Acción que desarrolla el turbocompresor, una técnica positiva

Conjunto turbo - colector de escape.

En el anterior Taller Actual 155- Pag.100 se consideró la importancia del llenado de los cilindros o del rendimiento volumétrico, respecto a su buen rendimiento global, todo esto relacionado con la acción que desarrolla el turbocompresor, montado sobre un motor térmico.

Además se hizo referencia, a la gama de velocidades de funcionamiento del motor, y a la presión de admisión. En cuanto al diseño del turbo, se considero el flujo de gases de escape que acciona la turbina, en función del caudal de gases que expulsa el motor.

Como sabemos, el turbo está compuesto básicamente de 3 partes;

- La turbina
- El cárter central
- El compresor

   

(1) Esquema didáctico de funcionamiento de un turbo: 1- Múltiple de escape. 2-Turbina caliente. 3- Compresor frío. 4- Válvula de regulación “Waste gate”.
(2) Para un correcto desenpeño del turbo, el mismo debe ser controlado con precisióm, en especial en los circuitos de lubricación y de admisión.

Ya se hizo referencia de la turbina centrípeta, y de su concepción (uso, materiales y temperaturas).

La parte fija de la turbina, está compuesta por un solo cárter central, que contiene los conductos de entrada y salida de los gases de escape, y esta construida en fundición.
Cabe puntualizar que la temperatura de dichos gases alcanza los 950 grados C., y generalmente es construida en fundición refractaria (Ni – Resist) con un 25 porciento de níquel como base muy resistente a la erosión por oxidación en altas temperaturas.
El ingreso de los gases, es perpendicular al eje de rotación del rotor, y el turbo posee una brida fija al colector o conducto de escape del motor.



Turbo en corte, utilizado sobre motores boxer - Subaru.

El conducto de salida es axial, y posee una brinda conectada al tubo del sistema de escape del vehículo. La mayoría de los pequeños turbos, utilizados en los motores nafterosantes que llegara la tecnología de la geometría variable TGV. – tenían un sistema de regulación por corto circuito de los gases (válvula “Waste gate”).
En este caso, la válvula construida en fundición, forma parte del canal de derivación, como todos los componentes del dispositivo de accionamiento de descarga.



Vista exterior diseño Auto Cad-Catia de un turbo Diesel.

Respecto al rotor de la turbina, se lo denomina también “rotor caliente” debido al contacto permanente con los gases calientes. La periferia del rotor de la turbina, posee conductos que se forman debido a la posición de los álabes o paletas existentes, calculados matemáticamente.
El perfil de los álabes, está diseñado de forma que la resultante de las fuerzas creadas por el “flujo centrípeto” de los gases sobre los alabes determine un “par motor” sobre el eje del rotor.
Estas fuerzas son generadas, debido al cambio de dirección de las moléculas de gas. La velocidad de los gases, que accionan al rotor pueden alcanzar la velocidad del sonido.
Es sabido que la distancia existente, entre las válvulas de escape del motor y el rotor caliente del turbo, varía de acuerdo a cada vehículo. Es decir que dicho rotor de la turbina, es atravesado por gases a diferentes temperaturas, de acuerdo a cada aplicación.

   

(1) Rotor del compresor frío centrifugo.
(2) Rotor de turbina centrípeta caliente.

Normalmente el rotor es fabricado en acero austenítico refractario, teniendo como base; níquel, cromo, hierro y denominado Inconel, y modelado por el método de cera perdida. Los choques térmicos y las aceleraciones alternativas a que es sometido el rotor, hacen necesaria una unión muy solida del rotor y su eje, y para lograr esto, se utiliza la soldadura por fricción.
El eje es fabricado en acero aleado clásico, y en función de la “resistencia de materiales” se considera que la temperatura en su extremo, próxima al rotor caliente es de 200 grados C. Respecto al compresor centrifugo, el flujo de gases circula por el mismo en sentido contrario, comparado con el de la turbina.
Los gases son aspirados por el compresor frio, por depresión hacia el centro del rotor, el cual centrifuga al fluido hacia e difusor que direcciona el flujo a presión, hacia los cilindros del motor. Esta presión del flujo de aire de admisión es denominada “presión de sobrealimentación”, y la misma es regulada o limitada a un determinado valor máximo.

   

(1) Diseño Cad-Cam de conjunto turbo-múltiple de escape.
(2) Diseño 3D turbocompresor de motores Diesel.