Turbocompresor

La historia del turbocompresor es muy interesante, desde los albores del motor de combustión interna, Daimler y Rudolf Diesel estudiaron cómo aumentar la potencia del motor y reducir el consumo de combustible mediante la compresión del aire. En 1905 se concedió una patente para la purificación de los gases de escape del motor de turbina. El ingeniero suizo Alfred Buchi diseñó el sistema para que la turbina impulsara el compresor. El primer turbocompresor sentó las bases del turbocompresor tal y como lo conocemos hoy. Gracias a esta combinación, Büchi pudo aumentar su producción en un 40%.

Debido a su tamaño, los primeros turbocompresores sólo eran adecuados para motores grandes, como los que se encuentran en los barcos. El primer uso de turbocompresores en el sector de los vehículos comerciales se remonta a 1938, cuando el fabricante suizo de camiones Saurer utilizó un turbocompresor. El objetivo era mejorar el rendimiento bajo fuertes cargas del motor. Chevrolet y Oldsmobile fueron los primeros fabricantes de automóviles en utilizar la turboalimentación en los años 70. A menudo este uso era sólo temporal, porque a pesar de las mejoras técnicas de los turbocompresores, su fiabilidad no era tan alta como la actual.

Sólo después de la gran crisis del petróleo de 1973 se empezó a utilizar la turboalimentación en el sector de los vehículos comerciales. Hoy en día, casi todos los motores diésel de los vehículos comerciales son turboalimentados. En los años 70, la turboalimentación de combustión interna también se adaptó al cada vez más popular motor de gasolina. Fabricantes como BMW y Saab fueron de los primeros en comercializar coches con motores de gasolina y turbocompresores. Este ejemplo ha sido seguido por casi todos los fabricantes y actualmente muchas marcas ofrecen coches con motores de gasolina y turbocompresores.

Los motores turboalimentados representan un cierto tipo de estatus, los motores de gasolina con turbocompresor ofrecían un rendimiento muy elevado, pero también provocaban el "turbo-lag". Además, los motores con turbocompresor no eran lo suficientemente económicos, eran demasiado grandes y tardaban en responder al pedal del acelerador. Naturalmente, esto suponía una pérdida de confort, pero el problema podía resolverse desarrollando y reduciendo el tamaño de los turbocompresores. El verdadero avance del turbocompresor llegó en 1978 con el Volkswagen Golf y el Mercedes Benz 300 SD. Hoy en día, casi todos los motores diésel nuevos son turboalimentados.

Los turbocompresores no sólo se utilizan para aumentar la potencia, sino también para ahorrar combustible y mejorar las emisiones. Otra ventaja del uso de turbocompresores es la reducción de los costes de producción. Un motor de 4 cilindros con turbocompresor es más barato de producir que un motor de 6 cilindros sin turbocompresor. Por otro lado, un motor de 6 cilindros es naturalmente más grande y pesado que un motor de 4 cilindros turboalimentado, lo que repercute negativamente en el peso total del vehículo y en el consumo de combustible.

¿Qué es un turbocompresor?

El turbocompresor, comúnmente llamado turbo, se utiliza ampliamente en los motores modernos. Se encuentra en casi todos los motores diésel modernos y, cada vez más, también en los de gasolina, ya que la tendencia es hacia motores más pequeños.

El turbocompresor es una de las muchas formas de aumentar la potencia de un motor sin aumentar su cilindrada. Esto lo hace comprimiendo el aire de admisión, aumentando su densidad y permitiendo que entre más oxígeno en el motor. Dado que la relación entre el aire y la gasolina, conocida como dosificación, debe permanecer constante, la cantidad de combustible suministrada también aumenta. En resumen: más oxígeno, más combustible y más potencia.

Por ello, los motores turboalimentados tienen una ventaja significativa sobre los motores atmosféricos especialmente a gran altura o en climas muy cálidos, donde la densidad del aire es menor (menos oxígeno).

¿Cómo funciona un turbocompresor?

Una diferencia importante entre un motor diésel turboalimentado y un motor de gasolina convencional de aspiración natural es que el aire que entra en el motor diésel se comprime antes de la inyección de combustible. En este caso, el turbocompresor es crucial para la potencia y el rendimiento del motor diésel.

La función del turbocompresor es empujar más aire al cilindro del motor. Cuando el aire se comprime, las moléculas de oxígeno se acercan. El mayor volumen de aire permite inyectar más combustible en un motor atmosférico del mismo tamaño. Esto mejora la eficiencia mecánica y la eficiencia general del proceso de combustión. Esto permite reducir el tamaño del motor con la turboalimentación, lo que se traduce en un mejor rendimiento, menos peso y una mayor eficiencia general del combustible.

El funcionamiento de un turbocompresor es muy sencillo. Consiste en una turbina conectada a un compresor por un eje común. Los gases de escape pasan por esta turbina y la hacen girar como un molino de viento. La turbina, que comparte un eje con el compresor, acciona este último y comprime el aire que entra en el colector de admisión.

El hecho de que el turbocompresor utilice la energía de los gases de escape, que de otro modo se perdería, en lugar de extraerla del motor, llevó a desarrollar y ampliar este sistema en favor de un compresor de desplazamiento positivo. Además, el motor se hizo más pequeño y ligero.

Como resultado, cuando el motor está al ralentí o a baja carga, los gases de escape tienen poca energía para impulsar la turbina. A medida que aumenta la carga del motor, los gases de escape salen con mayor velocidad y energía, comprimiendo cada vez más el aire de admisión hasta alcanzar la presión máxima del colector de admisión, que suele ser de 0,7 bares y a 1,3-1,5 bares en los turbocompresores modernos más grandes.

Para garantizar que no se supere la presión máxima, se utiliza una válvula de escape que actúa como válvula de seguridad para dirigir los gases de escape a la turbina. Para ello, esta válvula se conecta al colector de admisión a través de un tubo. Cuando el colector alcanza la presión máxima considerada necesaria por el fabricante, ésta ejerce presión sobre el diafragma de la válvula, comprimiendo un muelle calibrado y abriendo el bypass, de manera que parte de los gases de escape se desvían hacia la turbina en lugar de entrar por este bypass. Cambiando el ajuste de este muelle, es posible aumentar la presión máxima de sobrealimentación, aumentando así la potencia del motor. Este era, y sigue siendo, un método habitual para mejorar los motores, pero a costa de la fiabilidad y la durabilidad.

Sin embargo, con el desarrollo de la electrónica y la llegada de ECUs o unidades de control "más potentes", el control electrónico de la válvula de asiento se ha vuelto más fiable, ya que los componentes de la válvula de asiento están expuestos a altas temperaturas y tensiones y, por lo tanto, son más propensos a fallar. Como resultado, la válvula de asiento se abre o se cierra según los parámetros de la unidad de control, en lugar de según la presión de carga, de modo que a veces puede funcionar a una presión superior a la máxima y proporcionar una potencia adicional. Tampoco es necesario un conducto de conexión al colector de admisión, ya que la misma bomba de vacío se utiliza para otros componentes como la EGR.

Además de la válvula de escape, también cuentan con la llamada válvula de sobrepresión, cuya función es evitar la sobrepresión en el colector de admisión cuando el acelerador está cerrado y el motor no está acelerando o cambiando de marcha. Durante este breve periodo, los gases de escape siguen saliendo y la turbina gira, por lo que el aire sigue comprimido, pero choca con la válvula de mariposa cerrada y se comprime aún más. La válvula de derivación tiene una línea de vacío detrás de ella, de modo que cuando la válvula se cierra, se crea un vacío que abre la válvula de derivación. Esta válvula puede ser una válvula de derivación, que libera aire a la atmósfera y emite el característico sonido "psssst...", o una válvula de derivación, que libera aire en el sistema de admisión directamente detrás del caudalímetro.

Partes del turbocompresor

Un turbocompresor consta de dos partes principales: la turbina y el compresor. La turbina está formada por la rueda de la turbina y la carcasa de la turbina. La carcasa de la turbina se encarga de transportar los gases de escape a la rueda de la turbina. La energía contenida en los gases de escape hace girar la rueda de la turbina y los gases salen de la carcasa de la turbina por la sección de escape.

El compresor también consta de dos partes: la rueda del compresor y la carcasa del compresor. El modo de funcionamiento del compresor es opuesto al de la turbina. La rueda del compresor está conectada a la turbina mediante un eje de acero forjado. Cuando la turbina hace girar la rueda del compresor, el aire es aspirado y comprimido debido a la rápida rotación. A continuación, la carcasa del compresor transforma la corriente de aire de alta velocidad y baja presión en una corriente de aire de alta presión y baja velocidad en un proceso denominado difusión. El aire comprimido se introduce en el motor, permitiéndole quemar más combustible para producir más potencia.

Sistemas de sobrealimentación

Un motor turboalimentado utiliza medios mecánicos o la dinámica de los gases de escape o de admisión para aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros. De este modo, los motores tienen más potencia y son generalmente más eficientes.

Los Tipos de Turbo alimentación

Como se ha mencionado anteriormente, la admisión de aire forzado para motores tiene una larga historia, por lo que hay muchos tipos diferentes, cada uno con muchos subtipos. A lo largo de los años han aumentado en complejidad y eficacia, vamos a ver las más importantes en detalle.

La alimentación forzada dinámica

Este compresor aprovecha las propiedades dinámicas de los gases para dirigir más aire a los cilindros mediante ondas de choque, inercia de los gases y resonadores. La eficiencia no es muy alta, pero algunos coches utilizan tomas de volumen variable que aprovechan estas propiedades para mejorar ligeramente la capacidad de dirigir el aire a los cilindros.

También hay sistemas que dirigen la admisión en el sentido de la marcha, lo que permite la entrada de más aire y sólo aumenta ligeramente la potencia del motor. Este sistema se utilizó en algunos coches en la década de 1960, pero ya no se utiliza en la actualidad, en parte debido a la complejidad de la instalación y a la entrada abierta en el sentido de la marcha, que afectaría a la aerodinámica.

Compresores mecánicos de desplazamiento volumétricos y centrífugos

Los compresores mecánicos utilizan un sistema de accionamiento mecánico, normalmente una correa, un engranaje o una cadena, para impulsar un sistema que esencialmente empuja el aire hacia los cilindros, haciendo que el motor sea más potente y proporcione más combustible. En la actualidad se utilizan en muchos coches, solos o en combinación con turbocompresores, para complementar el rendimiento de ambos y proporcionar el "empuje" extra a bajas revoluciones que suelen ofrecer los sobrealimentadores mecánicos.

¿Por qué es necesario refrigerar el aire de admisión en los motores Turboalimentados?

El aire adicional que entra debido al turboalimentador se comprime, y por ende, su temperatura aumenta. La teoría dice que el aire caliente es mas ligero (menos denso) que el aire frio (mas denso) y por tal razón, hay mayor cantidad de oxigeno en el aire frio. Entonces, es necesario refrigerar o enfriar el aire que entra para que el rendimiento del motor sea mayor.

Es ahí donde entra el Intercooler, que no es mas que una especie de radiador por donde circula el aire comprimido, el cual se enfría con el aire que entra por la parte frontal del vehículo cuando esta en movimiento, mejorando la eficiencia del motor al entregar aire de mayor densidad al sistema de admisión.

¿El turbocompresor de un motor turboalimentado se lubrica?

La repuesta es si y es determinante para evitar su rápido deterioro. El turbo está diseñado para ser lubricado por el mismo aceite del propio motor, para ello está dispuesto un sistema que permite la circulación del aceite a las partes criticas del turbo. Es importante utilizar el aceite adecuado recomendado por el fabricante y cambiarlo dentro de los intervalos estipulados para que se pueda garantizar una lubricación adecuada en todas las condiciones de manejo y el turbocompresor pueda durar.

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