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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.
» 2. El turbocompresor
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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» 2. El turbocompresor
Funcionamiento básico del turbocompresor. Estructura del turbocompresor.
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» 2. El turbocompresor
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.
» 2. El turbocompresor
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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» 2. El turbocompresor
Estados de funcionamiento de la válvula de descarga.
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» 2. El turbocompresor
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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» 2. El turbocompresor
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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» 2. El turbocompresor
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
» 2. El turbocompresor
Disposición de dos intercooler en un motor.
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» 2. El turbocompresor
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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» 2. El turbocompresor
Turbocompresor de geometría variable: principio de funcionamiento.
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» 2. El turbocompresor
Disposición de elementos del turbocompresor de geometría.
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» 2. El turbocompresor
Elementos que intervienen en un turbocompresor de geometría variable.
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» 2. El turbocompresor
Funcionamiento del turbocompresor de geometría variable con servomotor.
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» 2. El turbocompresor
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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» 3. Compresor volumétrico
Funcionamiento de un compresor de tipo roots.
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» 3. Compresor volumétrico
Compresor lysholm. Compresor de Tipo G.
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» 3. Compresor volumétrico
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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» 4. Sistemas biturbo y mixtos
Sistema biturbo a medio régimen.
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Sistema biturbo a alto régimen.
» 4. Sistemas biturbo y mixtos
Sistema biturbo a medio régimen.
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Sistema biturbo a alto régimen.
Sistema biturbo con turbocompresores en serie de diferente tamaño a bajo régimen.
» 4. Sistemas biturbo y mixtos
Sistema biturbo a medio régimen.
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» 4. Sistemas biturbo y mixtos
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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
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Equipos de Medición de MCI
PUC do Rio de Janeiro
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Aplicación de software EES
para calculo de MCI
GRACIAS