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Sistema de Admisión Variable El sistema de admisión variable se utiliza para mejorar la entrada de aire a los cilindros en dependencia del régimen al que se encuentre el motor, mejorando directamente el par motor a esos regímenes y en consecuencia las prestaciones de motor. Los colectores de admisión convencionales no disponen de la flexibilidad, con la que cuentan los colectores de admisión variable, para adaptarse a los distintos regímenes del motor. Con los colectores de admisión convencionales se consigue un par motor elevado a un numero de revoluciones bajo o una potencia elevada para un numero de revoluciones alto, pero no se consigue las dos condiciones a la vez, por eso la necesidad de un sistema eficaz para todos los regímenes de funcionamiento del motor. Los sistemas de admisión variable generalmente se utilizan en motores con cuatro válvulas por cilindro para compensar la falta de par motor a bajo numero de r.p.m.. Los tubos de admisión en motores con carburador o con inyección monopunto, necesitan, para una distribución uniforme de la mezcla de aire-gasolina, tubos cortos individuales de igual longitud para cada cilindro, lo que imposibilita diseñar un sistema de admisión variable optimo para estos motores. Al contrario en los motores con sistemas de inyección multipunto, donde el combustible es inyectado en el tubo de admisión o directamente en la cámara de combustión (inyección directa) a muy poca distancia delante de la válvula de admisión. En estos sistemas los tubos de admisión transportan solo aire lo que permite un buen diseño de los tubos para mejorar la admisión de aire. Las dimensiones de los tubos del colector de admisión deberían adaptarse al numero de revoluciones del motor. Lo ideal seria disponer de sistemas de aspiración ajustables en continuo, en los que los conductos se alargaran y encogieran, para poder graduar la longitud de los tubos desde la válvula de admisión del motor hasta el colector. Estos sistemas de aspiración ajustables en continuo son muy complicados, caros y difícil de fabricar.

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Sistema de Admisión Variable

El sistema de admisión variable se utiliza para mejorar la entrada de aire a los cilindros en dependencia del régimen al que se encuentre el motor, mejorando directamente el par motor a esos regímenes y en consecuencia las prestaciones de motor. Los colectores de admisión convencionales no disponen de la flexibilidad, con la que cuentan los colectores de admisión variable, para adaptarse a los distintos regímenes del motor. Con los colectores de admisión convencionales se consigue un par motor elevado a un numero de revoluciones bajo o una potencia elevada para un numero de revoluciones alto, pero no se consigue las dos condiciones a la vez, por eso la necesidad de un sistema eficaz para todos los regímenes de funcionamiento del motor. Los sistemas de admisión variable generalmente se utilizan en motores con cuatro válvulas por cilindro para compensar la falta de par motor a bajo numero de r.p.m.. Los tubos de admisión en motores con carburador o con inyección monopunto, necesitan, para una distribución uniforme de la mezcla de aire-gasolina, tubos cortos individuales de igual longitud para cada cilindro, lo que imposibilita diseñar un sistema de admisión variable optimo para estos motores. Al contrario en los motores con sistemas de inyección multipunto, donde el combustible es inyectado en el tubo de admisión o directamente en la cámara de combustión (inyección directa) a muy poca distancia delante de la válvula de admisión. En estos sistemas los tubos de admisión transportan solo aire lo que permite un buen diseño de los tubos para mejorar la admisión de aire.

Las dimensiones de los tubos del colector de admisión deberían adaptarse al numero de revoluciones del motor. Lo ideal seria disponer de sistemas de aspiración ajustables en continuo, en los que los conductos se alargaran y encogieran, para poder graduar la longitud de los tubos desde la válvula de admisión del motor hasta el colector. Estos sistemas de aspiración ajustables en continuo son muy complicados, caros y difícil de fabricar.

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En estos últimos años se han hecho grandes progresos. La marca Audi, por ejemplo, ha sustituido en su motor V8 el múltiple de admisión con tubos variables de dos fases (tubo largo y estrecho para bajas r.p.m. y tubo ancho y corto para altas r.p.m.) por otro de tres fases. Honda también utiliza para sus motores V6 un sistema de aspiración de tres fases.

Pero ha sido BMW la que se atrevido, con la introducción de su motor de 8V con Valvetronic de la serie 7 (año 2001), el primer fabricante que instalo un sistemas de aspiración continuo. Está formado por una carcasa de magnesio, a la cual también se han montado externamente las toberas del combustible y de inyección. La geometría interna tan compleja del engranaje de velocidad variable fabricado de material plástico solo pudo llevarse a cabo gracias a la alta tecnología. La pieza compleja gira sobre rodamientos y experimenta torsión por medio de un servomotor eléctrico. La longitud de los tubos de admisión varia de 670 a 230 mm. Hasta 3500 r.p.m. se mantiene, en principio, toda su longitud.

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La mayoría de los fabricantes de automóviles no pueden permitirse tal inversión y, por motivos económicos, prefieren los múltiples de admisión con dos fases para diferentes longitudes y secciones de los tubos de admisión. La forma que se elige para el conducto de aspiración depende tanto del modo de construcción del respectivo motor, como del numero de cilindros. El numero de cilindros juega un papel importante, por cuanto que determina las forma de oscilaciones y la fuerza de las pulsaciones en el sistema de aspiración.

Podemos mejorar la admisión de aire teniendo en cuenta:

Las dimensiones de los tubos de la admisión: Los conductos de admisión para instalaciones de inyección multipunto (fig, inferior), son independientes y se unen en un depósito colector (3), comunicado con la atmósfera a través de una mariposa de paso (4). La mejora de la admisión de aire depende de la longitud y configuración del tubo (2) y de las revoluciones del motor. Las aperturas de las válvulas de admisión crean un movimiento de aire hacia el deposito (3), donde se produce la vuelta de los mismos hacia el cilindro a gran velocidad, por esta razón a estos tubos se les denomina también como tubos oscilantes de admisión. Los tubos oscilantes de admisión anchos y cortos repercuten favorablemente en la admisión de aire a altas r.p.m.. Los tubos largos y delgados mejoran la admisión a bajas r.p.m..

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La estructura o configuración de los tubos de admisión: dependiendo del numero de cilindros del motor, se puede estructurar un sistema de admisión tal, que mejore la entrada de aire, aprovechando el efecto de la resonancia que se produce en los conductos de admisión. El sistema de admisión (fig, inferior) para un motor de 6 cilindros en linea optimizado para aprovechar las ventajas del efecto de la resonancia, se configura uniendo los cilindros que tienen iguales intervalos de encendido mediante tubos cortos (2), a un depósito común por cada grupo (3), estos depósitos comunican con la atmósfera a través de un depósito único (5), y una mariposa de estrangulación (6) le pone en contacto con la atmósfera, la conexión entre (5) y (3), se hace con unos tubos de resonancia orientados (4), que aumentan la velocidad del aire. La separación de los depósitos (3), de los dos grupos de cilindros (A y B) con dos tubos de resonancia impiden que se solapen los fenómenos de flujo en dos cilindros vecinos en orden de encendido. Si el orden de encendido es : 1-5-3-6-2-4 no hay dos admisiones seguidas dentro de cada depósito.

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La clasificación de los modelos de admisión variable con los que nos podemos encontrar son los siguientes:

Admisión variable por longitud del colector. Son generalmente los más usados, constan de dos longitudes distintas de conductos hacia el cilindro: una larga para regímenes bajos y otra corta para alto régimen. De esta forma se adapta la frecuencia de entrada del aire tanto para regímenes bajos como altos. A medida que aumenta el régimen (numero de r.p.m.) debería disminuir la longitud y aumentar el diámetro de los conductos, de manera que se mantenga la inercia de los gases sin producir perdidas de carga. Para conseguir una admisión variable por longitud del colector se utilizan unas mariposas, controladas electrónicamente, que regulan el paso de aire o de la mezcla eligiendo el conducto de admisión largo o corto (2 fases) según sea el numero de r.p.m. del motor.

Admisión variable por resonancia Esta basada en el fenómeno vibratorio del aire de admisión, provocado por la apertura de las válvulas de los diferentes cilindros del motor, en el colector de admisión. La frecuencia de entrada de los gases dependerá de la longitud y sección del colector y las pulsaciones originadas en los mismos facilitarán su entrada al interior de los cilindros a una presión mayor que la atmosférica. Las ondas de presión y depresión se desplazan por el interior de los conductos con una frecuencia que varia con el régimen del motor. Las dimensiones del colector de admisión determinan que a cierto numero de r.p.m. del motor la frecuencia de las oscilaciones producen un efecto de sobrealimentación de los cilindros por resonancia. Pero, para que la resonancia sea efectiva, los pulsos del aire que se desplazan por los colectores, tienen que llegar sincronizados ,"en fase", con la apertura de las válvulas de admisión del motor. Como las válvulas de admisión de cada pistón accionadas por el árbol de levas se abren y cierran secuencialmente y sus tiempos de cierre y apertura van variando en función de la velocidad de giro, así como varían la compresibilidad del aire y las frecuencias pulsantes, para mantener siempre sincronizada la entrada de los pulsos es necesario ir variando la geometría de los colectores (longitud y diámetro) en función de

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la velocidad de giro del motor. Si se incorpora un dispositivo que varia tales dimensiones, se conseguirá mejorar el llenado a diferente número de revoluciones. Este sistema funciona añadiendo una toma adicional de aire a cada cilindro con un mando de mariposa que abra a alto régimen, puesto que se mejorará la entrada de aire de admisión.

Sistema de admisión variable por longitud del colector La expresión "por longitud del colector" no tiene por que ser siempre la variación de la longitud del colector también se puede variar el diámetro del colector como veremos en el ejemplo siguiente. Los motores en linea de 4 cilindros ofrecen la posibilidad de desarrollar los colectores de admisión que cumplan las características de los sistemas de admisión variable, con cuatro tubos articulados de igual longitud que desembocan en la mayoría de los casos formando un ángulo recto en un colector, en cuyo extremo abierto se sitúa la pieza de conexión para la válvula de mariposa.

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En los motores de 4 válvulas por cilindro, tenemos 2 válvulas de admisión, por lo que podemos utilizar en vez de un conducto de admisión por cada cilindro, 2 conductos, uno para cada válvula de admisión. Uno de los conductos estará controlado por una válvula mariposa, para cortarlo a bajas r.p.m. y abrirlo a altas r.p.m.. Para poder funcionar con un inyector por cilindro, se realiza una pequeña abertura en la pared de separación entre ambos conductos justo antes de llegar a las válvulas de admisión. La marca Toyota utiliza este sistema y lo denomina T-VIS (Toyota Variable Induction System), a bajas r.p.m., solo esta abierto un conducto, para darle velocidad a la entrada de aire a los cilindros. A partir de 4650 r.p.m. se abre la mariposa del segundo conducto de cada cilindro, por lo que tenemos la máxima sección para la entrada de aire.

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En la figura inferior podemos ver como seria un sistema de admisión variable por longitud de colector para un motor en "V".

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La admisión variable por longitud de colector, ademas de aprovechar la velocidad del aire para conseguir una mezcla mas homogénea y completa, también puede aprovechar las características acústicas de los conductos de admisión, consiguiendo un efecto de sobrealimentación del motor. Para conseguir este efecto de sobrealimentación, los conductos del colector tienen que tener un diseño muy estudiado y adaptado a la cilindrada del motor y al numero de r.p.m. del mismo. Este diseño no siempre es posible ya que es costoso economicamente su fabricación y hay ocasiones, en que falta espacio en el vano motor. Un colector que aprovecha tanto la característica de las dimensiones del colector como un diseño adecuado para beneficiarse de las características acústicas del mismo, es el utilizado por la marca Citroen, en sus motores multiválvulas. Este sistema de admisión se denomina ACAV (Admisión de Características Acústicas Variables). Este sistema de admisión permite mediante cuatro trampillas internas (4) obtener dos longitudes y diámetro de colectores diferentes. Estas trampillas se accionan neumaticamente (5) por medio de una electroválvula que corta o permite el paso del vacío que actúa sobre las cápsulas de vacío (5). Cuando el régimen del motor esta comprendido entre 1000 y 5000 r.p.m., la electroválvula es activada, las trampillas están cerradas y el aire recorre el colector mas largo (3), de forma que favorece el par. Cuando el régimen es superior a las 5000 r.p.m., la electroválvula corta el vacío, la trampilla se abre y toma el conducto mas corto (2) a fin de favorecer la potencia máxima.

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También se utilizan sistemas de admisión variable para motores de inyección directa de gasolina. En este caso no se busca tanto, el mejor llenado de los cilindros, sino la misión de crear un flujo de aire que se adapte a los modos de funcionamiento (mezcla estratificada, mezcla homogénea) de los motores de inyección directa.

Chapaleta en el colector de admisión accionada En los modos estratificado y homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo se acciona la chapaleta (válvula mariposa) en el colector de admisión y se cierra el conducto inferior en la culata. Debido a ello el aire de admisión fluye únicamente a través del conducto superior hacia el

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cilindro. Este conducto está diseñado de modo que el aire de admisión ingrese describiendo una turbulencia cilíndrica. Adicionalmente aumenta la velocidad de flujo a través del estrecho conducto superior, intensificando la formación de la mezcla.

Esto tiene dos ventajas

En el modo estratificado, el flujo cilíndrico del aire transporta el combustible hacia la bujía. En el trayecto hacia ésta se realiza la formación de la mezcla.

En el modo homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo, el flujo de turbulencia cilíndrica del aire respalda la formación de la mezcla. De esta forma se consigue una alta capacidad de ignición de la mezcla y una combustión estable, así como un funcionamiento con mezcla pobre. Esto supone dos ventajas:

Chapaleta en el colector de admisión no accionada

Al funcionar a cargas y regímenes superiores en el modo homogéneo no se acciona la chapaleta en el colector de admisión, con lo cual se encuentran abiertos ambos conductos. Debido a la mayor sección de paso del conducto de admisión, el motor puede aspirar la masa de aire necesaria para la entrega de un par más intenso y una alta potencia.

Sistema de admisión variable por resonancia El funcionamiento de una admisión variable resonante es como la que hemos explicado anteriormente, la única diferencia es que en vez de tener dos depósitos (3) ahora tenemos un solo deposito dividido en dos partes por una válvula mariposa resonante (7, en la figura inferior). En la admisión variable resonante existe una combinación de los sistemas de tubo de resonancia y de tubo oscilante. Cuando la válvula mariposa resonante esta abierta (altas r.p.m.) el deposito (3) se convierte en un solo volumen. Se origina entonces un colector de aire para los tubos oscilantes de admisión cortos (2). Cuando el régimen del motor es bajo (r.p.m. bajas) la válvula mariposa resonante esta cerrada, entonces el sistema se comporta como un sistema de admisión resonante.

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Utilizado principalmente en motores en "V", motores de cilindros horizontales "boxer" y también en motores en linea con 6 o mas cilindros. En motores de mas de 4 cilindros, por ejemplo los de 6 cilindros, el efecto de sobrealimentación por resonancia se ve disminuido porque las pulsaciones de las válvulas al abrir y cerrar se compensan entre ellas en el colector. Sin embargo el sistema de admisión por resonancia funciona de forma optima para motores de 3 cilindros, porque en ese caso una válvula de admisión se cierra, cuando la otra justo empieza a abrirse. Para aprovechar las ventajas mencionadas en los motores de 3 cilindros, en los motores de 6 cilindros se divide el colector de admisión por la mitad mediante una válvula mariposa, trabajando el motor ahora como si fuera dos motores de 3 cilindros. Esta solución se da por ejemplo en el motor de los Opel Omega 3000 y Senator, con el sistema de admisión "DualRam".

Sistema Dual Ram de Opel Por medio de un tubo de aspiración adecuado con una válvula de mariposa conmutable se divide el motor de 6 cilindros, en 2 motores de 3 cilindros cuando las r.p.m. son bajas, con esto se consigue un par motor elevado. A partir de aproximadamente 4000 r.p.m. se abre la válvula de mariposa y el modo de funcionamiento se modifica volviendo el motor a trabajar como un 6 cilindros, con esto se genera una potencia elevada. Dependiendo de la conformación y del ajuste del sistema de aspiración, puede producirse otro incremento de potencia para un numero de r.p.m. muy elevado, si se vuelve a cerrar la válvula de mariposa a partir de aproximadamente 6000 r.p.m..

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Sistema VarioRam de Porsche Porsche utiliza en su modelo 964 Carrera un sistema de admisión resonante combinado con unos conductos oscilantes de admisión de longitud variable, que tienen tres estados de funcionamiento según sea el numero de revoluciones del motor.

Las tres fases de funcionamiento son:

Hasta las 5000 r.p.m., la parte resonante del colector de admisión esta cerrado por la válvula mariposa (4).

De 5000 a 5800 r.p.m., se abre la válvula mariposa (4) entrando en funcionamiento la parte resonante del colector de admisión dividiendose el motor en dos motores de 3 cilindros por la válvula mariposa (3).

A partir de las 5800 r.p.m., se abre la válvula mariposa resonante (3), ahora el colector ya no se divide en dos, ahora es uno solo para los 6 cilindros.

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Los colectores de admisión del Porsche Boxster están moldeados con material plástico, además de ser más fáciles de fabricar, son mas económicos. Pesan menos que los metálicos de fundición y el flujo de aire que circula por su interior es mas uniforme. La baja conductividad térmica del plástico contribuye a que no se calienten con el calor que emite el bloque del motor y por tanto el aire llega más fresco a los cilindros.

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La marca BMW utiliza para el motor en linea de 6 cilindros del M5, 3,6 litros 315 CV, un sistema de aspiración con una válvula mariposa interna adicional. De ese modo, se aprovecha el efecto de la llamada sobrealimentación por oscilación resonante de la admisión, gracias a la cual se pueden mejorar la potencia y el par motor, si bien esto sólo es así dentro de un margen de revoluciones estrecho.

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Otro modelo de admisión resonante de BMW, en este caso se trata de un: sistema de aspiración "diferenciado", utilizado en el motor de 6 cilindros y 3 litros de BMW (M54), con sistema de resonancia y alimentación de aire de turbulencia. Este sistema de admisión se divide en dos sistemas completamente diferentes: para altas r.p.m. y plenas cargas dispone de un sistema de admisión resonante con una válvula mariposa que regula las dimensiones del colector de admisión adaptandose al nº de r.p.m. del motor. Para bajos regímenes del motor (bajas r.p.m.) existe un sistema de admisión completamente separado del resonante, que dispone de un control propio (válvula reguladora de turbulencia) y secciones transversales reducidas, así como unos calibres de turbulencia que aumentan la velocidad del flujo del aire cuando entra en los cilindros.

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En las siguientes figuras se ve como estan configurados la camara de combustión y la culata.

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SUPERCARGADOR: Cómo funciona

Nota de Mayo 1992, leida 51254 veces.

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Esta nota se tomó de la revista de Mayo de 1992

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SUPERCARGADOR: Cómo funciona

por: Don Chaikin

Los supercargadores, a diferencia de los turbo, reciben directamente mando del eje

del cigüeñal del motor

Realmente no hay un gran misterio con el turbocargador. A medida que una mayor

cantidad de aire penetre en el motor, mayor es la cantidad de combustible que puede

quemar. Así que, permaneciendo constante todo lo demás, a medida que más aire

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entre, mayor es la potencia que sale. Los supercargadores (y sus primos, los

turbocargadores) son usados para introducir más aire dentro del motor

Absorbiendo aire

Los motores respiran, o aspiran, de una manera similar a como lo hacemos nosotros:

absorbiendo hacia adentro aire fresco y exhalando el aire usado. A medida que cada

pistón recorre la carrera descendente dentro del cilindro, la caída de presión causada

por los pistones que se mueven hacen fluir aire dentro del cilindro a través de la

válvula de admisión. Con el movimiento constante de arriba hacia abajo, todos los

pistones absorben aire por el purificador de aire, los conductos y el múltiple de

admisión. Pero bajo ciertas condiciones, como es una alta velocidad o un

funcionamiento de gran carga, el motor necesita más aire (y combustible) que el que

puede absorber por sí mismo.

Respiración fatigada

Para ayudar a suministrarle aun motor un volumen mayor de aire, éste debe ser

forzado. Esto se consigue con un dispositivo llamado de inducción forzada. y con el

lanzamiento este año del Buick Park Avenue Ultra, el Oldsmobile 98 Touring Sedán

y el Pontiac Bonneville , uniéndose al Ford Thunderbird Super Cupé y al

Volkswagen Corrado, un sistema de inducción forzada que utiliza un supercargador

mecánico está adquiriendo popularidad entre los fabricantes de autos. Los

supercargadores han sido populares durante décadas con los autos de carreras de

aceleración y los modelos superpotentes.

Bombeando aire

Los supercargadores son simplemente bombas de aire que reciben su mando del

motor. Según es usado en los autos de pasajeros, los supercargadores reciben el

mando por una correa desde el eje del cigüeñal, aun ritmo más rápido que la

velocidad del motor. Debido a que cierta potencia del motor es consumida por el

supercargador, la ganancia de potencia obtenida es muy superior a dicho consumo.

Hay varios tipos de diseños de supercargadores, y el más común es la variedad

Rootes. En este diseño, la potencia del motor activa un eje que atraviesa toda la

longitud de la cubierta del supercargador. Este eje se acopla a través de engranajes

aun segundo eje, paralelo a él, también dentro de la cubierta. Ambos ejes tienen roto

res con lóbulos que son los que se acoplan entre sí, como un engranaje muy grueso

del tipo de 2 ó 3 dientes. Los ejes de los roto res con lóbulos casi tocan el interior de

la cubierta.

Los rotores dan vuelta de manera que los lóbulos se separen justo en la admisión de

la cubierta, absorbiendo aire dentro de ésta. A medida que los rotores giran y sus

lóbulos se separan uno de otro, cada uno lleva al interior de la cubierta el aire fresco

atrapado en sus lóbulos. Cuando los lóbulos se vuelven a encontrar en el escape de

la cubierta, los lóbulos mezcladores de los rotores obligan el aire a fluir dentro del

múltiple de admisión.

El girar constante de los rotores trae más aire dentro del motor del que éste puede

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consumir, lo que ocasiona que la acumulación de aire ejerza presión sobre el

múltiple. Cuando las válvulas individuales de admisión de los cilindros se abren, el

aire a presión es forzado dentro de los cilindros.

Para prevenir un peligroso incremento de presión en el múltiple de admisión, una

válvula controlada por la computadora del motor se abre, permitiendo que el aire

recircule de nuevo hacia el lado de admisión del supercargador. Esta válvula

también regula el nivel de refuerzo según las condiciones de funcionamiento del

motor.

Como el supercargador está conectado directamente al motor por medio de una

correa, su refuerzo se consigue a todas las velocidades del motor. Esto proporciona

un mejor rendimiento en toda la gama de velocidades, incluyendo las de crucero.

Los lóbulos contrarotatorios que se acoplan estrechamente fuerzan el aire dentro del

múltiple de admisión

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 45 - Mayo 1992 - Número 5

Mini-Artículo

Torneado Exacto de Filetes

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El torneado de filetes y ranuras de radio exacto se acelera con esta

herramienta. Si se emplea para su fabricación barra para barrena, podrá

seleccionarse una que tenga exactamente el radio deseado. Caliente uno de

los extremos al rojo y dóblelo a 45 grados. Esmerile luego la punta hasta

formar aproximadamente un ángulo de inclinación de 5 grados, y témplela

para proveerla de un buen filo. Termine ahora el esmerilado, y pula después

la pieza con una piedra de afilar, a fin de quitar todas las marcas dejadas por

aquél. Labre a continuación un soporte provisto de un hueco semicircular,

para sostener la herramienta, y por último esmerile una superficie plana

sobre ésta, con objeto de que apoye en ella el tornillo del portaherramientas.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 22 - Marzo de 1958 -

Número 3

Más Mini-Artículos aquí

Turbocompresor

De Wikipedia, la enciclopedia libre

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Turbocompresor (corte longitudinal) En rojo, estátor de fundición y rotor de la turbina. En azul

estátor de aluminio y rotor del compresor.

Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga

para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir

gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna

alternativos, especialmente en los motores diésel. En algunos países, la carga impositiva

sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con

turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos

modelos pagan menos impuestos que los que no tienen turbocompresor.

Contenido [ocultar]

1 Funcionamiento 2 Funcionamiento en distintos tipos de motores

o 2.1 Diésel 3 Regulación del turbocompresor

o 3.1 Gasolina 4 Intercooler 5 Demora de respuesta

o 5.1 Overboost 6 Evolución del turbocompresor 7 Refrigeración 8 Referencias 9 Enlaces externos

[editar] Funcionamiento

En los motores sobrealimentados mediante este sistema, el turbocompresor consiste en

una turbina accionada por los gases de escape del motor de explosión, en cuyo eje se

fija un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por

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el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión

que la atmosférica.

Los gases de escape inciden radialmente en la turbina, saliendo axialmente, después de

ceder gran parte de su energía interna (mecánica + térmica) a la misma.

El aire entra al compresor axialmente, saliendo radialmente, con el efecto secundario

negativo de un aumento de la temperatura más o menos considerable. Este efecto se

contrarresta en gran medida con el intercooler.

Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de

oxígeno (masa) que la masa normal que el cilindro aspiraría a presión atmosférica,

obteniéndose más par motor en cada carrera útil (carrera de expansión) y por lo tanto

más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, y con un incremento

de consumo proporcional al aumento de masa de aire en el motor de gasolina. En los

diésel la masa de aire no es proporcional al caudal de combustible, siempre entra aire en

exceso al carecer de mariposa, por ello es en este tipo de motores en donde se ha

encontrado su máxima aplicación (motor turbodiesel).

Los turbocompresores más pequeños y de presión de soplado más baja ejercen una

presión máxima de 0,25 bar (3,625 psi), mientras que los más grandes alcanzan los 1,5

bar (21,75 psi). En motores de competición se llega a presiones de 3 y 8 bares

dependiendo de si el motor es gasolina o diésel.

Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de

escape, que se desecharía en un motor atmosférico, no resta potencia al motor cuando el

turbocompresor está trabajando, tampoco provoca pérdidas fuera del rango de trabajo

del turbo, a diferencia de otros, como los sistemas con compresor mecánico (sistemas en

los que el compresor es accionado por una polea conectada al cigüeñal).

[editar] Funcionamiento en distintos tipos de motores

[editar] Diésel

Lado compresor, con entrada de aire por el lado de baja presión y conexión de alta presión a la

membrana de la "Waste-Gate".

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En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor

diésel trabaja con exceso de aire al no haber mariposa, por una parte; esto significa que

a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm) entra mucho más aire en un

cilindro diésel. Por otra parte, y esto es lo más importante, las presiones alcanzadas al

final de la carrera de compresión y sobre todo durante la carrera de trabajo son mucho

mayores (40 a 55 bares) que en el motor de ciclo Otto (motor de gasolina) (15-25

bares). Esta alta presión, necesaria para alcanzar la alta temperatura requerida para la

auto-inflamación o auto-ignición del gasóleo, es el origen de que la fuerza de los gases

de escape, a igual régimen, cilindrada unitaria y carga requerida al motor sea mucho

mayor en el diésel que en la gasolina.

[editar] Regulación del turbocompresor

En muchos casos, y según el tamaño del turbo, con objeto de limitar el exceso de

presión cuando la turbina trabaja a máximas revoluciones (por ejemplo subiendo una

cuesta prolongada con el acelerador a tope) existe un dispositivo mecánico de

regulación, una válvula de descarga (Waste-gate) que desvía mediante una derivación o

Bypass parte o todo de los gases, limitando de esta manera el régimen de la turbina y

por tanto del compresor.

Salida del lado de baja presión de a turbina (izquierda) y válvula Waste-gate en estado de

reposo (cerrado).

Es preciso dejar claro que la presión que proporciona el turbo no depende

exclusivamente del régimen motor (rpm) sino también sobre la carga del motor, la cual

corresponde al par motor que tiene que darnos el motor para un régimen determinado.

Esto significa que a un determinado motor, en un primer caso subiendo una pendiente

del 0,3% a 3000 rpm y en un segundo caso bajándola a las mismas 3000 rpm, no le

pedimos la misma carga y por tanto no entregará a la transmisión el mismo par motor en

los dos casos, es decir la fuerza de la combustión es menor bajando, por tanto lo mismo

ocurre con la de los gases de escape y finalmente con las rpm de la turbina.

Los vehículos diésel hoy día no se conciben sin un turbocompresor. Gracias al aumento

imparable del par motor a través de estas últimas décadas, un motor diésel de inyección

directa de 1.5 L. de cilindrada rinde a las mismas revoluciones (4000) más potencia

(102CV, Motor Hyundai-Kia 1.5 Crdi 16v) que un diésel atmosférico de hace 30 años

del doble de cilindrada con precámara (80CV, motor Mercedes-Benz OM617 de 5

cilindros, 3.0 L de Mercedes-Benz de los años 70).

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[editar] Gasolina

En los motores de gasolina, bencina o nafta, el combustible se inyecta en el paso entre el

turbocompresor y la cámara de combustión (colector o múltiple de admisión) o

directamente en la cámara si es inyección directa.

En motores gasolina, se debe reducir la relación de compresión para evitar el

autoencendido. Esto, que se hace normalmente rebajando la parte central de la cabeza

del pistón, produce una disminución del rendimiento teórico del ciclo, el cual sin

embargo se compensa con la presión de aire extra que entra dentro la cámara de

compresión con la cual el motor desarrolla mucho más par y por tanto potencia que un

motor atmosférico a idénticas condiciones. Por ejemplo un motor atmosférico

convencional de 1.000 CM3 desarrolla alrededor de 50 CV, un motor 1.000 CM3

turboalimentado convencional desarrolla alrededor de 100 CV.

Los motores de gasolina se controlan mediante una válvula de mariposa accionada por

el acelerador eléctricamente o mecánicamente por un cable, la cual regula la cantidad de

mezcla aire/combustible que entra en el motor. Mediante un sistema mecánico

(carburador) o electrónico (inyección) se dosifica la cantidad de gasolina para que por

mucho que cambie la cantidad de mezcla combustible/aire que alimentan los cilindros,

se mantenga la relación estequiométrica de 14,7 partes de aire en peso por una de

gasolina.

Es muy recomendable la utilización de una válvula adicional llamada "blow-off" entre

el turbocompresor y la válvula de "mariposa" de la admisión. Al cerrar la mariposa de

forma repentina se crea un aumento de presión llamada golpe de ariete este se desplaza

por los tubos buscando una salida, si no la hay esta presión intenta retroceder por el

turbo provocando una reducción de su velocidad de giro y una reducción del caudal de

aire aportado; estos factores llevan al turbocompresor a un área de trabajo inestable

conocida como "surge", que, de no ser evitada provoca sobresfuerzos al

turbocompresor. Para evitarla, la blow-off libera parte de la presión proveniente del

turbocompresor. Las blow-off pueden recircular el exceso de presión a la entrada de la

admisión (en este caso se llaman válvulas recirculadoras,"diverter" o "desviadora") y

válvulas blow-off propiamente dichas, que descargan la presión al exterior produciendo

un sonido característico. La válvula blow off funciona accionada, mediante la depresión

del colector de admisión, esta crea un vacío sobre el pistón de la válvula, cuando esta

supera cierto valor (supera la fuerza del muelle antagonista) esta se abre y deja salir el

aire.

[editar] Intercooler Artículo principal: Intercooler

El aire, al ser comprimido, se calienta y pierde densidad; es decir, en un mismo

volumen tenemos menos masa de aire, por lo que es capaz de quemar menos

combustible y, en consecuencia, se genera menos potencia. Además, al aumentar la

temperatura de admisión aumenta el peligro de detonación, picado, o autoencendido y

se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura, y

sobreesfuerzos del grupo térmico.

Page 27: SOIST ADMISION

Para disminuir esta problemática se interpone entre el turbocompresor y la admisión un

"intercambiador de calor" o "intercooler". Este sistema reduce la temperatura del aire,

con lo que se aumenta la densidad de éste, y que introducimos en la cámara de

combustión.

En el lado negativo, los intercambiadores de calor provocan una caída de presión, por lo

que se disminuye la densidad del aire, aunque en muchos casos es necesario instalar uno

para evitar la detonación o autoignición.

Existen tres tipos de intercoolers:

1. Aire/aire: en estos el aire comprimido intercambia su calor con aire externo. 2. Aire/agua: el aire comprimido intercambia su calor con un líquido que puede ser

refrigerado por un radiador o, en algunas aplicaciones, con hielo en un depósito ubicado en el interior del coche.

3. Criogénicos: se enfría la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire.

[editar] Demora de respuesta

Los motores provistos de turbocompresores padecen de una demora mayor en la

disposición de la potencia que los motores atmosféricos (NA Normal Aspiration o

Aspiración Normal) o con compresor mecánico, debido a que el rendimiento del

turbocompresor depende de la presión ejercida por éste. En esta demora influyen la

inercia del grupo (su diámetro y peso) y el volumen del colector entre la turbina y la

salida de los gases de escape del cilindro.

Un turbocompresor no funciona de igual manera en distintos regímenes de motor. A

bajas revoluciones, el turbocompresor no ejerce presión porque la escasa cantidad de

gases no empuja con suficiente fuerza. Un turbocompresor más pequeño evita la demora

en la respuesta, pero ejerce menos fuerza a altas revoluciones. Distintos fabricantes de

motores han diseñado soluciones a este problema.

Un "biturbo" es un sistema con dos turbocompresores de distinto tamaño. A bajas

revoluciones funciona solamente el pequeño, debido a su respuesta más rápida, y el

grande funciona únicamente a altas revoluciones, ya que ejerce mayor presión.

Un "biturbo en paralelo" o "twin turbo" es un sistema con dos turbocompresores

pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños que si fuera un turbocompresor

único, tienen una menor inercia rotacional, por lo que empiezan a generar presión a

revoluciones más bajas y se disminuye la demora de respuesta.

Un "turbocompresor asimétrico" consiste en poner un solo turbocompresor pequeño

en una bancada (la delantera en el motor V6 colocado transversalmente) dejando la otra

libre. La idea no es conseguir una gran potencia, sino que la respuesta sea rápida. Este

sistema fue inventado por el fabricante sueco Saab y utilizado en el Saab 9-5 V6.

Un "biturbo secuencial" se compone de dos turbocompresores idénticos. Cuando hay

poco volumen de gases de escape se envía todo este volumen a un turbocompresor, y

cuando este volumen aumenta, se reparte entre los dos turbocompresores para lograr

Page 28: SOIST ADMISION

una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta. Este sistema es utilizado en el

motor Wankel del Mazda RX-7.

Un "turbocompresor de geometría variable" (VTG) consiste en un turbocompresor

que tiene un mecanismo de "aletas" llamadas álabes móviles que se abren y cierran

haciendo variar la velocidad de los gases de escape al entrar en la turbina, a menor

caudal de gases de escape (bajas revoluciones) se cierra el paso entre los álabes

provocando que los gases aumenten la velocidad al entrar en la turbina, a mayor caudal

(altas revoluciones) necesitamos más paso y estos se abren. Esto nos permite tener una

presión de trabajo muy lineal en todo el régimen de trabajo del turbocompresor. En

motores diésel es muy común pero en motores de gasolina solo Porsche ha desarrollado

un turbo que soporta más de 1000 °C en el modelo Porsche 911 turbo (2007).

También Mazda, tiene un prototipo de turbo eléctrico.[1]

El sistema eléctrico del coche

no puede dar suficiente caudal para el motor a altas revoluciones, pero sí a bajas; así

ambos se complementan. Con baja carga y revoluciones, la ayuda eléctrica permite un

rápido aumento de presión y después la turbina puede suministrar toda la potencia para

comprimir el aire. Este sistema ahorra mucha más energía que combinándolo con un

compresor mecánico movido por el motor.

El sistema acompañado por un compresor mecánico ha tenido muy buenos resultados en

prestaciones y consumos en el motor TSI de VW.

[editar] Overboost

Se conoce como Overboost[2]

el periodo durante el cual el sistema produce a plena

carga una presión de sobrealimentación mayor a la normal, con objetivo de aumentar el

par motor.

Actualmente este sistema, con el control electrónico adecuado, puede tener en cuenta

diferentes aplicaciones.

[editar] Evolución del turbocompresor

Actualmente se está cambiando la filosofía de aplicación de los turbocompresores, antes

primaba la potencia a altas revoluciones y ahora cada vez más, que el coche responda

bien en todo el régimen de giro de uso.

La válvula llamada waste-gate evita presiones excesivas que dañen el motor. La waste-

gate o válvula de descarga es la que regula que cantidad de gases de escape se fugan de

la caracola del turbo directamente hacia el escape mediante la apertura de la válvula, de

esa forma a más gases fugados menos presión de turbo, con la válvula cerrada se

alcanza la máxima presión del turbo al pasar todos los gases de escape por la caracola.

La dump valve o válvula de alivio (mal llamada válvula de descarga por el ruido tan

peculiar que hace al descargar al aire...) abre una fuga en el conducto de admisión

cuando se deja de acelerar para que la presión generada por la enorme inercia del turbo

no sature estos conductos, evitando al mismo tiempo la brusca deceleración de la

turbina, alargando su vida útil.

Page 29: SOIST ADMISION

[editar] Refrigeración

Normalmente el turbocompresor suele estar refrigerado con aceite que circula mientras

el motor está en marcha. Si se apaga bruscamente el motor después de un uso intensivo,

y el turbocompresor está muy caliente, el aceite que refrigera los cojinetes del

turbocompresor se queda estancado y su temperatura aumenta, con lo que se puede

empezar a carbonizar, disminuyendo su capacidad lubricante y acortando la vida útil del

turbocompresor.

El turbo timer es un sistema que mantiene circulando el aceite en el turbocompresor

durante un lapso de tiempo después del apagado del motor. Algunos modelos funcionan

con sensores que detectan la intensidad en el uso del turbocompresor para permitir la

lubricación forzada del mismo por un tiempo prudencial después del apagado del motor.