Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel. En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos modelos pagan menos impuestos que los que no tienen turbocompresor.

Funcionamiento

En los motores sobrealimentados mediante este sistema, el turbocompresor consiste en una turbina accionada por los gases de escape del motor de explosión, en cuyo eje se fija solidariamente un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión que la atmosférica. Los gases de escape inciden radialmente en la turbina, saliendo axialmente, después de ceder gran parte de su energía interna (mecánica + térmica) a la misma. El aire entre al compresor axialmente, saliendo radialmente, con el efecto secundario negativo de un aumento de la temperatura más o menos considerable. Este efecto se contrarresta en gran medida con el intercooler. Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno (masa) que la masa normal que el cilindro aspiraría a presión atmosférica, obteniéndose más par motor en cada carrera útil (carrera de expansión) y por lo tanto más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, y con un incremento de consumo proporcional al aumento de masa de aire en el motor de gasolina. En los diésel la masa de aire no es proporcional al caudal de combustible, siempre entra aire en exceso al carecer de mariposa, por ello es en este tipo de motores en donde se ha encontrado su máxima aplicación (motor turbodiesel). Los turbocompresores más pequeños y de presión de soplado más baja ejercen una presión máxima de 0,25 bar (3,625 psi), mientras que los más grandes alcanzan los 1,5 bar (21,75 psi). En motores de competición se llega a presiones de 3 y 8 bares dependiendo de si el motor es gasolina o diésel. Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de escape, que se desecharía en un motor atmosférico, no resta potencia al motor cuando el turbocompresor está trabajando, tampoco provoca pérdidas fuera del rango de trabajo del turbo, a diferencia de otros, como los sistemas con compresor mecánico (sistemas en los que el compresor es accionado por una polea conectada al cigüeñal).


Funcionamiento en distintos tipos de motores
Diésel
Lado compresor, con entrada de aire por el lado de baja presión y conexión de alta presión a la membrana de la "Waste-Gate". En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con exceso de aire al no haber mariposa, por una parte; esto significa que a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm) entra mucho más aire en un cilindro diésel. Por otra parte, y esto es lo más importante, las presiones alcanzadas al final de la carrera de compresión y sobre todo durante la carrera de trabajo son mucho mayores (40 a 55 bares) que en el motor de ciclo Otto (motor de gasolina) (15-25 bares). Esta alta presión, necesaria para alcanzar la alta temperatura requerida para la auto-inflamación o auto-ignición del gasóleo, es el origen de que la fuerza de los gases de escape, a igual régimen, cilindrada unitaria y carga requerida al motor sea mucho mayor en el diésel que en la gasolina.

Regulación del turbocompresor

En muchos casos, y según el tamaño del turbo, con objeto de limitar el exceso de presión cuando la turbina trabaja a máximas revoluciones (por ejemplo subiendo una cuesta prolongada con el acelerador a tope) existe un dispositivo mecánico de regulación, una válvula de descarga (Waste-gate) que desvía mediante una derivación o Bypass parte o todo de los gases, limitando de esta manera el régimen de la turbina y por tanto del compresor. Salida del lado de baja presión de a turbina (izquierda) y válvula Waste-gate en estado de reposo (cerrado). Es preciso dejar claro que la presión que proporciona el turbo no depende exclusivamente del régimen motor (rpm) sino también sobre la carga del motor, la cual corresponde al par motor que tiene que darnos el motor para un régimen determinado. Esto significa que a un determinado motor, en un primer caso subiendo una pendiente del 0,3% a 3000 rpm y en un segundo caso bajándola a las mismas 3000 rpm, no le pedimos la misma carga y por tanto no entregará a la transmisión el mismo par motor en los dos casos, es decir la fuerza de la combustión es menor bajando, por tanto lo mismo ocurre con la de los gases de escape y finalmente con las rpm de la turbina. Los vehículos diésel hoy día no se conciben sin un turbocompresor. Gracias al aumento imparable del par motor a través de estas últimas décadas, un motor diésel de inyección directa de 1.5L. de cilindrada rinde a las mismas revoluciones (4000) más potencia (102CV, Motor Hyundai-Kia 1.5 Crdi 16v) que un diésel atmosférico de hace 30 años del doble de cilindrada con precámara (80CV, motor Mercedes-Benz OM617 de 5 cilindros, 3.0L de Mercedes-Benz de los años 70).

Gasolina

En los motores de gasolina, bencina o nafta, el combustible se inyecta en el paso entre el turbocompresor y la cámara de combustión (colector o múltiple de admisión) o directamente en la cámara si es inyección directa. En motores gasolina, se debe reducir la relación de compresión para evitar el autoencendido. Esto, que se hace normalmente rebajando la parte central de la cabeza del pistón, produce una disminución del rendimiento teórico del ciclo, el cual sin embargo se compensa con la presión de aire extra que entra dentro la cámara de compresión con la cual el motor desarrolla mucho más par y por tanto potencia que un motor atmosférico a idénticas condiciones. Por ejemplo un motor atmosférico convencional de 1.000 CM3 desarrolla alrededor de 50 CV, un motor 1.000 CM3 turboalimentado convencional desarrolla alrededor de 100 CV. Los motores de gasolina se controlan mediante una válvula de mariposa accionada por el acelerador eléctricamente o mecánicamente por un cable, la cual regula la cantidad de mezcla aire/combustible que entra en el motor. Mediante un sistema mecánico (carburador) o electrónico (inyección) se dosifica la cantidad de gasolina para que por mucho que cambie la cantidad de mezcla combustible/aire que alimentan los cilindros, se mantenga la relación estequiométrica de 14,7 partes de aire en peso por una de gasolina. Es muy recomendable la utilización de una válvula adicional llamada "blow-off" entre el turbocompresor y la válvula de "mariposa" de la admisión. Al cerrar la mariposa de forma repentina se crea un aumento de presión llamada golpe de ariete este se desplaza por los tubos buscando una salida, si no la hay esta presión intenta retroceder por el turbo provocando una reducción de su velocidad de giro y una reducción del caudal de aire aportado; estos factores llevan al turbocompresor a un área de trabajo inestable conocida como "surge", que, de no ser evitada provoca sobresfuerzos al turbocompresor. Para evitarla, la blow-off libera parte de la presión proveniente del turbocompresor. Las blow-off pueden recircular el exceso de presión a la entrada de la admisión (en este caso se llaman válvulas recirculadoras,"diverter" o "desviadora") y válvulas blow-off propiamente dichas, que descargan la presión al exterior produciendo un sonido característico. La válvula blow off funciona accionada, mediante la depresión del colector de admisión, esta crea un vacío sobre el pistón de la válvula, cuando esta supera cierto valor (supera la fuerza del muelle antagonista) esta se abre y deja salir el aire.

Intercooler

El aire, al ser comprimido, se calienta y pierde densidad; es decir, en un mismo volumen tenemos menos masa de aire, por lo que es capaz de quemar menos combustible y, en consecuencia, se genera menos potencia. Además, al aumentar la temperatura de admisión aumenta el peligro de detonación, picado, o autoencendido y se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura, y sobreesfuerzos del grupo térmico. Para disminuir esta problemática se interpone entre el turbocompresor y la admisión un "intercambiador de calor" o "intercooler". Este sistema reduce la temperatura del aire, con lo que se aumenta la densidad de éste, y que introducimos en la cámara de combustión. En el lado negativo, los intercambiadores de calor provocan una caída de presión, por lo que se disminuye la densidad del aire, aunque en muchos casos es necesario instalar uno para evitar la detonación o autoignición. Existen tres tipos de intercoolers: 1.Aire/aire: en estos el aire comprimido intercambia su calor con aire externo. 2.Aire/agua: el aire comprimido intercambia su calor con un líquido que puede ser refrigerado por un radiador o, en algunas aplicaciones, con hielo en un depósito ubicado en el interior del coche. 3.Criogénicos: se enfría la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire.

Muy interesante

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Componentes del turbocompresor

El gas de escape del motor expandido es dirigido a través del colector de escape a la carcasa de turbina. La presión del gas de escape y la energía del calor extraído hacen que gire la rueda de la turbina, que a su vez impulsa la rueda del compresor. Las presiones y temperaturas del gas de escape bajan cuando pasan por la rueda de turbina y luego son dirigidas a la atmosfera.

La rueda de compresor rotativa introduce aire ambiente a través del sistema de filtración del motor. Sus álabes se aceleran y expelen el aire dentro de la carcasa del compresor, donde es comprimido y dirigido mediante el colector de admisión del motor.
El turbocompresor debe acoplarse perfectamente a cada tamaño y rendimiento de potencia de motor. La salida de potencia necesita determinar la cantidad de elevación de presión de aire requerida para entregar el volumen de aire correcto al motor. Esto se consigue mediante combinaciones de tamaño de rueda, velocidad de la misma y tamaño de la caracola.
Los turbocompresores se componen de una turbina accionada por el gas de escape y un compresor de aire redial montada en los extremos opuestos de un eje común y encerrado en carcasas de fundición. El eje mismo está encerrado y soportado por una carcasa central, a la que están unidas las carcasas de turbina y de compresor. Un turbo típico puede girar entre las 100.000 a 150.000 r.p.m., lo que quiere decir que ha de ser todo perfecto y equilibrado al máximo para que no haya roturas.


La sección de turbina está compuesta de una rueda de turbina de fundición, un plato de fuego y una carcasa de turbina, con la entrada en el diámetro exterior de la carcasa de turbina. Es un dispositivo centrípeto, de flujo de entrada radial o mixta, en donde el gas de escape fluye hacia dentro, pasa los álabes de la rueda, y sale por el centro del diámetro exterior de la, carcasa.
A un turbocompresor sin la carcasa de turbina se le llama carcasa central (carcasa cojinetes) soporta el eje de la rueda de compresor diseñado para alta velocidad no soporta cargas pesadas, como sucede con los cojinetes del cigüeñal, pero las ruedas deben estar perfectamente posicionadas, lo más ajustados posible al contorno del extremo de las carcasas. Es clave para el posicionado del aceite que llena las holguras entre el taladro de la carcasa central, cojinetes y el eje. Esta holgura llena de aceite es vital para la eficacia y longevidad del turbocompresor.
El esquema de flujo de aceite, como el aceite entregado desde el sistema de lubricación del motor es dirigido mediante puertas y ranuras a los casquillos. El aceite fluye a través de agujeros en los cojinetes para lubricar y enfriar los cojinetes, taladros y casquillos. El aceite es también dirigido desde la puerta de entrada al cojinete axial o a través del conducto en el plato de admisión al cojinete axial. El aceite drena la carcasa por el efecto de la gravedad.

Sistema de sellado separan la carcasa central de la parte de turbina y compresor. Los sellos restringen que el aceite entre las áreas de compresor y turbina, reduciendo el flujo de gases, desde estas áreas a la carcasa central. Estos sistemas pueden incluir sellos de aro de pistón, sellos de carbón y tóricas, deflectores de aceite y sellos laberinto (roscados), para realizar este trabajo. Los sellos de aceite se activan cuando gira el eje y se desarrolla la presión de la carcasa.
Varios aros retenedores y pernos aseguran o mantienen en su lugar los componentes rotativos. Componentes de empuje mantienen en su lugar los componentes rotativos. Componentes de empuje mantienen la integridad axial. Se usa una tuerca de eje o una rueda roscada para unir la rueda del compresor y la rueda de la turbina. Las carcasas de compresor y de turbina están unidas a la carcasa central y conjunto rotativo por pernos, abrazaderas banda "v" y/o placas de fijación y pernos.
La válvula oscilante, la válvula poppet y las puertas de purga son tipos de dispositivos de control de escape que ayudan a controlar el "boost" (sobrealimentación). Están o bien integrados en la turbina o montados remotamente. Son activados por el diafragma o por el cilindro y los pistones llenos de aire o aceite. Cuando se abren se libera la presión de escape excesiva de la carcasa de la turbina, se dirige al sistema de escape se expulsa a la atmosfera.


Un saludo

        hola muy tema...
        sera que me podrias dar una mano con unos problemas con turbinas de motores a gasolina?
        el tema es el siguiente tengo un motor suzuki 660 cc turbo intercooler es un autmovil compacto
    y va rompiendo tres turbinas no tengo ni idea del por que la primera duro 3 meses la segundo 2 meses y la tercera 3 dias
   por que me rompe los ejes de la turbina? cada vez que le he instalado una turbina me serciore de que se estubiera lubricando y refrigerando y aun asi las rompe ojala me ayudes gracias