MAQUINAS TERMICAS

Turbocargadores

UNIVERSIDAD DE CORDOBA

Facultad de Ingenierías

Ingeniería Mecánica

Montería - Córdoba

2015

TURBOCARGADORES

Un turbocargador es una bomba

radial de ventilación accionada por

la energía de los gases de escape

de un motor. El turbocargador

utiliza los gases de escape del

motor para mover la rueda turbina a

velocidades hasta de 280,000 rpm

dependiendo del modelo y

aplicación.

La rueda turbina está unida a la

rueda compresora por un eje y

ambas ruedas giran juntas para

aspirar y comprimir grandes

cantidades de aire del ambiente.

Este aire se hace muy denso y muy

caliente, por lo que es necesario

que pase a través del post-

enfriador, en donde se enfría y gana

todavía mayor densidad antes de

entrar al motor. La presencia de

este aire comprimido hace que el

combustible se queme

eficientemente, desarrollando

mayor potencia mientras consume

menor energía.

Figura 1. Vista de corte de un turbocargador

Como resultado, una mayor

potencia puede ser generada en

motores pequeños, y esto significa

una mayor eficiencia de

combustión. Además, los

turbocargadores están

acompañados con sistemas de

inyección de combustible de alta

presión, lo que provoca una

combustión más eficiente y limpia.

A pesar de que el concepto del

turbocargador es simple, su

aplicación es extremadamente

compleja

Figura 2. Esquema básico de un turbocargador

La potencia del motor es

proporcional a la cantidad de aire y

combustible que puede entrar en los

cilindros. Mientras estos elementos

permanezcan equiparados, los

motores más grandes hacen fluir

más aire y por lo tanto, se produce

una mayor potencia. Si queremos

que nuestro pequeño motor se

desempeñe como uno grande, o

simplemente hacer que nuestro

motor produzca mayor potencia, el

principal objetivo será inyectar más

aire comprimido dentro del cilindro

OBJETIVOS Y BENEFICIOS

El objetivo de un turbocargador es

mejorar la eficiencia del motor

solucionando una de sus

limitaciones principales. Un motor

de aspiración natural utiliza

solamente el golpe descendente de

un pistón para crear un área de baja

presión que succione aire hacia el

cilindro a través de las válvulas de

admisión (vacío). Esta capacidad

para llenar el cilindro con aire es su

eficiencia volumétrica.

Debido a que el turbocargador

incrementa la presión en el punto

en donde el aire está entrando al

cilindro, una mayor masa de aire

(oxígeno) será forzada hacia

adentro mientras la presión del

múltiple de admisión se incrementa.

El oxígeno adicional hace posible

agregar más combustible,

incrementando la potencia y el

torque del motor mientras se

reducen las emisiones

contaminantes, así como el ruido de

la combustión.

Etapas en el funcionamiento de

un turbocargador

1. Entrada de Admisión al

turbocargador (succión de

aire)

2. Salida de aire comprimido

3. Post-enfriador (CAC)

4. Válvula de admisión

5. Válvula de Escape

6. Entrada de gases de Escape

al turbocargador

7. Descarga de gases de

Escape

Figura 3. Esquema básico de las etapas en el funcionamiento de un turbocargador

Partes de un turbocargador

1. Turbina de compresor

El compresor. Esta pieza, con

forma de ventilador con aspas,

se encarga de tomar el aire que

procede del exterior, comprimirlo

y enviarlo al colector de

admisión -lugar por donde

'respira' un motor- para

aumentar el rendimiento del

motor. Esta pieza esta echa en

aleación de acero.

Figura 4. Vista frontal turbina del compresor

Figura 5. Vista lateral turbina del compresor

2. Mezcla que viene del

carburador

3. Ductos de Mezcla

comprimida

Estos ductos permiten el flujo de

aire comprimido hacia los cilindros

los cilindros

Figura 6. Ducto por donde viaja la mezcla comprimida

4. Eje o flecha de turbo

Es un eje que conecta los dos

turbinas presentes en un

turbocargador, el cual debe

mantenerse lubricado con aceite

que le llega del motor ya que

está sometido en todo momento

a altos cambios de temperatura,

en donde el calor del extremo

caliente se transmite al lado más

frio

Figura 6. Eje que soporta la turbina del compresor y cargador

5. Cubierta de la turbina

Cubierta o carcasa que recubre la

turbina hecha en hierro fundido, la

cual cuando está en funcionamiento

se calienta al rojo vivo a diferencia

de la cubierta del compresor echa

en otro material ya que maneja

menores temperaturas

Figura 7. Cubierta de la turbina

6. Turbina del cargador

La turbina es quien se encarga de

recoger los gases de escape

generados en la combustión de la

mezcla aire-carburante en el interior

de los cilindros, esta turbina está

hecha en aleación de acero.

Figura 8. Vista frontal turbina del cargador

Figura 9. Vista frontal turbina del cargador

7. Salida de gases de Escape

Ducto por el cual viajan los gases de

escape que ya han pasado por el

turbocargador

Figura 6. Ducto por donde viajan los gases de escape

8. Cubierta del comprensor

Cubierta o carcasa que recubre el

compresor la cual está hecha en

aluminio

Figura 10. Parte interna de cubierta de la turbina

9. Rodaje, balero o cojinete

El rodamiento es quien se encarga

de reducir la fricción entre el eje

que soporta las turbinas  y la

cubierta del turbo, éste por medio

de rodadura, que le sirve de apoyo y

facilita su desplazamiento. Cabe

resaltar que por más que el

rodamiento disminuya la fricción la

lubricación en este punto tiene que

ser muy buena por las grandes

revoluciones por minuto que se

presentan en esta zona.

La mala lubricación es el mayor

causante de daños en un

turbocargador.

10. Entrada de gases de escape

Orificio o zona por donde entran los

gases de escape al turbocargador

provenientes del cilindro luego de la

combustión

Figura 6. Ducto de entrada de gases de escape al turbocargador.

Válvula wastegates

Estas válvulas proporcionan un

medio para controlar la presión del

motor.

Hay dos tipos de configuraciones de

válvulas, las internas y las externas.

Ambas proporcionan un desvío de

flujo de escape de la rueda turbina,

lo que reduce la potencia que

mueve la rueda turbina para que se

equilibre con la potencia requerida.

Las válvulas de escape utilizan los

incrementos de presión y fuerza

para regular el flujo que pasa por la

rueda turbina.

Esta habilidad de restringir la

cantidad de gas que alcanza la

rueda turbina hace posible regular

la presión controlando la velocidad

de rotación de la rueda compresora.

Figura 11. Válvula wastegates

Figura 12. Actuador válvula wastegates

Mejoras o ventajas que se

obtienen con un turbocargador

en un motor diésel

Permite aumentar la potencia

de un motor existente, sin la

necesidad de hacer mayores

cambios.

Contribuye al rescate de la

energía, ya que usa como

medio propulsor los gases de

escape del motor.

Reducción en el consumo de

combustible

Requiere bajo mantenimiento

Aumento de las revoluciones

por minuto en el motor

Tiene un gran tiempo de vida

útil

Añade poco volumen y peso

al motor, lo que permite

encajarlo a un vehículo sin

modificaciones externas.

Debido a que depende de la

presión entre los gases de

escape y el medio ambiente

se auto-ajusta a cualquier

altitud sobre el nivel del mar