apuntes

1. TEMA 7: Sistema de alimentación de aire.
Tiene la misión de introducir en el motor el aire para la combustión en condiciones óptimas de limpieza, presión y
temperatura.
En función del tipo de sistema de alimentación, los motores se pueden clasificar en atmosféricos y
sobrealimentados.
En los motores atmosféricos, el aire entra a través de un filtro que retiene las impurezas procedentes de la
atmósfera (polvo, contaminación, polen,...), pasa por el colector de aspiración y entra en el cilindro. El aire se mueve
únicamente por efecto de la aspiración producida por el cilindro en la etapa de aspiración. Ya en el interior del cilindro se
mezcla con el combustible para producir la combustión.
En los motores sobrealimentados, el aire entra movido por un turbocompresor que proporciona una cantidad
mayor de aire, mejorando la calidad de la combustión e incrementando la potencia del motor.
Sobrealimentación en los motores de encendido por compresión.
En los motores de 2 tiempos, la sobrealimentación es indispensable para un correcto funcionamiento del motor
(bombas de barrido), mientras que en los de 4 tiempos, se emplea principalmente en motores de media y elevada potencia.
La sobrealimentación consiste en introducir una cantidad de aire en los cilindros superior a la que aspiraría de
forma natural. La utilización de la sobrealimentación se fundamenta en la mejora de la combustión del motor, debido a un
mayor llenado del aire en los cilindros, lo que provoca un aumento de potencia, un menor consumo específico y una
menor contaminación.
La finalidad de la misma puede ser:
1. Aumentar la presión de alimentación que ha descendido por condiciones de operación. Se aplica en motores
de aviación y para motores que operan en condiciones de baja presión atmosférica, como por ejemplo, a elevada altitud.
2. Aumentar la potencia por unidad de cilindrada, aumentando la cantidad de fluido activo respecto a la
aspiración atmosférica.
La sobrealimentación la proporciona un compresor normalmente del tipo centrífugo, lo que suministra un gran
caudal, alimentando con un gran exceso de aire, y con la mayor turbulencia posible. Esto es precisamente lo que hace el
compresor, aún con un mayor caudal de inyección, caudal quemando la mayor parte de combustible obteniendo un
incremento notable de potencia que puede llegar al 40%.
El compresor puede ser accionado por una fuente de energía externa o bien por el propio motor que se pretende
sobrealimentar. Para aprovechar la energía que aún tienen los gases de escape a la salida del motor, se utilizan éstos
para mover el compresor. Los de este tipo se denominan turbocompresores.
Para evitar presiones excesivas en el tiempo de compresión debido a la sobrealimentación, es necesario reducir
la relación de compresión de los cilindros, lo cual produce
una disminución del rendimiento térmico del motor. Pero
por otro lado, el aumento de presión, junto con la mayor
masa de aire que se introduce en el motor, produce una
mejora notable en el rendimiento térmico.
También se produce una mejoría del rendimiento
volumétrico causado por la evacuación forzada de los
gases procedentes de la combustión, tanto en los motores
de 2 tiempos al mejorar el barrido, como en los de 4
tiempos, esto es durante el cruce de válvulas. En ese
instante, entra el aire fresco ligeramente presurizado
empujando a los gases de escape a salir.
Uno de los factores fundamentales del buen
funcionamiento del motor Diésel es el exceso de aire: a
mayor exceso, más fácil se obtendrá una combustión total
del combustible. La sobrealimentación permite tener el
exceso de aire necesario, teniendo la ventaja de permitir el
uso de combustibles de inferior calidad y por lo tanto, más económicos.
Circuito de sobrealimentación por turbocompresor.
Describiremos el circuito siguiendo el flujo de aire fresco de alimentación, posteriormente haremos lo mismo con
el flujo de los gases de escape.
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2. Filtro de aire de alimentación: tienen la misión de
retener las impurezas del aire atmosférico (polvo,
polen, contaminación,...) antes de su entrada en el
motor. Se colocan en la aspiración del
turbocompresor rodeado de una cubierta en forma
de rejilla desmontable. Los filtros normalmente
están formados de una malla tupida o paño de tejido
similar a la lana. Suelen ser lavables, en el caso de
motores de tamaño mediano y grande. Se puede
utilizar el propio gasoil para su limpieza, dejándolo
secar bien antes de volver a montarlo. Es
recomendable tener más de un juego de paños para
sustituir y que el motor vuelva a estar en
funcionamiento mientras se realiza la limpieza.
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Turbocompresor: es el componente que se
encarga de incrementar el caudal y la presión del aire de entrada
a los cilindros. Es quien nos va a proporcionar la
sobrealimentación.
Está formado por un compresor rotativo rodeado por una carcasa
en forma de caracol, movido a través de un eje que por otro lado
dispone de una turbina, también rodeada por una carcasa en
forma de caracol
El compresor es accionado por la turbina que utiliza para ello la
energía procedente de los gases de escape que le llegan a
través del colector de escape. Estos gases salen de los cilindros
con una presión aproximada entre los 2 y los 4
kg/cm2
y con una temperatura que ronda los 300-
500 grados centígrados en los motores grandes y
medianos. Esta energía es la que mueve la
turbina. Una vez que los gases hayan hecho girar
la turbina, salen al exterior por la chimenea. Este
tipo de accionamiento sale gratuito, puesto que la
contrapresión que ofrece la turbina a la salida de
los gases roba al motor una pequeña fracción de
su potencia, lo que resulta sobradamente
compensada por la sobrealimentación.
El compresor es del tipo centrífugo, es decir, aspira el aire por el centro,
de forma axial, y lo impulsa de forma radial, perpendicular al eje de giro.
travesado por el eje, sobre el que hay unas
s que desplazan al aire. Al otro lado del eje
Está formado por un plato a
paletas o álabes que son lo
se encuentra la turbina, co
un cierto ángulo respecto al plano
mpuesta de un disco de álabes orientados en
del disco. Recibe los gases
procedentes del colector de escape de forma tangencial debido al diseño de la carcasa en forma de caracol, éstos la
hacen girar y posteriormente son evacuados por el centro hacia la chimenea. Este hecho hace que la sobrealimentación
sea proporcional al régimen de funcionamiento del motor. Con este giro, por medio del eje, mueve al compresor.
Debido a las altas temperaturas y al elevado régimen de revoluciones del turbocompresor (desde las 10.000 r.p.m. en los
motores grandes hasta superar las 100.000 en los pequeños y rápidos), es imprescindible dotarlos de un eficiente
sistema de lubricación en los apoyos del eje.
Para garantizar siempre la lubricación de los cojinetes, el motor no debe pararse inmediatamente después de haber
efectuado recorridos a alta velocidad, recomendándose mantener el motor en ralentí durante un breve espacio de tiempo.
El funcionamiento al ralentí hará que los gases de escape tengan una menor temperatura que el turbocompresor, de
manera que al pasar por él lo refrigerarán. De lo contrario, su temperatura será excesiva produciendo la degradación del
aceite lubricante. Por otra parte, si las paradas son repetitivas con el motor en caliente se ocasionarán erosiones y
desprendimientos de incrustaciones de las paredes del cuerpo central.
Existen dos tipos principales de lubricación del turbocompresor. Uno de ellos consiste en formar parte del circuito de

3. engrase general del motor, de donde una derivación del aceite llega hasta los cojinetes. Se aplica en los motores
pequeños. El otro consiste en un cárter en el mismo turbocompresor que al girar hace que todas las piezas se lubriquen.
Estos turbocompresores disponen de un visor de vidrio para controlar el nivel de aceite en su interior. El aceite necesita
, y por lo tanto se produce una disminución de
realimentación permitiendo una mayor
ser cambiado con la periodicidad que indique el fabricante del turbocompresor o del aceite.
Enfriador de aire de alimentación: Tanto por el efecto de la compresión como por el contacto con el rotor del
compresor, el aire de sobrealimentación aumenta de temperatura incrementando la carga térmica sobre los elementos
del motor afectados por la combustión, como el pistón, aros, inyector, válvulas, lo que limita la presión de
sobrealimentación. Por otro lado, el aumento de temperatura disminuye la densidad de los gases, de manera que para un
mismo volumen, es menor la cantidad de aire que entra en el cilindro
rendimiento térmico al no aprovecharse adecuadamente la combustión.
Con una adecuada refrigeración, reducimos la temperatura del aire de sob
densidad del aire y por tanto la entrada de una mayor cantidad de aire. misma.
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Regulación de la presión de sobrealimentación.
La regulación de la presión de sobrealimentación permite
suministrar al motor una presión límite variable de
sobrealimentación, la cual está acorde con las condiciones de
trabajo, tanto de solicitud de carga como a las climatológicas,
temperatura del aire y presión atmosférica. Para ello, el
turbocompresor dispone de una válvula mecánica wastegate
encargada de regular la presión de soplado del mismo. Esta válvula
está situada en derivación (by-pass) con el conducto de escape.
Está constituida por una cápsula sometida a la presión de
sobrealimentación, una membrana y una cámara de presión con un
muelle tarado. El accionamiento de esta válvula puede ser de tipo
neumáti o o eléctrico.c