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Estimados,
Como bien dijo el sabio Mataderos, lo que importa en un motor turbo es la densidad de la carga y por eso voy a arrancar este post comentando sobre el correcto dimensionamiento o selección de un intercooler.
Más allá de todo, para nuestra aplicación vamos a encontrarnos con dos tipos de intercoolers: AIRE / AIRE y AIRE / AGUA. En el caso del primero las variables de diseño estarán dictadas por el material a utilizar,la superficie expuesta al gas a enfriar y al gas al que se cede el calor, las velocidades del aire dentro del intercooler y fuera de el. En el caso del segundo, entra en juego la mayor capacidad para tomar temperatura del agua y las mismas variables que en el primer caso. Solo que ahora se cambia velocidad del aire exterior por velocidad del fluido refrigerante.
Una efecto importante del intercooler, es filtrar los pulsos de presión del motor al compresor y filtrar los del compresor al motor. No es menor este beneficio.
Sin entrar en términos raros, todos sabemos que no existe la máquina ideal por lo que toda transformación de energía conlleva pérdidas. Si nosotros tenemos un mapa del compresor donde nos indica las diferentes curvas de eficiencia para una determinada solicitación del motor y digamos... nos indica 70% para un punto en particular. Podemos deducir que estamos perdiendo 30% del trabajo que entrega la turbina através de su eje en cualquier cosa que no sea comprimir el aire. Dado que un turbo no tiene grandes pérdidas en sus rodamientos en relación al trabajo que entrega, se puede suponer a groso modo que ese 30% pasa a calentar el aire que estoy comprimiendo.
Esto último que dije es importante porque sin necesidad de tomar datos, pueden estimar con cierta certeza contando con el mapa del compresor que temperatura pueden tener a la entrada del intercooler, si consideran el proceso como una compresión adiabática para determinada relacion de presión.
Por lo que digamos que ahora cuentan con la temperatura estimada de entrada al intercooler y una de salida que se fijan como parámetro, la cual nunca puede ser menor o igual a la de entrada (vale aclarar
)
Con esto se fijan la eficiencia que buscan:
Eficiencia= (Temperatura a la salida del compresor - temperatura deseada a la salida del intercooler) / (Temperatura a la salida del compresor - Temperatura ambiente)
Esta claro que si elijo tener la misma temperatura a la salida del intercooler que la ambiente, la eficiencia se hace 1.. osea.. 100%. Algo dificil de alcanzar jeje.
Luego calculo la razón entre capacidades para tomar calor entre los fluidos que corren por el interior y el exterior del intercooler, llamo a esto C:
C= (cantidad de masa de aire caliente por unidad de tiempo x calor específico del fluído) / (cantidad de masa de aire frio por unidad de tiempo x calor específico del fluído)
En el caso de ser un mismo fluído como en el AIRE - AIRE los calores específicos se anulan.
Una vez que cuento con los valores de la eficiencia y el valor de C utilizo esta fórmula y despejo el valor de N.
Eficiencia = 1 - Exp[(Exp(-C x N^0,78)-1) / CxN^0,22)]
N viene a ser el famoso NTU o llamado "unidad de transferencia" y es igual a:
N= (Área interna del intercooler x coeficiente de transmisión de calor del material del intercooler) / (masa de aire caliente por unidad de tiempo x calor específico del fluido)
Reemplazando esta ecuación en la anterior y despejando el area del intercooler que es la incógnita, llego al resultado de que área debe tener el intercooler para el material elegido para lograr la eficiencia que establecí en un comienzo.
Ahora bien, se habran dado cuenta que en muchas ocasiones dice "masa por UNIDAD DE TIEMPO". Esto porque es así? Y bueno... digamos que si yo tengo el auto parado y acelero a fondo, voy a tener mayor velocidad de aire caliente dentro del intercooler a la menor velocidad de aire frio pasando por el. Entonces el aire caliente va a tener menos tiempo para ceder su energía y va a pasar menos cantidad de aire frio através del intercooler. Luego esta el punto de mejor eficiencia, que seria a una muy buena velocidad y carga parcial del acelerador. Yo les recomiendo que se fijen plena carga y una velocidad de 40km/h del aire exterior.
La superficie interna del intercooler nunca debe ser igual que la externa. La externa siempre tiene que ser igual o mayor. No es ridícula esta consideración, dado que hay intercoolers cuyas barras ofrecen mayor superficie en su interior que su exterior por diseño y fabricantes baratos no cuidan en mantener la superficie o mejorarla en el exterior.
Bueno... estoy cansado y mañan tengo que trabajar. Así que arranco este post de esta manera. Prometo ir editando este post y mejorandolo. Agregando detalles como caida de presión dentro del intercooler y demás cosas que faltaron por motivos de simplificar o de falta de memoria... pulir la redacción.. etc. Esto lo escribi bastante de corrido entre otras cosas que esto yhaciendo y no se como salio jeje.
Mañana busco el libro arriba y saco fotos de gráficos y demás.
Para quien le interese buena literatura al respecto, recomiendo "Theory of Engine Manifolds Design" DE Winterborne y RJ Pearson... son dos tomos que hace varios años me abrieron los ojos sobre muchas cosas y me permitieron hacer los primeros modelos matemáticos llenos de errores para aproximar diseños de admisiones etc.. jaja. Luego un viejito del Politécnico de Milano me desayuno que estaba todo resuelto ya y habia perdido mi tiempo. Son libros de consulta por ingenieros que trabajan en automotrices de primera línea y dejan de ser introductorios para ser libros de consulta cuando se diseña cualquier elemento. Valen cada peso que gasten en ellos y cada día que tengan que esperar para que impriman una tirada, dado que los imprimen cuando tienen cierto número encargado. Se necesita manejo de ecuaciones diferenciales y conocimientos de física y termodinámica. Si ese no es el caso de Uds. voy a tratar de simplificar todo en este post.
Un abrazo!
P.D.: Otros posts fueron bastardeados por gente sin intención ni capacidad de justificar sus respuestas con respeto y altura. Les pido a estas personas que si consideran que esto es una estupides y no pueden justificar sus respuestas de una manera productiva para que todos aprendamos, se abstengan de postear aquí.
EDIT:
Me olvide de hacer una observación. Si quieren que sus intercoolers AIRE/AIRE funcionen mejor, pintenlos de negro al igual que las cañerias que se encuentran entre el compresor y el intercooler.
Como bien dijo el sabio Mataderos, lo que importa en un motor turbo es la densidad de la carga y por eso voy a arrancar este post comentando sobre el correcto dimensionamiento o selección de un intercooler.
Más allá de todo, para nuestra aplicación vamos a encontrarnos con dos tipos de intercoolers: AIRE / AIRE y AIRE / AGUA. En el caso del primero las variables de diseño estarán dictadas por el material a utilizar,la superficie expuesta al gas a enfriar y al gas al que se cede el calor, las velocidades del aire dentro del intercooler y fuera de el. En el caso del segundo, entra en juego la mayor capacidad para tomar temperatura del agua y las mismas variables que en el primer caso. Solo que ahora se cambia velocidad del aire exterior por velocidad del fluido refrigerante.
Una efecto importante del intercooler, es filtrar los pulsos de presión del motor al compresor y filtrar los del compresor al motor. No es menor este beneficio.
Sin entrar en términos raros, todos sabemos que no existe la máquina ideal por lo que toda transformación de energía conlleva pérdidas. Si nosotros tenemos un mapa del compresor donde nos indica las diferentes curvas de eficiencia para una determinada solicitación del motor y digamos... nos indica 70% para un punto en particular. Podemos deducir que estamos perdiendo 30% del trabajo que entrega la turbina através de su eje en cualquier cosa que no sea comprimir el aire. Dado que un turbo no tiene grandes pérdidas en sus rodamientos en relación al trabajo que entrega, se puede suponer a groso modo que ese 30% pasa a calentar el aire que estoy comprimiendo.
Esto último que dije es importante porque sin necesidad de tomar datos, pueden estimar con cierta certeza contando con el mapa del compresor que temperatura pueden tener a la entrada del intercooler, si consideran el proceso como una compresión adiabática para determinada relacion de presión.
Por lo que digamos que ahora cuentan con la temperatura estimada de entrada al intercooler y una de salida que se fijan como parámetro, la cual nunca puede ser menor o igual a la de entrada (vale aclarar
)Con esto se fijan la eficiencia que buscan:
Eficiencia= (Temperatura a la salida del compresor - temperatura deseada a la salida del intercooler) / (Temperatura a la salida del compresor - Temperatura ambiente)
Esta claro que si elijo tener la misma temperatura a la salida del intercooler que la ambiente, la eficiencia se hace 1.. osea.. 100%. Algo dificil de alcanzar jeje.
Luego calculo la razón entre capacidades para tomar calor entre los fluidos que corren por el interior y el exterior del intercooler, llamo a esto C:
C= (cantidad de masa de aire caliente por unidad de tiempo x calor específico del fluído) / (cantidad de masa de aire frio por unidad de tiempo x calor específico del fluído)
En el caso de ser un mismo fluído como en el AIRE - AIRE los calores específicos se anulan.
Una vez que cuento con los valores de la eficiencia y el valor de C utilizo esta fórmula y despejo el valor de N.
Eficiencia = 1 - Exp[(Exp(-C x N^0,78)-1) / CxN^0,22)]
N viene a ser el famoso NTU o llamado "unidad de transferencia" y es igual a:
N= (Área interna del intercooler x coeficiente de transmisión de calor del material del intercooler) / (masa de aire caliente por unidad de tiempo x calor específico del fluido)
Reemplazando esta ecuación en la anterior y despejando el area del intercooler que es la incógnita, llego al resultado de que área debe tener el intercooler para el material elegido para lograr la eficiencia que establecí en un comienzo.
Ahora bien, se habran dado cuenta que en muchas ocasiones dice "masa por UNIDAD DE TIEMPO". Esto porque es así? Y bueno... digamos que si yo tengo el auto parado y acelero a fondo, voy a tener mayor velocidad de aire caliente dentro del intercooler a la menor velocidad de aire frio pasando por el. Entonces el aire caliente va a tener menos tiempo para ceder su energía y va a pasar menos cantidad de aire frio através del intercooler. Luego esta el punto de mejor eficiencia, que seria a una muy buena velocidad y carga parcial del acelerador. Yo les recomiendo que se fijen plena carga y una velocidad de 40km/h del aire exterior.
La superficie interna del intercooler nunca debe ser igual que la externa. La externa siempre tiene que ser igual o mayor. No es ridícula esta consideración, dado que hay intercoolers cuyas barras ofrecen mayor superficie en su interior que su exterior por diseño y fabricantes baratos no cuidan en mantener la superficie o mejorarla en el exterior.
Bueno... estoy cansado y mañan tengo que trabajar. Así que arranco este post de esta manera. Prometo ir editando este post y mejorandolo. Agregando detalles como caida de presión dentro del intercooler y demás cosas que faltaron por motivos de simplificar o de falta de memoria... pulir la redacción.. etc. Esto lo escribi bastante de corrido entre otras cosas que esto yhaciendo y no se como salio jeje.
Mañana busco el libro arriba y saco fotos de gráficos y demás.
Para quien le interese buena literatura al respecto, recomiendo "Theory of Engine Manifolds Design" DE Winterborne y RJ Pearson... son dos tomos que hace varios años me abrieron los ojos sobre muchas cosas y me permitieron hacer los primeros modelos matemáticos llenos de errores para aproximar diseños de admisiones etc.. jaja. Luego un viejito del Politécnico de Milano me desayuno que estaba todo resuelto ya y habia perdido mi tiempo. Son libros de consulta por ingenieros que trabajan en automotrices de primera línea y dejan de ser introductorios para ser libros de consulta cuando se diseña cualquier elemento. Valen cada peso que gasten en ellos y cada día que tengan que esperar para que impriman una tirada, dado que los imprimen cuando tienen cierto número encargado. Se necesita manejo de ecuaciones diferenciales y conocimientos de física y termodinámica. Si ese no es el caso de Uds. voy a tratar de simplificar todo en este post.
Un abrazo!
P.D.: Otros posts fueron bastardeados por gente sin intención ni capacidad de justificar sus respuestas con respeto y altura. Les pido a estas personas que si consideran que esto es una estupides y no pueden justificar sus respuestas de una manera productiva para que todos aprendamos, se abstengan de postear aquí.
EDIT:
Me olvide de hacer una observación. Si quieren que sus intercoolers AIRE/AIRE funcionen mejor, pintenlos de negro al igual que las cañerias que se encuentran entre el compresor y el intercooler.
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