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Cómo funcionan los turbocompresores

Cómo funcionan los turbocompresores
Satisfacer
  1. Turbocompresores y motores
  2. Diseño de turbocompresor
  3. Piezas del turbocompresor
  4. Usando dos turbocompresores y múltiples partes turbo

Turbocompresores y motores

Ubicación del turbocompresor en el automóvil.

Una de las formas más seguras de obtener más potencia de un motor es aumentar la cantidad de aire y combustible que puede quemar. Una forma de hacer esto es agregar cilindros o expandir cilindros existentes. A veces, es posible que estos cambios no se puedan lograr: un turbo puede ser una forma más simple y compacta de agregar potencia, especialmente para un accesorio de reemplazo.

Los turbocompresores permiten que un motor queme más combustible y aire, comprimiendo más en los cilindros existentes. El empuje típico proporcionado por un turbocompresor es de 6 a 8 libras por pulgada cuadrada (psi). Dado que la presión de aire normal es de 14,7 psi al nivel del mar, puede ver que está introduciendo aproximadamente un 50% más de aire en el motor. Por lo tanto, esperaría obtener un 50% más de potencia. No es perfectamente efectivo, por lo que puede obtener uno. 30 a 40% de mejora en vez de.

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una causa de ineficacia deriva del hecho de que la energía para hacer girar la turbina no es gratuita. Tener una turbina en la corriente de escape aumenta la restricción de escape. Esto significa que durante el curso del escape, el motor debe empujar contra una contrapresión más alta. Esto toma parte de la energía de los cilindros que se disparan simultáneamente.

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Diseño de turbocompresor

Cómo se conecta un turbocompresor a un automóvil

Cómo se conecta un turbocompresor a un automóvil

Imagen cortesía de Garrett

El turbocompresor está atornillado al colector de escape del motor. El escape de los cilindros transforma el turbina, que funciona como un motor de turbina de gas. La turbina está conectada por un eje a la compresor, que se encuentra entre el filtro de aire y el colector de admisión. El compresor presuriza el aire que ingresa a los pistones.

Dentro de un turbocompresor

Dentro de un turbocompresor

Imagen cortesía de Garrett

El escape del cilindro pasa por el cuchillas de turbina, girando la turbina. Cuanto más escape pasa a través de las palas, más rápido giran.

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En el otro extremo del eje al que está conectado el impulsor, el compresor bomba de aire en cilindros. El compresor es una especie de bomba centrífuga: succiona aire del centro de sus palas y lo arroja mientras gira.

Para manejar velocidades de hasta 150.000 rpm, el eje de la turbina debe apoyarse con mucho cuidado. La mayoría de los cojinetes explotarían a velocidades como esta, por lo que la mayoría de los turbocompresores cojinete de fluido. Este tipo de cojinete soporta el eje en una fina capa de aceite que se bombea constantemente alrededor del eje. Esto tiene dos propósitos: enfría el eje y algunas de las otras partes del turbocompresor, y permite que el eje gire sin demasiada fricción.

Hay muchas compensaciones involucradas en el diseño de un turbocompresor para un motor. En la siguiente sección, veremos algunas de estas compensaciones y veremos cómo afectan el rendimiento.

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Piezas del turbocompresor

Los turbocompresores dan un impulso a los motores de alta velocidad.

Los turbocompresores dan un impulso a los motores de alta velocidad.

© Fotógrafo: Max Dimyadi | Agencia: Dreamstime.com

Uno de los principales problemas con los turbocompresores es que no proporcionan un impulso inmediato de potencia cuando pisa el acelerador. La turbina tarda un segundo en alcanzar la velocidad antes de que se produzca el empuje. Esto da como resultado una sensación de retraso cuando pisa el acelerador y el automóvil se dispara cuando el turbo se activa.

Una forma de reducir el retraso del turbo es reducir el inercia piezas giratorias, reduciendo principalmente su peso. Esto permite que la turbina y el compresor aceleren rápidamente y comiencen a proporcionar empuje antes. Una forma segura de reducir la inercia de la turbina y el compresor es reducir el tamaño del turbocompresor. Un turbocompresor pequeño proporcionará una sobrealimentación más rápida a bajas revoluciones del motor, pero es posible que no pueda proporcionar mucho empuje a altas revoluciones del motor cuando entra una gran cantidad de aire en el motor. También existe el riesgo de girar demasiado rápido a velocidades más altas cuando pasan demasiados gases de escape a través de la turbina.

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La mayoría de los turbocompresores de automoción tienen Bote de basura, que permite el uso de un turbocompresor más pequeño para reducir el desplazamiento, evitando que gire demasiado rápido a altas revoluciones. La válvula de alivio es una válvula que permite que el escape pase por alto las palas de la turbina. La válvula de alivio de presión detecta la presión de refuerzo. Si la presión aumenta demasiado, podría ser un indicador de que la turbina está girando demasiado rápido, por lo que la válvula de seguridad evita algunos de los gases de escape alrededor de las palas de la turbina, lo que permite que las palas disminuyan la velocidad.

Algunos turbocompresores utilizan rodamientos de bolas en lugar de cojinetes de fluido para soportar el eje de la turbina. Pero estos no son sus rodamientos de bolas habituales, son rodamientos súper precisos hechos de materiales avanzados para manejar las velocidades y temperaturas del turbocompresor. Permiten que el eje de la turbina gire con menos fricción que los cojinetes de fluido utilizados en la mayoría de los turbocompresores. También permiten el uso de un mango un poco más pequeño y ligero. Esto ayuda al turbocompresor a acelerar más rápido, reduciendo aún más el retraso del turbo.

Palas de turbina de cerámica son más ligeras que las palas de acero utilizadas en la mayoría de los turbocompresores. Nuevamente, esto permite que la turbina gire más rápido, lo que reduce el retraso del turbo.

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Usando dos turbocompresores y múltiples partes turbo

Un cupé rotativo Mazda RX-8 equipado con un sistema de turbocompresor de repuesto.

Un cupé rotativo Mazda RX-8 equipado con un sistema de turbocompresor de repuesto.

Imágenes TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty

Algunos motores usan dos turbocompresores de diferentes tamaños. El más pequeño acelera muy rápidamente, reduciendo así la caja de cambios, mientras que el más grande toma el relevo a mayores revoluciones para proporcionar más empuje.

Cuando se comprime el aire, se calienta; y cuando el aire se calienta, se expande. Por lo tanto, parte del aumento de presión de un turbocompresor es el resultado del calentamiento del aire antes de que ingrese al motor. Para aumentar la potencia del motor, el objetivo es poner más moléculas de aire en el cilindro, no necesariamente más presión de aire.

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UNO intercooler o acondicionador es un complemento que parece un radiador, excepto que el aire entra y sale del intercooler. El aire de admisión pasa a través de pasajes sellados dentro del radiador, mientras que el ventilador de enfriamiento del motor sopla aire exterior más frío a través de las aletas.

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El intercooler aumenta aún más la potencia del motor al enfriar el aire presurizado que sale del compresor antes de ingresar al motor. Esto significa que si el turbocompresor funciona con un aumento de 7 psi, el intercooler introducirá 7 psi de aire más frío, que es más denso y contiene más moléculas de aire que el aire más cálido.

Un turbocompresor también ayuda alta altitud, donde el aire es menos denso. Los motores normales tendrán potencia reducida a grandes altitudes porque, por cada carrera del pistón, el motor recibirá una masa de aire más pequeña. Un motor turbocargado también puede tener caballos de fuerza reducidos, pero la reducción será menos dramática porque el aire más delgado es más fácil de bombear para el turbocompresor.

Los automóviles más antiguos equipados con carburadores aumentan automáticamente el flujo de combustible para adaptarse al aumento del flujo de aire que ingresa a los cilindros. Incluso los coches de inyección modernos harán esto hasta cierto punto. El sistema de inyección de combustible se basa en sensores de oxígeno de escape para determinar si la relación aire-combustible es correcta, por lo que estos sistemas aumentarán automáticamente el flujo de combustible si se agrega un turbo.

Si se agrega un turbocompresor con mucho sobrealimentador a un automóvil con inyección de combustible, es posible que el sistema no proporcione suficiente combustible; el software programado en el controlador no lo permitirá o la bomba y los inyectores no podrán suministrarlo. En ese caso, será necesario realizar más modificaciones para aprovechar al máximo el turbocompresor.

Para obtener más información sobre turbocompresores y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.

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Publicado originalmente: 4 de diciembre de 2000

Preguntas frecuentes sobre el turbocompresor

¿Cuál es la diferencia entre un turbocompresor y un supercargador?
Los compresores tienden a funcionar con energía extraída del cigüeñal, mientras que un turbocompresor es un tipo de compresor impulsado por una turbina en la corriente de escape.
¿Cuántos caballos de fuerza agrega un turbocompresor?
Un turbo puede aumentar la potencia de un motor en un 30-40% o alrededor de 70-150 CV.
¿Un turbocompresor es malo para su motor?
Un turbocompresor agrega el peligro de estrellarse, ya que al comprimir el aire aumenta la temperatura, lo que puede dañar el motor si no se reduce la relación de compresión.
¿Cuál es la mejor marca de turbocompresores?
Es mejor investigar o visitar un taller de reparación cerca de usted para discutir sus opciones.
¿Cuánto cuesta un turbocompresor?
El precio de un turbocompresor está estrechamente relacionado con la marca y el modelo del vehículo, y los automóviles más pequeños generalmente cuestan menos que los camiones grandes. Aún así, está bien gastar entre $ 1,500 y $ 7,500 en un turbo de reemplazo, en parte porque este complicado proceso solo debe ser realizado por un profesional, lo que aumenta los costos laborales.

Galería de imágenes: Turbocompresores El sistema turbo del Mitsubishi Lancer Evolution IX. Vea más fotos del turbocompresor.
Galería de imágenes: turbocompresores El sistema de turbocompresor del Mitsubishi Lancer Evolution IX. Vea más fotos del turbocompresor.

YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Cuando se trata de coches de carreras o deportivos de alto rendimiento, el tema de turbocompresores por lo general vuelve. Los turbocompresores también aparecen en grandes motores diésel. Un turbo puede aumentar en gran medida la potencia de un motor sin aumentar significativamente su peso, ¡que es la gran ventaja que hace que los turbos sean tan populares!

En este artículo, aprenderemos cómo un turbocompresor aumenta la potencia de un motor mientras soporta condiciones de operación extremas. También aprenderemos cómo las válvulas de alivio de presión, los álabes de turbina de cerámica y los rodamientos de bolas ayudan a los turbocompresores a hacer su trabajo aún mejor. Los turbocompresores son un tipo de sistema de inducción forzada. Tu comprimir aire que fluye a través del motor (consulte Cómo funcionan los motores de automóvil para obtener una descripción del flujo de aire en un motor normal). La ventaja de la compresión de aire es que permite que el motor introduzca más aire en un cilindro y más aire significa que se puede agregar más combustible. Por lo tanto, obtienes más potencia de cada explosión en cada cilindro. En general, un motor turboalimentado produce más potencia que el mismo motor sin carga. Esto puede mejorar en gran medida la relación potencia-peso del motor (consulte Cómo funciona la potencia para obtener más detalles).

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Para lograr este impulso, el turbocompresor utiliza el flujo de escape del motor para girar en turbina, que a su vez se transforma en un bomba de aire. La turbina del turbocompresor gira a velocidades de hasta 150.000 revoluciones por minuto (rpm), aproximadamente 30 veces más rápido que la mayoría de los motores de los automóviles. Y debido a que está conectado al escape, las temperaturas en la turbina también son muy altas.

Siga leyendo para averiguar cuántos caballos de fuerza puede esperar de su motor si agrega un turbocompresor.

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