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Turbo cargador.

Inglés: Turbocharger
Los turbocargadores de uso automotriz comercial llamados sencillamente "turbos" son compresores centrífugos movidos por una turbina, ambos elementos (rueda compresora y turbina), están montados en un mismo eje. La turbina convierte la energía térmica de los gases de escape en energía mecánica que sirve para mover la rueda compresora centrífuga. Esta es la que eleva la presión del aire atmosférico incrementando su densidad y de este modo es introducido al motor. Al haber más masa de aire en un mismo volumen (del cilindro) es posible quemar más combustible y obtener más potencia.


En motores diesel de uso corriente, El uso de un turbo puede incrementar la potencia hasta tanto como dos o tres veces la potencia de su par de aspiración atmosférica. En los motores de gasolina no es posible este incremento debido a la acción destructiva del fenómeno de detonación causado en este caso por una temperatura muy alta del aire.

Los turbocompresores o lo que sería lo mismo compresores movidos por una turbina son maquinas que pese a la sencillez de su diseño exhiben parámetros de operación impresionantes.

Por ejemplo la velocidad de giro en las más pequeños puede alcanzar las 250 000 rpm (¡doscientos cincuenta mil rpm!). La potencia desarrollada por la turbina de un turbo de un motor de 250 hp puede alcanzar los 30 hp y esto con un peso de apenas 18 libras.

La fórmula termodinámica para la potencia desarrollada por la turbina está dada por la formula:

     P= n x Cp x Q x T

Donde:  P = potencia desarrollada por la turbina (Kw)
               Q = caudal de los gases (Kg/s)
               Cp = calor específico de los gases de escape (Kj / Kg ºK). (para el aire  Cp= 1.082 Kj / Kg ºK)
              T = Caída de temperatura de los gases a través de la turbina.(ºK)
               n= Rendimiento adiabático.

La caída de temperatura a través de la turbina puede estar alrededor de los 135 ºC .

 

TIPS DE TURBOS

- Todo valor de la presión por encima de la atmosférica, es presión positiva o sobrepresión (boost presure en ingles), boost es el término que se aplicara en adelante. Y cualquier valor por debajo de la presión atmosférica es presión negativa o de vacío.

- Un mínimo de un 1% de incremento en la potencia por cada 10 grados Ranking (5.56 K) de reducción de temperatura puede anticiparse con el uso de un intercooler.

- Una tolerancia mayor a la detonación permite obtener 3 a 4 psi adicionales de boost sin incrementar el octanaje o aumentar el atraso del tiempo.

- Los efectos refrigerantes del intercooler se trasladan a la temperatura de escape, reduciéndola hasta en un 93 C.

- Hoy día uno puede ir tan rápido en un Mazda Miata y conseguir cuatro veces el kilometraje por galón logrado por un motor sin boost.

- El motor supe cargado funciona perfectamente bien con lo que llamaríamos árbol de levas "económico" o de stock  que tiene corta duracion del traslape, levas de bajo perfil (low-lift cams) .

- la presión tipo al comienzo del tiempo de escape es de 7.8 bar (113 psi).

- La Presión de apertura de la válvula llamada "wastgate" a la cual esta comienza a levantarse de su asiento es generalmente de ½ a 1/3 la presión máxima de sobrealimentación.

- De modo empírico: "la BP crece con el cuadrado de la velocidad del compresor."
 

P: ¿cuanta potencia puedo esperar de un motor a gasolina turbocargado?

R: 7 - 12 psi de Boost Pressure es un limite practico para los motores de corrientes. La preparación especifica de motores para ser sobrealimentados pueden permitir Boost Pressures de hasta 15 - 20 psi. La potencia conseguida esta en el rango de

(0.052 - 0.077) bhp / cid psia. ó

(0.00317 - 0.0047) bhp / cc psia

psia (presión absoluta)= BP + 14.7
donde BP es la llamada "Boost Pressure".

- Un motor con relación de compresión baja es bueno para turbocargase. Con la disponibilidad de gasolinas de alto octanaje libres de plomo, es posible turbocargar estos motores hasta por lo menos 10 psi de BP sin mayores modificaciones.

- La presión del múltiple de admisión empujara el pistón durante la carrera de admisión, invirtiendo el proceso del motor expulsando los gases durante la carrera de escape. Durante el periodo de traslape cuando las dos válvulas están abiertas, la presión mas elevada del múltiple de admisión forza los gases residuales fuera de la cámara del volumen del espacio muerto, barriendo el cilindro. Presiones del múltiple tan altas como 10 psi mas que la presión en el múltiple de escape han sido medidas en motores corriendo cerca de los 900 hp.

- La turbina no es tan sensitiva a los cambios de flujo como el compresor, así es muy común para un modelo de turbo dado, tener muchas mas variaciones del compresor que variaciones de turbinas. Los mapas el compresor usualmente especifican tanto el "tip" de los alabes como el diámetro de la boca de entrada (inducer diameter). Así el compresor puede ser identificado aun si el número de parte ha sido omitido.

- Con los gases de escape saliendo a 700ºC se pierde un 34% del calor de combustion

- Según los expertos, un razonable balance entre respuesta a baja velocidad y potencia máxima es dimensionar el turbo de forma que este comience a producir BP aproximadamente al 30% de las rpm en el límite peligroso (reed line).

Ver también:
- VATN -  VST- VTG
- intercooler
- turbocargador turbinas
- rueda compresora centrifuga

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