¿Cómo trabaja el turbocompresor del coche? Te contamos los entresijos de su funcionamiento


turbocompresor

El turbocompresor funciona como una bomba de aire caliente que fuerza la entrada de más aire en el motor y hace que este funcione más eficientemente, aumentando la potencia y reduciendo el consumo y las emisiones contaminantes.

Para ello, el turbo está instalado en el sistema de escape del motor entre el colector de escape y el tubo de escape.

Según salen los gases del motor se encuentran con la turbina de escape del turbo que hace girar la rueda compresora que comprime el aire que entra en el motor.

En la práctica el turbo es un componente sofisticado eficiente y complejo diseñado por tolerancia de milésimas de milímetro.

Consiste en una turbina y un compresor unidos por un eje y soportados por un sistema de cojinetes.

El turbo es movido por la energía sobrante de los gases de escape. Estos gases entran a través de la turbina de escape, hacen girar la turbina y salen a través del tubo de escape.

Las temperaturas alcanzadas en el escape llegan a los 900ªC lo que hace necesario el empleo de materiales resistentes al calor en la caracola de escape y en la cabeza de la turbina.

turbo

Las revoluciones y el par del motor determinan lo rápido que gira el rotor. Con el motor al ralentí la velocidad del rotor será mínima, al pasar más gases a través de la turbina, la velocidad del rotor se incrementa.

A velocidad máxima el rotor alcanza las 240.000 rpm. La rueda compresora está conectada con la turbina con eje de acero y es movida por la velocidad generada por esta. El aire es atraído a la caracola de admisión por la rueda compresora y comprimido al girar los álabes a gran velocidad.

El perfil de la caracola de admisión transforma el aire que entra a gran velocidad y baja presión en aire a baja velocidad y alta presión a la salida del turbocompresor.

El aire entra en la caracola de admisión a temperatura ambiente, pero sale a 200ºC, al aumentar la temperatura del aire, disminuye su densidad y perdemos potencia por eso hay que usar un intercooler que a través de aire o agua disminuya la temperatura del aire procedente del turbocompresor.

El eje que une la turbina y el compresor descansa sobre cojinetes lubricados por el aceite del motor, el aceite se introduce a presión a través del cuerpo hasta los cojinetes, el cojinete de empuje y el resto de piezas de fricción. El aceite también sirve como refrigerante, para eliminar el calor generado por el giro del rotor y la fricción.

Los cojinetes flotan sobre una película de aceite que se forma entre el eje y el cojinete, y el cuerpo y el cojinete. Las tolerancias de estas películas de aceite son críticas.

funcionamiento turbocompresor

En los 2 extremos del cuerpo encontramos segmentos, que a diferencia de los que podemos encontrar en el motor, están diseñados para soportar las altas temperaturas y presión que generan estos puntos y evitar así el paso de aceite a la caracola de escape y a la caracola de admisión.

Una turbina pequeña tendrá una magnífica respuesta a bajas revoluciones, por el contrario a altas revoluciones se pasará de vueltas y presurizará el motor en exceso.

Para prevenir esto a los turbos se les ha incorporado una válvula que controla la presión de soplado. En el momento que la presión se acerca al máximo permitido, la válvula se abre para permitir que los gases sobrantes no pasen a través de la turbina y salgan directamente al tubo de escape.

En un turbocompresor con válvula podemos usar una turbina pequeña con total seguridad y conseguir una magnifica respuesta manteniendo la potencia.

Turbos con y sin válvula pueden ser reparados sin problemas siempre que sigamos las instrucciones del fabricante y usemos piezas originales.

Esquema del funcionamiento del turbocompresor

esquema turbo
Resumen funcionamiento de un turbocompresor

¿Qué diseños se han implementado para mejorar el rendimiento del turbocompresor?

En los turbos tradicionales el caudal de aire suministrado al motor viene determinado por el diseño de la turbina, el compresor y sus caracolas, que es siempre un compromiso entre el rendimiento a altas y bajas revoluciones del motor.

Para solucionar este problema y que el turbo mantenga su rendimiento bajo todos los regímenes del motor, aparecieron los turbos de geometría variable VNT o VGT en inglés.

Dependiendo del fabricante los turbos de geometría variable actúan moviendo álabes o toberas según el régimen del motor pasa de bajas a altas revoluciones. Esto nos permite un uso mucho más eficiente de la energía de los gases de escape que genera el flujo de aire deseado a lo largo de todos los regímenes del motor.

Esta mejora de la respuesta en todos los regímenes del motor reduce el consumo de combustible, mejora el freno motor y permite a los fabricantes producir motores más pequeños con la misma potencia.

Los primeros turbocompresores de geometría variable usaban válvulas de presión o vacío para regular la posición de los álabes o las toberas.

Los más modernos utilizan válvulas electrónicas gobernadas por la unidad de control electrónica del motor.

 

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Sobre el autor

Iberisa
Iberisa S.L es una empresa fundada en 2010, ubicada en Burgos y especializada en la importación, distribución, mantenimiento y servicio de maquinaria para la automoción.

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