Sistema De Admisión: Funcionamiento E Importancia Del Turbocompresor.

El sistema de admisión es aquel conjunto de elemento que proveen al motor de aire limpio a una velocidad y temperatura acorde a la necesidad del régimen del motor. Entre otras cosas, el principal sentido del motor es la transformación de la energía, de térmica a mecánica, en ese sentido, para tener energía térmica debe existir una sustancia capaz de arder y propiciar dicha energía.

En esa línea de ideas, la sustancia utilizada para tal fin son los provenientes de la refinación de los hidrocarburos, sin embargo, hay algo de suma importancia dentro de la generación de las condiciones de quema del combustible, para que esto suceda es necesario la existencia del aire, ya que, le provee el oxígeno a las cadenas de hidrocarburos que se oxidan gracias a la chispa de la bujía.

Entonces, si partimos de la premisa inobjetable de la importancia del aire dentro del proceso de combustión, ya sea en proporción, en velocidad o calidad debemos darnos cuenta de lo que la generación de las condiciones acordes para el tratamiento del aire impacta en el proceso de combustión del motor, lo que finalmente impacta en el rendimiento total del vehículo.

El contexto que hemos dado como abreboca sirve para ponernos en contexto acerca de la importancia de la existencia del sistema de admisión, así como lo que podría afectar dentro del proceso de combustión una mala alimentación de aire. Un sistema de admisión saludable es indicio de un sano proceso de combustión.

Partes del sistema de admisión

Como hemos comentado, la función del sistema de admisión es simple, suministrar al motor cantidades acordes al régimen del motor de aire limpio. Ahora, para ello como todo sistema está compuesto por elementos, partes que como conglomerado se encarga de realizar dicha función, a continuación, las describimos:

Filtro de aire:

Hay que saber que el aire en el sistema de admisión proviene del exterior, debido a esto dicho fluido viene con impurezas, elemento de milésimas de centímetros que pueden ocasionar problemas dentro del funcionamiento del motor, como por ejemplo una combustión incompleta que genera mayores gastos de combustible y mayor contaminación. Entonces, conocido esto, es importante contar con un elemento que, así como lo dice su nombre, filtre el aire, y esa es la misión de éste.

Tipos de filtros de aire:

1. Filtro de tipo baño de aceite: Este tipo de filtro cuenta con un recipiente interno de aceite, el propósito y disposición del recipiente hace que el paso de aire sea sinuoso, por lo que, las partículas de polvo dentro del aire queden atrapadas en el aceite, ya que, las partículas de polvo que son más pesadas que el aire no pueden realizar el cambio de dirección tan rápido como el aire.

Este tipo de filtro tiene entre otras cosas puntos a favor y en contra, a favor se puede decir que son capaces de retener grandes cantidades de polvo además de que son lavables, mientras en contra se puede decir que generalmente el área de filtrado es muy pequeña y que, a altas velocidades del aire se puede perder aceite.

2. Filtro de aire seco: Es un tipo de filtro que cuenta con doble sistema de filtro, uno primario que puede limpiarse y otro de seguridad que es reemplazable. El filtro cuenta con un recipiente para polvo y generalmente se usa para trabajo pesado. Entre otras cosas puede ser de montaje horizontal o vertical.

Este filtro de aire cuenta con las siguientes partes: cuerpo de filtro, sello, abrazadera, carcasa, tuerca, placa desviadora y recipiente para polvo. Como dato, este tipo de filtros son probados introduciendo una lámpara de luz, si la luz pasa el elemento filtrante quiere decir que está bueno, si no lo hace, entonces hay que cambiar el filtro.

Por otro lado, la acción de limpieza del aire en este tipo de filtros consiste en que, el aire entra por el lado superior del cuerpo del filtro, dentro de sí, las aspas pre-limpiadoras proveen de rotación al aire, con lo que, como una cernidora, los elementos más pesados, es decir, las impurezas se van hacia las paredes del filtro y bajan hacia el recipiente para polvo.

3. Filtro húmedo (mixto): Este tipo de filtros son impregnados están impregnados de aceite de motor, son lavables y no tienen papel seco.

Indicadores de restrictores de aire:

Es un elemento que indica cuando hay que limpiar o remplazar el filtro de aire. El indicador se ubica generalmente dentro del sistema de admisión a la salida del aire limpio del filtro de aire o en los ductos que están entre el motor y el filtro. El sistema tiene su principio en la diferencia de presión que puedan ocasionar las restricciones del paso de aire en los filtros de aire, ya que, al haber limitaciones o restricciones en él, se producen vacíos en los ductos entre el filtro y el motor.

Válvula de descarga del filtro:

Dispuesta de tal manera que expulsa continuamente las acumulaciones de polvo y humedad conformen se acumulan en el filtro de aire. Como recomendación debe procurarse mantener la válvula limpia e inspeccionarla regularmente para comprobar que las pestañas no queden pegadas por el sucio acumulado.

Respiraderos del motor:

Estos desempeñan dos funciones vitales en el sistema de admisión: uno, descargan la presión al interior del motor y al depósito de aceite, además de que sirven para hacer un segundo filtrado de aire, esta vez el que va directo al motor con el fin de ser lo más cuidadoso con la entra de partículas indeseadas al motor. Por otro lado, algunos motores tienen válvulas PCV y no carburadores que descargan a la atmosfera.

Turbo-carburadores:

Los turbo-carburadores están presentes en uno que otro sistema de admisión, sus partes son: compresor, una boquilla de entra de aire del motor, una turbina, una boquilla para la salida de los gases y una brida de montaje.

Estos elementos son usados para obligar una entrada mayor de aire a los cilindros a la que es producida solo por la presión atmosférica. Al tener mayor aire, se traduce en mayor oxígeno en la cámara de combustión capaz de oxidar la mezcla, lo que finalmente y hasta un punto se traduce en mayor potencia para el motor. Estos elementos son usados generalmente para el suministro extra de aire en motores diésel de dos tiempos.

Características del turbo:

• Respiración del motor: Los sistemas de admisión que no cuenta con turbo para la alimentación de aire del motor se llaman de aspiración natural, lo que quiere decir, que aspiran el aire la condición natural de vacío que genera el movimiento de los pistones. El vacío entra la cámara y la presión atmosférica del exterior hace que el aire vaya de la zona de mayor presión a menor presión.
• Diseño de los turbos: Generalmente, hay tres tipos de turbos. Todos funcionan de manera similar, pero difieren en el sistema para dirigir la salida de gases de combustión hasta la turbina. Los tres tipos comentados son: de espiral, de toberas y de impulso.
• Turbos en motores de dos tiempos: En los motores de dos tiempos el turbo es usado para impulsar la salida de los gases de escape desde los cilindros hasta la turbina del cargador que se encuentra sobre la cubierta del soplador.
• Enfriamiento de la carga de aire: Al realizarse la compresión de aire en el turbo por condiciones termodinámicas no solo aumenta la presión, sino que también la temperatura. Sin embargo, es necesario que la masa de aire que entra al motor esté a una temperatura no muy alta. Para que la temperatura del aire no sea muy alta la masa de aire es pasada por un intercambiador de calor colocado entre el turbo y el múltiple de admisión.
• Turbo enfriado por liquido: Este sistema de enfriamiento es usado para los turbos de los motores fuera de borda. La turbina cuenta con una camisa de agua para eliminar el exceso de calor de la masa de aire.

Ventajas:

• Mayor potencia: Generalmente, con el uso de los turbos, se suele tener un incremento aproximado de entre el 40% y 50% comparado con un motor de aspiración natural de las mismas características. La potencia adicional se obtiene gracias a la entrada adicional de aire a presión al motor.
• Reducción del humo: Gracias a que entra una mayor cantidad de aire dentro de la cámara de combustión, el proceso de quema del combustible es mucho más eficiente, lo que hace que no se generen desperdicios por combustiones incompletas del combustible. Todo esto producirá en definitiva una mucho menor emisión de humo negro producto una insuficiente quema de todo el combustible.
• Compensación de altitud: Antes de la aparición de este elemento, se notaba que a mayor altitud un auto con las mismas prestaciones tenía un menor rendimiento que cuando se encontraba al nivel del mar, lo que sucedía aquí era que al estar a mayor altitud la densidad del aire es mayor lo que dificultaba la llegada de aire al motor. Luego de la aparición del turbo, este problema no se veía, ya que, dicho problema era compensado por él.
• Ruido de la combustión: Los motores diésel tiene un funcionamiento un poco distinto a los motores a gasolina, la mezcla en los motores diésel se enciende debido al aumento de la presión del aire, que termodinámicamente al entrar en contacto con la gasolina se enciende.

Debido a que el aire debe ser llevado casi de presión atmosférica hasta el punto de ignición de la gasolina, lo que son unas cuantas atmosferas más, se produce un cascabeleo dentro de los cilindros, sin embargo, gracias a la existencia del turbo, el aire no llega a presión atmosférica sino a una presión mucho más cercana a la de ignición del combustible.

El cuerpo del compresor:

Luego de pasar por el filtro de aire, la masa de aire continua al compresor a través del centro de la carcasa y es dirigido directamente al rodete, donde sus alabes le proporcionan un giro de 90 º impulsándolo al difusor hacia un estrecho de paso ubicado entre la tapa, la pared interna del difusor y el cuerpo central. El difusor, es un pasaje circular que hace dar una vuelta completa al aire, el pasaje está formado por la carcasa central. Una vez el aire es comprimido sale tangencialmente al colector de admisión.

Los encontramos de dos tipos: de sección constante o de sección creciente. La forma en que la difusión es llevada a cabo impacta en la eficiencia y cantidad de masa de aire que puede ser bombeada. El tipo de sección creciente funciona mejor para diferentes regímenes de giro, mientras que el de sección constante es para una gama más reducida de regímenes de giro. Por otro lado, el cuerpo de la turbina está unido al cuerpo de cojinetes por medio de abrazaderas en forma de V o mediante abrazaderas planas y tornillos.

El cuerpo de cojinetes:

El cuerpo de cojinetes se sujeta por medio de bridas a la turbina y al compresor. La turbina tiene alta temperatura y el compresor tiene baja temperatura. Las diferencias de temperaturas entre estos cuerpos han influido en el diseño y distribución de las partes internas del cuerpo de cojinetes.

Ente la pared del cuerpo de cojinetes y el cuerpo de la turbina hay un espacio de aire, que está delimitado en el lado de la turbina por una placa de protección, que mejora la conservación de la energía térmica (aislamiento) entre mencionados cuerpos.

Por otro lado, el eje sale del cuerpo de cojinetes a la zona de aire comentada por medio de un aro de estanqueidad fijo, el aro es el elemento que determina la separación de los cuerpos y no debe ser engrasado. Entre el cojinete del eje y la parte inferior del aro de estanqueidad queda una cavidad circular dispuesta en el cuerpo central para el drenaje de aceite.

Hacia el extremo del cuerpo de cojinetes adyacente al compresor se encuentra el conjunto de cojinetes de empuje, una tapa encajada que carga un anillo elástico de retención y el deflector de lubricante. La primera es por la cual salen los elementos giratorios del compresor.

Es importante saber que, cada turbo-compresor cuenta con un sistema de cojinetes de empuje o axiales, así como un sistema de cojinetes de giro o radiales, aunque puede haber variaciones de entre uno u otro compresor. Generalmente, los rodetes realizan sus giros de manera equilibrada, pero bajo ciertas condiciones como presiones, ondas y variaciones de velocidad hacen que el eje se desplace hacia adelante y/o atrás.

En el montaje del turbo-compresor se cuenta con dos anillos de empuje con un casquillo de separación entre ellos y van montados sobre el eje, así como a cada extremo del cojinete de empuje estacionario, creándose de esta manera una película de lubricante entre los cojinetes y anillos que son las que aguantan las cargas axiales.

Por otro lado, los turbo-compresores grandes generalmente llevan dos cojinetes radiales en vez de uno como los pequeños, en ellos gira el eje. El aceite puede llegar a los cojinetes a través de sus extremos circulando hacia adentro y saliendo a través de un orificio dispuesto para el drenaje situado en el centro, o el lubricante pueda entrar por el centro y salir por los lados.

En el funcionamiento de los cojinetes ellos giran en su alojamiento, por lo que deben estar lubricado por ambos lados, el lubricante que proviene del motor llega al cuerpo de cojinetes a través de la parte inferior y, un número importante de pequeños conductos distribuyen al aceite hacia los cojinetes y sus alojamientos y luego hacia la parte inferior del cuerpo de cojinetes donde retorna al cárter.

La estanqueidad de los gases se logra en el cuerpo de cojinetes por medio de aros estacionarios, estos son bastante eficiente pese a la variación de presión en los cuerpos, es más incluso, cuando se crea vacíos por obstrucciones en el filtro de aire, estos aros no son engrasados por el lubricante.

En el lado de la turbina el lubricante se mantiene aparte del aro de cierre gracias a la acción centrifuga del eje que lo lanza al drenaje. En el lado del compresor, el lubricante es dirigido por el deflector hacia la zona baja del cuerpo de cojinetes.

Regulación de la presión de admisión:

 Cuando el vehículo está en sus distintos regímenes de giro, tiene diferentes necesidades que deben ser suplidas por el sistema de admisión. Dependiendo de las rpm del motor será la necesidad de la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión, y así mismo, también mayor será la cantidad de gases de escape.

Sabiendo esto, podemos darnos cuenta que el turbo-compresor debe adaptarse automáticamente a las diferentes cargas del motor, de este modo, a las variaciones de carga del motor le corresponde una velocidad de funcionamiento de la turbina y el compresor que está bien determinada por el sistema de admisión.

Válvula de desahogo:

Mientras el motor va cambiando la velocidad de giro, crece el flujo de salida de los gases de escape y la turbina aceleraría demasiado su funcionamiento sin utilidad alguna, ya que, no es necesario el aumento del par motor.

Para evitar esto, los turbo-compresores cuentan con una válvula reguladora o de descarga, que se encarga de desahogar directamente a la atmósfera los gases de combustión. Esta válvula de descarga está gobernada de manera directa por medio de una cápsula manométrica que está sometida a la presión de entrada en el sistema de admisión.

Cuando la válvula está cerrada la presión de alimentación obedece al funcionamiento natural del turbo-compresor y cuando está abierta la turbina queda sin funcionamiento, haciendo para parte de los gases en forma directa al tubo de escape, de esa manera la presión de sobrealimentación se limita. Naturalmente, el dosado de la bomba de inyección debe ajustarse según las presiones que puede permitir la válvula reguladora para cada momento.

Adaptación del equipo de inyección:

En el funcionamiento de un motor sobrealimentado, el sistema equipo de inyección debe adaptarse a muchos casos. El equipo no solo debe ser preciso en los momentos de aumentar el caudal de combustible, sino que también debe modificar la manera en que el caudal se introduce al cilindro, para de esa manera, lograr el mayor rendimiento y aprovechamiento de la sobrealimentación.

El caudal máximo de alimentación está determinado por la presión del aire suministrado por el compresor a un valor tal que, alcanzado éste, el motor proporciona su par máximo cuando la presión logra su valor nominal.

Sin embargo, en el caso de una aceleración, ese valor no es alcanzado instantáneamente, ya que, el turbo-compresor normalmente puede retrasarse hasta un segundo para alcanzar su régimen de pleno rendimiento. Debido a esto, si el caudal inyectado para ese momento, ya es el máximo, la combustión no se producirá completamente debido a la falta de aire, por lo que, se producirán emisiones de humos oscuros y desperdicios de combustible.

 Para impedir esto, en los motores sobrealimentados el caudal máximo que puede suministrase en cada instante por la bomba está controlado por medio de un dispositivo que es accionado por la presión de sobrealimentación. Como fue comentado, este dispositivo está formado por una capsula manométrica que tutela un tope móvil.

El tope mencionado actúa sobre el regulador de la bomba de inyección e impide que éste pueda suministrar su caudal máximo mientras que el turbo-compresor no suministre su presión nominal de sobrealimentación.

Intercooler:

La función de este dispositivo es la de enfriar el aire que viene del turbo para que tenga una mejor circulación, de esta manera se hace posible una mayor llegada de masa aire a las cámaras de combustión. Los hay de dos tipos, aire-agua y aire-aire.

Múltiple de admisión:

Este es un colector de aire que tiene una forma especial para poder compensar el orden de encendido y las distancias, en él, se alojan bujías de precalentamiento, que son en sí, resistencias para poder calentar el aire en frío que proviene del exterior.

Conclusiones

Como hemos comentado, el sistema de admisión es un conjunto de elementos que permiten la introducción correcta de aire según las diferentes necesidades de alimentación del motor. ¿Por qué el motor tiene diferentes necesidades de alimentación?, la respuesta es sencilla, porque no siempre estamos a la misma velocidad.

El combustible en sí, tiene un poder calorífico determinado, obvio este poder dependerá de la calidad del combustible utilizado, de la misma manera, es necesario una cantidad promedio de consumo de aire para poder concretar el proceso de combustión. Es por eso, que un sistema de admisión saludable permitirá también una combustión saludable, y finalmente un vehículo más limpio y más amigable con el ambiente. ¿Ahora, puede ver lo importante del sistema de admisión?

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