TRABAJOS PREVIOS, DESMONTAJE Y MONTAJE DE UN TURBOCOMPRESOR
DEFECTOS EN EL TURBO
La falta de presión de suministro del turbo se manifiesta con una perdida importante de potencia y un elevado consumo de combustible, si la perdida de presión se debe a una fuga de aire una vez comprimido este , en vehículos diesel vendrá acompañado de una humareda negra por el escape la cual es mas llamativa cuanta mas demanda de potencia se haga.
El gripado del turbo por mal uso o defecto dejará sin presión de suministro al colector, por lo que su rendimiento esperado será sensiblemente inferior a un motor de similar cilindrada pero atmosférico, debido a que el turbo presenta ahora una oposición ( al estar agarrotado) a la buena admisión del aire del motor
El fallo de los retenes del elemento compresor, aparte de un consumo elevado de aceite se acompañan de presencia de humo color blanquecino en el escape con olor a aceite quemado, dicho humo proviene de un quemado inadecuado del aceite que entrará en la cámara de combustión. Mantener funcionando el motor en estas circunstancia puede ser hasta peligroso como siempre que entra en el cilindro aceite que se quema incontroladamente en el transcurso de la fase de explosión, pudiendo generar sobrepresiones en el interior del cilindro desastrosas para el motor.
El fallo de la válvula de descarga ( waste –gate) puede generar similares síntomas a la de un turbo que se agarrota , pero la perdida de potencia será ligeramente inferior, asemejándose a la de un motor atmosférico de similar cilindrada.
CONTROL DE LA PRESIÓN DE SUMINISTRO DEL TURBO
Será preciso comprobar la efectividad del turbo antes de proceder a su desmontaje y revisión, para ello intercalaremos un manómetro en la propia tubería que sirve para accionar el control de la presión de descarga ( Waste –Gate).
Deberemos examinar en los distintos regímenes y a distintas cargas la presión máxima que es capaz de mantener en el colector dicho compresor. Verificaremos la correcta instalación de tuberías y conexiones, de manera que no se vea afectado el elemento que gobierne el elemento de control ( waste-gate , o distribución variable) no obstruyendo la misma ni generando puntos de fuga de aire.
Una vez conectado el manómetro y caliente el motor se efectuará la prueba acelerando el motor y comprobando que el turbo es capaz de mantener la presión en el colector de admisión en el valor tarado por el fabricante, se debe comprobar a su vez posibles fugas de manguitos, bien por abrazaderas o por rajas en las uniones de los tramos de tuberías, que pudieran hacer perder presión de aire de suministro.
Se comprobará en caso de presión insuficiente o mal control de la misma, que la válvula de descarga o la propia geometría variable trabajan adecuadamente, comprobando su funcionamiento con posterioridad cuando el motor se haya enfriado. Dicha comprobación se realizará mediante el accionamiento manual de la distribución o el recorrido de la válvula de descarga ( Waste-gate) a mano, en su movimiento no debe presentar agarrotamiento o funcionamiento a saltos , debiendo moverse de forma suave y retornando automáticamente a la posición de reposo.
TRABAJOS EN EL TURBOCOMPRESOR
Los turbos son maquinas realmente simples, sin grandes complejidades ni gran número de piezas, pero su elevado régimen de giro, su trabajo en ambientes de suciedad ( en el escape) y los altos gradientes térmicos que maneja implican que sean realmente delicadas a la hora de manipularlos.
La limpieza del mismo, la comprobación de desgastes y holguras se hacen necesarios con el uso y siempre que se crea que presentan algún tipo de problema, no debemos confiar en un buen funcionamiento en cojinetes con excesiva o escasa holgura, las condiciones de uso suelen ser tan duras que varían mucho del momento en que lo comprobamos ( a temperatura ambiente) de las de uso real.
a) Preparación previa
En los trabajos sobre el tubo deberemos ser igual de cuidadosos que cuando se interviene en cualquier operación de motor que implique posibles entrada de suciedad a su interior.
La arena, piedras o tierra que suelen abundar en el vano motor y deberá ser desplazada previamente al trabajo en si , bien mediante agua u otro disolvente no agresivo o mediante el soplado de la misma, de forma que el desmontaje y apertura de las partes de los conductos de admisión y lubricación no implique un mayor riesgo de exponerse a entradas in-deseadas de materias extrañas.
Deberemos igualmente tener especial cuidado en taponar con trapos limpios ( que no se deshilachen) los orificios de recogida de aceite del cárter del turbo , así como las entradas de colectores a los cilindros.
Una vez extraído el turbosoplante , deberemos proceder a su limpieza exterior cuidando de que no se introduzcan detritus en su interior , se empleará un disolvente que elimine la grasa que pueda tener depositada. La limpieza de elementos de esta índole debe ser tan exquisita como se pueda conseguir , deberemos entender que el interior de estos elementos de tolerancias tan estrechas deben ser pulcramente tratado, de igual modo a como lo haríamos con una intervención quirúrgica. La sílice de la arena oficia de abrasivo en el interior de una maquina en movimiento y debemos procurar la limpieza en este campo, ya que el elevado giro de un turbosoplante multiplica el efecto de desgaste, frente a otra maquina rotativa cualquiera .
Una vez limpio procederemos a comprobar la holgura del rotor del turbo.
b) Verificación de tolerancia Axial
Se dispondrá de un comparador con base magnética y un palpador. Situaremos la base magnética en un punto fijo de referencia que sea sólido a la carcasa del turbosoplante, dispondremos el palpador de forma que tome contacto en el eje del tubo y quede libre para desplazarse en la misma dirección en que apunta el eje, sin que forme ningún ángulo con este .
Se empujará el eje en sentido axial de forma que la indicación del comparador nos de una lectura que sea representativa del la holgura real, es muy importante que el desplazamiento del palpaldor no forme ángulo con el eje , sino que se haga en su mismo sentido para que no de una lectura falseada.
Las tolerancia deben estar en las que estime el fabricante dependiendo estas del tamaño del turbo y el motor al que va destinado ( ciclo diesel u otto), para turbos de automoción de un tamaño relativamente pequeño es aceptable holguras entre 0.025mm y 0.10 mm, teniendo que procederse a reparar en caso de ser mayores o menores a las establecidas por el fabricante.
La posición del palpador en cuanto a centrado en el punto de contacto con el eje y su desplazamiento en línea con la dirección del eje es primordial para evitar errores.
c) Verificación de la tolerancia radial
Se dispondrá el comparador de forma que el palpador toque ahora el eje de giro preferiblemente en el centro del mismo (si no se ha desarmado el tubo puede usarse el canal de descarga de aceite al cárter), el palpador debe tocar en la parte mas elevadas de la sección circular del eje y deberá ( en caso de no disponer de espacio suficiente) de hacerse con un palpador acodado, de horma que el desplazamiento del palpador se recoja en sentido radial y el comparador vea igualmente este desplazamiento en la misma dirección , siendo el ángulo del palpador de 90º con el eje, de otra manera la media tomada sería errónea igualmente.
Se hará girar el eje con ambas manos, forzando a un desplazamiento radial del mismo, de forma que se muestre cuanta holgura dispone y se manifieste en el reloj del comparador.
Los valores deberán estar en los rangos que marque el fabricante considerándose aceptable entre 0.075mm y 0.18 mm, superadas estas tolerancia o las del fabricante propiamente dichas deberá sustituirse los cojinetes del eje del turbo.
Una vez realizadas estas comprobaciones comprobaremos el estado de desgaste de los elementos mas susceptible de ello ( los cojinetes), los cojinetes radiales sufren en el giro del compresor acrecentado su daño por una mala lubricación o falta de refrigeración en el momento de parada del motor.
En motores de automoción existe un trabajo extra que desgasta prematuramente los cojinetes radiales, sobretodos de aquellos turbos que se piensan para equipos fijos y se montan en motores de coche o camión, nos referimos al efecto giroscopio del eje girando que añade un esfuerzo extra en los cojinetes que se suma al propio del giro del rodete. Este esfuerzo que tiende a mantener la dirección del rodete por su giro sobre si mismo, fuerza a trabajar a los cojinetes cada vez que el motor cambia de dirección al seguir el trazado de una carretera con curvas frecuentes.
El cojinete axial se le hace trabajar mas en las afluencia de gases elevadas a bajas revoluciones del motor sobre todo en las fases de arranque , por la falta de engrase y aparecer el empuje que los gases quemados generan en el rodete del turbo por su entrada axial.
Por lo tanto deberemos tener especial cuidado de vigilar turbos que han sido destinados a automoción y eran inicialmente para equipos fijos en un posible desgaste prematuro, así como NUNCA destinar un turbo diseñado para un motor de gasoil en un motor Otto, las mayores temperatura de este ultimo requiere de materiales y holguras especificas que no se garantizan existan en los turbos de motores diesel, por trabajar los de motores diesel a temperaturas varios cientos de grados mas bajas que los de motores de ciclo OTTO..
DESARMADO DEL TURBOCOMPRESOR
Si se precisa de una limpieza de los rodetes por presencia de suciedad incrustada en los mismos y la sustitución de uno o todos los cojinetes, deberemos desarmar el compresor .
Debemos tener especial cuidado de no golpear las piezas ya que una deformación de los alabes arruinaría irremediablemente el buen equilibrado del conjunto, cualquier deformación del eje o un mal montaje acabaría igualmente con el equilibrado del mismo degradando en poco tiempo los cojinetes una vez armado el turbo de nuevo.
Los ejes de los turbos se fabrican en tres piezas:
- Rodete de turbina
- Rodete de compresor
- Eje
El rodete de la turbina y el eje se suelda por fricción entre ellos y se realiza un equilibrado del conjunto mediante esmerilado, posteriormente el eje recibe la rueda del compresor ( que será desmontable) el cual se fija mediante una tuerca y se equilibra nuevamente todo el conjunto mediante rectificado. Por lo tanto se entiende que el esmero empleado en la fabricación no es gratuito y requiera de especiales cuidados en su desarmado para no arruinar todo este trabajo.
Es muy importante una buena disposición de las piezas en el almacenaje al ir desmontándolas que permita un correcto armado del mismo, así como un marcado de posiciones referenciadas entre si, de forma que al montarlas vuelvan a ocupar la misma posición que tenían antes del desarmado.
Se soltarán en primer lugar la carcasa del compresor pudiendo tener que ayudarnos una vez retirados lo tornillos con suaves golpes a la misma de manera que se desprenda de su asiento, se le propinará suaves golpes con una martillo de cabeza blanda y con especial cuidado.
A continuación se procederá de igual manera, sujetado el conjunto del cuerpo central, con la parte de la turbina.
Cualquier deformación de los alabes tanto del compresor como de la turbina no permiten ser reparados debiendo proceder a la sustitución completa del rotor..
Se procederá a la limpieza de las carcasas en su interior, eliminando todos los restos que los gases hayan dejado y que puedan existir y se aprovechará para determinar si existen fugas de aceite en los retenes del rotor que nos den indicios de la posible necesidad de sustitución.
Desmontaje del rodete
Cuando los valores de tolerancias indiquen daños en los cojinetes se procederá a seguir desarmando, pudiendo comprobar estas holguras de forma mas clara y precisa una vez desmontado las carcasas de turbo y compresor.
El desarmado del rodete implica retirar la tuerca de fijación del rodete del compresor , esto se hará sujetado el rotor por la parte de la turbina, habrá que trabajar con mucho cuidado evitando someter al eje del rotor de un par excesivo. Se marcarán previo a su desarmado rodete y eje para su posición de montaje y se retirará este no sin cierto esfuerzo , porque el rodete se diseña para que se auto-apriete con el propio giro del eje, por lo que le deberemos sacar estimulando el giro contrario de dicha pieza en lo que a su giro natural se refiere ( el rodete al gira aprieta la tuerca que lo fija).
Desmontaje de la turbina
Una vez extraído el rodete se podrá sacar el eje al que se halla solidario la turbina que saldrá a lo largo del cuerpo central del turbo, se procurará llevar siempre centrado el eje y así evitar que no sufran deformaciones los cojinetes radiales del eje.
Se procederá ahora a una inspección visual de :
➤Eje del rotor. comprobar que toda la superficie del eje no presentan huellas de erosión. Ni señales de agarrotamiento, así como su forma ausente de deformaciones.
➤Turbina. es lógico que lleve incorporada gran cantidad de detritus que deberán limpiarse sumergiendo la pieza en un disolvente y evitando el rascado que podría dañar la superficie. Con una cepillo de cerda se eliminará la suciedad y se comprobará que los alabes no presentan daños, ni desgastes excesivos, la eliminación de la suciedad permite liberar de una carga extra en el giro y devuelve el equilibrado inicial a la pieza.
➤Compresor. No debe presentar síntomas que denoten erosión o daños físicos.
El examen de estas piezas nos da idea del uso que han llevado y del cuidado que se ha prestado a su refrigeración y/o trato duro, examinando el color de los materiales y las posibles fugas de lubricante determinaremos si el turbo tiene síntomas de fatiga térmica ( tonos azulados muy marcados), mala lubricación ( desgaste circunferencial en los puntos de contacto entre eje y cojinetes) o quemado de aceite en el eje del rotor ( deposición de lacas en zonas de altas temperaturas).
Desmontaje del cuerpo central
Se retirará la tapa del cuerpo central sujeta normalmente mediante circlips, prestar especial cuidado a la cantidad de piezas y el orden de montaje ayudándonos en lo posible de esquemas o croquis y a la disposición extendida de las piezas separadas entre si depositándolas en orden sobre un papel o trapo, se procederá al desarmado de las piezas que conforman la caja de cojinetes y sus retenes.
Desmontaje de los cojinetes
Conforme se extrae las partes mas cercanas a la turbina se llega al anillo de empuje del cojinete axial, normalmente situado mas cerca del compresor , se comprobará el cojinete axial del turbo sustituyéndose en el montaje por uno nuevo si las holguras no eran las adecuadas.
Para extraer los distintos circlips y grupillas se precisarán unos alicates de puntas . Se debe comprobar que el daño del cojinete ( en caso de existir) no se debe a falta de engrase o piezas rotas o sueltas , sino al uso normal y dilatado en el tiempo. En caso de que el fallo no sea el normal, deberá estudiarse la causa que ha generado el daño para no solo solucionar el problema sino además intervenir en la causa.
Las piezas del desmontaje se limpiarán con disolvente y se dispondrán extendidas de forma que no de lugar a equívocos, limpiándolas en su montaje suprimiendo los restos que quedaran del disolvente empleado mediante soplado con engrase de aceite abundante.
Extraído el cojinete del lado compresor, se procederá a darle vuelta al cuerpo del mismo para intervenir en el lado turbina de igual manera a la emprendida en el lado compresor.
Inspección
Se deberá examinar las piezas antes de la limpieza y después de la misma, de forma que la acumulación de desechos nos de una pista de posibles fugas de gases o aceite, que no se verán una vez limpiado todos los elementos.
Una vez limpias y secas se examinaran las piezas para ver defectos de desgaste o abrasión, así como el estado de los retenes, de especial importancias es la comprobación de las partes que puede rozar en el giro normal, así como el engrase que debe recibir en cada momento verificando que los conductos no presentan obstrucciones que dificulten o restrinjan el paso de aceite.
Se verificará de igual manera todas las piezas de unión de la carcasas, juntas , tornillos, tuercas, grupillas circlips, roscas y tetones.
Comprobaciones del eje y rodetes
Se debe comprobar que el eje no está deformado haciéndole rodar por una superficie plana.
Se puede depositar el eje sobre una superficie de recepción, que permita el giro del mismo sin su avance de esta manera se verá la posible falta de linealidad en el mismo o torcedura del eje y se podrá medir con un reloj comparador que compruebe el levantamiento del eje en su giro sobre si mismo.
De igual forma se puede comprobar que el rodete solidario a él no presenta en su giro un alabeo inaceptable en su parte exterior, usando el mismo reloj comparador pero ahora apoyado en el borde superior del rodete y con el palpador en el sentido libre de desplazamiento paralelo al eje del turbo, de esta forma un alabeo del rodete o una falta de planitud se detectará antes de montaje , ya que eso implicaría un desequilibrado en su giro inaceptable en su uso.
Se procederá de igual manera montando el rotor del compresor y comprobando que tampoco presenta alabeo alguno.
Es importante no comprobar solo la holgura, como lo hicimos durante el desmontaje, sino ver la deformación del eje ( inducido por la deformación del eje o por deformación del asiento de los rotores) y el alabeo de las palas del rotor, por la incidencia que tiene en el giro del elemento compresor al alto régimen al que se le somete normalmente.
MONTAJE DEL TURBO
Ahora cobra especial importancia la limpieza, se precisará pulir aquellos pequeños defectos encontrados siempre que no repercutan en el equilibrado del conjunto.
Como comentamos, se prestará atención a retenes, circlip, tornillos, juntas, tuerca de fijación del rodete renovándose en caso de duda de su estado y a ser posible siempre que se desmonte aunque presenten buen aspecto, así como sería bueno sustituir los cojinetes, siempre que el desarmado haya sido por haber sido usado durante mucho tiempo.
El montaje de los cojinetes debe llevar acompañado una comprobación de las buena fijación de los circlips que los sujetan en su posición, el eje debe entrar sin forzar y se empleará aceite abundantemente, se instalará en el lado opuesto ( de igual manera a como los desmontamos) el cojinete de empuje , fijando previamente el collar de empuje solidario al cuerpo el cojinete de empuje y el segmento de sujeción, a continuación el retén tórico.
El montaje de todos los elementos de sujeción por tuerca o tornillo llevará un par de apriete determinado estipulado por el fabricante.
En el montaje del rodete se harán coincidir las marcas que pusimos durante el desarmado, de manera que no alteremos el equilibrado de fabrica del conjunto, el apriete del rotor del compresor es de vital importancia , su par puede ser elevado ( de hasta 23 kg/cm2 en turbos grandes) y se procederá después del armado a las comprobación del juego radial y axial de igual manera que antes del des-piece.
Posteriormente se montarán las carcasas de ambos lados cuidando de no dañar los rodetes.
Comprobación de válvulas de descarga
Se debe comprobar a su vez la válvula de descarga, que suele ir adosada al cuerpo de los gases de escape del turbo, verificando su completo cierre por muelle y su accionamiento neumático, para ello se aplicará la presión a la que debe abrir la membrana o pulmón de accionamiento y se verificará su desplazamiento correcto.
Podremos usar una fuente de aire de presión constante, un manoreductor o en caso de no tenerlo de tarado tan fino un simple neumático al que previamente cargaremos con la presión que queramos suministre, de esa manera sencilla podremos comprobar el tarado de la Waste Gate o válvula de descarga al valor que el fabricante estime necesario.
El montaje del turbo en el motor no se diferencia de cualquier elemento que se acople mediante elementos de rosca, presentando el mismo en el punto donde se debe instalar, evitando la entrada de suciedad en el motor vía conductos de admisión, vía conductos de escape, por la vía de engrase del turbo, ni por el retorno del cárter. Se sustituirán juntas de unión y los tornillos de sujeción, se presentarán a ser posible sin apretar, montando todo el conjunto , turbo, tubos de llegada de aire, conductos de salida de escape, tuberías de aceite y drenaje del mismo etc, y una vez el conjunto adopte su posición natural se procederá, si puede ser a el roscado completo de los tornillos de sujeción y anclaje, y en ultimas instancia a su apretado, se comprobará después que no existen fugas en ninguno de los elementos ,ya que como se sabe dichos elementos funcionarán a mayor presión que la atmosférica.
La caja del turbo se llenará del mismo aceite del que llevará el motor y en abundancia.
En general la limpieza debe ser exquisita y evitar la intrusión de elementos que una vez el turbo en funcionamiento y girando a altas revoluciones ( mas de 100.000 para turbos pequeños) no rompan nada en el mismo.
Ajustes finales
Una vez montado el turbo compresor se volverá a comprobar la efectividad de la waste-gate , comprobando que mantiene la presión de admisión en el valor exigido de similar manera a como se hizo antes de desmontarlo, si el valor de tarado fuera mayor o menor del requerido se jugará con la longitud del brazo de accionamiento de la waste gate ( o distribución variable) , para que su actuación sea mas pronta o mas tardía según el caso.
Precauciones especiales
Se ha descrito de forma somera un desmontaje de un turbo normal, existen en el mercado turbos refrigerados por agua , los cuales gozarán a su vez de llegadas y salidas del elemento refrigerante a la caja central del turbo , lo que complicará su montaje definitivo.
De igual manera la presencia de geometría variable complica el turbo a nivel de la turbina , ya que en el desmontaje de la carcasa del escape aparece las geometría variable con su corona, distribuidor y alabes móviles adosados a la carcasa que tiene la misión de acelerar los gases de escape antes de la entrada en contacto con el rodete y que generarán una multiplicidad de piezas que puede hacer muy farragoso el trabajo, habrá que prestar especial cuidado al montaje del mismo para evitar perder piezas que impidan volver montarlo, así como comprobar que no se precisan útiles especiales para disponer los elementos antes del ensamblaje.
La presencia de válvulas dump o de corte en deceleración , deberán ser revisadas en aquellos vehículos de gasolina que dispongan de las mismas , limpiando sus asientos de igual manera a las Waste –gaste y comprobando su accionamiento correcto en cuanto a presiones y recorrido.
Comprobación de compresores volumétricos.
La comprobación de los compresores volumétricos no se diferencia de la cualquiera otra maquina rotativa, la holgura de los cojinetes que se manifiesta habitualmente como una ruido característico en su giro, y el buen estado de la superficie de los rotores serán las únicas premisas a controlar en este tipo de maquinas.
Tendremos en cuenta durante su examen que el marcado de piezas es importante para que los lóbulos se encuentren acoplados en las posiciones relativas unos de otros, que permitan su proximidad sin tocarse durante el giro. En este caso no se requiere una fineza similar a la que teníamos en turbocompresores ya que aquí no juega un papel importante en el equilibrado del conjunto sino, la disposición de los engranajes que obliga a una posición fija de un rotor respecto del otro.
La superficie de los rotores no debe presentar defectos que denoten entradas de materiales extraños por el conducto de admisión y deberemos en todo caso eliminar las suciedad que puede provenir de la recirculación de gases mediante la EGR o los vapores de aceite del cárter.
Los materiales de un compresor volumétrico no van a estar sometidos a los requerimiento de régimen de un turbocompresor por lo que no es tan delicado en su manipulación de cara a perder equilibrado y de igual manera no van a soportar los gradientes térmicos de soportar los gases de escape que son normales en los turbos, por lo que la suciedad propia de estos no será igual y sus holguras para absorber la dilatación no son tan importantes.
Se comprobará la holgura propia de los cojinetes ( radiales exclusivamente) de forma similar a la realizada en un turbo, aunque el tipo de cojinete en este caso suele ser de bolas y su holgura menor, y se procederá a la sustitución de los mismos si las holguras superan los valores que estime el fabricante.
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FUENTES:
Imágenes Google
http://www.arpem.com/tecnica/desmonta_turbo/desmonta_turbo_p.html
http://www.supercontrols.com.ar/productos/controles-para-refrigeracion/valvulas-de-expansion-electronica-eev/
