TURBOCOMPRESOR

Un turbo es un sistema desobrealimentacin del motor, que comprime el aire de la atmsfera y lo pasa al interior de la cmara de combustin en grandes cantidades, a travs de una turbina que lleva a cabo esta accin.La principal ventaja del uso del turbo es elaumento de potencia. Se puede conseguir aumentar en gran medida los caballos de vapor, gracias a los gases comprimidos que emite el turbo. Por supuesto es un sistema que apela a laeficiencia, pudiendo trabajar as con motores de pequea cilindrada, dando cifras como las de los motores de gran cilindrada atmosfricos.Por el contrario, es un sistema que tambin tiene debilidades. La ms destacada, es que necesita un mantenimiento ms exhausto, pudiendo comprometer as lafiabilidaddel motor. Adems, es aconsejable esperar un poco antes de apagar el coche, para no comprometer al turbo, aunque hoy en da, los sistemas electrnicos ya se ocupan de esta tarea y dejan funcionar un par de minutos ms el turbo.

Ciclos de funcionamiento del TurboFuncionamiento a ralent y carga parcial inferior: En estas condiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es impulsada por medio de la baja energa de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros no ser precomprimido por la turbina del compresor, simple aspiracin del motor.Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presin en el colector de aspiracin (entre el turbo y los cilindros) se acerca la atmosfrica, se impulsa la rueda de la turbina a un rgimen de revoluciones ms elevado y el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es precomprimido y conducido hacia los cilindros bajo presin atmosfrica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su funcin de sobrealimentacin del motor.Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: En esta fase continua aumentando la energa de los gases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzara el valor mximo de presin en el colector de admisin que debe ser limitada por un sistema de control (vlvula de descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es comprimido a la mxima presin que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometra variable.

Cmo funciona un turboEl turbo se pone en marcha al mismo tiempo que los pistones comienzan a hacer su trabajo. Como acabamos de comentar,incorporan dos aspas unidas.Una comprime el aire de la atmsfera que recoge a travs de un filtro, y la otra se sincroniza con los gases internos y los expulsa hacia el tubo de escape.El aire lo recoge la caracola principal a travs de un filtro de aire, envindolo alintercoolera travs de una tubera y, a su vez, se comunica con el colector de admisin. El funcionamiento del motor es el mismo, con la diferencia de que trabaja conpresiones de aire ms altasy, como ya hemos mencionado, la expulsin de gases pasa por la segunda caracola que trabaja con la presin de aire que emitan los pistones.

Losmotores sobrealimentados, sondistintos de los motores atmosfricos yrequieren otro tipo de mantenimiento. Su relacin de compresin del motor es menor, pues al trabajar con unos gases ms comprimidos, requieren esta modificacin para asegurar la fiabilidad.

Al levantar el pie del acelerador, no estamos demandando ms aire, por lo que los gases sobrantes pasan a una vlvula. Generalmente se usan dos tipos de vlvulas. La ms utilizada en los vehculos de serie, es lavlvula recirculadora, que vuelve a introducir el aire sobrante en el circuito del intercooler. La otra opcin es lavlvula de descarga, muy utilizada en el mundo de las modificaciones. Su sistema es muy sencillo. Una vlvula queexpulsa el aire sobrantedel circuito al exterior. Esta opcin, se utiliza cuando se trabaja a grandes presiones, para evitar que se dae el sistema.

Constitucin de un turbocompresor

Los elementos principales que forman un turbo son el eje comn (3) que tiene en sus extremos los rodetes de la turbina (2) y el compresor (1) este conjunto gira sobre los cojinetes de apoyo, los cuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependen necesariamente de un circuito de engrase que los lubricaPor otra parte el turbo sufre una constante aceleracin a medida que el motor sube de revoluciones y como no hay lmite alguno en el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la presin que alcanza el aire en el colector de admisin sometido a la accin del compresor puede ser tal que sea ms un inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar el motor. Por lo tanto se hace necesario el uso de un elemento que nos lmite la presin en el colector de admisin. Este elemento se llama vlvula de descarga o vlvula wastegate (4).

Regulacin de la presin turboPara evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presin de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una vlvula de seguridad (tambin llamada: vlvula de descarga o vlvula wastegate). Esta vlvula est situada en derivacin, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina.La vlvula de descarga o wastegate est formada por una cpsula sensible a la presin compuesta por un muelle (3), una cmara de presin y un diafragma o membrana (2). El lado opuesto del diafragma est permanentemente condicionado por la presin del colector de admisin al estar conectado al mismo por un tubo (1). Cuando la presin del colector de admisin supera el valor mximo de seguridad, desva la membrana y comprime el muelle de la vlvula despegandola de su asiento. Los gases de escape dejan de pasar entonces por la turbina del sobrealimentador (pasan por el bypass (9)) hasta que la presin de alimentacin desciende y la vlvula se cierra.La presin mxima a la que puede trabajar el turbo la determina el fabricante y para ello ajusta el tarado del muelle de la vlvula de descarga. Este tarado debe permanecer fijo a menos que se quiera intencionadamente manipular la presin de trabajo del turbo, como se ha hecho habitualmente. En el caso en que la vlvula de descarga fallase, se origina un exceso de presin sobre la turbina que la hace coger cada vez ms revoluciones, lo que puede provocar que la lubricacin sea insuficiente y se rompa la pelcula de engrase entre el eje comn y los cojinetes donde se apoya. Aumentando la temperatura de todo el conjunto y provocando que se fundan o gripen estos componentes.Temperatura de funcionamientoComo se ve en la figura las temperaturas de funcionamiento en un turbo son muy diferentes, teniendo en cuenta que la parte de los componentes que estn en contacto con los gases de escape pueden alcanzar temperaturas muy altas (650 C), mientras que los que est en contacto con el aire de aspiracin solo alcanzan 80 C.Estas diferencias de temperatura concentrada en una misma pieza (eje comn) determinan valores de dilatacin diferentes, lo que comporta las dificultades a la hora del diseo de un turbo y la eleccin de los materiales que soporten estas condiciones de trabajo adversas.El turbo se refrigera en parte adems de por el aceite de engrase, por el aire de aspiracin cediendo una determinada parte de su calor al aire que fuerza a pasar por el rodete del compresor. Este calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor, ya que no solo dilata el aire de admisin de forma que le resta densidad y con ello riqueza en oxgeno, sino que, adems, un aire demasiado caliente en el interior del cilindro dificulta la refrigeracin de la cmara de combustin durante el barrido al entrar el aire a una temperatura superior a la del propio refrigerante lquido.Los motores de gasolina, en los cuales las temperaturas de los gases de escape son entre 200 y 300C ms altas que en los motores diesel, suelen ir equipados con carcasas centrales refrigeradas por agua. Cuando el motor est en funcionamiento, la carcasa central se integra en el circuito de refrigeracin del motor. Tras pararse el motor, el calor que queda se expulsa utilizando un pequeo circuito de refrigeracin que funciona mediante una bomba elctrica de agua controlada por un termostato.

IntercoolerPara evitar el problema del aire calentado al pasar por el rodete compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de enfriamiento del aire a partir de intercambiadores de calor (intercooler). El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire a diferencia del sistema de refrigeracin del motor que se tratara de un intercambiador agua/aire.Con el intercooler (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100-105 hasta 60- 65). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Adems se reduce el consumo y la contaminacin.

El engrase del turboComo el turbo est sometido a altas temperaturas de funcionamiento, el engrase de los cojinetes deslizantes es muy comprometido, por someterse el aceite a altas temperaturas y desequilibrios dinmicos de los dos rodetes en caso de que se le peguen restos de aceites o carbonillas a las paletas curvas de los rodetes (alabes de los rodetes) que producirn vibraciones con distintas frecuencias que entrando en resonancia pueden romper la pelcula de engrase lo que producir microgripajes. Adems el eje del turbo est sometido en todo momento a altos contrastes de temperaturas en donde el calor del extrem caliente se transmite al lado ms fri lo que acenta las exigencias de lubricacin porque se puede carbonizar el aceite, debindose utilizar aceites homologados por el API y la ACEA para cada pas donde se utilice Se recomienda despus de una utilizacin severa del motor con recorridos largos a altas velocidades, no parar inmediatamente el motor sino dejarlo arrancado al ralent un mnimo de 30 seg. para garantizar una lubricacin y refrigeracin ptima para cuando se vuelva arrancar de nuevo. El cojinete del lado de la turbina puede calentarse extremadamente si el motor se apaga inmediatamente despus de un uso intensivo del motor. Teniendo en cuenta que el aceite del motor arde a 221 C puede carbonizarse el turbo.

El engrase en los turbos de geometra variable es ms comprometido aun, porque adems de los rodamientos tiene que lubricar el conjunto de varillas y palancas que son movidas por el depresor neumtico, al coger suciedades (barnices por deficiente calidad del aceite), hace que se agarroten las guas y compuertas y el turbo deja de trabajar correctamente, con prdida de potencia por parte del motor.Tipos de turbo1. GEOMETRA FIJALos turbos de geometra fija (TGF) son los ms bsicos. Suestructura es sencillaya que apenas incorporan piezas que enven los gases al interior de la cmara con la caracola de escape. El problema que tienen es que su lag esexcesivo. Recordamos que el lag es un trmino que hace referencia al tiempo de respuesta del turbo, con respecto a las revoluciones del motor. Es decir, el tiempo en que tarda en enviar potencia al motor, desde que pisamos el pedal del acelerador desde cero.Su aspecto positivo es que sonbaratos y fiables, pues al carecer de piezas internas, su coste de produccin es menor y hay menos piezas que se puedan romper.2.GEOMETRA VARIABLELos turbos de geometra variable (TGV) son ms eficientes. Incorporan varias piezas mviles en la turbina, que le permiten adaptarse al rango de revoluciones en el que se trabaje, aprovechando mejor los gases del escape, lo que permite tener un rendimiento ptimo en un rango ms amplio de la curva de potencia. Generalmente son sistemas derodamientos, que, al contrario que los TGF, sufren un mayordesgastey son menos fiables.3. TWIN SCROLLEl Twin Scroll es un sistema que canaliza mejor el aire del interior de la cmara gracias a unabifurcacin en la caracola de escape. En la parte que une a la caracola de escape del turbo, con los colectores de escape del motor, la caracola tiene dos salidas totalmente separadas, que permite hacer un uso ms eficiente, al no mezclar los gases de entrada y salida del escape. De esta manera, se consiguereducir an ms el lag. As pues, puede ser tanto de geometra fija como variable.4. TURBO ELCTRICOEl turbo elctrico es una nueva variante todava en paales, aunque se ven cosas interesantes. Cada vez ms modelos van incorporando este nuevo sistema. Siguen elprincipio bsico del turbo estndar, con la diferencia que no tiene caracola de escape, sino que tan solo una caracola de entrada, movido por una zona elctrica. Sus ventajas se basan en las principales debilidades del turbo normal, es decir,elimina ese pequeo lagque quedaba pendiente y se convierte en unamezcla de las ventajasde un turbo normal y las de un compresor. Una alternativa que sin duda en cuanto se desarrolle por completo, copar todas las opciones de sobrealimentacin del mercado.Hoy por hoy, se suele utilizar un sistema biturbo (o monoturbo) o, si se quiere llegar a otros niveles de potencia, se pueden mezclar sistemas biturbo ms, un sistema de turbo elctrico para obtener unacurva de potencia compensadaen toda la curva. El mejor ejemplo de este ltimo, lo vimos hace unas semanas con el desarrollo de los motoresVolvo Drive-E.