Contribución a la Mejora del Margen de Bombeo en Compresores Centrífugos de Sobrealimentación

Abstract

La presente tesis está enfocada al estudio del fenómeno de bombeo del turbo-compresor centrífugo, destinado a la sobrealimentación de motores de combustión interna alternativos de automoción. En primera instancia, se ha realizado una investigación del estado del arte actual referente a la sobrealimentación de motores. Así se determinó, entre otras cosas, que el fenómeno de bombeo se ha hecho relevante actualmente debido a la tendencia al downsizing de los motores, y por ende, a la creciente demanda de sobrealimentación. Se han desarrollado metodologías de ensayo que permiten estudiar el fenómeno de bombeo en los sistemas de sobrealimentación. Una de las propuestas es una técnica para provocar el bombeo de forma controlada en banco motor, que consiste en la inyección de aire en el colector de admisión del motor. Esta permite tomar en consideración las condiciones reales de operación del grupo de sobrealimentación. Asimismo, se ha propuesto un método de análisis mediante el espectro de los parámetros medidos, para identificar y determinar de forma precisa el comienzo del fenómeno de bombeo. Los ensayos en transitorios de motor también han tenido su parte relevante, demostrando buena concordancia con el método de inyección de aire. Junto al estudio experimental también ha estado la simulación computacional. Por una parte, la simulación unidimensional mediante un modelo de acción de ondas de presión, permitió representar el fenómeno de bombeo con buena concordancia respecto de la experimentación. Por otra parte, la simulación computacional fluido-dinámica tridimensional [CFD/URANS (Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes)], se utilizó para estudiar los patrones de flujo que se desarrollan en el compresor centrífugo, lo que ha ayudado a la comprensión de los factores aerodinámicos implicados. En base a las herramientas experimentales y de modelado desarrolladas se realizó una extensa campaña de estudio del fenómeno de bombeo.