El siguiente artículo fue escrito por Todd Welch, copropietario de Power Driven Diesel, y apareció originalmente en la edición de agosto de 2016 de la revista Diesel Tech .
Cuando me inicié en el mundo del rendimiento diésel hace años, no tenía los conocimientos necesarios para tomar decisiones informadas. Sin embargo, eso no me impidió comprar piezas, y terminé comprando muchas
que no se ajustaban a mis objetivos. Aprendí mucho de esos errores, lo que me llevó a adquirir más conocimientos. Mi objetivo con estos artículos es ayudarte a obtener una base sólida de conocimientos que te proteja de comprar piezas que no se ajusten a tus objetivos. También espero que, después de leer estos artículos, sepas qué preguntas hacer a las empresas con las que trabajas y si las respuestas que recibes se basan en hechos u opiniones.
Dicho esto, comencemos con
los turbos . Me han fascinado los turbos desde que tengo memoria y los he estudiado a fondo. ¡Una Navidad, mi esposa solo me regaló libros de texto sobre turbos! Como consumidores, necesitamos saber cómo decidir cuáles funcionarán para nuestra aplicación. Para ello, necesitamos comprender los cálculos matemáticos necesarios para su dimensionamiento. En los siguientes artículos, dimensionaremos turbos con base en cálculos matemáticos, predeciremos la potencia que generaremos y luego los probaremos en el banco de pruebas para verificarlo. Probaremos muchos turbos durante el próximo año.
Para probar todos estos turbos, usaremos un
Cummins antiguo de 12 válvulas, por lo que todos los cálculos se basarán en ese motor. Las ecuaciones funcionarán en todos los motores; solo necesita introducir los valores para su motor específico. Lo primero que debemos decidir es cuánta potencia queremos generar. Para este proyecto, aspiraremos a 500 hp a 2500 rpm con un solo turbo. Además, quiero 500 hp al suelo, no al cigüeñal, lo cual es una distinción importante al elegir turbos, ya que los fabricantes establecen la potencia nominal en el cigüeñal, no en las ruedas.
La capacidad de flujo de los turbos se mide en libras de aire movido por minuto, generalmente expresado como (lb/min). Por experiencia, he descubierto que en una camioneta optimizada para uso en carretera, puedo esperar entre siete y ocho caballos de fuerza al suelo por cada libra de aire movido. Siete caballos de fuerza por libra de aire es probablemente un poco bajo, pero suelo calcularlo con base en siete caballos de fuerza para asegurarme de tener suficiente aire para cumplir mis objetivos.
Vaya figura
Esto nos lleva a nuestra primera ecuación para calcular los requisitos de aire: (500 hp x 1 lb/min)/7 hp o simplemente 500/7. La respuesta es el flujo de aire requerido, lo que significa que necesitamos un flujo de 71,42 lb/min a través de nuestro sistema. Cabe destacar que estas ecuaciones son para potencia real, sin corregir, en tierra. Muchos han generado más de 500 hp en un dinamómetro con 71 lb/min, pero esos números suelen estar corregidos, lo que significa que agregan un porcentaje al número real para simular lo que el vehículo generaría en condiciones ideales. En realidad, solo me importa generar la potencia que quiero en las condiciones en las que estoy, y eso generalmente termina entre 7 y 8 hp en tierra sin corregir.
Ahora que conocemos nuestras necesidades de flujo de aire, debemos calcular cómo hacerlo circular por el motor. En este punto, necesitamos algunos números para nuestros cálculos. Aquí está la información basada en el motor Cummins de 12 válvulas que usaremos para las pruebas:
• 359 pulgadas cúbicas
• 2500 rpm
• 85% = Eficiencia volumétrica
• 7 caballos de fuerza por lb/min
• Se requieren 71,42 lb/min
Comencemos con 359 pulgadas cúbicas. Este motor diésel es de cuatro tiempos, lo que significa que aspira aire cada dos revoluciones. Para obtener el flujo de aire, debemos dividir el tamaño del motor entre dos, lo que da un flujo de aire de 179,5 pulgadas cúbicas cada vez que el motor gira una revolución. Estamos diseñando esto para 2500 RPM, así que multiplicamos el tamaño del motor por las RPM, lo que da un flujo de aire de 448.750 pulgadas cúbicas por minuto. Ese es un número bastante inútil, ya que todo se mide en pies cúbicos por minuto, así que lo dividimos entre 1728 para convertirlo a CFM. Después de ese cálculo, nos quedamos con 259,69 CFM. Esto es lo que nuestro motor fluiría si fuera 100% eficiente. Como no lo es, debemos multiplicar los CFM por su eficiencia volumétrica (VE). Tomando 285,66 por 85% nos da la friolera de 242,81 CFM con los que trabajar. Para poner en perspectiva lo terrible que esto es para la producción de energía, aquí tienes otra conversión. Para convertir CFM a lb/min, simplemente multiplica tus CFM por 0,069. 242,81 x 0,069 = 16,75 lb/min. Esto está muy lejos de las 71,42 lb/min que necesitamos para generar energía.
Lo mejor de la turboalimentación es que podremos obtener el aire que necesitamos a través de ese motor con un flujo deficiente. Tengan este ejemplar a mano, porque comenzaremos el siguiente artículo justo donde lo dejamos y querrán consultarlo a medida que profundicemos en los cálculos el próximo mes.
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