Esta pregunta me hizo pensar: si tuviera que instalar un turbocompresor en un motor, ¿existe una relación directa entre la presión de sobrealimentación y la cantidad de potencia que puede esperar?
Por ejemplo: si el motor genera 100 kW de aspiración natural, e instala un turbo y lo configura para proporcionar un máx. impulso de 0,5 bar, puede esperar 150 kW máx. potencia (es decir, nueva potencia de salida = potencia original * (presión de refuerzo +1))? ¿O la relación es más complicada?
Supongamos que el motor está configurado correctamente para aprovechar el turbocompresor, es decir, los inyectores tienen suficiente capacidad y la mezcla de combustible/aire sigue siendo la misma.
¿Qué compra la inducción forzada?
En una palabra, densidad .
Recuerda:
Para fluidos comprimibles, la presión por sí sola no cuenta la historia completa
Pero la presión y la temperatura juntas sí lo hacen.
El viejo adagio de la física "el aire caliente sube, el aire frío se hunde" es un gran ejemplo de esto. Aire a la misma presión pero diferente densidad a diferentes temperaturas.
El motor de combustión interna es un dispositivo volumétrico.
Lo que esto implica es que cada vez que el motor gira y completa un ciclo, el volumen de aire que se admite en la(s) cámara(s) de combustión es fijo.
La potencia depende de la masa, no del volumen.
La potencia desarrollada por el motor es proporcional a la masa de aire admitida en la cámara de combustión y no a su volumen.
Entonces más denso = más moléculas de aire por cilindro = poder moar
No. Porque la física lo dice.
Es hora de romper el viejo ejemplo de Evo con el turbocompresor de eficiencia del 85%:
En condiciones atmosféricas (14,7 psi, 25 °C)
Densidad del aire = 1,184 kg/m^3
Con 22 psi de impulso, la densidad del aire se duplica:
Condiciones de descarga turbo: 36,7 psi, 92 °C
Densidad del aire = 2.413 kg/m^3
Estos dos puntos de datos por sí solos muestran que un aumento de 2,5x en la presión produjo un aumento de 2x en la densidad.
Entonces la relación presión-poder no es 1:1.
De nuevo, la respuesta es no. Porque la física lo dice.
Subamos el impulso del Evo a 29,4 psi para verificar esto. Mantendremos la misma eficiencia del turbocargador (85%):
@ 29,4 psi de refuerzo (por lo que la presión de salida = 3 veces la presión de entrada):
Condiciones de descarga turbo = 44,1 psi, 155 °C
Densidad del aire = 2.473 kg/m^3
Entonces, un cambio de 3x en la presión del aire resultó en un cambio de densidad de 2.08x . Claramente no es lineal, especialmente considerando el resultado obtenido con un impulso de 22 psi.
tl; dr: no, una proporción de 1: 1 solo es posible en condiciones de laboratorio imaginarias perfectas.
¿O la relación es más complicada?
Es un poco más complicado pero por razones perfectamente comprensibles.
NOTA: Estoy dejando intencionalmente los intercoolers y las bolsas de hielo fuera de la discusión a continuación. Son pertinentes para impulsar los debates, pero deben cubrirse en una pregunta diferente.
Supongamos que el motor está configurado correctamente para aprovechar el turbocompresor, es decir, los inyectores tienen suficiente capacidad y la mezcla de combustible/aire sigue siendo la misma.
La suposición faltante más importante es crítica: temperatura constante.
Retrocedamos hasta el núcleo del motor: la combustión. El aire y el combustible se mezclan en una proporción de aproximadamente 14:1, encendiéndose, expandiéndose y presionando hacia afuera para convertir la energía potencial química en cinética.
Pero, ¿cuál es realmente esa proporción? Compara las moléculas de aire con las moléculas de combustible. Desequilíbrelos y la reacción de combustión ya no tendrá la máxima eficiencia (nota: vamos a ver esta palabra nuevamente).
Teniendo en cuenta esos antecedentes, ¿qué hace boost? En teoría, es un insertador de moléculas: su mecanismo de impulso está tratando de obtener más moléculas de aire a las que el motor agregará una mayor cantidad de moléculas de combustible. Quema esa mezcla aumentada con su mayor cantidad de energía química y obtendrás más energía cinética, ¿verdad?
Sí, pero no tanto como crees. Ya te has topado con la Ley de Boyle . Incluso. Si tiene un recogedor de moléculas de aire perfecto, simplemente forzar esas moléculas en el motor aumentará su temperatura. La computadora del motor tendrá que corregir esa temperatura agregando más combustible (como una especie de refrigerante), retrasando el tiempo, etc. Si no se maneja esta temperatura, el motor entrará en una curva de golpeteo que eventualmente terminará en un transformación desastrosa en un motor de combustión externa (es decir, saldrán partes importantes).
Se pone peor. ¿Recuerdas ese mecanismo perfecto de impulso de recolección de moléculas? Imposible. También tiene un factor de eficiencia inferior al 100%. Tomará aire y lo comprimirá pero, desafortunadamente, aumenta la temperatura incluso más rápido que la Ley de Boyle (la eficiencia es inferior al 100%). Esto involucra los otros términos de la Ley: la densidad del aire de admisión disminuirá con la temperatura: es más caliente y hay menos moléculas.
El resultado de todo este movimiento de manos en la parte de atrás del sobre es que, si realmente está concentrado en querer un 50 % más de potencia, necesitará más del 50 % de aire y más del 50 % más de combustible.
En resumen, el 100% de eficiencia es el máximo teórico, pero solo se puede lograr en Perfect World. Dicho esto, los sistemas de pequeño impulso pueden acercarse mucho más a 1:1 que los de alto impulso.
La respuesta a la pregunta es básicamente SÍ.
No estoy de acuerdo con la forma en que lo anterior ha caracterizado esto, Ur no está mal exactamente, solo es demasiado complicado y esta es una práctica de enseñanza deficiente, para un volumen / masa de gas dado a temperatura constante, luego duplicar la presión reduce a la mitad el volumen, es decir, inversamente proporcional, es decir, pv = constante , por lo que, básicamente, en estas condiciones, U podría introducir el doble de aire, la proporción de combustible se fija y luego duplica la potencia, de todos modos, ese es el lugar para comenzar y, por supuesto, sus proporciones no son constantes cuando usa menos del 100% la eficiencia y las temperaturas no son constantes, de todos modos, comience con el mundo simple y perfecto, luego aplique las especificaciones de la aplicación, por ejemplo, turbulencia de flujo especialmente debido al paso de la manguera de metal / goma, calor debido a la compresión de gas, intercoolers, control de presión del lado frío BOV / compuertas, y así sucesivamente y así sucesivamente,golpearlo en un banco de pruebas es mejor gastar tiempo y dinero que teorizar sin fin, la eficiencia / optimización es el juego para la mayoría de las máquinas, obtener más de un recurso finito, trabajo más "útil", gracias.
bob cruz