Sobrealimentación en gasolina y diesel

Mecánica. Motor. Rendimiento térmico. Inyección. Prestaciones. Compresor. Turbocompresor. Futuro

  • Enviado por: Salvador Q. Prieto
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 15 páginas
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SOBREALIMENTACION EN GASOLINA Y DIESEL

1.- SOBREALIMENTACION

Para aumentar el rendimiento térmico de un motor ha de conseguirse una completa combustión de la mezcla en la cámara de combustión introduciendo en el cilindro una mayor cantidad de aire, lo que permitirá a su vez introducir mayor cantidad de combustible, aumentando con ello la potencia del motor entre un 20% y un 100%.

La sobrealimentación puede realizarse en motores de gasolina de grandes prestaciones y en motores Diesel. En los motores de gasolina, la sobrealimentación se consigue mediante el sistema de inyección directa, introduciendo la gasolina directamente al cilindro, con lo que se consigue una rápida pulverización del combustible en el aire y la máxima potencia del motor; pero, es en el Diesel donde se consiguen los mejores resultados con grandes aumentos de potencia a igualdad de cilindrada.

La sobrealimentación se consigue por medio de compresores accionados directamente por el motor mediante acoplamiento mecánico o por medio de turbina movida por los gases del escape; por tanto, para introducir el aire suplementario en los cilindros se emplean:

* Compresores volumétricos

* Turbo - Compresores


La potencia que se obtiene de un motor sobrealimentado es notablemente superior a la de un motor de la misma cilindrada sin sobrealimentar, siendo la tendencia actual el ir elevando progresivamente la presión de sobrealimentación para conseguir mayores potencias.

La sobrealimentación no fatiga más los órganos mecánicos, siendo el ciclo más suave, la presión máxima no se eleva excesivamente, la combustión se desarrolla mejor y el consumo específico disminuye.

Resumiendo, todo el problema se reduce a ðComo incrementar la potencia del motor?

2.- COMO INCREMENTAR LAS PRESTACIONES DE UN MOTOR

La potencia y el par suministrados por un motor tienen como orígen el calor desprendido por la combustión de la mezcla aire-gasolina introducida en el cilindro.

Por lógica, para obtener más prestaciones hay que introducir más mezcla en los cilindros en cada ciclo teniendo en cuenta que la masa de carburante suministrado al motor es adaptada a la masa de aire absorbida por él y que por tanto, esa cantidad es controlada por la mariposa de gases.


Para aumentar la cantidad de aire aspirado por el motor, se pueden considerar tres soluciones: (T-1)

* Incrementar la capacidad de absorcion del motor.

es decir, aumentar la cilindrada.

* Aumentar número de operaciones de "bombeo".

es decir, aumentar el régimen del motor.

* Favorecer el efecto de aspiracion del piston en el descenso.

es decir, aumentar el llenado. Siendo la solución más eficaz la de aumentar el llenado del cilindro. ðComo? Sobrealimentando el motor con ayuda de un compresor.

3.- EL COMPRESOR. CARACTERISTICAS.

Podríamos definirlo como:

Bomba de aire que extrae aire de la atmósfera y lo comprime, con objeto de "cebar" el motor con aire para obligarle a quemar una mayor cantidad de gasolina por ciclo. (T-2)

Un compresor debe de tener las siguientes características:

a) Relacion de compresión

P2

X = ---

P1


Siendo:

P1 = Presión atmosférica de entrada

P2 = Presión de salida

Ejemplo: Con una presión atmosférica = 1 atm = 760 mm HG = 1 Kg/cm2 = 1 bar; y X = 1,8, significa que la presión de salida P2 es 1,8 bares.

b) Rendimiento del compresor

El rendimiento de un compresor es tanto mejor cuanto más cercana sea la temperatura teórica procedente de las leyes de la termodinámica. Cuanto mayor sea la temperatura real del aire a la salida del compresor respecto a la temperatura teórica, menor será el rendimiento del compresor.

c) El flujo del compresor

Es la cantidad de aire comprimido que suministra el compresor, expresada en Kg/sg.

d) Régimen del compresor

Es el dato más importante. Se puede decir que a débil régimen, habrá una débil sobrealimentación, un menor rendimiento y un pequeño caudal.

Hay dos grandes familias de compresores:


* Los compresores volumétricos.

* Los compresores centrífugos.

4.- COMPRESORES VOLUMETRICOS

Su principio de funcionamiento es:

El elemento giratorio crea un aumento de volúmen en la entrada del compresor, lo cual origina una depresión que aspira el aire exterior. Hacia la salida del compresor el volúmen disminuye expulsando el aire a presión. (T-3)

Por tanto:

* El flujo de aire es proporcional al régimen de rotación.

* La presión de salida depende únicamente de las características del circuíto posterior y del flujo de aire.

5.- COMPRESORES CENTRIFUGOS

Funcionan como una bomba centrífuga. Bajo el efecto de la fuerza centrífuga originada por la velocidad de rotación, el aire es expulsado hacia la periferia de la rueda, lo cual crea una depresión en su centro y provoca una aspiración del aire. (T-4)


Necesitan velocidades de rotación muy grandes para suministrar los flujos requeridos (del órden de 100.000 RPM)

* A régimen reducido, se producirá flujo reducido.

* A régimen elevado se producirá un flujo importante.

Si tomamos como ejemplo los gases del escape se producen los siguientes efectos:

* Los gases del escape están calientes y a presión.

* Aún poseen energía.

* Estos gases pueden accionar el molinete de la figura (T-4). El molinete puede ser también una turbina que accione a su vez a su compresor centrífugo.

Esta es la idea del Turbo-Compresor.

6.- EL TURBOCOMPRESOR.

Su principio de funcionamiento es el siguiente:

* Cuando el motor funciona emite cierta cantidad de gases quemados que se encuentran a elevada temperatura y presión.

* Este flujo de gases acciona la rueda de la turbina.

* El movimiento de la turbina es comunicado directamente a la rueda del compresor mediante el eje de enlace que las une.


* El compresor alimenta de este modo al motor con aire a presión.

A partir de este momento el motor presenta dos fases de funcionamiento:

* Una fase atmosférica.

* Una fase sobrealimentada.

Este principio básico de funcionamiento presenta dos inconvenientes.

* 1.- Una fuerte presión de alimentación significa una compresión importante de aire. El resultado es una temperatura de admisión elevada, que favorece la detonación, lo que lleva a prever la refrigeración del aire de la admisión.

* 2.- Cuanto más rápido funciona el motor, más rápida funciona la turbina y compresor, aumentando la cantidad de aire suministrada al motor, por lo que éste desarrolla más potencia; este ciclo recomenzará hasta la ruptura del motor o del turbo, lo que hace pensar en un sistema de regulación de la presión de sobrealimentación.

Ambos inconvenientes son solucionables.

El primero, mediante un intercambiador de calor que rebaje la temperatura del aire comprimido aproximadamente 50ð ó 60ð; podría ser un radiador refrigerado por el aire exterior.


El segundo, mediante un limitador de la velocidad del turbo a partir del momento en que se alcanza la presión de sobrealimentación; podría ser una válvula, que abra o cierre el paso de gases de escape a la turbina en función de la velocidad de ésta y de la presión de sobrealimentación.

Por lo tanto, la Presión de Sobrealimentación es el factor que determina las prestaciones de un motor turboalimentado.

7.- FUNCIONAMIENTO Y TIEMPO DE RESPUESTA EN EL VEHICULO

Al principio, la aceleración es normal y después, a partir de cierto régimen, es cuando entra en funcionamiento el turbocompresor. (T-6)

El tiempo de respuesta es el tiempo necesario para pasar del funcionamiento en fase atmosférica a funcionamiento en fase de sobrealimentación.

Por ejemplo:

* El vehículo marcha en 4ð velocidad a 3.000 RPM (punto A).


* El conductor acelera a fondo y la presión pasa al punto B inmediatamente. Con cierto intervalo de tiempo la presión pasa a C. El intervalo entre B y C es el tiempo que precisa el el turbo para alcanzar el régimen de suministro de sobrealimentación, es decir, el tiempo de respuesta.

* A 3.000 RPM, el régimen turbo puede ser de 60.000 RPM y el tiempo de respuesta será aproximadamente 1 Sg.

Fdo.- Salvador Q. Prieto Villanueva


ðCOMO DESEARIA EL AUTOMOVIL DEL FUTURO?

1.- GENERALIDADES.

El intento de predicción del futuro ha sido una preocupación existente en todos los tiempos. Podría decirse que existen tres clases de futuro:

* El futuro próximo.

* El futuro lejano.

* El futuro remoto.

El futuro próximo, el que ha de ocurrir dentro de un período de diez a quince años, es fácilmente previsible. Los avances en el automóvil se deberán a ideas que actualmente estan en fase de desarrollo y que sólo estan pendientes de ciertos perfeccionamientos que hagan interesante desde algún punto de vista su lanzamiento.

El futuro lejano es conjeturable, a la vista de hipótesis, teorías e invenciones consideradas como factibles, pero detenidas en su gestación por encontrar algún obstáculo que frena su realización práctica.


El futuro remoto es el formado por un conjunto de especulaciones de las que sólo se conoce que no es posible demostrar su imposibilidad; es algo así como cuando Julio Verne escribió su "De la Tierra a la Luna" ó "20.000 Leguas de Viaje Submarino" y anunció que ese era el futuro; todo el mundo le llamó loco y visionario.

Por otra parte, existen una serie de condicionantes que siempre tiene hipotecados esas previsiones de futuro, tales como:

* Necesidades de materias primas.

* Búsqueda de nuevos materiales.

* Factores de perfeccionamiento.

* Factores de seguridad y fiabilidad.

* Factores medioambientales.

* Grandes presupuestos económicos.

* Viabilidad.

* Etc.

Todos han sido superados una y otra vez a lo largo de la historia, pero últimamente ha aparecido uno que es causa de preocupación en el mundo entero: el factor medioambiental, causado por el empleo masivo de productos industriales. La contaminación atmosférica y de las aguas, el aumento del nivel de ruído, vibraciones y la posible ruptura del equilibrio ecológico y afeamiento de la naturaleza, serán causas a tener en cuenta en el desarrollo de nuevos proyectos y en la investigación.


Será necesario encontrar nuevas fuentes de energía más límpias y apacibles para las cuales no valdrán los materiales actuales y que marcarán el fín del reinado de los motores de combustión interna y de otros generadores energéticos hoy en uso.

2.- EL FUTURO COCHE

Para su estudio, deberá tenerse en cuenta todo lo anteriormente dicho, además de:

- Nuevos diseños de carrocerías.

- Nuevos motores.

- Estudios en neumáticos, suspensión, etc.

- Innovaciones en materia de seguridad.

- Otros.

Respecto a los diseños de carrocerías, innovaciones en materia de seguridad, nuevos neumáticos, suspensión, etc., los estudios son contínuos y todos se refieren a un futuro próximo.

No ocurre así en la predicción y búsqueda de nuevas fuentes de energía, donde el campo de la investigación está totalmente abierto, siendo la tendencia a buscar fuentes de energía ecológicas y límpias y que no encarezcan en demasía el producto final.


Nos quedan por tanto, los motores. Efectívamente, va a ser en el diseño de nuevos motores, donde nos vamos a encontrar con los mayores cambiós, tanto en un futuro lejano, como en un futuro remoto.

Allá por el año 1.974 ó antes, cuando salió a la luz el motor Wankel, que por cierto, se ha aplicado en algún modelo de automóvil, los pronósticos que se hicieron en el momento de darlo a conocer eran que en un plazo menor de diez años sustituirían totalmente a los motores de pistorne. No ha sucedido así.

Otro tanto de lo mismo ocurre con la turbina de gas, que se decía que entraría en competencia con el motor Diesel y tampoco ha sido así.

3.- CONCLUSION

Es la modesta opinión del que escribe estas líneas, que no puede predecirse como puede ser el vehículo en un futuro remoto o lejano, pero sí puede predecirse como será en un futuro más o menos próximo y siempre será en función de condicionantes ya enumerados anteriormente; quizás resaltar de ellos, la viabilidad y el factor económico, es decir, su mayor rentabilidad, su costo de fabricación y los beneficios una verz puesto en el mercado.


La tendencia del coche en un futuro próximo es en cuanto a diseño formas muy aerodinámicas y redondeadas, notable mejoría en la calidad de los materiales con que se fabrique, mayor protección y seguridad en el habitáculo de ocupantes, haciéndolo indeformable, con protecciones laterales de barras, incorporación y perfeccionamiento de los airbag actuales y aumento de su confortabilidad y comodidad; incorporación de nuevos sistemas de frenado, suspensión y neumáticos.

Perfeccionamiento del ABS.

Finalmente, en cuanto a la alimentación, desaparición casi total de la carburación sustituída por la inyección y la incorporación de nuevos modelos de motores cada vez más potentes sin perjuicio de su economía y bajo consumo.

Fdo.- Salvador Q. Prieto Villanueva


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