domingo, 26 de noviembre de 2017

Sellado de Equipos Rotativos

SELLADO DE EQUIPOS ROTATIVOS

Tanto en los  mas variados mecanismos de nuestros buques como en cualquier proceso industrial, se emplean máquinas con partes rotativas. Esto significa que un amplio número de aplicaciones de varios grados de complejidad requieren un rotor que atraviesa una carcasa mientras se mantiene la presión interna y se controla la fuga.

Las siguientes cuatro aplicaciones son típicas: una bomba de agua de enfriamiento en un sistema de lubricación, una bomba de presurización en un oleoducto, un tanque mezclador en la industria de alimentos, la bomba de alimentación de pintura en el área de pintado de una fábrica de automóviles, así como la bomba de alimentación de agua en una planta de energía nuclear.

IMPORTANCIA DEL SISTEMA DE SELLADO
El sistema de sellado en una máquina rotativa influye directamente en la confiabilidad de esta y del proceso en general. Desafortunadamente, la importancia del sistema de sellado comúnmente es despreciada y se considera hasta lo último durante el diseño de la máquina.

Si este importante elemento de la máquina funciona correctamente, este será inadvertido, pero tan pronto ocurra una fuga o si el sello falla completamente, su importancia se vuelve evidente inmediatamente. Convencionalmente un rotor pude ser sellado con un sello mecánico axial o un sello radial como la empaquetadura.

En el lado motriz, el sello está generalmente expuesto a la presión atmosférica, lo que significa que el sello debe ser capaz de soportar la presión del fluido líquido o gas que se encuentra dentro de la máquina.

Los sistemas de sellado pueden ser:

1- Por empaquetadura.

2- Sello radial de labio (Retén).

3- Sellado hermético con acoplamientos magnéticos.

4- Sello mecánico rotatorio.

EMPAQUETADURA


Para una empaquetadura , uno o más anillos son dispuestos dentro de la caja de sellado y comprimidos axialmente con una brida. Un pequeño espacio de forma cilíndrica se forma entre el diámetro interior de los anillos de empaquetadura y el rotor, con lo cual la presión a sellar es reducida a lo largo de este espacio hasta el nivel de la presión atmosférica.

Trenzados para empaquetaduras de distintos tipos.

El fluido contenido en la máquina o bien un fluido externo más limpio fluye a través de este espacio lubricando y enfriando las superficies de contacto y fugando en forma líquida o gaseosa a la atmósfera.
  Esquema de una empaquetadura típica.





SELLOS RADIALES DE LABIO (RETÉN)


Los sellos radiales, conocidos comúnmente como "Retenes" también forman una restricción axial. Un labio de sellado fabricado de algún elastómero o algún plástico por ejemplo: poli-tetrafluoro-etileno (PTFE) es empujado en dirección radial sobre el rotor mediante un resorte que ejerce tensión.



Los sellos de labio son generalmente aplicados a bajas presiones y, temperaturas y requieren un fluido (generalmente agua o aceite) para lubricarse y enfriarse.


Existen otros tipos de sellos radiales, tales como los laberintos y bujes de restricción.

SELLADO HERMÉTICO CON ACOPLAMIENTOS MAGNÉTICOS

Una forma muy diferente de sellar un rotor es dividir éste en dos y, entonces emplear magnetos para transmitir la potencia entre ambas mitades. El fluido a sellar es contenido herméticamente dentro de la máquina mediante una carcasa que permite el flujo del campo magnético (Fig. 4). Esta solución se conoce como acoplamiento magnético. Es técnicamente más complicada y requiere chumaceras adicionales para soportar el peso del rotor y de la unidad magnética.



Un ejemplo de este tipo de "sellado" de ejes son las bombas de acople magnético son aquellas en las que la potencia del motor es transmitida al impulsor de la bomba mediante fuerzas magnéticas. Esto se logra mediante dos juegos de imanes permanentes. Como se muestra en la figura más abajo, uno de ellos rota con el eje del motor (imán conductor) mientras que el otro juego de imanes (imán conducido) es solidario con el impulsor de la bomba.
Vista en corte de una bomba con acoplamiento magnético.
Por lo tanto las bombas de acople magnético no poseen sellos mecánicos ni empaquetadura. En una bomba de acople magnético sólo existen conexiones de succión y descarga, por lo que es hermética por diseño, sin pérdidas ni emisiones, pues simplemente no existe posibilidad de que las mismas se produzcan.
Aspecto exterior de una bomba con acoplamiento magnético.

SELLO MECÁNICO ROTATIVO.

Esencialmente el sello mecánico consiste de dos superficies anulares de rozamiento que están empujándose una contra otra. Una superficie de rozamiento está fija a la parte estática de la máquina, mientras que la otra está fija al rotor y gira junto con este. El fluido a ser sellado penetra entre ambas superficies de rozamiento formado una película de lubricación la cual fluye entre las superficies constantemente. La presión a sellar se reduce linealmente a través de las superficies de rozamiento.

En su forma más simple, un sello mecánico consiste de un anillo fijo sobre el rotor, el cual es empujado contra la carcasa de la máquina (fig. 1).



Un sello mecánico es el elemento utilizado para evitar las fugas de fluidos / gases en el punto en el cual un eje de una bomba, compresor u otro mecanismo, pasa del extremo húmedo al seco o atmosférico. Los sellos mecánicos se utilizan en bombas, compresores y otros tipos de equipos rotantes.

Un sello mecánico está compuesto por pistas o caras (pista rotativa y pista estacionaria), O’rings-juntas (dinámicos y estáticos) y un mecanismo de compresión (resortes, fuelles, etc), ( fig 5).



DISTINTOS TIPOS DE SELLOS MECÁNICOS ROTATIVOS
Hoy en día, la industria de componentes mecánicos nos ofrece una variedad amplísima de sellos mecánicos rotatorios adaptables a prácticamente cualquier aplicación o necesidad, ya sea de dimensionamiento mecánico, presiones de trabajo, o propiedades del fluído a selllar.

Aquí trataremos de mencionar los grupos principales de tipos de sellos disponibles en el mercado:

Sello Monoresorte Simple


Tipo de Sellos Mecánicos
•             Simples
•             Dobles
•             Internos
•             Externos
•             Estacionarios
•             Rotativos
•             Balanceados
•             No Balanceados
•             Sellos componentes
•             Sellos cartuchos
•             Monoresortes
•             Multiresortes

Los sellos mecánicos pueden ser fabricados con diversos materiales. Por una parte tenemos las partes metálicas de un sello, comúnmente se los fabrican en acero inoxidable. En sellos de menor manufactura, podemos encontrar fundición.
Por otra parte tenemos los materiales de las pistas o caras. Éstos pueden ser de carbón, acero inoxidable, bronce, carburo de silicio, carburo de tungsteno, cerámica, etc.
Por último se deben considerar los materiales de las juntas y O’rings: Etileno Propileno, Nitrilo, Buna, Viton, Aflas, Teflón, Grafoil, etc.
Tanto los materiales de las partes metálicas como de las pistas y O’rings-juntas se deben seleccionar en base al tipo de fluido / gas que deben sellar.
Sello Tipo Cartucho Simple
Un sello mecánico tiene una parte estática y una parte dinámica. La parte dinámica o rotativa es la que gira en conjunto con el eje. Allí se encuentra la pista rotativa. La parte estática es la que queda sujeta a las partes fijas del equipo y en donde se aloja la pista estacionaria. Las pistas de un sello mecánico trabajan entre sí: una gira sobre la otra. Ambas deben ser planas y libres de irregularidades. Los sellos mecánicos tienen tres puntos de sellados: el sello primario (entre las pistas); el sello secundario (los O’rings dinámicos); por último las juntas u O’rings estáticos.
¿Qué datos requiero para seleccionar un sello mecánico?
Los sellos mecánicos son fabricados y diseñados dependiendo el fluido o gas que deseo sellar. Para que los fabricantes de sellos mecánicos puedan seleccionar el sello mecánico adecuado, necesitan conocer los siguientes datos: Fluido o gas, RPM, temperatura, presión de trabajo. Cuando hablamos de fluido / gas, se debe indicar los productos que lo componen, PH, etc.

Sello Tipo Cartucho Doble

Tal cual lo que indicamos arriba, los materiales de fabricación de un sello mecánico se seleccionan en base al fluido / gas que deseamos sellar.
Las pistas de los sellos mecánicos se clasifican en pistas duras y pistas blandas: podemos clasificar como pistas duras el carburo de silicio, el carburo de tungsteno, la cerámica, etc. Como pistas blandas, tenemos el carbón, bronce, acero inoxidable, etc.
Si tenemos que sellar un fluido con sólidos en suspensión, por ejemplo agua con arena, debemos pensar en utilizar un sello con pistas duras: carburo de tungsteno ó carburo de silicio, ya que si utilizamos pistas blandas, la arena las dañaría provocando la fuga del fluido hacia el lado atmosférico.
En otros casos, podríamos necesitar sellar productos ácidos – químicos, en donde debemos utilizar pistas fabricadas en carburo de silicio, carbón, cerámica, materiales los cuales tienen gran resistencia a estos tipos de productos.
¿Cuál es la diferencia entre un sello mecánico simple y un sello mecánico doble?
Constructivamente los sellos mecánicos simples tienen un juego de pistas (denominadas internas) y los sellos mecánicos dobles tienen dos juegos de pistas (pistas internas y pistas externas).
El sello mecánico simple se lubrica con el propio fluido / gas que se está sellando (a veces se utiliza lubricación de una fuente externa) mientras que un sello mecánico doble se lubrica con un fluido externo.
¿Cuándo debo usar un sello mecánico simple y cuándo un sello doble?

Sello Tipo Cartucho API 682

Cuando debo sellar fluidos a bajas temperaturas, no tóxicos, no abrasivos, no contaminantes, etc., podemos usar un sello mecánico simple. Cuando necesitamos sellar fluidos abrasivos (fluidos con sólidos en suspensión), fluidos peligrosos – inflamables, tóxicos, contaminantes, etc. – fluidos a altas temperaturas, fluidos que cristalicen / carbonicen en contacto con la atmósfera, etc., se  utilizan, por lo general, sellos mecánicos del tipo doble.
Tanto el modelo del sello (simple-doble, cartucho-componente, rotativo-estacionario, balanceado-no balanceado, etc.) como los materiales de las pistas, metalurgia y O’rings-juntas se deben seleccionar en base al tipo de fluido / gas que deseamos sellar.


El estilo SEMC es utilizado como sello rotativo. El sello mecánico está formado por una Pista Estacionaria y una Pista Rotativa.
La Pista Estacionaria va alojada en una brida o carcasa con un o-ring o cubeta para su sellado exterior, y un cuerpo rotativo que va alojado en el eje con un  o-ring o fuelle para su sellado interior. Ambas partes se junta friccionando en sus caras que están lapidadas y por la compresión que ejerce el resorte del cuerpo rotativo hacia la pista estacionaria produce el sellado entre ambas caras.


Vistas en corte de instalaciones típicas de sellos mecánicos rotativos.


 Vistas de distintos tipos de sellos mecánicos rotativos.

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ENTRADAS RELACIONADAS


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FUENTES:

http://www.drotec.com.ar/bombas-acople-magnetico.html

http://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/sellos-mecanicos

https://www.dirind.com/dim/monografia.php?cla_id=46



jueves, 21 de septiembre de 2017

MTD UNIDAD 11: AUXILIARES DEL MOTOR Parte 2

PROTECTORES GALVÁNICOS
Todos los sistemas de enfriamiento utilizados en la Marina deben emplear protectores galvánicos con electrodos de zinc colocados en la entrada del agua de mar para controlar la acción corrosiva de las corrientes dispersas en el flujo de agua salada.
También conocidos como Ánodos de sacrificio o ánodo galvánico, son el componente principal de un sistema de protección catódica galvánica utilizado para proteger contra la corrosión a estructuras metálicas enterradas o sumergidas y tuberías transportadoras de fluidos.
Estos están fabricados de una aleación metálica con una mayor tendencia a la oxidación que el metal de la estructura que se desea proteger, es decir, con un potencial de reducción más negativo. La diferencia de potencial entre ambos metales hace que el ánodo galvánico se corroa, preservando así la estructura a proteger, ya que el material del ánodo se consumirá antes que el metal de la estructura.

La corrosión es una reacción química que se produce a través de un proceso electroquímico. Durante la corrosión ocurren dos reacciones: la oxidación, en la que los electrones se desprenden del metal (lo que resulta en una pérdida efectiva del mismo), y la reducción, donde los electrones se emplean para transformar el agua o el oxígeno en hidróxidos.


La corriente eléctrica se desplaza desde las zonas anódicas hacia el electrolito a medida que el metal se oxida. En contraste, cuando la corriente fluye del electrolito hacia las zonas catódicas, disminuye la tasa de corrosión. (En este contexto, 'corriente eléctrica' alude al flujo convencional de corriente, no al flujo de electrones).
Con la progresiva oxidación del metal, los potenciales locales en la superficie metálica varían, y las regiones anódicas y catódicas se alteran y mueven. Esto conduce a la formación de una capa uniforme de óxido en los metales ferrosos, cubriendo la superficie completa y, con el tiempo, consumiendo íntegramente el metal.




La protección catódica se logra introduciendo un metal más anódico (el ánodo galvánico), de manera que la corriente fluya desde el ánodo y convierta al metal protegido en catódico. Esto previene las reacciones de oxidación en la superficie del metal, desplazándolas hacia el ánodo galvánico, que se sacrifica para proteger la estructura.
Para que el sistema funcione, debe existir un flujo de electrones entre el ánodo y el metal protegido (a través de un cable conductor o contacto directo) y un camino iónico entre el agente oxidante (como agua o suelo húmedo) y ambos, el ánodo y el metal a proteger, creando así un circuito cerrado.
Existen tres metales principales que se utilizan como ánodos galvánicos: magnesio, aluminio y zinc. Están disponibles en diversas formas, como bloques, barras, placas o cintas extruidas. Cada uno presenta ventajas y desventajas específicas.

El magnesio, que posee el potencial eléctrico más negativo de los tres, resulta ideal para zonas con alta resistividad del electrolito, ya sea suelo o agua. Se emplea comúnmente en tuberías subterráneas y otras estructuras enterradas, así como en barcos de agua dulce y calentadores de agua.

Por otro lado, el zinc y el aluminio se prefieren en ambientes de agua salada, donde la resistividad suele ser menor. Se aplican en cascos de barcos, tuberías offshore, plataformas de producción, motores marinos enfriados por agua salada, hélices y timones de embarcaciones menores, y en la superficie interna de tanques de almacenamiento.

Los ánodos de aluminio ofrecen beneficios como menor peso y mayor capacidad que el zinc, aunque su comportamiento electroquímico puede ser menos predecible, requiriendo un uso más cauteloso.

Dado que la función de un ánodo galvánico depende de la diferencia de potencial eléctrico con el cátodo, casi cualquier metal puede servir de protección a otro, siempre y cuando haya suficiente diferencia de potencial entre ambos. Un ejemplo es el uso de ánodos de hierro para proteger estructuras de cobre.







TUBERIA

Se deben considerar los siguientes factores:
a) Resistencia al fluido.
b) Transmisión de vibraciones.
c) Caudal de líquido.
d) Presión del sistema.

a) La resistencia que ofrece cada tubería al flujo del líquido que transporta aumenta proporcionalmente al cuadrado de la velocidad del fluido. La velocidad del fluido es inversamente proporcional a la superficie transversal; es decir, cualquier reducción en el tamaño o diámetro de la tubería incrementará la resistencia al flujo, disminuyendo así su velocidad.
La longitud de la tubería, así como cada codo, curva y válvula por donde debe pasar el líquido, incrementará la resistencia al flujo. Además, los distintos tipos de válvulas afectan de manera diferente, ya que una válvula de compuerta ofrece menos resistencia al flujo que una válvula de globo común.
La resistencia en una tubería puede determinarse mediante la presión indicada por el manómetro en la entrada y la salida de la misma.
b) Transmisión de vibraciones: En las líneas de tuberías de los sistemas de aceite lubricante y de agua, a menudo se instalan tramos de tuberías flexibles o mangueras de goma para atenuar las vibraciones del motor. Esto previene daños o rupturas en las tuberías cuando el motor está montado sobre amortiguadores flexibles y los tanques y enfriadores están fijados en bases sólidas.

c) y d) Cantidad de flujo de líquido: En varios puntos del sistema de tuberías es necesario mantener la presión por razones específicas y claras. Para asegurar que la presión no supere un límite establecido, se deben instalar válvulas de alivio o reguladores de presión.
La figura 13-13 muestra una válvula de alivio o reguladora de presión diseñada para mantener un flujo y presión lo más constantes posible en la línea de tubería. Consiste en el cuerpo de la válvula, que alberga el asiento y la guía. El resorte se ajusta mediante un tornillo que presiona sobre el muelle, el cual activa la válvula reguladora de presión o de alivio contra su asiento. Cuando la presión del sistema excede el ajuste preestablecido, la fuerza debajo de la válvula la levanta, superando la resistencia del resorte y permitiendo la descarga de cierta cantidad de líquido que vuelve al tanque de servicio o a la línea de baja presión. Esta acción reduce la presión en la tubería, haciendo que la válvula tienda a cerrarse, lo que a su vez incrementa la presión y genera oscilaciones que resultan en una presión constante.

VALVULAS DE RETENCION
Esta válvula está diseñada para garantizar una dirección específica del flujo dentro de la tubería. La figura 13-14 muestra una válvula de retención que permite el paso del fluido en una sola dirección. Cuando el flujo intenta revertirse, la presión del resorte y el peso de la válvula, junto con el cese del flujo de aceite, provocan una caída de presión debajo de la válvula, resultando en su cierre y previniendo así el cambio de dirección del líquido.


Los reguladores de temperatura tienen como objetivo mantener constante la temperatura del motor bajo diferentes condiciones de carga. Son válvulas automáticas que operan mediante un elemento termostático calibrado para ajustar el flujo y conservar la temperatura deseada. Dicho elemento termostático se compone de un fuelle, ya sea de latón o monel, con corrugaciones profundas que facilitan grandes cambios en la distancia entre su extremo fijo y el móvil. Este fuelle está lleno de un líquido volátil, tal como alcohol o éter, que se expande al incrementarse la temperatura.

Se instala dentro del sistema de agua para regular su temperatura de manera constante.

En motores de menor tamaño, la expansión y contracción del elemento termostático, debido a los cambios de temperatura, abre o cierra la válvula en la tubería, modificando así la cantidad de agua que fluye a través del enfriador.

En los motores de gran tamaño, la válvula termostática controlada por fuelles se sitúa en el lugar más adecuado del sistema de refrigeración. Su funcionamiento se logra mediante un control remoto, que consiste en una ampolla de acero rellena de líquido volátil, ubicada en la salida del agua del motor y conectada al fuelle por un tubo delgado que transmite las variaciones de temperatura al fuelle.

También hay dispositivos que actúan sobre las válvulas de derivación. Uno de ellos utiliza una cinta bimetálica compuesta por dos metales con distintos coeficientes de dilatación, dispuesta en espiral. Un extremo, el exterior, se fija al motor y el otro al eje de la válvula de bisagra. Al variar la temperatura del agua, el bimetal se desplaza y su extremo libre gira el eje de la válvula plana tipo bisagra, permitiendo así regular la temperatura del agua circulante.

La fabricación de las válvulas conocidas como "Walton" se inició de la forma descrita, con una válvula operada por una simple bobina bimetálica, instaladas originalmente en motores diésel para locomotoras y barcos. Posteriormente, se reemplazaron por un elemento fijo cargado con cera, integrado en un mecanismo dentro del cuerpo de la válvula, cuya posición se determinaba por la expansión del elemento de cera.

Las válvulas tipo "Walton" se emplean en nuestros barcos para diversos sistemas, incluyendo la refrigeración de motores, equipos de refrigeración, enfriadores de aceite para turbinas y enfriadores de plantas propulsoras, entre otros.

Válvula tipo Walton

Vista en corte de una válvula tipo Walton en donde se puede 
ver el elemento termostático de accionamiento.

La válvula incluye un mecanismo de control que regula el flujo del sistema entre el refrigerador y el bypass, manteniendo así una temperatura constante. Este mecanismo es operado por un elemento termostático que se expande a una temperatura predefinida, generando el movimiento necesario.

Distintas configuraciones de las conexiones de válvulas tipo "Walton" de acuerdo
a las necesidades del diseño del circuito.

La gama de temperaturas para cada válvula se establece durante su fabricación y solo puede modificarse reemplazando su elemento termostático por otro diseñado para una gama de temperaturas diferente. Esta gama varía entre 20ºC y 95ºC, eligiendo el elemento termostático adecuado y ajustando el punto de control según sea necesario.

La válvula "Walton" ofrece la posibilidad de operación manual si es necesario; mediante una palanca externa, se puede prescindir del mecanismo automático y controlar la temperatura manualmente. Esta función es útil cuando el elemento termostático está defectuoso o la temperatura de trabajo deseada no es la adecuada debido a alguna anomalía en el sistema.
Válvulas actuadas eléctricamente


Las válvulas actuadas eléctricamente para control de la temperatura de Walton actúan independientemente de fuentes de la alimentación externa.

Válvulas neumáticamente actuadas del control de la temperatura



Las válvulas de control de temperatura actuadas neumáticamente generalmente consisten en una válvula de tres vías con un actuador neumático y un regulador neumático situado de forma independiente, que incluye un sensor de temperatura interno o externo.

El regulador evalúa la temperatura del sistema y la compara con un valor preestablecido. Si es necesario, modifica la señal de presión de aire hacia el actuador para ajustar la posición del rotor dentro de la válvula. Esto altera la proporción de líquido refrigerante que fluye a través del enfriador del sistema para igualar la temperatura del sistema con la temperatura deseada. Pueden ser operadas manualmente si es necesario.

Válvulas de control a gas



Válvulas de control a gas
Las válvulas de control de gas de Walton están diseñadas específicamente para regular la presión de los gases refrigerantes, y así controlar la temperatura en zonas climatizadas, dentro de sistemas de aire acondicionado marinos donde el condensador se enfría con agua de mar. Estas válvulas operan de manera autónoma, sin depender de fuentes de energía externas, y solo necesitan una pequeña conexión de tubería de diámetro interno al sensor de refrigeración.



Disposiciones y direccionamiento del flujo de refrigeración con válvulas tipo "Walton" en un circuito básico de refrigeración de un mecanismo cualquiera.
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Algunas palabras sobre Turbocompresores

TURBOCOMPRESORES


Los turbocompresores tienen la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del múltiple de escape. Dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor está colocado en la entrada del múltiple de admisión y con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, 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 100.000 rpm, por lo tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de lubricación de los cojinetes donde apoya el eje común de las aletas 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 750ºC).



Ciclos de funcionamiento del Turbo:

Funcionamiento a ralentí y carga parcial inferior: En estas condiciones las aletas de la turbina son impulsadas por medio de la baja energía de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros no será precomprimido por la turbina del compresor, simple aspiración del motor.

Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presión en el múltiple de admisión (entre el turbo y los cilindros) se acerca la atmosférica, se impulsa la rueda de la turbina a un régimen de revoluciones más elevado y el aire fresco aspirado por las aletas del compresor es precomprimido y conducido hacia los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su función de sobrealimentación del motor.

Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: En esta fase continúa aumentando la energía de los gases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzará el valor máximo de presión en el múltiple de admisión que debe ser limitada por un sistema de control (válvula de descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por las aletas del compresor es comprimido a la máxima presión que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometría variable.



Los elementos principales que forman un turbo son el eje común (3) que tiene en sus extremos las aletas de la turbina (2) y el compresor (1) este conjunto gira sobre los cojinetes de apoyo, los cuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependen necesariamente de un circuito de engrase que los lubrica.
Por otra parte el turbo sufre una constante aceleración a medida que el motor sube de revoluciones y como no hay límite alguno en el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la presión que alcanza el aire en el múltiple de admisión sometido a la acción del compresor puede ser tal que sea más un inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar el motor. Por lo tanto se hace necesario el uso de un elemento que nos limite la presión en el múltiple de admisión. Este elemento se llama válvula de alivio o válvula waste gate (4).

Regulación de la presión 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 alivio 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 (3), una cámara de presión y un diafragma o membrana (2). El lado opuesto del diafragma esta permanentemente condicionado por la presión del múltiple de admisión al estar conectado al mismo por un tubo (1). Cuando la presión del múltiple de admisión supera el valor máximo de seguridad, desvía la membrana y comprime el muelle de la válvula despegándola de su asiento. Los gases de escape dejan de pasar entonces por la turbina del sobrealimentador (pasan por el bypass (9)) hasta que la presión de alimentación desciende y la válvula se cierra. 



Temperatura de funcionamiento:

Como se ve en la figura 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 ºC), mientras que las que están 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 produce 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 además del aceite de lubricación, por el aire de aspiración cediendo una determinada parte de su calor al aire que fuerza a pasar por las aletas del compresor. Este calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor, ya que no sólo dilata el aire de admisión de forma que le resta densidad y con ello riqueza en oxígeno, 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 líquido.

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.




Intercooler:

Para evitar el problema del aire calentado al pasar por las aletas del compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de refrigeración 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.




La lubricación del turbo:

Como el turbo está sometido a altas temperaturas de funcionamiento, la lubricación de los cojinetes deslizantes es muy comprometido, por someterse el aceite a altas temperaturas y desequilibrios dinámicos de las dos aletas en caso de que se le peguen restos de aceites o suciedad que producirán vibraciones con distintas frecuencias que entrando en resonancia pueden romper la película de lubricación lo que producirá "microagarres". Además el eje del turbo está sometido en todo momento a altos contrastes de temperaturas en donde el calor del extremo caliente se transmite al lado mas frío, lo que acentúa las exigencias de lubricación porque se puede carbonizar el aceite, debiéndose utilizar aceites homologados por el API y la ACEA para cada país donde se utilice

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. 


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:
- 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

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 (presión de aceite/sistema de filtro)
- Altas temperaturas de gases de escape (deficiencias en el sistema de encendido/sistema de alimentación).
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.
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FUENTES:

M.J.D.

Apuntes.