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  [Manual] ¿Qué es la turboalimentación?  
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Viejo 25-sep-2007, 19:37   #1
MechEngineer
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Abr 2007 | 739 Mens.
[Manual] ¿Qué es la turboalimentación?

Principios de la turboalimentación

Para entender mejor la técnica de la turboalimentación, conviene familiarizarse con los principios de funcionamiento del motor de combustión interna. En la actualidad, la mayoría de los motores diesel de vehículos comerciales y turismos son motores de pistones de cuatro tiempos regulados por válvulas de admisión y escape. Un ciclo operativo se compone de cuatro tiempos durante dos vueltas completas del cig üeñal.

Esquema de un motor de pistones de cuatro tiempos
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  • Aspiración (carrera de intercambio de carga)
    Cuando el pistón desciende, pasa aire (motor diesel o motor de gasolina de inyección directa) o una mezcla de combustible y aire (motor de gasolina) por la válvula de admisión.
  • Compresión (carrera motriz)
    Se comprime el volumen del cilindro.
  • Expansión (carrera motriz)
    En el motor de gasolina, la mezcla de combustible y aire se enciende mediante una bujía, mientras que en el motor diesel el combustible se inyecta a gran presión y la mezcla se enciende de forma espontánea.
  • Escape (carrera de intercambio de carga)
    Los gases de escape se expulsan cuando asciende el pistón.
Estos principios básicos de funcionamiento ofrecen varias posibilidades para incrementar la potencia del motor:
Aumento de la cilindrada

El aumento de la cilindrada permite incrementar la potencia, ya que hay más aire disponible en una cámara de combustión mayor y por tanto se puede quemar más combustible. Este aumento puede lograrse incrementando el número de cilindros o el volumen de cada cilindro. En general, esto deriva en motores más grandes y más pesados. En cuanto al consumo de combustible y las emisiones, no se prev én grandes ventajas.
Aumento de las revoluciones del motor

Otra posibilidad de incrementar la potencia del motor es aumentar su velocidad. Esto se consigue aumentando el número de carreras de explosión por unidad de tiempo. Sin embargo, debido a las limitaciones de la estabilidad mecánica, este tipo de mejora de la potencia está restringido. Más aún, el aumento de la velocidad hace que las pérdidas por fricción y bombeo aumenten de forma exponencial al tiempo que disminuye el rendimiento del motor.
Turboalimentación

En los procedimientos anteriormente descritos, el motor funciona como un motor atmosférico. El aire de combustión entra directamente en el cilindro durante la carrera de admisión. En motores turboalimentados, el aire de combustión ya está precomprimido antes de suministrarse al motor. El motor aspira el mismo volumen de aire, pero como está más comprimido, la masa de aire que entra en la cámara de combustión es mayor. En consecuencia, se quema más combustible, con lo que aumenta la potencia del motor a igual velocidad y cilindrada.
Básicamente, cabe distinguir entre motores mecánicamente sobrealimentados y motores turoalimentados por gases de escape.
Sobrealimentación mecánica

Con la sobrealimentación mecánica, el aire de combustión se comprime en un compresor accionado directamente por el motor. Sin embargo, el aumento de potencia no se materializa totalmente debido a las pérdidas parásitas propias del accionamiento del compresor. La potencia necesaria para accionar un turbocompresor mecánico es de hasta el 15% de la potencia del motor. Por tanto, el consumo de combustible es más elevado frente a un motor atmosférico con idéntica potencia.

Esquema de un motor de cuatro cilindros mecánicamente sobrealimentado
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Turboalimentación por gases de escape

En la turboalimentación por gases de escape, parte de la energía de los gases de escape, que normalmente se perdería, se aprovecha para accionar una turbina. Sobre el mismo eje que la turbina se monta un compresor que aspira el aire de combustión, lo comprime y luego lo suministra al motor. No existe ningún acoplamiento mecánico al motor.

Esquema de un motor de cuatro cilindros turboalimentado por gases de escape
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Viejo 25-sep-2007, 19:37   #2
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Abr 2007 | 739 Mens.
Ventajas de la turboalimentación por gases de escape

A diferencia de un motor atmosférico de idéntica potencia, el consumo de combustible de un motor turbo es inferior, en tanto que la energía de escape que normalmente se perdería contribuye al rendimiento del motor. Debido al menor desplazamiento volumétrico del motor turbo, las pérdidas t érmicas y por fricción son inferiores.
La relación potencia-peso, es decir kilovatio (potencia)/kilogramos (peso del motor), del motor turboalimentado por gases de escape es mucho mejor que la de un motor atmosférico.
La instalación del motor turbo requiere menos espacio que la de un motor atmosférico de idéntica potencia.
La característica par del motor turboalimentado es susceptible de mejora. Debido a la denominada "característica Maxidyne" (un aumento del par muy elevado a regímenes bajos del motor), se mantiene una potencia próxima a la plena potencia muy por debajo del régimen nominal del motor. Por tanto, para subir una cuesta se precisa menos cambios de marcha y la pérdida de velocidad es menor.
El comportamiento de un motor turboalimentado a gran altitud mejora notablemente. Como existe menos presión atmosférica a grande alturas, la pérdida de potencia de un motor atmosférico es considerable. Por el contrario, el rendimiento de la turbina mejora con las alturas dado que existe una mayor diferencia de presión entre la corriente de presión prácticamente constante en la entrada de la turbina y la presión ambiental más baja en la salida. La densidad baja del aire en la toma del compresor se iguala en gran parte. Así, apenas sufre pérdida de potencia alguna.
Como su tamaño total es más reducido, la superficie exterior emisora de ruidos de un motor turbo es menor, por lo que este tipo de motor es menos ruidoso que un motor atmosférico de idéntica potencia. El propio turbocompresor actúa como un silenciador adicional.
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Viejo 25-sep-2007, 19:43   #3
MechEngineer
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Abr 2007 | 739 Mens.
Diseño y función de un turbocompresor

Las funciones básicas de un turbocompresor no han cambiado mucho desde los tiempos de Alfred Büchi. El turbocompresor se compone de un compresor y una turbina unida por un eje común. La turbina accionada por los gases de escape proporciona la energía que acciona el compresor.
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