TURBO - Funcionamiento - componentes - mantenimiento
Hace no mucho tiempo, inverti unos cuantos ratos en crear este tutorial para ayudar a la gente a comprender el sistema de Turboalimentacion de un motor, y lo colge en un foro.
A dia de hoy, quiero compartir esta informacion tambien con vosotros, porque pienso que es de gran utilidad y es una recopilacion de datos y elaboracion propia que pueden ayudarnos a todos.
Del turbo se a hablado mucho, asi que yo tambien quiero poner mi granito de arena y contribuir un poco en Areavag.
No se si sera demasiado pronto para colgar un tutorial asi, pues llevo poco tiempo en el foro. Si no esta bien, solo decirmelo y lo quito. Si os gusta y considerais oportuno ponerle una chincheta, tambien estare de acuerdo.
En vista de los recientes problemas con los Turbos por parte de los usuarios de los mismos (que a dia de hoy somos la mayoria), me he decidido a hacer una especie de tutorial en el que intentemos comprender su funcionamiento, para posteriormente poder dar un buen uso y mantenimiento de este componente esencial de nuestros coches.
La mayoria de los datos se extienden a motores TDI, centrandome un poco mas en los turbos de Geometria Variable, (que a partir de ahora lo llamare TGV para abreviar), pero las bases son las mismas y se podrian extender a los motores de Gasofa, aunque estos aun no tengan este tipo de tegnologia y vallan refrigerados de otra manera.
Esto lo comentare mas adelante.
Primero pasaremos a ver algunos despiezes de diferentes turbos, para comprender mejor este elemento.
Aki os dejo una foto de un turbo Garret cualquiera
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Ahora una foto de un turbo TGV diseccionado con las partes mas importantes marcadas para su ubicacion (este tambien es generalizado)
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Otra Imagen mas:
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Y aki una de un turbo de un motor de gasolina, que no es TGV, y que generalmente va refrigerado por agua, para los que tengais un Turbo de Gasolina (TFSI y sus variantes)
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Paso ahora a poneros un corte vertical de un turbo, que aunque esta en ingles, basta para hacerse una idea de sus componentes::
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Y bien, comenzemos a darle a la labia para documentar todos estos graficos y fotos.
Primeramente unos esquemas basicos de un motor para entender de que manera circulan los gases por los conductos, y diferentes fotografias de otro tipo de esquemas que tienen que ver con nuestro Turbo, influyendo en el de una u otra manera.
Un grafico que a groso modo y "en ingles" nos muestra un diagrama del motor y la circulacion de gases desde los cilindros hasta el escape, pasando por el turbo.
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Como funciona el TURBO Compresor ?
Tiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor esta colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 110.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodamientos de la turbina y el compresor. 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 entre 750-850 ºC).
Aki os cuelgo otra foto con las temperaturas aproximadas de un TGV TDI, si fuera Gasofa, contad que las temperaturas de gases oscilan entre los 200-300ºc:
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Funcionamiento del TGV
El turbo TVG (Geometría Variable) se diferencia del turbo convencional en la utilización de un plato o corona en el que van montados unos alabes móviles que pueden ser orientados (todos a la vez) un ángulo determinado mediante un mecanismo de varilla y palancas empujados por una cápsula neumática parecida a la que usa la válvula wastegate:
Aki os dejo una imagen de eses esquema de funcionamiento de la capsula que mueve los álabes de la turbina y la posicion de las mismas.
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Y una curiosa direccion que he encontrado por ahi de un video del funcionamiento de los alabes en un TGV de un Turbo TDI 170cv del Grupo VW. Sobre todo para los que tenemos un motor 170cv del grupo Vag, pero que a grandes rasgos, es igual que otro turbo.
Este es el enlace: [Only registered and activated users can see links. Click Here To Register...]
Para conseguir la máxima compresión del aire a bajas r.p.m. deben cerrarse los alabes ya que disminuyendo la sección entre ellos, aumenta la velocidad de los gases de escape que inciden con mayor fuerza sobre las paletas del rodete de la turbina (menor Sección = mayor velocidad). Cuando el motor aumenta de r.p.m y aumenta la presión de soplado en el colector de admisión, la cápsula neumática lo detecta a través de un tubo conectado directamente al colector de admisión y lo transforma en un movimiento que empuja el sistema de mando de los alabes para que estos se muevan a una posición de apertura que hace disminuir la velocidad de los gases de escape que inciden sobre la turbina (mayor sección=menor velocidad).
Os dejo una foto real de los álabes de un turbo
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Los alabes van insertados sobre una corona, pudiendo regularse el vástago roscado de unión a la cápsula neumática para que los alabes abran antes ó después. Si los alabes están en apertura máxima, indica que hay una avería ya que la máxima inclinación la adoptan para la función de emergencia
Si los alabes están en apertura máxima, indica que hay una avería ya que la máxima inclinación la adoptan para la función de emergencia.
Este esquema es de las tres fases de circulacion de gases segun la posicion de los Alabes
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El funcionamiento que hemos visto para el Turbo TGV es teórico ya que el control de la cápsula manometrica lo mismo que en los turbos convencionales mas modernos, se hace mediante una gestión electrónica que se encarga de regular la presión que llega a la cápsula manometrica en los turbos TGB y a la válvula wastegate en los turbos convencionales, en todos los márgenes de funcionamiento del motor y teniendo en cuenta otros factores como son la temperatura del aire de admisión, la presión atmosférica (altitud sobre el nivel del mar) y las exigencias del conductor.
Un esquema de la valvula wastegate de un TGV
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Las ventajas del turbocompresor TGV vienen dadas por que se consigue un funcionamiento mas progresivo del motor sobrealimentado. A diferencia de los primeros motores dotados con turbocompresor convencional donde habia un gran salto de potencia de bajas revoluciones a altas, el comportamiento ha dejado de ser brusco para conseguir una curva de potencia muy progresiva con gran cantidad de par desde muy pocas vueltas y mantenido durante una amplia zona del nº de revoluciones del motor.
En los turbos TGV el sistema de engrase que necesita es usar aceites de mayor calidad y cambios mas frecuentes, si no queremos tener que hacer un paso forzado antes de la cuenta por el Taller.
Siestema de Regulacion de presion del turbo
Para evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presión de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una válvula de seguridad (también llamada: válvula de descarga o válvula waste gate). Esta válvula está situada en derivación, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina.
La válvula de descarga o wastegate esta formada por una cápsula sensible a la presión compuesta por un muelle, una cámara de presión y un diafragma o membrana. El lado opuesto del diafragma esta permanentemente condicionado por la presión del colector de admisión al estar conectado al mismo por un tubo. Cuando la presión del colector de admisión supera el valor máximo de seguridad, desvía la membrana y comprime el muelle de la válvula despegandola de su asiento. Los gases de escape dejan de pasar entonces por la turbina del sobrealimentador (pasan por el bypass) hasta que la presión de alimentación desciende y la válvula se cierra.
La presión máxima a la que puede trabajar el turbo la determina el fabricante y para ello ajusta el tarado del muelle de la válvula de descarga.
No pasare a poner otra foto de la valvula de descarga que ya teneis mas arriba, en contra, os pondre un esquema de como se regula la presion dentro del motor gracias a la wastegate o valvula de descarga:
La electroválvula de control:
Se comporta como una llave de paso que deja pasar mas o menos presión hacia la válvula wastegate. Esta comandada por la ECU (unidad de control) que mediante impulsos eléctricos provoca su apertura o cierre. Cuando el motor gira a bajas y medias revoluciones, la electrovalvula de control deja pasar la presión que hay en el colector de admisión por su entrada a la salida directamente hacia la válvula wastegate, cuya membrana es empujada para provocar su apertura, pero esto no se producirá hasta que la presión de soplado del turbo sea suficiente para vencer la fuerza del muelle.
Cuando las revoluciones del motor son altas la presión que le llega a la válvula wastegate es muy alta, suficiente para vencer la fuerza de su muelle y abrir la válvula para derivar los gases de escape por el bypass (baja la presión de soplado del turbo). Cuando la ECU considera que la presión en el colector de admisión puede sobrepasar los margenes de funcionamiento normales, bien por circular en altitud, alta temperatura ambiente o por una solicitud del conductor de altas prestaciones (aceleraciones fuertes), sin que esto ponga en riesgo el buen funcionamiento del motor, la ECU puede modificar el valor de la presión turbo que llega a la válvula wastegate, cortando el paso de la presión mediante la electroválvula de control, poniendo así en contacto la válvula wastagate con la presión atmosférica que la mantendrá cerrada y así se aumenta la presión de soplado del turbo.
Y por supuesto, un esquema de la electrovalvula de control:
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Para que quede claro, lo que hace la electroválvula de control en su funcionamiento, es engañar a la válvula wastegate desviando parte de la presión del turbo para que esta no actué.
La electroválvula de control es gobernada por la ECU (unidad de control), conectando a masa uno de sus terminales eléctricos con una frecuencia fija, donde la amplitud de la señal determina cuando debe abrir la válvula para aumentar la presión de soplado del turbo en el colector de admisión. La ECU para calcular cuando debe abrir o cerrar la electroválvula de control tiene en cuenta la presión en el colector de admisión por medio del sensor de presión turbo que viene incorporado en la misma ECU y que recibe la presión a través de un tubo conectado al colector de admisión. También tiene en cuenta la temperatura del aire en el colector de admisión por medio de un sensor de temperatura , el nº de r.p.m del motor y la altitud por medio de un sensor que a veces esta incorporado en la misma ECU y otras fuera de esta.
Este vendria a ser el esquema general de componentes deonde estaia la electrovalvula, y de mas componentes que hacen funcionar el turbo, comandados por la ECU
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Temperatura de funcionamiento
Las temperaturas de funcionamiento en un turbo son muy diferentes, teniendo en cuenta que la parte de los componentes que están en contacto con los gases de escape pueden alcanzar temperaturas muy altas (650-850 ºC), mientras que los que esta en contacto con el aire de aspiración solo alcanzan 80 ºC.
Estas diferencias de temperatura concentrada en una misma pieza (eje común) determinan valores de dilatación diferentes, lo que comporta las dificultades a la hora del diseño de un turbo y la elección de los materiales que soporten estas condiciones de trabajo adversas.
El turbo se refrigera en parte ademas de por el aceite de engrase, por el aire de aspiración cediendo una determinada parte de su calor al aire que fuerza a pasar por el rodete del compresor.
Este calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor, ya que no solo dilata el aire de admisión de forma que le resta densidad y con ello riqueza en oxigeno, sino que, además, un aire demasiado caliente en el interior del cilindro dificulta la refrigeración de la cámara de combustión durante el barrido al entrar el aire a una temperatura superior a la del propio refrigerante liquido.
Otra ilustracion grafica generalizada del sistema de lubricacion de un TGV en esta grafica, en la cual podemos obserbar todo el sistema de lubricacion del motor
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Los motores de gasolina, en los cuales las temperaturas de los gases de escape son entre 200 y 300ºC más altas que en los motores diesel, suelen ir equipados con carcasas centrales refrigeradas por agua. Cuando el motor está en funcionamiento, la carcasa central se integra en el circuito de refrigeración del motor. Tras pararse el motor, el calor que queda se expulsa utilizando un pequeño circuito de refrigeración que funciona mediante una bomba eléctrica de agua controlada por un termostato.
Sobre los motores de gasolina, ya puse al principio como suelen ir refrigerados con una grafica, asi que para que no tengais que remitiros otra vez al principio del post, volvere a colgar la foto:
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Intercooler
INTERCOOLER
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). 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 a diferencia del sistema de refrigeración del motor que se trataría de un intercambiador agua/aire.
Con el intercooler (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100°-105° hasta 60°- 65°). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Además se reduce el consumo y la contaminación.
Este es el funcionamiento basico de la circulacion de aire en un motor con TGV e intercooler reflejado en una grafica generalista:
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El engrase del turbo
Como el turbo esta sometido a altas temperaturas de funcionamiento, el engrase de los cojinetes deslizantes es muy comprometido, por someterse el aceite a altas temperaturas y desequilibrios dinámicos de los dos rodetes en caso de que se le peguen restos de aceites o carbonillas a las paletas curvas de los rodetes (alabes de los rodetes) que producirán vibraciones con distintas frecuencias que entrando en resonancia pueden romper la película de engrase lo que producirá microgripajes. Además el eje del turbo esta sometido en todo momento a altos contrastes de temperaturas en donde el calor del extremó caliente se transmite al lado mas frió lo que acentúa las exigencias de lubricación porque se puede carbonizar el aceite, debiendose utilizar aceites homologados por el API y la ACEA para cada país donde se utilice.
Bueno, y en amarillo, en el siguiente esquema, podemos visualizar el recorrido que hace el aceite dentro de nuestros turbos para lubricar los coginetes, retenes y de camino, refrigerar un poco su tempreatura.
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IMPORTANTE
-Se recomienda después de una utilización severa del motor con recorridos largos a altas velocidades, no parar inmediatamente el motor sino dejarlo arrancado al ralentí un mínimo de 30 seg. para garantizar una lubricación y refrigeración optima para cuando se vuelva arrancar de nuevo. El cojinete del lado de la turbina puede calentarse extremadamente si el motor se apaga inmediatemante despues de un uso intensivo del motor. Teniendo en cuenta que el aceite del motor arde a 221 ºC puede carbonizarse el turbo
El engrase en los turbos de geometría variable es mas comprometido aun, por que ademas de los rodamientos tiene que lubricar el conjunto de varillas y palancas que son movidas por el depresor neumatico, al coger suciedades (barnices por deficiente calidad del aceite), hace que se agarroten las guías y compuertas y el turbo deja de trabajar correctamente, con perdida de potencia por parte del motor.
RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO Y CUIDADO PARA LOS TURBOCOMPRESORES
El turbocompresor está diseñado para durar lo mismo que el motor. No precisa de mantenimiento especial; limitándose sus inspecciones a unas comprobaciones periódicas. Para garantizar que la vida útil del turbocompresor se corresponda con la del motor, deben cumplirse de forma estricta las siguientes instrucciones de mantenimiento del motor que proporciona el fabricante:
- Dejar que el motor coja la temperatura optima de funcionamiento antes de exigir rendimiento al turbo. ****Tened en cuenta que la temperatura optima del aceite se alcanza mas tarde que la del agua
- Intervalos de cambio de aceite
- Mantenimiento del sistema de filtro de aceite
- Control de la presión de aceite
- Mantenimiento del sistema de filtro de aire
- Dejar que el aceite pierda temperatura manteniendo el motor a Ralenti despues de periodos de exigencia al turbo.
El 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores se debe a las siguientes causas:
- Penetración de cuerpos extraños en la turbina o en el compresor
- Suciedad en el aceite
- Suministro de aceite poco adecuado o de mala calidad (presión de aceite/sistema de filtro)
- Altas temperaturas de gases de escape (deficiencias en el sistema de encendido/sistema de alimentación).
- No dejar que el aceite descienda a una temperatura estable dentro del Turbo.
- Hacer trabajar al turbo a maximo regimen sin que el aceite halla cogido su temperatura
Estos fallos se pueden evitar con un mantenimiento frecuente. Cuando, por ejemplo, se efectúe el mantenimiento del sistema de filtro de aire se debe tener cuidado de que no se introduzcan fragmentos de material en el turbocompresor.
Supongo que el Otro 10% de los fallos de los TGV y Turbos de Gasolina se debe a defectos de fabricacion, mal montaje de sistemas de refrigeracion y lubricacion, etc, etc, asi que resumiendo, seria como decir que el resto de turbos fallan por un error humano, sea en la cadena de montage o en una mala gestion de las revisiones en el servicio postventa.
Asi que resumiendo... lo mejor es mirar por el turbo como si fuera la parte mas importante del motor, porque en contra de lo que se cree, un turbo esta diseñado para tener la misma vida util que el resto del motor del vehiculo, con lo que podemos deducir que algo no estaremos haciendo bien, verdad?????
Pues nada, chic@s, espero que este foro disfrute tanto este tutorial como yo he disfrutado haciendolo.
Saludos y a cuidar de nuestros turbos.
Nota: Los datos de este post han sido sacados de varias webs externas y de elaboracion propia, asi como las fotografias.
P.D. Como es logico, y no me considero experto, espero que esto os guste y añadais vuestro granito de arena y me corrijais en lo que pueda haber errado.
Un placer ayudar y Saludos.
