO DE LA BOMBA O COMPRESOR, PARA PROBAR BUJE POR BUJE .

(LOS BUJES DEL TURBO SON FLOTANTES Y TIENEN UN SEGURO SEGERS EN CADA LADO PARA SU FIJACIÓN. 

MEDICIÓN DEL JUEGO AXIAL (0,75 A 0,15MM), VARIA SEGÚN ESPECIFICACIONES DEL FABRICANTE 

MEDICIÓN DEL DESCENTRADO DEL ROTOR DE LA TURBINA CON RADIO 25MM CON MÁXIMA DESVIACIÓN DE (0,02MM), VARIA SEGÚN ESPECIFICACIONES DEL FABRICANTE 

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN DE ADMISIÓN O DE CARGA EN MOTORES DIESEL: 

_ ACOPLAR UN MANÓMETRO Y QUE SE EXTIENDA HASTA LA CABINA PARA PODER SER LEÍDA POR EL CONDUCTOR. 

_CONDUCIR EL VERSÍCULO A PLENA CARGA POR UNA CUESTA ARRIBA. 

_MANTENER EL PEDAL DEL ACELERADOR A FONDO Y SELECCIONAR UNA MARCHA ADECUADA DE FORMA QUE LAS RPM VAYAN PASANDO LENTAMENTE LAS 1200,1400,1600,1800,2000 RPM 

_LEER Y ANOTAR LAS PRESIONES DE ADMISIÓN QUE CORRESPONDE A CADA UNO DE LOS REGÍMENES MENCIONADOS Y REPETIR VARIAS VECES LA MEDICIÓN. 

_COMPROBAR LAS PRESIONES MEDIDAS DE ACUERDO A UNA ESCALA QUE ES DADA POR CADA FABRICANTE DE VEHÍCULOS. 

DESMONTAJE DEL TURBO 

EL PRIMER PASO PARA PROCEDER A DESMONTAR UN TURBO ES TRABAJAR CON LAS HERRAMIENTAS ADECUADAS PARA TAL EFECTO.


EFECTUAR UN MARCADO DE LA CARCASA CON RESPECTO AL CUERPO, TANTO LA TURBINA COMO LA BOMBA O COMPRESOR.

LUEGO PROCEDER A SACAR EL CARACOL DE LA TURBINA, SOLTANDO LOS PERNOS ALREDEDOR DE ESTA 

LUEGO SACAR EL EJE DEL CUERPO, Y PARA EVITAR DEFORMARLO  HAY  QUE UTILIZAR UN DADO CON BARROTE DESLIZANTE, TANTO PARA EL MONTAJE COMO DESMONTAJE. 

RETIRAR LA PLACA DE JUEGO AXIAL O COJINETE DE EMPUJE ,EFECTUANDO LAS MARCAS CORRESPONDIENTES.

RETIRAR LOS SEGUROS SEGERS PARA SACARLOS BUJES DE LA CARCASA .

A MEDIDA QUE SE VA DESARMANDO EL TURBO IREMOS HACIENDO LAS COMPROBACIONES CORRESPONDIENTES A CADA COMPONENTE QUE SE NOMBRO ANTERIORMENTE.


 

CONCLUSIONES

COMO EL TURBO ES ACCIONADO POR LOS GASES DE ESCAPE, SE PRODUCE UN CIERTO RETARDO EN LAS RESPUESTAS CON RESPECTO A LAS ORDENES SOBRE EL ACELERADOR, ESTE FENÓMENO SE LLAMA TURGO-LAG.

EL TURBO POSEE LA VENTAJA DE SER UN MECANISMO SIMPLE, FÁCIL DE APLICAR Y DE COSTO RAZONABLE

EL COMPRESOR VOLUMÉTRICO, EN CAMBIO POSEE UNA EFICIENCIA UN POCO MENOR, PERO CON UN COMPORTAMIENTO MÁS PAREJO Y ELÁSTICO. SU DESVENTAJA RADICA EN SU ALTO COSTO Y TAMAÑO, YA QUE MECÁNICAMENTE ES MÁS COMPLEJO QUE EL TURBOCOMPRESOR  

LOS COMPRESORES MAS POPULARES SON EL ROOTS Y EL DE PALETAS

ASIMISMO EL TURBO ES MÁS EFICIENTE EN TÉRMINOS  DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE, MIENTRAS QUE EL COMPRESOR IMPLICA UNA MAYOR CARGA DE TRABAJO PARA EL MOTOR, LO CUAL INCIDE EN UN MAYOR CONSUMO

Ejemplos de autos con compresor son el jaguar xjr y xkr, ambos modelos se ofrecen con o sin compresor, así se pueden apreciar las diferencias.

Y ejemplos donde podemos notar una marcada diferencia en motores con turbo, es en el subaru impreza, cuya versión normal con motor de 2.0 litros genera 117 cv, pero el mismo motor en su versión turbo genera 217 cv, es decir el beneficio de la sobrealimentación en este caso fue  de 100 cv de fuerza eN potencia extra, que despierta el espíritu de todos los amantes de la velocidad y las tuercas.


 

 

       

 

 

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