Hora de publicación: 2023-12-25 Origen: https://www.cummins.com/what-are-types-of-turbochargers
Los turbocompresores son componentes críticos que se utilizan para optimizar el rendimiento de los motores de carretera y fuera de carretera. Aumentan la potencia del motor, mejoran la eficiencia del combustible y ayudan a reducir las emisiones de los motores de combustión interna (ICE). Cummins Inc. ofrece una gama de turbocompresores para soportar una amplia variedad de requisitos de motores utilizados en innumerables aplicaciones.
Los principales tipos de turbocompresores son los turbocompresores de geometría fija, los turbocompresores Wastegate y los turbocompresores de geometría variable. Los fabricantes de motores consideran varios factores al elegir el tipo de turbocompresor que mejor se adapta a su motor y aplicación. Este artículo le ayudará a comprender las diferencias básicas entre estos tipos de turbocompresores. Si está interesado, también puede leer acerca de cómo Cummins ha tenido éxito en las pruebas en frío de sus turbocompresores.
Los turbocompresores aumentan el flujo de aire a los cilindros del motor, lo que permite una mayor densidad de potencia del motor, lo que mejora la combustión. Los turbocompresores utilizan la energía de los gases de escape del motor para hacer girar una turbina a altas velocidades. Un eje conecta la rueda de la turbina a una rueda del compresor. El compresor rotativo aumenta la presión y el flujo de aire fresco al motor.
Las diferencias entre los tipos de turbocompresores descritos en este artículo se basan en cómo se manipulan los gases de escape antes de que lleguen a la rueda de la turbina.
Turbocompresores de geometría fija
Los gases de escape fluyen a través de la carcasa de la turbina del turbocompresor antes de llegar a la rueda de la turbina. Una cavidad en la carcasa de la turbina se llama voluta. Con los turbocompresores de geometría fija, el 100% de los gases de escape fluye a través de la voluta hacia la rueda de la turbina. La rueda de la turbina y la forma de la voluta afectan al turbocompresor y al rendimiento del motor. La carcasa de la turbina y las geometrías de las ruedas están diseñadas para optimizar el rendimiento en diversas velocidades y cargas del motor. Algunos turbocompresores de geometría fija también incluyen una boquilla con paletas fijas para mejorar el rendimiento de la turbina en condiciones operativas específicas.
Las ventajas de los turbocompresores de geometría fija, en comparación con otros diseños, son la simplicidad del diseño, el bajo costo y el menor tamaño. La principal desventaja es la falta de flexibilidad para optimizar el rendimiento del motor. Dada su geometría fija, se deben hacer concesiones entre la respuesta transitoria óptima del motor, la capacidad de par máximo y la velocidad y potencia nominales del motor.
Los turbocompresores de geometría fija se utilizan a menudo en motores que funcionan a una velocidad constante. Esto incluye motores utilizados en generación de energía y grandes aplicaciones industriales y marinas. Los turbocompresores de geometría fija rara vez se utilizan en aplicaciones de carretera.
Turbocompresores con válvula de descarga
Un turbocompresor Wastegate es similar a un turbocompresor de geometría fija con una característica adicional en la carcasa de la turbina: una válvula de descarga. Cuando la válvula está abierta, una parte de los gases de escape pasa por alto la rueda de la turbina y reduce su velocidad. Esto ayuda a regular el flujo de aire desde el compresor al motor. Con los turbocompresores Wastegate, se puede seleccionar una carcasa de turbina más pequeña para aumentar el flujo de aire al motor a bajas velocidades. Esto mejora la respuesta del motor y la aceleración del vehículo. Luego, la válvula de descarga se abre a velocidades más altas del motor para evitar sobrealimentar el motor y evitar que el turbocompresor exceda su límite de velocidad de rotación.
En comparación con los turbocompresores de geometría fija, un gran beneficio de los turbocompresores Wastegate es que ofrecen más flexibilidad para optimizar el rendimiento del motor. Uno de los desafíos es que los turbocompresores Wastegate son ligeramente más caros y de mayor tamaño debido a la adición de un actuador (un componente que produce fuerza o torque) para operar la válvula Wastegate. Los actuadores pueden ser neumáticos (mecánicos) o eléctricos.
Los turbocompresores Wastegate se utilizan principalmente en aplicaciones que funcionan a diferentes velocidades y cargas del motor. Estos motores se utilizan en una variedad de aplicaciones dentro y fuera de carretera.
Turbocompresores de geometría variable
Los turbocompresores de geometría variable son más complejos que los turbocompresores de geometría fija y Wastegate. Los turbocompresores de geometría variable funcionan variando el área del conducto de escape inmediatamente antes de que los gases de escape ingresen a la rueda de la turbina. La reducción del área aumenta la presión y la velocidad de los gases de escape que ingresan a la rueda de la turbina. Esto a su vez aumenta la presión de sobrealimentación y el flujo de aire al motor cuando se desea. Los camiones de servicio pesado que operan en diversos entornos con cargas variables pueden ser un gran ejemplo en el que los beneficios del turbocompresor de geometría variable pueden ayudar.
Los turbocompresores de geometría variable pueden ser más caros que otros tipos de turbocompresores. Si bien son costosos, los turbocompresores de geometría variable ofrecen el beneficio de una optimización significativa del rendimiento del motor en una amplia gama de velocidades y cargas. Estos turbocompresores también se pueden utilizar para mejorar el frenado del motor, impulsar la recirculación de los gases de escape y apoyar la gestión térmica del postratamiento de los gases de escape. Holset VGTTM, patentado por Cummins, continúa brindando rendimiento y durabilidad superiores del turbocompresor en aplicaciones comerciales.
Los turbocompresores de geometría variable se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones para ayudar a cumplir con las regulaciones de emisiones más estrictas. Se encuentran principalmente en aplicaciones dentro y fuera de carretera con diferentes velocidades y cargas del motor porque ayudan a garantizar un rendimiento optimizado en muchas aplicaciones y ciclos de trabajo.
Los fabricantes de motores consideran varias compensaciones al elegir turbocompresores y arquitecturas de manejo de aire. Algunos motores utilizan un solo turbocompresor, mientras que otros utilizan más de un turbocompresor dispuestos en configuraciones en serie o en paralelo.
Cummins ofrece una gama de productos de turbocompresores para satisfacer las necesidades de nuestros clientes. Además de diseñar turbocompresores para motores diésel, Cummins es líder tecnológico en turbocompresores para combustibles alternativos, incluidos el gas natural y el hidrógeno. Comuníquese con nosotros para saber más sobre nuestros productos.