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| Planta propulsora tractor VALTRA |
Hace unos meses
realicé la entrada “el turbocompresor ¿eficiencia o marketing?” en la cual
“criticaba”, ligeramente el excesivo protagonismo que se daba a la palabra
“turbo” en los motores agrícolas cuando se estaban utilizando presiones de
soplado en exceso “humildes” y por lo tanto no incrementaban la potencia tanto
como se pudiera pensar.
Aquella opinión fue
un tanto criticada por algunos fabricantes que si bien reconocieron la
“humildad” de las sobrepresiones también “daban fe” del incremento de potencia
de forma apreciable. Como el turbocompresor en motor agrícola ya llegado para
quedarse pues toca volver a hablar de él.
TURBO: ¿COMO CONVERTIR LO HUMILDE EN EXCELSO?
Las retransmisiones
televisivas de F1 tienen sus seguidores. Lo noto porque desde hace unos meses
se me pregunta por mi opinión en torno a la vuelta del empleo de motores
sobrealimentados en la F1.
La F1 es un
“escaparate” de alta tecnología en el sector automovilístico, muchas de las
conclusiones obtenidas allí se ven más tarde en la calle. La próxima temporada
será de nuevo el momento de ver como los fabricantes de motores de competición
de F1 logran demostrar como unos motores pequeños, “poco revolucionados” pero
sobrealimentados pueden igualar las cifras de potencia de los motores “gordos”.
En el 2014 los
motores de los F1 cambiarán su arquitectura actual V8 a V6, con una “miserable”
cilindrada de ¡1600 cc! Y girando sólo a 15000 rev min-1 (ahora el
limitador está en 19000 vueltas) además la inyección será “mixta” con un 75 %
de inyección directa y un 25 % de indirecta pero eso sí ¡el turbo podrá girar
hasta las 125000 vueltas!
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| Motor Honda F1 |
¿Será una “birria”
de motor? Pues no, ya los fabricantes han dicho que conseguirán hasta 850 CV en
calificación (en carrera la potencia bajará pues no podrán sobrepasar un
consumo determinado y no se podrá repostar en carrera)
El turbo de un
tractor no hace tales maravillas, entre otras cosas porque gira más “lento” y con
unas presiones de soplado muy inferiores (No se publicitan los datos de
sobrepresión pero suele ser normal encontrar cifras entre 0,8 y 1,5 bares)
¿PARA QUÉ SIRVE?
El turbocompresor o
“turbo” es un mecanismo que aprovecha la fuerza de salida de los gases de escape
para mover una turbina que a través de un eje común mueve un compresor. El
compresor esta colocado en la entrada del colector de admisión. El compresor
eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore
la alimentación del motor.
Las velocidades de
giro están por encima de las 100.000 rpm, y eso significa que el engrase de los
cojinetes será un punto de máxima atención. También hay que saber que las
temperaturas a las que se va ha estar sometido el turbo en su contacto con los
gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 ºC )
ELEMENTOS de un turbocompresor
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| Turbo Garret |
Los elementos principales
que forman un turbo son:
- La Turbina: recibe el empuje de los gases de escape sobre los álabes. El movimiento de rotación lo transmite a través de un eje común
- El Compresor: recibe el movimiento de la turbina. Su diseño le permite comprimir el aire atmosférico incorporándole una sobrepresión y lo “empuja” hacia el colector de admisión
- El eje común: une turbina con compresor. Va apoyado y gira sobre cojinetes. Es el punto crítico del diseño del turbo
- Válvula de descarga (wastegate): Si el turbo sufriese una aceleración constante a medida que el motor sube de revoluciones y si no hubiese limite alguno en el giro de la turbina se podría llegar a elevar demasiado la presión. La wastegate es el limitador de presión en el colector de admisión (como la espita de seguridad en una olla a presión) y se sitúa en derivación mandando parte de los gases de escape a la salida sin pasar por la turbina
- Intercooler (Intercambiador de calor): Componentes del turbo en contacto
con los gases de escape llegan a alcanzar los
TURBO DE MOTOR DIESEL O GASOLINA: ¿SON IGUALES?
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| Diseño de un turbo (cortesía de turbochargers) |
NO, no lo son. Los
gases de escape en un motor de gasolina están a una temperatura de 200-300 ºC superior a los diesel
y por eso casi se generaliza las carcasas del turbo con refrigeración líquida
en el turbo de gasolina.
Una de las
“averías” más frecuentes en los turbo es el “pegado” debido a que la turbina se
“pega” a la carcasa ya que se queda carbonizado el aceite para lubricación y
refrigeración, también el gripado de los cojinetes. Bueno pues la avería es más
frecuente en los motores de gasolina que en diésel se produce más en motores de
gasolina que en diésel.
Para evitar la
avería se recomienda que tras un trabajo intenso del motor y antes de apagarlo
se mantenga el motor unos instantes al ralentí. Existen motores que incluso
cuando se para el motor una bomba eléctrica de agua refrigera la carcasa y se
regula por un termostato.
El
futuro del turbocompresor
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| Motor FPT en New Holland |
Queda mucho
potencial de desarrollo. Las líneas maestras de mejora de los fabricantes
punteros están en la optimización de las técnicas de fabricación:
- Reducir el grosor de las paredes del carter de turbina (menos peso significa menos inercia de respuesta)
- Materiales novedosos. Por ejemplo turbinas fabricadas en aleación de titanio y aluminio (aleación que de nuevo significa ligereza)
- Carcasa de la turbina y colector de escape fabricados en una sola pieza. La técnica permite ahorro (no existe brida de sujeción) y mejora del sellado
INCONVENIENTES DEL TURBO
Un turbo
convencional a bajas revoluciones apenas mueve a la turbina, es decir, no
“sopla” e incluso se comporta peor que un motor “atmosférico”. Para evitar el
inconveniente los fabricantes optan por varias soluciones:
- Turbo pequeño: son capaces de comprimir el aire de aspiración desde bajas revoluciones aunque tienen otro inconveniente y es que no son capaces de comprimir el aire necesario cuando el motor está a plena potencia
- Turbocompresores “pequeños” hermanados: Se colocan dos turbocompresores pequeños en vez de uno grande (sobre todo en motores en "V" o 6 cilindros), también es frecuente el biturbo. En este caso se hermanan de forma escalonada teniendo uno “pequeño” a bajas vueltas y el “grande” para régimen de giro elevado
- Geometría variable (VTG): Mejora el rendimiento del turbo en todo el régimen de revoluciones. Se usa mucho en motor diésel de alta especificación y es que el detalle importa (en gasolina se usan menos ya que las altas temperaturas de los gases de escape dan problemas en los álabes) El VTG utiliza una corona donde se montan unos álabes móviles capaces de regular el ángulo de ataque del aire. Si el motor gira a bajas revoluciones los álabes disminuyen la sección entre ellos y al aumentar las revoluciones del motor los álabes se mueven para disminuir la velocidad de los gases de escape. El motor no dispone de válvula wastegate (al limitar la velocidad de la turbina con altas revoluciones se disminuye la presión en el colector)
La gestión de la
posición de los álabes es electrónica (el control se basa en multitud de
parámetros: revoluciones motor, presión atmosférica, temperatura de los gases
de escape y del aire de admisión e incluso se puede admitir la posibilidad de
que el conductor elija conducción “tranquila” o “deportiva”)
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| Actuador de vacío para turbo |
Gestión electrónica:
Consigue
que la presión de soplado se regule de forma más “fina” que con control
mecánico y se toman “decisiones” inmediatas para regular el comportamiento del
turbocompresor: Una electroválvula es la llave de paso que regula la presión.
La electroválvula se gestiona desde la ECU que decide la presión a la que abre
el bypass de la wastegate, recibe las
instrucciones del conductor o de las necesidades de potencia, por ejemplo un
pico de tiro del apero, y así ir modificando de forma continua el valor de la
presión de soplado.
En algunos motores agrícolas modernos con Common Rail y gestión electrónica puede ocurrir que se controle la presión de soplado del turbo con una bomba de vacío. La disposición con bomba de vacío es cada vez más habitual al encontrar motores con válvula EGR (recirculación de gases de escape) que también funcionan por vacío.
Entradas relacionadas
Para ampliar: revista Agricultura, mayo 2013
Tema muy interesante!!
ResponderEliminarUna pregunta: ¿como se si mi tractor o mi coche tienen turbo de geometría variable?
Saludos.
Twins' Farm
www.twins-farm.com
Es muy fácil de ver, el turbo de geometría variable es más complejo, externamente lleva cerca un "actuador" que es el que mueve la orientación de los álabes. Pero es que además los fabricantes ya se preoucpan de pregonarlo en sus catálogos y en la especificación de sus motores. En verdad es un elemento que marca la diferencia.
ResponderEliminarJohn Deere en su modelo 6195R y 6195M monta dos turbos en serie, no sé si lo habéis visto. Me resulta algo curioso, ya que creo que es el primer fabricante de tractores que lo incluye en alguno de sus motores.
ResponderEliminarDoble turbo significa dobles problemas? Pues eso creo que va a pasar. Actualmente en mi 6930 con 3000horas tocó cambiar el actuador del turbo (1000€) y ahora con 8300 turbo completo con actuador, más de 2000€ en versión Reman.
En en el anterior tractor que tuvimos, un 6910 con 8800 horas, jamás tuvimos que tocarle pero era de geometría fija.
¡Cuanto se aprende hablando con agricultores profesionales! Hablaremos de esto Kiko.
EliminarUn saludo