Impurezas vs. vida útil
El mayor porcentaje de fallas en turbocompresores son causadas por falta de aceite, insuficiencia o restricción del flujo del lubricante e impurezas en el mismo.
La segunda mayor incidencia es causada por la entrada de objetos extraños en las ruedas del compresor o turbina. La entrada de polvillo (partículas sólidas) en la carcasa compresora por una falla en el sistema de filtrado de aire puede dañar seriamente, por erosión, los alabes (paletas) de la rueda compresora y producirá el deterioro del turbo y disminuirá el desempeño del motor. Los daños en los alabes al no ser uniformes producen el desequilibrado del conjunto rotor dañando por ende al turbo. La ingestión de arena o polvo causan también graves daños en partes del motor como pistones, aros de pistón, camisas y otros componentes. La entrada de grandes objetos como arandelas, tornillos, tuercas, piedras, herramientas y otros elementos destruirán completamente al turbo y muchas veces causarán severos daños al motor. La obstrucción o restricción en el sistema de filtrado de aire resultante de una manutención deficiente dará como resultado una reducción de presión y volumen de aire del turbo produciendo una pérdida de performance. Al restringirse la entrada de aire al turbo se reduce también el flujo de aire hacia la admisión llevando al motor a trabajar con temperaturas excesivas y con humo negro por falta de quemado de combustible en la cámara de combustión. La obstrucción del filtro de aire da como resultado una baja de presión entre el filtro y la entrada de aire al turbo, principalmente en regímenes de marcha lenta y por lo tanto habrá fuga de aceite al lado compresor sin tener falla los componentes responsables de sellar (aros de pistón). El cambio regular del filtro de aire previene estos problemas. Actualmente los turboalimentadores alcanzan velocidades por encima de las 250.000 rpm, temperaturas de más de 1000ºC en el escape y utilizan el sistema de cojinetes radiales flotantes en aceite, aunque también se emplean mucho
los rodamientos de rodillos. Para la preservación del sistema de cojinetes radiales es necesario aceite perfectamente filtrado para la lubricación y refrigeración del turbo. Si las impurezas o los materiales extraños penetran en el sistema de aceite crean desgaste del cuerpo central, cojinetes radiales y eje. El contaminante en la superficie de los cojinetes radiales actúa como abrasivo dañando las piezas. Cuando el desgaste del eje, cuerpo central y cojinetes radiales es excesivo los rotores (turbina y compresor) tocarán a las carcasas y la rotación del turbo disminuirá, en consecuencia también disminuirá la performance del turbo y del motor, encontrándose pérdida de potencia, excesivo humo en el escape, ruido y fuga de aceite por una o ambas carcasas. El turbo nunca debe operar con el motor a plena carga con presión de aceite menor a 30 psi (libras por pulgada cuadrada), que equivalen a 2 bar. El turbo es más sensible a la insuficiencia de aceite que el motor debido a la alta velocidad de rotación del eje. La falta de presión y flujo de aceite durante el arranque del motor causarán daño
en los cojinetes radiales. Es condición anormal de funcionamiento cuando el sistema de lubricación del turbo está vacío luego del cambio de aceite o filtro. Lo mismo si el motor estuviese parado por largo tiempo, en este caso el aceite del sistema de lubricación tiende a decantar en el cárter. Después de dar arranque observar la estabilización de la presión del aceite. El mismo procedimiento debe seguirse en arranques con condiciones de frío extremo pues el aceite puede necesitar de mayor tiempo para fluir. Los cojinetes radiales pueden ser dañados si el atraso del flujo de aceite superase los 4 segundos y más rápido si el motor fuese acelerado por encima de su regulación. Es fundamental no acelerar el motor después de cambiar el aceite o de dar arranque en frío y seguir las instrucciones de mantenimiento del fabricante del motor en lo que se refiere a periodicidad en el cambio de aceite y filtro de aceite y las especificaciones de los mismos. Tampoco hay que detener el motor de inmediato luego de un largo recorrido o de muchas horas de trabajo. Se deberá dejar estabilizar la temperatura del turbo con el motor marchando en ralentí por algunos minutos.
Sistemas de cojinetes para turbos
El sistema de cojinetes del turbo puede parecer de diseño sencillo, con uno o dos cojinetes de bronce y en ocasiones un cojinete de empuje axial separado, pero desempeña un papel fundamental al garantizar que los rotores puedan girar sin entrar en contacto con el alojamiento. Tras este concepto en apariencia simple se oculta la realidad de que el diseño, los materiales y los procesos de fabricación usados para crear el sistema de cojinetes se ha refinado constantemente para seguir el ritmo de los nuevos niveles de prestaciones del turbo exigidos por el avanzado diseño de los motores. Pensemos en lo que pedimos a estos cojinetes que hagan: -Ofrecer soporte y amortiguación para controlar el movimiento radial y axial de los ejes y los rotores. -Aislar la vibración de las piezas giratorias. -Permitir a los rotores del tubo girar a velocidades 60 veces mayores que la velocidad máxima del motor encontrada en un típico motor Diesel moderno. -Garantizar que la máxima energía del gas de escape del motor esté disponible para mover el turbo y no se desperdicie en el sistema de cojinetes. -Funcionar eficazmente con aceites de última generación para reducir la fricción y las pérdidas de potencia en los motores modernos. -Operar normalmente con las mayores temperaturas del aceite de motor actuales. -Los sistemas de cojinetes de los turbos deben equilibrar unas bajas pérdidas de potencia con la capacidad de controlar las enormes fuerzas aplicadas por las cargas mecánicas que varían constantemente. Los modernos sistemas de cojinetes para turbos se dividen en dos tipos: a) Sistema de cojinetes hidrodinámicos usados en la amplia mayoría de los turbos actuales y antiguos. b) Sistemas de cojinetes de rodamientos de bolillas: es el sistema más caro pero más eficiente, porque hace disminuir la fricción y porque mantiene mejor alineado al eje. En un sistema de cojinetes hidrodinámico para turbocompresor, el fluido (aceite motor) no solo lubrica las piezas evitando el contacto, sino también controla el movimiento del eje y los rotores en todas las condiciones de funcionamiento.
El sistema de cojinetes hidrodinámicos puede utilizar dos cojinetes lisos “completamente flotantes” que giran aproximadamente a la mitad de la velocidad del eje. Hay dos láminas de aceite hidrodinámicas: una externa, entre el centro del alojamiento y el cojinete, y una lámina interna entre el cojinete y el eje. La mayoría de los turbos para vehículos de pasajeros utilizan un cojinete “semiflotante” de una pieza que no gira. Este diseño también utiliza dos láminas de aceite, pero en este caso la lámina externa funciona principalmente como una “lámina de apriete” para amortiguar el movimiento del eje. En este cojinete, hay solo una lámina de aceite hidrodinámica (entre el eje y el cojinete), lo que permite mejorar el control del conjunto rotor. Un cojinete de empuje controla el movimiento axial del conjunto del rotor, que puede ser una pieza separada o integrada en el cojinete liso, En todos los diseños se generan altas presiones en la zona de la pastilla de fricción para controlar el movimiento axial. Este cojinete también incluye prestaciones diseñadas para mejorar el rendimiento con los modernos aceites de baja viscosidad. Los rodamientos de bolillas combinan las funciones de los cojinetes lisos y de empuje en un solo conjunto. Los juegos reducidos permiten mejorar el rendimiento de la turbina y el compresor, mientras que las menores pérdidas de potencia que propicia el rodamiento mejoran el rendimiento general. Incluso ya se aplican rodamientos cerámicos, más livianos que los metálicos.