Informe - Todo sobre el turbo

¿Qué es y para qué sirve?

Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna.

¿Cómo funciona?

En automoción, el turbocompresor consiste en una turbina movida por los gases de escape de un motor de explosión, en cuyo eje se fija solidariamente un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión que la atmosférica. Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno (masa) que la masa normal que el cilindro aspiraría a presión atmosférica, obteniendo el motor más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, y con un incremento de consumo proporcional al aumento de masa de aire.

Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de escape, que se desecharía en un motor atmosférico, no resta potencia al motor cuando el turbocompresor está trabajando, tampoco provoca pérdidas fuera del rango de trabajo del turbo , a diferencia de otros, como los sistemas con compresor mecánico (sistemas en los que el compresor es accionado por una polea conectada al cigüeñal).

Esquema de funcionamiento de un turbocompresor:



Los motores provistos de turbocompresores padecen de una demora mayor en la disposición de la potencia que los motores atmosféricos (NA Normal Aspiration o Aspiración Normal) o con compresor mecánico, debido a que el rendimiento del turbocompresor depende de la presión ejercida por éste. En esta demora influyen la inercia del grupo (su diámetro y peso) y el volumen del colector entre la turbina y la salida de los gases de escape del cilindro. Esto es lo que conocemos como lag.

Un turbocompresor no funciona de igual manera en distintos regímenes de motor. A bajas revoluciones, el turbocompresor no ejerce presión porque la escasa cantidad de gases no empuja con suficiente fuerza. Un turbocompresor más pequeño evita la demora en la respuesta, pero ejerce menos fuerza a altas revoluciones. Distintos fabricantes de motores han diseñado soluciones a este problema:

- Un "biturbo" es un sistema con dos turbocompresores de distinto tamaño. A bajas revoluciones funciona solamente el pequeño, debido a su respuesta más rápida, y el grande funciona únicamente a altas revoluciones, ya que ejerce mayor presión.

- Un "biturbo en paralelo" o "twin turbo " es un sistema con dos turbocompresores pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños que si fuera un turbocompresor único, tienen una menor inercia rotacional, por lo que empiezan a generar presión a revoluciones más bajas y se disminuye la demora de respuesta.

- Un "turbocompresor asimétrico" consiste en poner un solo turbocompresor pequeño en una bancada (la delantera en el motor V6 colocado transversalmente) dejando la otra libre. La idea no es conseguir una gran potencia, sino que la respuesta sea rápida. Este sistema fue inventado por el fabricante sueco Saab y utilizado en el Saab 9-5 V6.

- Un "biturbo secuencial" se compone de dos turbocompresores idénticos. Cuando hay poco volumen de gases de escape se envía todo este volumen a un turbocompresor, y cuando este volumen aumenta, se reparte entre los dos turbocompresores para lograr una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta. Este sistema es utilizado en el motor Wankel del Mazda RX-7.

- Un "turbocompresor de geometría variable" (VTG) consiste en un turbocompresor que tiene un mecanismo de "aletas" llamadas álabes móviles que se abren y cierran haciendo variar la velocidad de los gases de escape al entrar en la turbina, a menor caudal de gases de escape (bajas revoluciones) se cierra el paso entre los álabes provocando que los gases aumenten la velocidad al entrar en la turbina, a mayor caudal (altas revoluciones) necesitamos más paso y estos se abren. Esto nos permite tener una presión de trabajo muy lineal en todo el régimen de trabajo del turbocompresor. En motores diésel és muy común pero en motores de gasolina solo Porsche ha desarrollado un turbo que aguanta más de 1000 °C en el modelo Porsche 911 turbo (2007).

En el siguiente video podremos ver el funcionamiento de un turbocompresor de geometría variable:





Intercooler

El aire, al ser comprimido, se calienta y pierde densidad; es decir, en un mismo volumen tenemos menos masa de aire, por lo que es capaz de quemar menos combustible y, en consecuencia, se genera menos potencia. Además, al aumentar la temperatura de admisión aumenta el peligro de detonación, picado, o autoencendido y se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura, y sobreesfuerzos del grupo térmico.
Para disminuir esta problemática se interpone entre el turbocompresor y la admisión un "intercambiador de calor" o "intercooler". Este sistema reduce la temperatura del aire, con lo que se aumenta la densidad de éste, y que introducimos en la cámara de combustión.
En el lado negativo, los intercambiadores de calor provocan una caída de presión, por lo que se disminuye la densidad del aire, aunque en muchos casos es necesario instalar uno para evitar la detonación o autoignición.
Existen 3 tipos de intercoolers:
Aire/aire: en estos el aire comprimido intercambia su calor con aire externo.
Aire/agua: el aire comprimido intercambia su calor con un líquido que puede ser refrigerado por un radiador o, en algunas aplicaciones, con hielo en un depósito ubicado en el interior del coche.
Criogénicos: se enfría la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire. Para todos los motores sirve el gas natural.



Normalmente el turbocompresor suele estar refrigerado con aceite que circula mientras el motor está en marcha. Si se apaga bruscamente el motor después de un uso intensivo, y el turbocompresor está muy caliente, el aceite que refrigera los cojinetes del turbocompresor se queda estancado y su temperatura aumenta, con lo que se puede empezar a carbonizar, disminuyendo su capacidad lubricante y acortando la vida útil del turbocompresor.

El Turbo Timer es un sistema que mantiene circulando el aceite en el turbocompresor durante un lapso de tiempo después del apagado del motor. Algunos modelos funcionan con sensores que detectan la intensidad en el uso del turbocompresor para permitir la lubricación forzada del mismo por un tiempo prudencial después del apagado del motor.

Es muy importante en los motores con turbo no iniciar la marcha del vehículo nada más arrancar, ni elevar a elevados regímenes de motor (y por tanto de rpm de la turbina del turbo ) hasta que éste no haya alcanzado la temperatura óptima de funcionamiento, con la finalidad de que bajo ningún concepto al turbo le falte lubricación.

Al arrancar y apagar el coche, es necesario aguantar unos segundos, e incluso hasta un minuto antes de, bien iniciar la marcha, bien apagar el motor tras el reposo, ya que, además de la lubricación, evitaremos el cambio de temperaturas bruscas dentro del turbo . Conviene recordar que es una pieza que puede superar fácilmente las 20.000 rpm y que se mueve en unos rangos de temperaturas del orden de 600ºC en pleno funcionamiento (en ocasiones, más aún).

FAQ

¿Es posible la instalación del turbocompresor en cualquier auto?

Sí, con el correcto asesoramiento de un mecánico especializado, es posible instalar el turbocompresor en cualquier motor, aunque algunos sean mas adaptables a este tipo de preparación, obteniendo un beneficio de potencia mayor a otros con una preparación similar. En cualquier caso, en un automóvil atmosférico, instalar turbo no es una tarea económica y en muchos casos tal vez deba uno replantearse si no es mejor cambiar de coche.

¿Que presión de soplado utilizan los fabricantes en sus turbos de serie?

La presión recomendada para la mayoría de los motores, es de 0,5/0,7 Bar (0,5 Kg.) lo que proporciona alrededor de un 30% mas de potencia dependiendo de la marca y modelo del vehículo. Esta presión, es la recomendada para un uso frecuente y diario. También pueden lograrse presiones mucho mas altas, por ejemplo 1,5 Bar siendo esta ya, una preparación bastante importante en la que se busca un alto rendimiento.

¿Es verdad que el motor con turbo dura menos?

La durabilidad de un motor con turbo , es proporcional a la presión utilizada, cuanto mayor es, mas es el riesgo de alguna rotura. Pero con la presión utilizada por los automóviles de serie, la durabilidad del motor es prácticamente la misma que la del motor original, siendo mínimos los riesgos de rotura. El correcto mantenimiento, y el buen uso del vehículo, son factores fundamentales para la durabilidad del motor, al igual que en un auto estándar.

Mi turbo silva, ¿Se ha roto?

No necesariamente, a veces es posible tener fugas de aire en el aire que entra al turbo por admisión o el que llega al intercooler, generando un ruído similar a un silvido. En ocasiones estos silvidos pueden aparecer tras reprogramar, si exigimos al turbo más trabajo del habitual. En el siguiente video podremos ver la sobreexplotación de un turbo , cómo suena y qué ocurre con él (este no tiene pinta de estar diseñado para durar):




En otras ocasiones, el silvido surje porque alguna de las aspas del interior del turbo se dobla un poco, produciéndose ese silvido habitual, sobretodo a bajos regímenes. En casos de geometría variable, al abrirse los álabes del turbo , el sonido tiende a desaparecer.

El problema viene cuando ese silvido se asemeja a una ambulancia y ocurre porque las palas de la turbina tocan la caracola del turbo a causa de una holgura en el mismo. A veces, antes de llegar al sonido de ambulancia, se puede escuchar un roce leve metálico de las aspas del turbo con la caracola. Es importante en este momento poner solución antes de la rotura completa, ya que evitando la rotura completa, evadimos la posibilidad de que alguna pieza del turbo entre en el motor:





¿Y Cómo saber si existe tal holgura? Con el motor APAGADO Y FRÍO, si es posible acceder al turbo , se puede intentar mover la turbina presionando por dos extremos de esta y así comprobaremos si está fija y gira solidaria al eje al que se une o no. Un ejemplo de holgura en turbo :