Sobrealimentacion en Motores

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Motores sobrealimentado

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UNS

ENERGIA

MAQUINAS TERMICAS I

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1. Introducción

2. El turbocompresor

3. Compresor volumétrico

4. Sistemas biturbo y mixtos

Motores sobrealimentados

» 1. Introducción

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La sobrealimentación aumenta el par motor y con este, la potencia del vehículo.

Para lograrlo forzamos la entrada de aire en los cilindros, mejorando el llenado de estos.

De esta forma se eleva la presión media efectiva sobre la cabeza del pistón.

El diseño del motor sobrealimentado tendrá en cuenta este aumento de prestaciones.

Además debemos incorporar dispositivos para limitar el incremento del rendimiento.

» 1. Introducción

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El rendimiento volumétrico.

» 1. Introducción

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El rendimiento volumétrico.

» 1. Introducción

Los dispositivos empleados para sobrealimentar los motores en vehículos son:

• Turbocompresores.

• Compresores volumétricos.

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» 1. Introducción

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Turbocompresor y compresor volumétrico.

» 2. El turbocompresor

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Circulación de los gases en el trubocompresor.


Situación del turbocompresor en el motor.

Elementos del turbocompresor:

• Turbina.

• Compresor.

• Eje común

• Válvula de descarga.

• Carcasas.

• Conductos para la lubricación y la refrigeración.

• Sistema para variar el ángulo de ataque de los álabes.

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Funcionamiento básico del turbocompresor. Estructura del turbocompresor.

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Circuito de engrase del turbocompresor. Válvula wastegate sobre el turbocompresor.

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• El turbo compresor alcanza regímenes de hasta 250.000 rpm.

• Un fallo en la lubricación del eje provoca el gripado del sistema.

• La válvula wastegate limita la sobrepresión entregada por el turbocompresor.

• Los gases del escape son derivados hacia un by-pass.


Regulación de la presión de sobrealimentación de forma neumática.

La válvula wastegate también es conocida como válvula de descarga.

En este último caso la UCE puede permitir una mayor presión de sobrealimentación según las circunstancias (overboosh, puerto de montaña, verano).

La regulación del turbo puede hacerse:

• Por accionamiento neumático.

• Por accionamiento eléctrico.

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Estados de funcionamiento de la válvula de descarga.

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Posiciones de trabajo de la válvula wastegate según la presión en el colector de admisión.

1. Presión de sobrealimentación.

2. Membrana flexible.

3. Muelle.

4. Válvula.

5. Colector de escape.

6. By-pass del colector de escape.

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Temperaturas que sufre un turbo. Importancia del intercooler.

Importancia del intercambiador de calor o intercooler:

• Al bajar la temperatura del aire de admisión, conseguimos una mayor masa de oxigeno para igual volumen.

• Así se logra una mayor carga en los cilindros.

• Es un intercambiador aire-aire.

650º

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Para evitar el problema del aire calentado

al pasar por el rodete compresor del

turbo, se han tenido que incorporar

sistemas de enfriamiento del aire a partir

de intercambiadores de calor

(intercooler).

Con el intercooler se consigue refrigerar

el aire aproximadamente un 40% desde

100 -105 °C hasta 60 – 65 °C. Mejorando

la potencia y del par motor gracias al

aumento de la masa de aire (aprox. 25%

al 30%). Además se reduce el consumo y

la contaminación.

El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en su

marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire.1622/04/2023


Disposición de dos intercooler en un motor.

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Turbocompresor de geometría variable.

Presenta algunas ventajas frente al de geometría fija:

• Mejor respuesta a bajas cargas del motor.

• Menor retraso en su funcionamiento.

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Turbocompresor de geometría variable: principio de funcionamiento.

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Disposición de elementos del turbocompresor de geometría.

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Elementos que intervienen en un turbocompresor de geometría variable.

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Funcionamiento del turbocompresor de geometría variable con servomotor.

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Funcionamiento del turbocompresor de sección variable.

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» 3. Compresor volumétrico

Estructura de un compresor roots.

Compresor volumétrico:

• Accionado por el motor térmico.

• Régimen máximo de aproximadamente 15.000 rpm.

Pros:

• Respuesta inmediata al acelerador.

Contras:

• Restan potencia para su accionamiento.

• Tienen un tamaño grande, por lo que es difícil situarlos.

• Son muy ruidosos, lo que obliga a apantallarlos acústicamente.

• Su rendimiento baja a altas rpm.

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Funcionamiento de un compresor de tipo roots.

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Compresor lysholm. Compresor de Tipo G.

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Compresor y sistema de accionamiento.

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» 4. Sistemas biturbo y mixtos

Sistema biturbo con turbocompresores en paralelo de diferente tamaño a bajo régimen.

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Sistema biturbo a medio régimen.

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Sistema biturbo a alto régimen.



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Sistema biturbo a alto régimen.

Sistema biturbo con turbocompresores en serie de diferente tamaño a bajo régimen.



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22/04/2023 32

Sistema biturbo en serie a alto régimen.

»Análisis Termodinámico del Turbocompresor

Rendimiento Térmico

PCID es poder calorífico inferior del diesel

P es la potencia desarrollada del motor

Eficiencia mecánica del

Turbocompresor

Flujo másico de aire

»Análisis de la Turbina

Eficiencia Isentropica

de la turbina

»Análisis del Compresor

Eficiencia Isentropica

del compresor

»

Proceso Isentropico del Gas ideal

Proceso Adiabático Reversible:

Relaciones entre calores específicos:

Ecuación de estado:

»Banco de Ensayos de

MCI

PUC do Rio de Janeiro

»

Equipos de Medición de MCI

PUC do Rio de Janeiro

»

Aplicación de software EES

para calculo de MCI

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