Introducción a algunos de lso aspectos elementales de los turbos.

¿Por qué no se aplican mas los comprex , si mejoran las repuesta frente a los turbos?
Debido a que deben multiplicar el régimen de giro frente al del motor , encuentran una limitación en su aplicación a motores de gasolina por lo que no se deben usar por encima de 5000 rpm para el motor.

Son muy útiles en motores de gasoil debido a su margen estrecho de revoluciones donde el comprex mantiene el par alto en todo el rango , pero su mayor precio condiciona su difusión .

La mejora alcanzada en turbos de geometría variable , han hecho alejar mas la posibilidad de su introducción por su mejora de respuesta en bajas vueltas .

Aunque menor , sigue existiendo en los turbos de geometría variable el vacío cuando el régimen es bajo y sobre todo cuando coincide con pocos gases.

¿Por qué algunos fabricantes usan compresores volumétricos?
Su presión de sobrealimentación no es muy elevada y se mantiene proporcional al régimen de giro, muy pareja en todo el rango de revoluciones .

Su respuesta al acelerador es casi inmediata y aunque consume potencia en su accionamiento ,su curva de par se aproxima a la de un motor atmosférico con mas cilindrada y rozamientos de motor de reducida cilindrada , sin el retraso característico de motores turbos, ni el vacío en bajo régimen.

Existen de distintos tipos:
• Paletas ( similar a las bombas de vacío de los motores diesel). Ver imagen de la pregunta "¿Que es un turbocompresor de geometría variable?"

• De lóbulos, Roots. El compresor de desplazamiento mas popular es el de tipo "Roots", denominado "compresor de lóbulos". En este caso un par de rotores en forma de "ochos" conectados a ruedas dentadas que giran a la misma velocidad pero en sentidos contrarios bombean y comprimen el aire conjuntamente. Este compresor mas que comprimir el aire lo que hace es impulsarlo. 


• De tornillo Elliot.

• Compresor G en espiral , de VW ver diagrama: Los compresores utilizados por Volkswagen, llamados compresor centrifugo o cargador "G", presentan una forma de sus cámaras similar a esta letra. Las piezas alojadas en su interior se desplazan en un movimiento excéntrico (no giran). Se caracteriza por un elemento desplazable dispuesto excéntricamente con estructura espiral en ambos lados (espiras móviles), que da lugar, junto con las carcasas (cárter fijo), también en espiral a cámaras de volumen variable. Dejó de utlizarse en la década de los 90 por sus problemas de lubricación y estanqueidad. El compresor G lo montaban los modelos VW Polo y Golf con los conocidos motores G40 y G60.



Se tienen a montar compresores que no requieran contacto entre las partes móviles ( Roots, Elliot), donde las partes internas del mismo , no lleguen a tocarse con una tolerancia muy estrecha entre ellas, reduciendo así los rozamientos.

Mercedes potencia sus 4 cilindros con compresores de lóbulos Roots para competir con motores de 6L en BMW , con potencias cercanas a 200 cv.

¿Por qué el mas usado es el turbocompresor?
El turbocompresor es la forma mas barata de sobrealimentar , ya que aprovecha la energía residual de los gases de escape y se obtiene buenas capacidades de sobrealimentar tanto en bajo caudal como en altos regímenes.

Su buena aceptación en los motores diesel y su mejora de rendimiento ,ha hecho que se difundieran y llegara a desplazar a los atmosféricos en motores con este ciclo .

Su característica de manejar gran cantidad de volumen de aire , lo hacen muy útil en estas mecánicas diesel donde el exceso de aire no perjudica al ciclo, su nueva adaptación a los motores otto les promete una segunda juventud para estos motores, últimamente olvidados.

Mantiene las prestaciones incluso a elevada altura sobre el nivel del mar sin consumir potencia del motor para su accionamiento y puede usarse para; reducir al contaminación (mejorando el quemado) , para aumentar la potencia , o para ambas cosas a la vez.

¿Que es un turbocompresor de geometría variable?
Un tipo especial de turbocompresor es el llamado variable o también de geometría variable. Lo que varía en este tipo de compresor es un mecanismo que aumenta o disminuye la fuerza que hacen los gases de escape sobre la turbina. Actualmente hay dos mecanismos para variar el área por el que pasa el gas de escape hacia la turbina: en uno (imagen de la izquierda), una serie de álabes cambian el área y también el ángulo de incidencia del gas sobre la turbina. En el otro (imagen de la derecha) es una «campana» que se mueve axialmente con relación a la turbina para variar el área. Hasta ahora, el turbocompresor variable sólo se utiliza en motores Diesel; en los de gasolina la temperatura de los gases de escape es demasiado alta para admitir sistemas como éstos.

Un turbo variable sirve para disminuir el retraso de respuesta. El régimen que debe alcanzar un turbocompresor es muy grande y cuesta un cierto tiempo acelerarlo, especialmente a bajo régimen del motor. Al incrementar la fuerza que hace el gas de escape sobre la turbina, ese tiempo es menor. Un turbocompresor variable no tiene necesariamente válvula de descarga, ya que puede llegar a disminuir el giro de la turbina hasta que la presión que genera el compresor descienda al nivel requerido.

¿Por qué el diesel tolera mejor el turbo que los motores otto?
El aumento de la presión en la cámara de combustión despues de la compresión, genera en los motores Otto problemas de detonación por lo que se debe limitar su relación de compresión frente a un atmosférico; y evitar el efecto de picado de bielas en situaciones de altas cargas y bajas revoluciones combinadas con altas temperaturas .Esto reduce el rendimiento de un Otto , cuando el turbo no sopla.

El motor diesel trabaja , admitiendo solo aire , por lo que el empleo de turbocompresores no afecta al problema de detonación en los motores diesel. La reducción de la relación de compresión no afecta tanto el rendimiento , por ser de menor valor y deberse solo a problemas constructivos .

La mayor temperatura facilita el quemado del gasoil nada mas entrar en la cámara , por lo que se reduce la acumulación de combustible dentro de esta y su posterior combustión. De ahí que el funcionamiento de un turbo frente a un atmosférico ,sea mas suave , por el mejor y mas progresivo quemado del gasoil, conforme entra en la cámara , sin acumular una cantidad de él , que se queme súbitamente .

¿Si el Otto presenta "problemas" a la sobrealimentación con turbos , por que se usa ?
Limitar la presión máxima en los turbos se hace importante , tanto en diesel, ( es posible rebasar la capacidad de aguante de la culata ) como en OTTO, en estos se suma la necesidad de rebajar la temperatura final de compresión que puede provocar el autoencendido, o la detonación en según que circunstancias.

Para evitarlo sin llegar a enriquecimiento no tolerables por las normas anticontaminación , se reduce la presión de alimentación , generándose los turbos de bajo soplado, de esta forma se dispone de una mejora en la capacidad de respuesta pero sin llegar a valores excesivamente altos de par y potencia.

La introducción de la electrónica en el control de las gestión del motor , y los sensores de detonación han generado que se puede estar montando turbos en motores de gasolina garantizando su funcionamiento incluso en niveles de sobrealimentación elevados , debido al control exhaustivo que se tiene del ciclo en cada vuelta, actuando sobre encendido o tarado de la presión del turbo , para evitar el problema de detonación, sin necesidad de renunciar a altas prestaciones.

¿Si el Otto solventa los problemas de detonación con la electrónica , por que no se extienden mas rápido, y hay mas modelos turbos?
Debido a la reducción de compresión motivada para permitir una sobrealimentación aceptable sin problema de detonación , hace que el rendimiento de estos motores cuando el turbo no sopla sea muy bajo.
La sobrealimentación en gasolinano admite a diferencia del diesel la geometría variable , debido a las altas temperaturas de funcionamiento, por lo que su forma de uso es de peor rendimiento en bajas vueltas , como debe arrastrar de una caja desmultplicada acorde con la potencia máxima obtenida ( elevada cuando el turbo carga) esto genera que en arrancadas y uso a cargas parciales se hagan de mayor consumo frente a motores atmosféricos de similar potencia y mas difíciles de manejar , por su poca fuerza a régimen de ralentí.

La búsqueda de coches mas adaptados al uso cotidiano, genera que no se recurra tan fácilmente a sobrealimentar motores con ciclo OTTO.

La mala fama injustamente extendida de respuesta brusca y a destiempo de estos motores han jugado un flaco favor a su aceptación .

Fabricantes como Saab , han conseguido hacer una gama de motores con distintos grados de sobrealimentación adaptándolos a cada tipo de cliente y parece que gracias a buenas realizaciones en el mercado, este tipo de motores parece volver a la vida.

¿Es verdad que los motores turbos cuando se revolucionan en reducciones , aumentan sus prestaciones de forma rápida acelerando en vez de retener?
Ninguna afirmación ha sido tan injusta ni injustificada , como dicha idea, que a fuerza de ser repetida se ha hecho un axioma casi inamovible.

Los motores turbos precisamente adolecen de sufrir una perdida de prestaciones en fenómenos de retención , debido a que la válvula de la mariposa se encuentra cerrada( o la carga de combustible es mínima) los gases que accionan la turbina , son a su vez muy pocos, de forma que podemos llegar a tener el motor a régimen máximo de giro y el turbo prácticamente parado.

Así que cuando demandemos carga al motor , encontraremos una mínima parte de lo esperado, menos incluso que en un atmosférico de similar cilindrada .

Habrá que esperar a que la inercia del rodete , sea vencido por los gases de escape que se comienzan a generar , para que el fenómeno de la sobrealimentación devuelva el brío que se espera de estos motores .

Esto en Formula 1 con turbos muy grandes ( para conseguir sacar mas de 1000 cv a un 1500 cc) hacia que el retraso fuera tal , que había que demandar la potencia en la entrada a la curva , para que el retraso hiciera aparecer esta, justo a la salida. De ahí la afirmación de Nelson Piquet: "Quiero las prestaciones del un turbo, pero en un atmosférico".

Hoy en día en vehículos de serie , con turbinas ,mas reducidas y usos mas racionales , pierden todo el sentido la afirmación del corredor , y el turbo se puede considerar un elemento que aporta mucho par en regímenes de uso habitual, por lo que aumentan las potencia y elasticidad de los motores Otto reduciendo las intervención sobre la caja de relaciones , durante el uso ordinario.

¿Sirve igual un turbo de un motor de gasoil para uno de gasolina?
A parte de que en el montaje de un tubos hay que considerar el caudal máximo y mínimo a manejar , en función de la cilindrada , no tiene dentro de este orden la misma validez un turbo para uno u otro tipo de motor .

El rango de temperaturas de los motores de gasolina ( OTTO) es en varios cientos de grados superior al valor de un motor de diesel, de ahí que un turbo de gasoil, puede que no soporte las temperaturas a que será sometido en un motor otto a pleno rendimiento, debido a los materiales usados en la fabricación del rodete.

¿Qué incidencia tiene el tamaño de los rodetes en el comportamiento del turbo?
El tamaño del rodete es determinante para evitar uno de los defectos el turbo, su retraso.

El retraso del turbo se motiva por la cantidad de masa que gira y el momento de inercia que genera en función de su tamaño y forma , a menor tamaño del rodete y menor peso, mayor capacidad para cambiar su régimen de giro y por lo tanto menor será el efecto retraso que se produzca en su funcionamiento.

Por otro lado el tamaño de los rodetes cobran importancia en la forma de funcionar y el caudal a manejar , de ahí que un turbo de gran tamaño, no puede girar a gran velocidad por los esfuerzos a los que se sometería las partes mas externas del rodete y presentan un mayor efecto de retraso a la hora de alcanzar la presión máxima de alimentación, desde cero carga .

En motores estático de grandes cilindradas y turbos muy grandes puede ser necesario un accionamiento directo al rodete en las primeras fases de giro para que este alcance rápido su régimen de carga.

Los turbos pequeños , admiten velocidades de giro mayores y retrasos en su cambio de velocidad inferiores lo que facilita la respuesta y reduce el retraso.

La reducción del peso disminuye el momento de inercia de los rodetes , razón por la que algunos turbos llevan los alabes de material cerámico, que soporta muy bien las altas temperaturas con reducido peso, aunque son mas frágiles.

Un turbo excesivamente pequeño, puede no tener capacidad para alimentar a requerimientos de grandes caudales .

¿Cómo son los cojinetes de un turbo ?
En turbos grandes son de bolas o rodamientos , en turbos pequeños( de automoción ) se usan casquillos de bronce sinterizado( ya que los turbos de automoción son de pequeño tamaño y giran a velocidades superiores a 100.000 RPM), el eje se soporta por una película de aceite a presión la cual se pierde al para el motor .

Actualmente se esta intentando volver a cojinetes de bolas en los turbos , que den fiabilidad a largo plazo y mejores respuestas con menores retrasos, mejorando hasta en tres veces su capacidad para subir de vueltas, frente a los de casquillos.