miércoles, 12 de agosto de 2009

Motores Diesel. Turbosoplantes de geometría variable

Como introducción al tema y antes de que miren el video de Turbo Master les puedo decir que el turbo compresor se encarga de insuflar un caudal de aire a presión dentro del colector de admisión. Aprovechando la energía residual de los gases de escape, que mediante una turbina y un compresor rotativo introduce más aire dentro del cilindro, consigue con este fin, una mejora volumétrica.

Esta transformación energética de térmica a mecánica se produce en lo que se llama “la turbina”.

A la hora de seleccionar un turbo para instalarlo en un motor, los ingenieros se encuentran en la siguiente problemática:

a) Si se instala un turbo pequeño, éste alcanza valores de presión rápido (a bajas revoluciones ya da presión el turbo, por lo que ya se nota el incremento de potencia); esto es debido a la baja inercia de este turbo pequeño, pero este turbo se encuentra con problemas de caudal a altas revoluciones porque no ha generado suficiente aire a presión por ser demasiado pequeño.

b) Si se instala un turbo grande, éste genera mucho caudal pero poca presión a bajas revoluciones, porque debido a la gran inercia que tiene gira mucho más despacio que el turbo pequeño, por lo que al no tener presión a pocas revoluciones el motor no genera potencia, ahora si a medida que se sube de revoluciones es capaz de generar más presión y caudal que el pequeño, por lo que el turbo grande funciona mejor cuando el motor gira alto de vueltas.

Para corregir este inconveniente se ha buscado la solución de dotar a una misma máquina soplante la capacidad de comprimir el aire con eficacia tanto a bajas revoluciones como a altas; para ello se han desarrollado los turbocompresores de geometría variable.

Y entonces... ¿Qué son los turbos de geometría variable?

En un turbo tradicional la disposición de los alabes tanto en distribuidor como en la turbina es fija y la capacidad de aumentar la conversión de energía no existe.

En motores que varían mucho las RPM se produce el famoso “retraso del turbo”, esos segundos tan importantes para el funcionamiento uniforme y el manejo de caudales apropiados para regímenes medios.

Si reducimos el tamaño de la turbina, para obtener una mejor respuesta de inercia, cuando el régimen sube, para conseguir la zona de máxima potencia, se hace difícil que esta transformación se produzca, escapando los gases con mucha de su energía, y en consecuencia, no se obtengan las presiones de alimentación para altos regímenes.

Esto es lo que se dio en llamar turbos de bajo soplado, donde el aporte de par era alto en regímenes medios, pero no conseguía llegar a mantenerlo a altas vueltas, por lo que la potencia no era elevada.

El turbo de geometría variable es un turbo, que mediante la modificación de la inclinación de los alabes, actúa como si fuese pequeño a bajas vueltas y como si fuese grande a altas revoluciones.

Con esto conseguimos que cuando el caudal es pequeño, estrechando el paso de los alabes de la geometría del distribuidor, obtenemos una gran velocidad, ésta entra en la turbina y arrastra a la rueda de la turbina. La energía no es mucha, porque el volumen es pequeño, pero al ser el turbo pequeño éste se mueve con facilidad, y comprime el aire de admisión todo lo que su energía le permite.

Cuando el caudal sea elevado, (alto régimen) no se precisa hacer converger a los alabes tanto, ya que la velocidad de los mismos genera el efecto en la rueda de la turbina.

El accionamiento de la geometría se hace con una membrana y la presión del colector (aunque en determinados motores se usa un motor), sólo que está gobernado por la centralita, para que su funcionamiento sea más progresivo.

Las ventajas del uso de este tipo de turbo vienen dadas por que se consigue un funcionamiento mas progresivo del motor sobrealimentado.

A diferencia de los primeros motores dotados con turbocompresor convencional donde había un gran salto de potencia de bajas revoluciones a altas, el comportamiento ha dejado de ser brusco para conseguir una curva de potencia muy progresiva, con gran cantidad de par desde muy pocas vueltas y mantenido durante una amplia zona del Nº de revoluciones del motor. El inconveniente que presenta este sistema es su mayor complejidad, y por tanto, mayor precio con respecto a un turbocompresor convencional. Así como el sistema de engrase que necesita usar aceites de mayor calidad y cambios más frecuentes.

En los videos de Turbo Master está muy bien explicado el tema

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