sistemas de sobrealimentacion

8/3/2019 Sistemas de Sobrealimentacion

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Fundacin Universidad de Atacama Escuela Tcnico ProfesionalUnidad Tcnico Pedaggica

Profesor: Sr. Jorge Hernndez Valencia

Mdulo: Mantenimiento de Sobrealimentadotes de Motores.

Gua de Mecnica Automotriz.(Fuente de informacin; http://www.geocities.com/mcascella/sobrealim/index.html )

Objetivo:

Conocer la historia, evolucin y proyeccin de los sistemas de sobrealimentacin de losmotores de combustin interna.

Conocer el funcionamiento y componentes de los Turbo cargadores y Supercargadores.

Analizar las ventajas y desventajas de cada sistema.

1. LA SOBREALIMENTACIN.

Los aparatos de sobrealimentacin para motores de combustin elevan por compresinla cantidad de aire necesaria para la combustin del combustible, manteniendoconstante la cilindrada y el nmero de revoluciones del motor, con lo cual facilitan unamayor densidad de potencia. Los aparatos de sobrealimentacin para motores decombustin se denominan generalmente compresores.

Se distingue entre compresor mecnico , turbocompresor de gases de escape ycompresor de onda de presin .

La potencia de compresin necesaria en los compresores mecnicos procede del

cigeal del motor (acoplamiento mecnico motor/compresor), tambin denominadossupercargador . En los turbocompresores de gases de escape se obtiene la potencia delos gases de escape (acoplamiento fluidico, motor/compresor).

En los compresores de onda de presin la potencia procede de los gases de escape, peromediante un aparato de transmisin mecnico adems (acoplamiento mecnico yfluidico).

2. HISTORIA.

En los primeros aos del automvil la forma de conseguir ms potencia fuerelativamente sencilla: si se queran ms caballos se suba la cilindrada, bien empleando

pistones de mayor tamao o bien aumentando el nmero de cilindros. Este tipo desolucin no presentaba problemas graves en vehculos de uso normal, pero encompeticin pronto se demostr que no era la solucin ideal. Tambin se aument la velocidad de giro de los motores, pero la fragilidad y el aumento

de peso no favorecan lo ms mnimo a la hora de competir.Ante este problema surgi una tercera va para conseguir ms potencia. Si sta, en

definitiva, dependa de la cantidad de gasolina que se quemaba dentro de los motores, sise forzaba su entrada a los mismos se podran conseguir ms caballos sin necesidad deconstruirlos con cilindradas enormes o con ms cilindros.

La idea de la sobrealimentacin es casi centenaria y existen patentes que se remontanal siglo XIX (aos de 1800). Ya los hermanos Daimler patentaron un tipo de compresor en1896, y el ingeniero Bchi tambin present en 1905 la primera idea de lo que podra serun turbocompresor, la cual complet en 1910 con un sistema bsicamente igual al quese utiliza hoy da. El mismo Bchi trabaj intensamente con su idea y en 1925 lleg aperfeccionarlo de tal manera que su invento an est vigente en determinados tipos demotores diesel.


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ESCUELA TCNICO PROFESIONAL. COPIAP

REA DE ELECTROMECNICA ESPECIALIDAD DE MECNICA AUTOMOTRIZ 2007 3

Como en otras muchas ocasiones, fue la mejora en la calidad de los materiales y de loslubricantes lo que permiti que se desarrollaran rpidamente.

El turbocompresor moderno tiene un tamao muy pequeo, lo que permite que giremuy rpido y que tenga pocas inercias. Con esto se consigue que sobrealimente de formaprogresiva y que no pase mucho tiempo entre el momento de pisar el acelerador y el denotar cmo el motor comienza a entregar caballos de forma espectacular.

4. TURBOCOMPRESOR.

El turbocompresor podra definirse como un aparato soplador o compresor movido poruna turbina. Se puede considerar que est formado por tres cuerpos: el de la turbina, elde los cojinetes o central y el del compresor, van acoplados a ambos lados de loscojinetes.

As, en uno de los lados del eje central del turbo van acoplados los labes de la turbina, y en el otro extremo los labes del compresor. Los gases de escape, al salir con velocidadhacen que giren los labes de la turbina a elevadas velocidades, y sta, a travs del ejecentral, hace girar el compresor que, a su vez, impulsa el aire a presin hacia lascmaras de combustin. Tanto los labes de la turbina como los del compresor giran dentro de unas carcasas

que en su interior tienen unos conductos de formas especiales para mejorar lacirculacin de los gases. El eje comn central gira apoyado sobre cojinetes situados entrecompresor y turbina, y tambin est recubierto por una carcasa. El eje y los cojinetesreciben del propio motor, lubricacin forzada de aceite, que llega a la parte superior delcuerpo de cojinetes, se distribuye a travs de conductos en el interior y desciende a laparte inferior.

En el cuerpo del compresor, elaire entra por el centro de lacarcasa dirigido directamente alrodete de labes, que le dan un girode 90 y lo impulsan hacia eldifusor a travs de un pasoestrecho que queda entre la tapa, elcuerpo central y la pared internadel difusor. Este es un pasajecircular formado en la carcasa, quehace dar una vuelta completa alaire comprimido para que salgatangencialmente hacia el colectorde admisin. Figura 2.

Figura 2. Turbocompresor en corte .

El sistema de alimentacin por medio de turbocompresor, es una tecnologa quealcanz su validez en esta dcada. La disipacin trmica, la lubricacin de loscomponentes mviles y la dosificacin de la presin, forman la clave del buenfuncionamiento.

En el cuerpo de la turbina, los gases de escape entran tangencialmente y circulan porun pasaje de seccin circular que se va estrechando progresivamente y los dirige hacia elcentro, donde est situado el rodete de labes de la turbina. Al chocar contra los labes,los gases hacen girar la turbina, cambian de direccin 90 y salen perpendicularmentepor el centro hacia el tubo de escape. El cuerpo de la turbina es de fundicin, o defundicin con aleacin de nquel, y el rodete se suele fabricar en aleaciones de nquel, dealta resistencia al calor.

La utilizacin del turbo no sera posible en un motor si no se pudiera regular lasobrepresin que en mayor o menor grado aporta, de acuerdo con su mayor o menorvelocidad de giro. Es evidente que a pocas revoluciones del motor, la salida de gases esde poca consideracin y la velocidad de giro de la turbina resulta muy moderada. Perocuando el motor aumenta su rgimen de giro, la turbina recibe una mayor densidad yvelocidad de los gases de escape, de modo que aumenta tambin su giro y con ella lohace el compresor, que adquiere de ese modo elevados valores de sobrepresin.


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Para que el conjunto funcione correctamente, el turbo no ha de sobrepasar ciertosvalores de sobrepresin, que oscilan generalmente entre los 0,4 y 0,7 bares, segn eldiseo, de modo que se hace necesaria una vlvula de seguridad que controle la presinmxima para la que el motor ha sido diseado. Esto se consigue por medio de la vlvulade descarga, tambin conocida como waste gate (puerta de desecho), que desva laspresiones de los conductos cuando alcanzan valores superiores a los establecidos. Estavlvula est gobernada automticamente por una cpsula manomtrica que acta enfuncin de la presin de admisin.

Como se deca al principio, la utilizacin del turbo supona muchas ventajas pero almismo tiempo aportaba algunos inconvenientes; lo que no quiere decir que muchos deellos no estn solucionados satisfactoriamente o que supongan un peligro real para lavida til del motor.

La enumeracin de estosproblemas simplemente quierereflejar que un motorturboalimentado, aunque fiable,resulta ms delicado que unatmosfrico; es la contrapartida alas altas cotas de rendimiento ypotencia que proporciona lasobrealimentacin con un turbo.

Por medio del turbocompresor,se lleg a obtener una potenciaconsiderable de un simple motorde dos mil centmetros cbicos decilindrada con cuatro cilindros enlnea.

Un voluminoso intercambiadorde calor junto a otro radiador dellubricante, han hecho posible elcontrol de la temperatura.

(Figura 3)

Figura 3.

A la vista de que la mezcla gasolina/aire es altamente explosiva cuando ya ha sidopreparada, y es muy sensible a las altas temperaturas y las altas presiones, la aplicacindel turbo a un motor de chispa plantea problemas, precisamente porque aumenta lastemperaturas y presiones. Este aumento de valores no slo afecta a la mezcla sinotambin a las partes mviles del motor, por lo que debe ser preparado convenientementeen sus partes vitales. De ah una de las razones del encarecimiento de los motoresturboalimentados respecto a los atmosfricos.

Adems del costo elevado de produccin, hay una serie de cuestiones fundamentales atener en cuenta a la hora de hacer una somera descripcin de las desventajas del turbo,el aumento de temperatura y los problemas de engrase.

En cuanto a la detonacin (explosin de la mezcla en la cmara de combustin sin quehaya chispa), cuando un motor se somete a la sobrealimentacin se produce un aumentode volumen en la entrada de la mezcla cada vez que se abre la vlvula de admisindebido a que existe una mayor presin en el colector. El aire entra a mayor velocidad enel cilindro, y cuando se cierra la vlvula ha entrado una mayor cantidad de mezcla. Laimportancia de este aumento se manifiesta en una considerable subida de los valores detemperatura y compresin, que producir inevitablemente la detonacin. Por lo tanto, unmotor sobrealimentado ha de tener una relacin de compresin inferior a la de un motoratmosfrico, lo que se traduce en un rendimiento pobre del motor cuando el rgimen degiro es bajo.

Respecto a la lentitud de respuesta del turbo, hay que tener en cuenta que la presin desobrealimentacin alcanzada por un turbo, resulta prcticamente proporcional a surgimen de giro, es decir, a ms velocidad de giro, mayor caudal y tambin mayor valorde sobrepresin.


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Como el rgimen de giro del turbo depende de los gases de escape, y stos a su vez, delvolumen de gas quemado, el turbo aumenta su presin de admisin slo cuando losgases quemados son abundantes, y son abundantes slo cuando son recibidos en lascmaras de combustin en suficiente cantidad. Es un problema, cuando se produce unretardo, cuando el motor est en un rgimen bajo, lo que determina una lentitud derespuesta del turbo, problema que se agrava adems ante la necesidad de una bajarelacin de compresin por las causas antes explicadas.

El constructor sueco Saab,ha logrado motoresturboalimentados de elevadafiabilidad mecnica y buenasprestaciones (Figura 4). Elpropulsor que aparece en lafigura, es un claro ejemplo deavanzada tecnologa, en el queel turbocompresor ha jugadoun papel determinante.

Este es un fenmeno que seest investigando y cuyasolucin pasa por un turboque se mueva al comps delrgimen de giro del motor, quetenga muy poca inercia y seade tamao reducido; ademsde ser muy sensible al paso delos gases, acelerando ydesacelerando con granrapidez.

Figura 4. Motor turboalimentado SAAB.

Otra solucin, que ya comienza a desarrollarse, es la creacin de turbinas con labesde inclinacin variable, pero al fin y al cabo son soluciones que an no se hanimplantado en serie debido a los altos costos de produccin.

El problema del aumento del calor es consecuencia de la alta temperatura que sealcanza en la cmara de combustin, del orden de los 3.000 grados centgrados en elmomento de la explosin. Los gases de escape salen por los colectores con temperaturascercanas a los 1.000 grados. Estos gases, que son los que mueven la turbina, acabancalentando los de admisin, movidos por el compresor, muy por encima del valor detemperatura ambiente. Esto se traduce en una dilatacin del aire y prdida de oxgeno enuna misma unidad de volumen, lo que hace que el excesivo calor de la mezcla en lacmara de combustin eleve la temperatura de funcionamiento del motor, por lo que larefrigeracin tradicional del mismo resulta insuficiente.

La solucin llega con la adopcin de un sistema de refrigeracin del aire de admisin,

por medio de un radiador enfriador aire - aire , conocido tambin como intercooler .Esta refrigeracin del aire de admisin hace posible el uso continuado del turbo ydificulta enormemente la presencia de los efectos de detonacin que se presentan congran frecuencia con el aire caliente, en cuanto los valores de sobrepresin sonimportantes.

Sobre los problemas de engrase en los turboalimentadores, el aceite en los motores degasolina ha de realizar una labor mucho ms dura. Debido a las altas temperaturas quealcanza el turbo, el aceite ha de realizar una doble labor de engrase y refrigeracin, loque significa que est sometido a condiciones mucho ms duras y extremas de lo quepodra considerarse habitual en otros motores.


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En este esquema que pertenece al

motor Alfa Romeo 2l.turboalimentado, se puede comprobaren todos sus detalles la instalacin dela inyeccin electrnica. (Figura 5).Por ello, los motores turboalimentadostienen el crter de aceitesobredimensionado, suelen llevar unradiador de refrigeracin para el aceite

y se utilizan formulaciones distintas alas habituales en la composicin deestos aceites. Adems, los fabricantesrecomiendan acortar los perodos de

cambio del aceite y seguir unasnormas bsicas para la puesta enmarcha y apagado del motor.

Figura 5. Motor Turboalimentado Alfa Romeo 2 litros.

4. COLOCACIN DEL TURBOCOMPRESOR.

Para motores alimentados con carburador, segn donde se coloque el sistema desobrealimentacin se pueden distinguir dos casos:

* Carburador soplado : el carburador se sita entre el compresor y el colector deadmisin. De esta forma el aire que entra en el compresor es aire limpio directamente delexterior. (Figura 6)

Figura 6. Carburador Soplado.


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* Carburador aspirado : el carburador se monta antes del compresor por lo que en estecaso lo que se comprime es una mezcla de aire y gasolina. (Figura 7)

Este ltimo sistema fue elms utilizado en las primeras

aplicaciones de lasobrealimentacin, por susencillez y porqueproporcionaba una mezcla deaire - gasolina de temperaturams baja que el sistemasoplado.

Sin embargo actualmente seutiliza ms el sistema decarburador soplado ya queeste sistema permite lautilizacin de unintercambiador de calor ointercooler .

Para motores diesel omotores de gasolinaalimentados por inyeccin estaclasificacin no tiene sentido

ya que los inyectores decombustible se colocansiempre despus del sistemade sobrealimentacin.

Figura 7. Carburador Aspirado.

5. SISTEMA DE INTERCOOLER.

El sistema intercooler consiste en un intercambiador de calor en el que se introduce elaire que sale del turbocompresor para enfriarlo antes de introducirlo en los cilindros delmotor. (Figura 8)

La circulacin del aire en el sistema de alimentacin de un motor turbo es muycomplicada. A- Aire que llega desde el filtro. B- Aire que al pasar por el turbocompresorse calienta. C- Aire refrigerado por el intercambiador de calor. D- Gases productos de lacombustin que van a la turbina de escape. E- Dichos gases se expulsan por el tubo deescape.

Figura 8. Sistema i ntercambiador de calor.


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Al enfriar el aire disminuye la densidad de ste por lo que para el mismo volumen de loscilindros se puede introducir mayor masa de aire y as mejorar el rendimiento del motor.(Figura 9)

Figura 9. Sistema de enfriamiento Intercooler

6. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL TURBO.

a) Ventajas: Obtencin de elevadas potencias a partir de cilindradas reducidas.

Reduccin del consumo de combustible. Reduccin de peso y volumen del motor en comparacin con motores de aspiracinatmosfrica de similar potencia ya que los cilindros de estos ltimos sern demayores dimensiones.

Ruidos de funcionamiento relativamente menores que en motores de aspiracinatmosfrica ya que el turbo acta como silenciador de los gases de escape y del aire omezcla aire-gasolina.

b) Inconvenientes: Potencias reducidas a bajas revoluciones. Cuando se lleva poco pisado el acelerador

y por lo tanto un rgimen de vueltas bajo, los gases de escape se reducenconsiderablemente y esto provoca que el turbo apenas trabaje. La respuesta delmotor entonces es poco brillante salvo que se utilice una marcha convenientementecorta que aumente el rgimen de giro.

El mantenimiento del turbo es ms exigente que el de un motor atmosfrico. Los motores turbo requieren un aceite de mayor calidad y cambios de aceite ms

frecuentes, ya que ste se encuentra sometido a condiciones de trabajo ms duras altener que lubricar los cojinetes de la turbina y del compresor frecuentemente a muyaltas temperaturas.

Los motores turboalimentados requieren mejores materiales y sistemas delubricacin y refrigeracin ms eficientes.


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7. COMPRESOR VOLUMTRICO.Uno de los sistemas ms antiguos de

sobrealimentar motores ha sido laaplicacin de compresores volumtricos,tcnica que estuvo casi en desuso a nivelcomercial durante aos, hasta que afinales de la dcada de los 80, cobr unnuevo impulso cuando fabricantes comoLancia o Volkwagen iniciaron suaplicacin en modelos de gran serie.

El objetivo de la instalacin en elautomvil de sobrealimentadores, comolos compresores volumtricos, esconseguir un mejor rendimiento del motora base de llenar los cilindros lo msrpido y con la mayor cantidad de mezclaaire/combustible posible.

Existen varios tipos de compresoraunque casi todos han partido del mismoconcepto: hacer circular aire a mayorvelocidad de la que proporciona la presinatmosfrica, para acumular la mayorcantidad de aire posible en el conducto deadmisin y crear una sobrepresin en l.

Figura 10. Compresor Volumtrico.

Todos los compresores volumtricos tienen una caracterstica en comn, que adems esuna de sus principales desventajas: su accionamiento es mecnico y para funcionarnecesitan ser movidos por el cigeal del motor, arrastre que supone una mermaconsiderable en el potencial del motor.

Pero esta desventaja tiene su gran contrapartida y es que al ser accionadosdirectamente por el motor, se ponen en funcionamiento en el mismo instante en que stearranca, y aumentan o disminuyen su funcin de sobrealimentacin en perfecta armonacon el rgimen de giro del motor. Con ello, se consigue una sobrealimentacininstantnea y muy equilibrada a cualquier rgimen de giro, cosa que no ocurre con elturbo, que solo consigue entrar en funcionamiento til cuando los gases de escape que loaccionan tienen la suficiente velocidad para arrastrar la turbina.

Uno de los compresores ms utilizados hace aos era el Eaton Roots 1, adoptado porprestigiosos fabricantes de motores, entre otros Abarth. En este compresor, la presinefectiva de carga no se creaba hasta llegar al colector de admisin y sus rotores de doslbulos originaban una presin relativamente baja. El Roots 1, para una presin de 0,6bares y paso mximo de aire, absorba 12,2 caballos de potencia del motor y surendimiento, adems de no ser muy alto, empeoraba con el aumento de rgimen delmotor.

Luego vino el Roots 2, una versinposterior que lleg a mejoresresultados gracias a una mayorcomplejidad en su construccin, conrotores de tres labes y que paramoverse slo necesitaba 8 caballosde potencia para conseguir 0,6bares de presin. (Figura 11)

Aqu se puede notar la presenciadel Compresor Roots, definiendo almotor como un modelo SuperCargado (Super Charger).

Figura 11. Compresor Volumtrico Roots 2,con rot ores de tre s labes.


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Por su parte, los ingenieros de Wanquel construyeron un compresor de pistonesrotativos inspirado en una versin de Roots, con distintas geometras de rotores y unaarquitectura ms sencilla. Alcanzaba una presin mucho ms alta y absorba 8 caballos,pero consegua adems un rendimiento que superaba el 50 por ciento. Tambin el fabricante escocs Sprintex pas a la historia por su compresor de hlice

con diseo de rotores en forma de caracol, parecidos a una trituradora de carne, que noconsigui un rendimiento muy bueno, y adems tena un consumo de energa del motormuy elevado, que alcanzaba la cota de los 11 caballos de potencia.

Otra solucin para la sobrealimentacin fue el compresor Pierburg de pistn rotativo,con un cierto parentesco con el motor Wankel; un rotor de tres labes describe unatrayectoria circular en un tambor rotativo con cuatro cmaras. Puesto que stas en surotacin van variando el volumen, la compresin del aire tiene lugar dentro delcompresor y gracias a esto su rendimiento supera el 50 por ciento con un consumo deenerga relativamente bajo, con valores comprendidos entre 2,5 y 8,2 caballos depotencia.

Otra modificacin del compresor Roots es el KKK de pistn rotativo. En ste, el rotorgira en un tambor que lo envuelve, que a su vez tambin gira. La creacin de presin decarga y el paso del aire es muy rpido en este compresor KKK, y la potencia necesariapara conseguir una elevada presin y un alto grado de flujo es relativamente baja, menosde 8 caballos.

Pero uno de los mejores logros dentro del campo de la sobrealimentacin por medio decompresores volumtricos lo ha construido Volkswagen, aplicndolo en varios de susmodelos ms populares. El G, es un compresor en espiral y se diferencia de otrosmodelos sobre todo porque su diseo ha eliminado los elementos en rotacin paraconseguir la circulacin del aire.

En el compresor G, la compresin que se produce en el conducto del caracol esconsecuencia del movimiento oscilante de su pieza interior, y las caractersticas desuministro de flujo de ste compresor cumplen el requisito ms importante: una rpidacreacin de presin. A su elevada capacidad de circulacin se ana adems un bajoconsumo de energa, ya que las prdidas por rozamiento son muy pequeas en loscojinetes del compresor implantado en sus modelos por el fabricante alemn Volkwagen.

La marca japonesa Mazda utiliza un compresor volumtrico helicoidal en su motor V6,mandado por una polea de dimetro variable. Esta polea, al variar su dimetro, yconsecuentemente su relacin de transmisin, es capaz de disminuir el esfuerzo de giroen regmenes altos. Gracias a ello se palian las prdidas de potencia producidas por elarrastre del compresor en alta, conservando unas buenas cualidades desobrealimentacin.

En base a las experiencias obtenidas en los ltimos tiempos, casi todos los fabricantesde automviles, independientemente del tipo de sobrealimentacin que hayanimplantado en sus modelos, estn de acuerdo en que el compresor volumtrico de

accionamiento mecnico es ventajoso sobre todo en motores de pequea cilindrada,porque en ellos puede trabajar con un buen rendimiento y con resultados altamentepositivos.


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7. Tipos de Compresores Volumtricos.

Compresores Eaton Roots

La solucin del compresorvolumtrico se ha empleado conxito en coches de competicin yde calle. Un ejemplo fueron losLancia 037 de rally y elVolumex.

Los dos rotores compresoresdel compresor Roots giran defrente en una caja ovalada ensentidos contrarios y sintocarse. La magnitud delintersticio que existe vienedeterminada por laconstruccin, el material elegido

y las tolerancias admisibles. Lasincronizacin de ambos rotoresse realiza por medio de un parde ruedas dentadas que giranfuera de la cmara de trabajo.

(Figura 12)

Figura 12. Compresor Eaton Ro ots.

a) COMPRESOR EATON ROOTS 1:

Se trata de una mquina pura de circulacin, en las que nose comprime el aire. La presin de carga efectiva no se creahasta llegar al colector de admisin.

Esta versin sencilla con rotores de dos labes origina unapresin relativamente baja, y adems la crea muy despacio alaumentar el rgimen de giro.

La potencia absorbida se sita para una sobrepresin de 0,6bares y paso mximo de aire, en 12.2 CV.

El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y adems empeora con el aumentodel rgimen de giro.

La capacidad de suministro slo supera el 50% en una gama muy limitada. El airecomprimido se calienta extraordinariamente.

b) CROMPRESOR EATON ROOTS 2:

Al igual que el anterior tampoco comprime el aireinternamente, sin embargo la sobrepresin de carga, bajo lasmismas condiciones, alcanza un mximo ms elevado.La potencia absorbida se sita en slo 8 CV y la temperaturadel aire se eleva menos.

El rendimiento de este compresor supera el 50% en unagama ms alta.

c) COMPRESOR VOLUMTRICO DE PISTONES ROTATIVOS WANKEL:Su funcionamiento es similar al del compresor roots, perovariando sustancialmente su geometra. De esta manera semejoraron notablemente las propiedades.La sobrepresin que se alcanza es alta. La potencia absorbidapara una presin de 0,6 bares y mximo paso de aire alcanza8.2 CV. La temperatura del aire no se eleva mucho.El rendimiento est por encima del 50% para capacidad de

circulacin media y en una pequea gama incluso supera el60%.


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d) COMPRESOR DE HLICE SPRINTEX: Este compresor fabricado en Escocia presenta un elevado

consumo de energa, para una baja capacidad de suministro,con el mximo en casi 11 CV. La causa parece radicar en loscojinetes lisos del compresor Sprintex, que ayudados por elrozamiento interno eleva mucho la temperatura del aire.

El rendimiento no es muy bueno y slo con alta sobrepresin y un elevado grado de paso de aire se acerca al 50%.

e) COMPRESOR PIERBURG DE PISTN ROTATIVO:Este compresor tiene un parentesco cinemtico con el motor

Wankel. Un rotor de tres labes describe una trayectoria circularen un tambor rotativo con cuatro cmaras. Las cmaras en surotacin van cambiando de volumen y por lo tanto el aire secomprime dentro del compresor.

El consumo de energa es muy bajo tambin en carga parcial,entre 2.7 y 8.2 CV. La elevacin de la temperatura es reducida.El rendimiento del compresor supera el 50% en una ampliagama de capacidad media de suministro.

f) COMPRESOR KK K DE MBOLO ROTATIVO :Es una mquina de mbolo rotatorio de eje interno. El rodete

interior accionado (mbolo rotatorio) gira excntricamente en elrodete cilndrico exterior.

Los rodetes con una relacin de transmisin de tres a dos giranuno frente al otro y sin contacto con la carcasa, alrededor de ejesde posicin fija. A causa de la excentricidad se puede captar elvolumen mximo, comprimirlo y expulsarlo. La magnitud de lacompresin interna viene fijada por la posicin del borde desalida.

Por medio de unas aberturas de entrada y salida de gran superficie en el rodeteexterior, se consigue un suministro casi continuo con tres llenados de cmara en cadarevolucin. La sincronizacin del movimiento se realiza por medio de un par de ruedasdentadas rectas. Estas y los cojinetes de los rodetes van engrasados permanentementecon grasa. El rodete interior y el exterior se unen por medio del escaso juego que existeentre s.

La creacin de la sobrepresin de carga y el paso del aire es muy rpido en el KKK.La potencia necesaria para conseguir una elevada presin y un alto grado de flujo esrelativamente baja, con valores que se acercan a los 8 CV. El aire se calienta muy pocopor la sobrepresin. El rendimiento del compresor KKK es muy bueno y en una ampliagama de alrededor de un 50% y en una gama ms pequea supera el 60%.

g) COMPRESOR G DE VOLKSWAGEN:Se diferencia de otros modelos sobre todo porque no se

compone de elementos en rotacin para conseguir lacirculacin. La compresin del aire en el conducto del caracol esconsecuencia de un movimiento oscilante de la pieza interior.La caracterstica de suministro del compresor G cumple elrequisito de una rpida creacin de presin. Una elevadacapacidad de circulacin se une aqu con un bajo consumo deenerga, ya que las prdidas por rozamiento son muy pequeasen los cojinetes del compresor G.

El rendimiento alcanza en determinadas gamas de carga,

mximos del 60%.El compresor G de Volkswagen ya no se utiliza, y se ha estado incorporando en algunosmotores del W. Polo, W Golf y W. Passat durante menos de una dcada.


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8. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL COMPRESOR.

a) Ventajas: Al contrario de lo que sola pasar con los turbos, en los compresores volumtricos la

sobrepresin mxima se alcanza desde bajo nmero de revoluciones, lo cual facilita laconduccin al aportar esta sobrealimentacin extra en todo el rango defuncionamiento del motor.

En motores de pequea cilindrada el compresor mecnico es ventajoso porque enellos puede trabajar con un buen rendimiento, y dar resultados a bajo rgimensimilares al de motores de gran cilindrada. Se calcula que el lmite de validez rondalos motores entre 1.6 y 2 litros.

b) Inconvenientes: Los compresores volumtricos suelen ser de un gran tamao y peso. Consumen potencia directamente del motor que en ocasiones para regmenes de giro

altos pueden alcanzar los 20 CV. Es difcil conseguir la estanqueidad de los compresores, especialmente a bajas

revoluciones, lo cual disminuye notablemente el rendimiento.

9. EJEMPLO DE APLICACIN.

El VW Polo G40 fue lanzado al mercado automotor en la Primavera de 1991 y ha sido elms rpido Polo construido en serie hasta la actual fecha por la casa VW, habiendoregistros de los 0 a 100 km/h entre los 7,5 y 8,5 segundos, y velocidades mximas entrelos 195 y 230 km/h.

Compresor G montado en el Volkswagen Polo G40 (Figura13)

El Polo G40 comparte muchas de las caractersticas de losPolos normales y posee incluso algunas en comn con elPolo GT, pero existe una diferencia muy importante quedistingue al Polo G40 de sus dems hermanos; susobrealimentacin debido al compresor volumtrico G,inventado en 1905 por el francs LeCreux.

Figura 13. Compresor G

Note el compresor G enprimer plano, accionadomediante correa desde elcigeal. (Figura 14)

Este compresor Ginstalado en el motor dealuminio de 4 cilindros,hace que el mismo llegue a115 CV a 6250 RPM y untorque de 15,8 kgm a 3600RPM en la versin sincatalizador, y 113 CV a6000 RPM y un torque de

15,3 kgm a 3600 RPM en laversin con catalizador.

Figura 14.


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10. EL TURBO DEL FUTURO.

Una de las mejoras ms necesarias en losmotores turboalimentados tiene que ver con suprestacin a bajo rgimen. Avances en esteapartado implican una mejora en la prestacinde la turbina, junto a mayores flujos yrendimientos del compresor.

Para conseguir esto una de las ltimastcnicas empleadas es la utilizacin de turbinasde admisin variable. Con esta tcnica semejoran tanto los valores mximos de par ypotencia como la respuesta a cualquierrgimen. (Figura 15)

El peso es otro aspecto a mejorar. En susltimos modelos, Garrett (fabricante deturbocompresores) ha llegado a reducir el pesoen ms del 50% (de los 7 Kg del modelo T3 a los3 Kg del GT12). Figura 15.

En los turbo para motores de gasolina otra necesidad es el aumento de la fiabilidad aalta temperatura. A plena carga se pueden pasar de 1000C en la turbina y el materialms habitual, denominado inconel, sufre cambios en su estructura a partir de esosgrados. En el futuro se usar acero austentico inoxidable para la envolvente, costoso enla actualidad, pero garantizado por su uso en competicin.

11. COMPRESOR COMPREX.

Es una mquina dinmica de gas, en la cual se verifica un cambio de energa del gas deescape al aire fresco por medio de ondas de presin. Este cambio tiene lugar en lasceldas del rotor, llamado tambin rodete celular, que debe ser accionado por el motor atravs de correas trapezoidales para la regulacin y mantenimiento del proceso de laonda de presin.

El cambio de energa se realiza en el rodete celular a la velocidad del sonido. Es funcinde la temperatura de los gases de escape y por ello depende principalmente del par motor

y no del nmero de revoluciones. A relacin constante de transmisin entre el motor y elsobrealimentador de onda de presin slo es ptimo para un punto de trabajo.Incorporando bolsas apropiadas en los cuerpos del lado frontal se puede ampliar sinembargo el campo de buenos rendimientos a una zona amplia de funcionamiento, y conello conseguir una buena caracterstica de la presin de carga.

A consecuencia del cambio de energa en el rotor a la velocidad del sonido, el compresorde onda de presin reacciona rpidamente a los cambios de estado. Los tiempos dereaccin vienen determinados por los procesos de llenado de los tubos de aire y de gasesde escape. (Figura 15)

a.-Cmara de gases.

b.-Rotor.

c.-Correa de transmisin cigeal-coprex.

d.-Colector de admisin.

1.-Mezcla de admisin.

2.-Mezcla de presin.

3.-Gases de escape del motor.

4.- Escape.

Figura 15. Compresor Comprex.


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El rodete celular del compresor de onda de presin es accionado por el cigeal delmotor a travs de correas trapezoidales. Para reducir el ruido, las celdas del rodete sonde distintos tamaos. El rotor gira dentro de un cuerpo cilndrico, en cuya cara frontaldesembocan los conductos de aire y de gas, y adems la entrada de aire a baja presin yel aire a alta presin por un lado, y el gas de escape a alta presin y la salida de gas abaja presin en el otro lado.

El rotor lleva cojinetes flotantes (los cojinetes se encuentran en el lado del aire),conectado al circuito de aceite del motor.

El compresor tipo Comprex utiliza la energa transmitida, por contacto directo, entrelos gases de escape y los de admisin, mediante las ondas de presin y depresingeneradas en los procesos de admisin y escape.

El Comprex resulta de un tamao bastante grande, y es accionado por el cigeal atravs de una correa. Por ambas razones las posibilidades para elegir ubicacin sonmuy reducidas.

El sistema Comprex, al igual que los sistemas turbo, aprovecha la energa de losgases de escape.

Su principal ventaja es que responde con mayor rapidez a los cambios de carga delmotor, por lo que ste tendr un comportamiento ms alegre.

Los principales inconvenientes que presenta este sistema son: Precios dos o tres veces mayores que los de un turbocompresor equivalente. Presencia de un silbido agudo durante las aceleraciones. Altas temperaturas de los gases de admisin, al haber estado en contacto las

paredes con los gases del escape.


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Fundacin Universidad de Atacama Escuela Tcnico ProfesionalUnidad Tcnico Pedaggica

Profesor: Sr. Jorge Hernndez Valencia

Mdulo: Mantenimiento de Sobrealimentadotes de Motores.

Material Anexo.

(Fuente de Informacin: http://www.club-escort.com.ar/tecnica/notas/turbo.htm )

Sobrealimentacin de motores

La sobrealimentacin es un mtodo que se utiliza para dar potencia y rendimiento a un motor.Sobrealimentar un motor puede definirse como la forma de utilizar un sistema mediante el cual seconsiga aportar un mayor llenado al interior de los cilindros, es decir una mayor cantidad de mezclafresca, para obtener as mayor energa y por lo tanto mayor trabajo del que podra obtenerse de unmotor de aspiracin natural. La sobrealimentacin no slo sirve para dar mayor potencia al motor,si no tambin para conseguir la misma potencia en condiciones atmosfricas anormales, como ser agrandes alturas (en el caso de los aviones o vehculos que transiten en zonas montaosas) o zonasde elevadas temperaturas.

El problema de las grandes alturas y elevadas temperaturas es que en estos lugares la presin esms baja y por lo tanto la cantidad de mezcla que ingresa al motor es menor.

Existen dos formas muy difundidas de sobrealimentar un motor: por medio del CompresorVolumtrico llamado Supercargador, o un Turbocargador.

1. Sobrealimentadores volumtricos o Super cargadores Los sobrealimentadores volumtricos son aparatos que hacen circular el aire a mayor velocidad de

la que proporciona la presin atmosfrica, con lo que crea un sobrepresin en el mltiple deadmisin. Las caractersticas fundamentales de stos compresores es que se encuentran accionadospor el cigeal del motor a travs de engranajes o correas, por lo que tienen buen rendimiento abajas vueltas cosa que no ocurre con los turbocompresores; pero tambin tienen contras, ya que elcompresor al ser accionado por el cigeal le quita potencia al motor.

Existen 2 tipos de sobrealimentadores volumtricos que se utilizan en la actualidad:Supercargadores de lbulos y los Supercargadores centrfugos.

1.1 Supercargadores de lbulos Entre los supercargadores de lbulos el ms utilizado es el tipo ROOTS, el cual consta de 2

rotores de lbulos que son solidarios a 2 engranajes, los cuales son comandados por un tercerengranaje el cual esta acoplado al cigeal por medio de una correa. El compresor ROOTS trabajacomo desplazador del aire de la siguiente manera:

Al girar los 2 lbulos absorben el aire de la atmsfera y lo desplaza comprimindolo a lo largo delas paredes del supercargador en el sentido de giro de los rotores hacia la admisin del motor

Existen otras formas de accionamiento del supercargador, por medio de un acoplador hidrulico opor medio de un sistema de electroimn que permite ponerlo en funcionamiento o embragarlo avoluntad con un botn, segn las caractersticas y necesidades de marcha.

Sus desventajas son que le quita potencia al motor por ser movido por el cigeal (generalmentede 7 a 10 HP aproximadamente), tienen un peso de 3 a 4 veces mayor que los turbocompresores ysu colocacin se hace difcil debido a su gran tamao por todo esto no se los utilizan con muchafrecuencia en motores de bajas cilindradas.


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Diagrama de un motor con supercargador 1-Motor.2-Escape.3-Tanque de combustible.4-Bomba de bencina.5-Caeria de alimentacin del tanque a la

bomba de bencina.6-Caeria de alimentacin del carburador.7-Carburador.8-Filtro de aire.9-Vlvula de flap que permite pasar airecuando no est funcionando el compresor.10-Compresor tipo ROOTS.11-Embrague electrnico del compresor.12-Polea del cigeal canectada con elembrague del compresor.13-Botn que habilita al pulsador del

embrague del supercargador.14-Pulsador que pone en marcha elsupercargador.15-Vlvula de alivio para controlar lasobrepresin.16-Caeria para alimentacin extra de combustible.17-Sensor de cantidad de aire que ingresa.

1.2 Supercargadores centrfugos Los supercargadores centrfugos son muy similares a los turbocompresores ya que el compresor

en s es un rotor con labes, pero movido por medio de una correa conectada al cigeal que toma elaire a presin atmosfrica, lo desplaza a travs de las paredes de la carcaza comprimindolo yenvindolo a la admisin del motor.

Sus ventajas son: disponer de buen rendimiento a bajas vueltas (lo que no ocurre con los turbos) yson ms pequeos que los de tipo Roots. Sus desventajas son que le quita potencia al motor(generalmente 6 a 9 HP aproximadamente) tiene mayor velocidad de rotacin y produce mayorcalor que el de tipo Roots por lo que es mejor utilizarlo con intercooler (intercambiador de calor).

2. Turbocompresores En el terreno de la sobrealimentacin de motores los mejores resultados obtenidos hasta ahora se

han conseguido con la ayuda de los turbocompresores que si bien presentan algunos inconvenientes,tienen la gran ventaja de que no consumen energa efectiva del motor adems de estar facultadospara poder girar a un gran nmero de vueltas.

Las dos ventajas, junto a la facilidad con que pueden ser aplicados a los motores por su pequeotamao (con respecto a los compresores volumtricos) hacen que haya evolucionado su estudio y sehayan conseguido grandes rendimientos en motores de combustin interna de todo tipo. La idea dela sobrealimentacin se remonta al siglo XIX, el ingeniero Buchi present en 1905 la primera ideade lo que sera un turbocompresor, la cual complet en 1910 con un sistema bsicamente igual alque se utiliza hoy en da. El mismo Buchi trabaj con su idea y en 1925 lleg a perfeccionarlo de talmanera que su invento an est vigente en determinados motores Diesel. Los xitos ms notablescon la implementacin del turbo vinieron de la mano del ingeniero Rateau. Luego por encargo deRenault comenz en los aos 70 su aplicacin a motores de competicin. As naci el Renault A442 que sirvi de base para el motor de Frmula 1 que debut en 1977. El reglamento de Frmula 1de esos aos permita motores aspirados de 3 litros o motores con turbocompresor de 1,5 litros decilindrada. Con esto en 1977 los motores de 3 litros como el Cosworth DFV erogaba 487 CV,mientras que el motor Renault Turbo desarrollaba una potencia de 510 CV pero con una desventajaporque a pesar de su capacidad ms pequea era un 25 % ms pesado que el Cosworth. En 1985 elmotor Honda super ampliamente esos valores porque ste erogaba 1082 CV con 1,5 litros decilindrada.


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2.1 Desarrollo y funcionamiento Los motores de combustin interna aprovechan slo un 25% de la energa del combustible el resto

se pierde por el escape, por prdidas de rozamiento mecnico y tambin por prdidas de calor altener que enfriar el motor. El turbocompresor aprovecha la energa desperdiciada por el escape conun dispositivo que consta de una pequea turbina, por la cual pasan los gases de escape y la hacengirar a grandes velocidades (hasta 130.000 R.P.M) con temperaturas del orden de los 900-1000C.

La turbina est unida mediante un eje al compresor, que es una rueda con una docena o ms delabes. Cuando gira la turbina tambin gira el compresor y las paletas curvadas (labes) succionanel aire de la atmsfera lo hacen girar y lo impulsan a mucha velocidad hacia un difusor que est enla carcaza el compresor haciendo que el aire disminuya la velocidad y aumente considerablementela presin. En la turbina se produce el efecto contrario; en la carcaza de sta se encuentra situadauna tobera por la cual pasan los gases de escape a presin, la cual disminuye y en consecuenciaaumenta considerablemente la velocidad haciendo girar la turbina a altsimas revoluciones. Graciasal aumento de presin que produce el compresor, el aire penetra en el sistema de admisin delmotor a travs del carburador o mltiple de admisin (en el caso de ser inyeccin) donde adquierela cantidad de combustible necesaria y llega a la cmara de combustin para seguir el procesonormal del ciclo. Este hecho de que la mezcla aire-combustible est a altas presiones quiere decir

que una proporcin mayor de ella entra en el cilindro que en los motores aspirados. Al penetrar msmezcla el motor desarrolla ms energa, de forma que l turbo aumenta significativamente elrendimiento del mismo.

Es necesario calcular la forma de los labes y tamao del compresor de manera que produzca unsobrepresin til a la requerida por el motor. Una vez calculado esto es preciso disear la turbinaque proporcione las velocidades requeridas por compresor. Antes de llegar a la turbina el gas deescape debe retener tanto como sea posible su calor, velocidad y presin a fin de que puedamantener a la turbina en un giro eficaz.

Cuando la turbina es pequea la respuesta es ms rpida y el rendimiento es mejor a menorcantidad de vueltas (turbo de baja), mientras que si la turbina es ms grande el rendimiento sermejor a mayores revoluciones (turbo de alta). Aunque lo ltimo en tecnologa de turbos es el Turbode geometra variable que funciona en alta y en baja, ya que por su diseo le permite variar elngulo de incidencia de los labes de la turbina de acuerdo a los requerimientos del motor.

2.2 Diagrama de un motor con Turbo 1- Filtro de Aire2- Admisin del compresor3- Compresor4- Salida del compresor hacia el intercooler5- Intercooler6- Salida del intercooler hacia el carburador7- Carburador presurizado8- Distribuidor9- Mltiple de admisin10- Block de cilindros del motor11- Mltiple de escape12- Turbina13- Vlvula de descarga14- Escape


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2.3 Vlvula de descarga Waste GateLos turbocompresores deben tener una vlvula la

cual limita la entrada de los gases de la turbina puessta si no tuviera la vlvula alcanzara altsimasvelocidades de giro con lo cual la sobrepresin serademasiado grande provocando la rotura o destruccin

del motor.Esta vlvula llamada Waste Gate lo que hace esregular la sobrepresin que produce el turbocompresor.Funciona desviando las presiones de los conductos deescape cuando se alcanzan valores de sobrepresinmayores a los que podra soportar el motor.

Dicha vlvula es accionada por una cpsulamanomtrica que acta con un determinado valor depresin que es tomado en el mltiple de admisin.Cuando la velocidad del compresor se estabiliza lavlvula se cierra.

2.4 Intercambiador de Aire (Inter-Cooler) Algunos vehculos con turbocompresor llevan un intercambiador de aire que es una especie de

radiador de aire llamado intercooler aire-aire (el ms usado), o tambin existe el intercooler aire-agua (refrigerado por agua).

El enfriamiento del aire despus que sali delcompresor tiene ventajas evidentes porque aumenta elrendimiento energtico (hasta un 20%) y reduce eldesgaste del motor.

El aumento energtico se produce por elenfriamiento de la mezcla de aire y combustible haceque sta sea ms densa, as entra ms cantidad en el

cilindro y produce mayor potencia. La reduccin deldesgaste del motor se debe a que la combustin de lamezcla es a menor temperatura con lo que hace menosprobable que se quemen las vlvulas y as se reduzcala temperatura del motor. Como el intercooler hacems densa la mezcla tambin reduce la presin de staen el mltiple de admisin esto es una desventaja ytambin una ventaja, porque al reducir la presin seconsigue que el trabajo del motor una vez que entra alcilindro se reduzca y contribuye a evitar la detonacinpor lo que se le puede dar ms presin al turbo;

aunque por la reduccin de presin en el mltiple de admisin produce que la presin de los gases de escape

tambin sea menor con lo cual hay menos energa para mover la turbina, an as el intercooler ayuda agenerar ms potencia.

2.5 Refrigeracin por agua Otra forma de extraer el calor generado por el conjunto turbocompresor es hacer circular agua por canales

que se encuentran en la carcaza del compresor para conseguir as una menor temperatura del aire,aumentando la densidad de ste dentro del cilindro.

2.6 Lubricacin Otra caracterstica importante en el diseo del turbocompresor son los cojinetes y su lubricacin. La

mayora de los turbocompresores tienen cojinetes flotantes que mantienen al eje principal entre la turbina yel compresor.

Los cojinetes flotantes encajan suavemente sobre el eje de la turbina y tambin estn flojos dentro delalojamiento del turbocompresor. El aceite forzado por la bomba de aceite del motor se mete entre el cojinetey el eje, y entre el cojinete y el alojamiento de ste, por lo cual se dice que el cojinete flota y el rozamiento escasi nulo. Por este motivo se puede reducir las velocidades del cojinete a la mitad de las que gira el eje.Como la turbina gira a velocidades que superan las 100.000 R.P.M es crucial una muy buena lubricacin conlo cual se hace necesario contar en lo posible de radiadores de aceite, filtros y aceites de excelente calidad.


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Doble Turbo

ACTIVIDADES PROPUESTAS.

1. Lea y analice cada prrafo del apunte entregado, resumiendo o extrayendolos antecedentes ms relevantes de cada uno de ellos.

2. Confeccione un listado de trminos y su respectivo significado de cada unode los componentes y sistemas presentes en sta gua.

3. Si se encuentra con problemas de nitidez de las imgenes expuestas, visitelas pginas web citadas como fuente de informacin.

sistemas de sobrealimentacion

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