Selección de un turbocompresor turbocompresor (ejemplo orientativo) Tenemos un motor diesel diesel de 4 tiempos de 220 CV, con un volumen de embolada total total de 12 litros, que opera por aspiración normal a 2300 2300 rpm con una eficiencia volumétrica volumétrica del 85 % del volumen total de embolada.Este motor evolucionará un caudal de
12 Litrosx 2300rpm 2
= 13.800 litros/min
Según SAE las condiciones de ensayo son P = 730,7 mm Hg, Humedad = 50%, T = 29 ºC, lo que nos da un peso específico del aire
γ aire = 1,12 Kg/ m 3.-
Considerando la eficiencia volumétrica en realidad evolucionará: 3
3
13,8 m aire/ min x 0,85 = 11,73 m aire/ min El peso del aire será: 3
11,73 m x 1,12 Kg = 13,13 Kg 3 min m min Considerando un consumo de combustible específico de 181,43
grs
/ HP HP h a plena carga y
con una relación aire combustible de 20/1.Por ser de aspiración natural tendrá disponible 13,13 Kg aire/min para efectuar la combustión, pudiendo quemar 1 Kg. de combustible por cada 20 Kg. de aire (1/20) por lo tanto este motor quemará 13,13Kg .aire / min 20 Kg .aire / Kg .comb
= 0,656 Kg.comb/ Kg.comb/ min = 39,36 39,36 Kg. comb/hora comb/hora ≈ 40 Kg. comb/hora
Ahora analizaremos las características del turbocompresor suponiendo querer aumentar la potencia potencia en un 40 %, es decir decir 220 CV x 1,4 ≈ 310 CV.Para su selección selección primero comenzaremos comenzaremos por calcular la variación de la densidad densidad del aire que debe producir el mismo partiendo del caudal volumétrico que aspira el motor.Por aspiración normal dicho motor tiene una eficiencia de llenado volumétrico del 85 %, ahora con el turbocompresor la misma aumentará hasta aproximadamente el 90 %.El aumento porcentual de la eficiencia será
90 85
= 1,0588 ≈ 6 % .-
Por lo tanto las condiciones de admisión mejorarán manejando entonces un caudal de aire igual a: 3
3
11,73 m aire/min x 1,06 ≈ 12,43 m aire/min 3 Considerando el γ aire = 1,12 Kg/ m el peso del aire será:
3
3
12,43 m aire/min x 1,12 Kg/ m ≈ 14 Kg. aire /min Para poder producir 40 % más de potencia el motor deberá quemar un 40 % más de combustible, manteniendo siempre la relación 20/1.Por lo tanto debemos introducir en el motor un 40 % más de flujo de aire, o sea el compresor deberá proveer: 13,13 Kg. aire / min x 1,40 = 18,38 Kg. aire / min El volumen de aire será: 18,38 Kg .aire / min 1,12 Kg .aire / m3
3
= 16,4 m /min 3
El flujo volumétrico de llenado de 12,43 m aire/min lo dará la embolada del motor lo que implica que la diferencia de aire a insuflar al mismo se logrará solamente a expensas del aumento de la presión del aire lo que se logra mediante el turbocompresor.Por lo dicho, el motor para desarrollar 310 CV necesitará 18,38 Kg. aire / min a una presión que hasta ahora no conocemos, pero sabemos que deberá ser superior a la normal.El volumen de aire que el motor está en condiciones de bombear por propio volumen 3
de embolada es 12,43 m aire / min.La relación entre volúmenes nos dará la relación de densidad: 16,4m 3 aire / min 12,4m 3 aire / min
= 1,32
Con este valor se deberá seleccionar el turbocompresor utilizando el mapa del turbo que entendemos cumple con los parámetros de volumen y relación de compresión necesarios para esa relación de densidad.Con esta relación de volúmenes y teniendo en cuanta que es una transformación adiabática, calcularemos la relación de presiones. p1 v 1
k
v1 k = p 2 v 2 ⇒ p 2 = p1 v 2
Siendo p1 la presión atmosférica, k1 = 1,4 y la relación 1, 4
p 2 = 1 (1,32)
v1 v2
k
= 1,32
tenemos:
= 1, 475 ≅ 1,5
Calculada p 2 = 1,5 atmósfera y siendo p1 = 1 atmósfera la relación de presión es 1,5. Con este valor y el del caudal gravimétrico entraremos en las curvas características de los turbocompresores y elegir uno que se adapte a nuestras necesidades.
Lograr que la operación a altas potencias se realice en la zona de altos
η
del
turbocompresor es muy importante. Lo ideal es que el turbo trabaje en zonas no muy alejadas del máximo rendimiento, a lo sumo un 20 ó 25 para cada lado del mismo. Superado estos valores comienzan los problemas: a la derecha aumenta mucho la velocidad de trabajo y con ello aparecen problemas de bombeo; y si el desplazamiento es demasiado a la izquierda los problemas que surgen son debido a que no se logra la presión necesaria.
Curvas Características “MAPA” de un Turbocompresor
