Cómo funciona un turbocompresor
Resumen: Los turbocompresores son compresores centrífugos accionados por una turbina de gases de escape y empleados en los motores para aumentar la presión del aire de carga. El rendimiento del turbocompresor influye en todos los parámetros importantes del motor, como el ahorro de combustible, la potencia y las emisiones. Es importante entender una serie de conceptos fundamentales antes de pasar a una discusión más detallada de los detalles del turbocompresor.
Un turbocompresor consiste en una rueda de compresor y una rueda de turbina de gases de escape acopladas por un eje sólido y que se utiliza para aumentar la presión del aire de admisión de un motor de combustión interna. La turbina de gases de escape extrae energía de los gases de escape y la utiliza para impulsar el compresor y superar la fricción. En la mayoría de las aplicaciones de tipo automovilístico, tanto el compresor como la rueda de la turbina son del tipo de flujo radial. Algunas aplicaciones, como los motores diesel de velocidad media y baja, pueden utilizar una rueda de turbina de flujo axial en lugar de una turbina de flujo radial. El flujo de gases a través de un turbocompresor típico con compresor y ruedas de turbina de flujo radial se muestra en la Figura 1 [482].
Cómo funciona un motor
Foto: Un turbocompresor típico de automóvil utiliza un par de ventiladores en forma de caracol, como éste. El que se ve aquí es un Garrett GT2871R, a punto de ser montado en el motor de un Pontiac G8. Foto de Ryan C. Delcore por cortesía de la US Navy.
es otra forma de decir “más energía por segundo”). Un supercargador (o “supercargador de accionamiento mecánico” para darle su nombre completo) es muy similar a un turbocompresor, pero en lugar de ser accionado por los gases de escape mediante una turbina, se alimenta del cigüeñal del coche.
Esto suele ser una desventaja: mientras que un turbocompresor se alimenta de la energía residual de los gases de escape, un sobrealimentador roba energía de la propia fuente de energía del coche (el cigüeñal), lo que no suele ser útil.
Foto: La esencia de un turbocompresor: dos ventiladores de gas (una turbina y un compresor) montados en un solo eje. Cuando uno gira, el otro también lo hace. Foto cortesía del Centro de Investigación Glenn de la NASA (NASA-GRC).
directamente conectado al compresor (el ventilador azul), que introduce el aire en el motor. Para simplificar, sólo mostramos un cilindro. Así, en resumen, es como funciona todo:
Turbocompresor
Cada vez es más frecuente que los motores de los coches estén equipados con turbos. Un turbo es una pieza de ingeniería avanzada y, por lo tanto, es muy vulnerable. Los problemas con un turbo afectarán al motor y provocarán daños irreparables. Por ello, damos 4 consejos para prevenir los problemas del turbo.
En los últimos años, los requisitos relativos a las emisiones de los coches se han vuelto más estrictos. En parte debido a esto, los fabricantes de automóviles optan por trabajar con motores más pequeños que están equipados con un turbocompresor. Un turbocompresor introduce más aire en el motor, por lo que puede quemarse más combustible. Juntos, más combustible y más aire proporcionan más potencia cuando se necesita. Como la mayor parte del tiempo esta potencia adicional no es necesaria, el uso del motor (más pequeño) es suficiente. Como resultado, se quema menos combustible, lo que hace que el motor sea más eficiente y emita menos CO2.
Durante el funcionamiento, el turbo gira a unas 150.000 RPM y el sistema puede alcanzar temperaturas de hasta 350°C. Esto supone una carga muy elevada para todos los materiales, incluido el lubricante. Por lo tanto, la posible contaminación puede tener un gran impacto en el turbo. Cuando el filtro de aire deja pasar el polvo u otros contaminantes, esto puede provocar el desgaste del cojinete del turbo. Además, los canales de aceite pueden obstruirse debido a las altas temperaturas de un turbo, por lo que éste puede atascarse en sus cojinetes. Los daños en el turbo reducen la potencia del motor. A la larga, los problemas del turbo pueden provocar la parada del motor. Por lo tanto, la prevención de los problemas del turbo es esencial y la selección del lubricante adecuado es crucial en este sentido.
Turbo flutter
A su vez, esto significa que podemos montar turbocompresores en motores de menor cilindrada y seguir obteniendo la misma potencia y par, o incluso más, que un motor convencional de mayor cilindrada con aspiración natural. Además, los motores más pequeños suelen consumir menos combustible que los grandes.
Permítanos ponernos un poco técnicos para explicar cómo funciona esto. Básicamente, un turbocompresor se compone de una turbina y un compresor. La carcasa de la turbina acepta los gases de escape que normalmente se desperdiciarían y hace girar la turbina a velocidades de hasta 250.000 rpm. Esto hace girar el compresor, que aspira el aire y lo comprime antes de introducirlo en la cámara de combustión del motor.
Normalmente, la cámara de combustión sólo admite la cantidad de aire que permite la presión atmosférica, creada por el vacío cuando el pistón desciende. Pero al forzar el aire del turbocompresor en el cilindro, esto permite que se encienda más aire y combustible, lo que resulta en una mayor explosión.
Funciona de forma muy parecida a la fragua de un herrero. ¿Has visto alguna vez a un herrero haciendo una herradura? Si lo has hecho, sabrás que no basta con quemar madera o carbón en la fragua; verás que el herrero también sopla aire adicional sobre el fuego mediante un conjunto de fuelles (o un soplador de hojas convertido en la actualidad).