Bueno, aca va la primer entrega, para entender que significa el mapa de la turbina.
Partes del Mapa de caracteristicas de la turbina
El mapa de la turbina, es un grafico que describe las características de performance de una turbina, incluyendo eficiencia, rango de caudal masico, capacidad de sobrepresion y velocidad de la turbina. El grafico de abajo es un ejemplo de un mapa de la turbina
Pressure Ratio (relacion presiones) La relacion de presiones (
) esta definida como la presion absoluta de salida, dividido por la presion absoluta de entrada
Donde
= Relacion de Presiones
P2c=Presion de descarga del compresor
P1c=Presion de entrada del compresor
-Es importante usar unidades de
presion absoluta para P1c y P2c. Recordemos que la presion absoluta al nivel del mar son 14.7 psia (en unidades de psia, la a se refiere para "absoluta").
Esto se utiliza como referencia de presion atmosferica std, para las condiciones std.
-La
Presion Manometrica (en unidades de psig, la g se refiere a "gauge") mide la presion sobre la atmosferica, por lo que la presion manometrica en condiciones atmosfericas sera 0. Los medidores de presion de turbo, miden la presion del multiple relativa a la presion atmosferica, y estos miden presion manometrica. Esto es importante cuando se determina P2c. Por ejemplo, una lectura de 12 psig en una reloj de presion de turbo significa que la presion dentro del multiple de admision es de 12 psi sobre la presion atmosferica. Para un dia de condicione std de presion atmosferica tenemos...
12 psig + 14.7 psia = 26.7 psi Presion absoluta en el multiple
La
relacion de presiones en esta condicion, puede ser calculada...
26.7 psia / 14.7 psia =
1.82 Sin embargo, con esto se asume que no hay impacto adverso del filtro de aire y sus cañerias en la entrada del compresor
En el calculo de la relacion de presiones, la presion absoluta a la entrada del compresor (P2c) es MENOR que la presion ambiente, especialmente con altas cargas. Por que ocurre esto? Cualquier restriccion (originada por el filtro de aire o una cañeria restrictiva) resultara en una "depresion", o perdida de presion, aguas arriba del compresor, que debe ser tomada en cuenta para cuando se determina la relacion de presiones. Esta depresion puede ser de 1 psig o mas en algunos sistemas de admision. En este caso P1c en un dia std es:
14.7psia ? 1 psig = 13.7 psia a la entrada del compresor
Tomando en cuenta 1 psig de depresion de admision, la relacion de presiones es ahora:
(12 psig + 14.7 psia) / 13.7 psia =
1.95-Todo barbaro, pero... que pasa cuando no estamos a nivel del mar? En este caso, simplemente hay que reemplazar la presion atmosferica actual en lugar de los 14.7 psig en las ecuaciones de arriba para un calculo mas preciso. En grandes alturas, esto puede tener un efecto significante en la relacion de presiones
Por ejemplo, a 1500 metros de altura, comunmente la presion atmosferica es de 12.4 psia.En este caso, el calculo de la relacion de presiones, teniendo en cuenta la depresion de la admision es:
(12 psig + 12.4 psia) / (12.4 psia ? 1 psig) =
2.14Comparado con el 1.82 de relacion de presiones calculado originalmente, es una gran diferencia
Como se puede ver en los ejemplos, la relacion de presiones depende de varias cosas, no solo de la presion de turbo que usemos.
Mass Flow (Caudal masico)El Caudal Masico es la masa de aire que fluye a traves del compresor (y del motor) en un cierto periodo de tiempo y esto es exprasado comunmente en lb/min (libras por minuto). El caudal masico puede ser medido fisicamente, pero en la mayoria de los casos es suficiente con estimarlo para elegir el turbo correcto.
Mucha gente usa el Caudal Volumetrico (expresado en pies cubicos por minuto o CFM) en lugar del caudal masico. El caudal volumetrico puede ser convertido a caudal masico multiplicandolo por la densidad del aire. Esta es de 0.076lb/ft3 (libras sobre pies cubicos) al nivel del mar.
Cual es mi caudal masico? Como una regla muy general, los motores nafteros turbocargados generan 9.5-10.5 HP (medidos en el volante) por cada lb/min de flujo de aire. Entonces, un motor con una potencia pico objetivo de 400 Hp necesitara 36-44 lb/min de flujo de aire para alcanzar el objetivo. Esta es solo una aproximacion para ayudarnos a afinar nuestras opciones a la hora de seleccionar el turbo necesario.
Surge LineLa linea de Surge es la punteada del lado izquiero del mapa de la turbina. La operacion del turbo por la izquierda de esta linea, representa una region de inestabilidad de flujo. Esta region esta caracterizada por fluctuaciones en la presion. La operacion continua en esta region, puede llevar a la falla prematura del turbo debido al exceso de carga sobre el mismo
Surge (no encontre el concepto exacto para traducirlo) es experimentado comunemente cuando existen una de dos situaciones. La primera y mas dañina, es bajo carga. Esto puede ser un indicativo de que el turbo seleccionado es muy grande. La segunda situacion es experimentada comunmente cuando se suelta rapidamente el acelerador luego de que el turbo esta bajo carga. Esto ocurre porque el caudal masico es reducido drasticamente al cerrar la mariposa, pero el turbo todavia esta embalado y generando presion. Esto lleva inmediatamente a operar en el extremo izquierdo del diagrama, es decir, del otro lado de la linea de surge
El turbo se ira de esta zona, cuando la velocidad de rotacion del mismo baje lo suficiente para bajar la presion y mover el estado de operacion actual a la zona de trabajo estable. Esta situacion se soluciona comunmente usando una valvula Blow-Off (BOV) o una valvula bypass. La funcion de una BOV es liberar la presion a la atmosfera, para que el caudal masico se baje suavemente, manteniendo el turbo fuera de la zona de surge. En el caso de una valvula bypass, el flujo de aire es recirculado a la entrada del compresor.
Una carcaza con conducto interior
es una caracteristica que se incorpora al caracol de admision. La funcion de esto es mover la linea de surge hacia la izquierda
permitiendo que cierto flujo de aire salga de los alabes a traves del conducto para evitar la condicion de surge. Esto proporciona una gama usable adicional y permite que un compresor más grande sea utilizado para requisitos mas altos del flujo sin arriesgar el funcionamiento del compresor en una condición peligrosa de surge. La presencia de este sistema, usualmente tiene un pequeño impacto negativo en la eficiencia del compresor.
Este sistema, lo trae la turbina que tengo. En esta foto, se puede observar el canal exterior que es para lo explicado arriba
Choke Line (llamemoste linea de atoramiento) es la linea del extremo derecho del diagrama. Para los turbos de Garrett, la linea de atore esta definida tipicamente por el punto en donde la eficiencia es menor al 58%. En complemento con la veloz caida en la eficiencia del compresor luego de este punto, la velocidad de giro del turbo se aproxima a la maxima admisible. Si la actual o calculada operacion se encuentra mas alla de este limite, se necesita un turbo mas grande.
Turbo Speed Lines (lineas de velocidad del turbo), si lineas de velocidad constante del turbo. La velocidad del turbo para puntos entre las lineas, se pueden determinar por interpolacion. Cuando la velocidad del turbo aumenta, la relacion de presiones y/o el caudal masico se incrementan. Como se indico arriba en la descripcion de la choke line, las lineas de velocidad del turbo estan muy cercanas entre si en el extremo derecho del diagrama. Una vez que el compresor esta operando del otro lado de la linea de atoramiento, la velocidad del turbo se incrementa muy rapido y se da una condicion de sobrerevolucion del turbo.
Efficiency Islands (islas de eficiencia) son las regiones concentricas en el diagrama que representan la eficiencia del compresor en cualquier region del diagrama. La isla mas pequeña cercana al centro del mapa es la mayor o la isla de eficiencia pico. A medida que los anillos o islas se mueven fuera de ella, la eficiencia cae en la cantidad indicada hasta llegar a las lineas de choke y surge.
Luego seguiremos con un calculo de una aplicacion turbo en un motor y como elegir la turbina adecuada
