Aplicaciones de poliamida 46 en turbocompresores
Una de las consecuencias de esta evolución es la introducción de la tecnología de turbina de geometría variable en la sobrealimentación. La idea es manipular el caudal de aire para mantener un alto nivel de eficacia en un amplio margen del régimen de marcha del motor, desde la aceleración hasta la alta velocidad de crucero. Para ello se debe regular la salida de la turbina, operación que se lleva a cabo con un cambio en el ángulo y en la velocidad de entrada de aire al rotor de la turbina por medio de álabes de guía situados frente al mencionado rotor. Los álabes se activan a través de un sencillo accionador “marcha/ paro”, o cada vez más, de un sistema completamente variable, con actuación a través de una combinación de engranajes, un motor de corriente contínua, una unidad de control del motor (ECU) y unos sensores.
Los sistemas de sobrealimentación, especialmente con la introducción de la tecnología TGV, ofrecen unas oportunidades de aplicación apasionantes para los plásticos técnicos de altas prestaciones como la poliamida (PA46). Las poliamidas tienen una excelente resistencia a la temperatura y pueden soportar temperaturas de trabajo muy superiores a los 200ºC. Su capacidad de conservar las propiedades mecánicas en cuanto a rigidez, resistencia a la fatiga, a la fricción y al desgaste a temperaturas de trabajo tan altas, hace que sean el material ideal para algunas piezas de los turbosistemas como codos de entrada de aire, ruedas dentadas para TGV, conductos de aire caliente de sobrealimentación y cubetas para los intercambiadores térmicos. Además, su fluidez y moldeabilidad, superiores a las de otros materiales, mejoran el proceso de transformación.
Los conductos de aire de dos vainas soldadas fabricados con PA46 son más baratos que los de aluminio (el ahorro puede ser de hasta un 50 por ciento) y que los de caucho de silicona. Comparados con los de aluminio, son más ligeros debido al menor peso de la poliamida. Comparados con los de caucho de silicona tienen dos ventajas importantes: se adaptan al espacio disponible en el embalaje y son reciclables. Los de caucho de silicona necesitan embalaje de sección redonda y no son reciclables.
Para 1 millón de ciclos durante la vida útil, el Stanyl PA46 puede soportar hasta un 50-100 por ciento más de esfuerzo.
Los codos se usan para conectar el lateral del turbocompresor a los conductos de aire. Los de PA46 ofrecen ventajas similares a las mencionadas anteriormente comparados con los codos de aluminio. La pieza puede moldearse completamente en un diseño de una sola vaina y atornillarse directamente en el lateral del turbocompresor, demostrando así la excelente capacidad de resistencia al calor de la PA46.
Si los codos de entrada al turbocompresor se hacen con poliamida 46, pueden moldearse en un diseño de una sola vaina o de dos piezas soldadas y directamente atornillarse en el lateral del turbocompresor, demostrando así la excelente capacidad de resistencia al calor de la PA46.
El funcionamiento del sistema de turbina de geometría variable (TGV) es otra area que abre oportunidades de aplicación para la PA46 particularmente por su elevada resistencia al calor, conservación de la rigidez a altas temperaturas y excelentes propiedades de fricción y desgaste. La cubeta de un motor con TGV consiste en un soporte final, un portaescobillas y también actua como base para el mecanismo del engranaje reductor. Con la PA46 se pueden integrar las tres características en una pieza moldeada con un único disparo de inyección, capaz de soportar la alta temperatura ambiente a causa de su proximidad a la la turbina del turbocompresor.
La temperatura de deformación bajo carga del Stanyl es superior a la de otras resinas de altas prestaciones.
La entrada al motor y el movimiento de los álabes se controlan en un bucle cerrado por una unidad de control del motor (ECU) a través de un conjunto de sensores que controlan la velocidad del compresor y la posición de los álabes. Se exige al sensor que conserve la estabilidad dimensional a un pico de temperatura de 230ºC y también que incluye una garantía de por vida contra fugas de aceite a través de las roscas y resistencia a los fluídos del automóvil. El sensor debe resistir la instalación.
Los sensores hechos con PA46 cumplen todos los requisitos debido a su capacidad para conservar la rigidez a temperaturas pico y su resistencia a la plastodeformación y distensión después del esfuerzo. Además, la PA46 demuestra una excelente resistencia a la fatiga así como a los fluidos agresivos a temperaturas elevadas. Otras ventajas importantes son la reducción de peso a través de la substitución de metal y el proceso de moldeo por inyección ofrece flexibilidad de diseño así como consolidación de las piezas.
Los sensores moldeados con poliamide 46 resisten temperaturas constantes de 150 to 160°C (300° - 320°F) durnate 5,000 horas y picos de temperatura de 170 a 180°C (340 - 355°F), incluso en combinación con aceites agresivos ATF.
El ECU usa una compleja tecnología de microprocesador en la cual se sueldan dispositivos electrónicos sobre la placa de circuito impreso por medio de un proceso de soldadura por ola en el cual los picos de temperatura pueden llegar hasta 265ºC.
DSM Engineering Plastics y Stanyl ofrecen muchas oportunidades para reducir los costes de producción totales relacionados con las instalaciones de sobrealimentación. DSM se dedica a futuros desarrollos en este campo en relación con la resistencia al incremento de temperatura y reducción del espacio exigido por diversos componentes. La empresa tiene un equipo global dedicado al sector de los componentes para turbocompresores que funciona en las principales regiones con industria de la automoción y financia las actividades específicas de investigación que rendirán beneficios a los fabricantes de automóviles y proveedores de sistemas.