Turbocompresor para niños
Un turbocompresor, también conocido como turbo, es un sistema especial que ayuda a los motores de los vehículos a tener más potencia. Funciona usando los gases de escape del motor para hacer girar una turbina. Esta turbina, a su vez, impulsa un compresor que empuja más aire hacia el motor. Al entrar más aire, el motor puede quemar más combustible y así generar más fuerza.
Los turbocompresores se usan mucho en los motores de los coches, tanto en los que usan gasolina como en los que usan diésel. Gracias a ellos, un motor puede ser más potente sin necesidad de ser más grande.
Contenido
Historia del Turbocompresor
El turbocompresor tiene una historia interesante, llena de avances importantes:
- En 1902, el 17 de diciembre, Louis Renault patentó el turbocompresor.
- En 1936, Cliff Garrett fundó The Garrett Corporation en California, Estados Unidos.
- En 1940, la tecnología del turbo empezó a usarse en barcos, fábricas y trenes.
- En 1953, la compañía Caterpillar probó el primer turbocompresor desarrollado por Garrett.
- En 1962, el Oldsmobile Jetfire Turbo Rocket fue el primer coche fabricado en EE. UU. en tener un turbocompresor de fábrica.
- En 1966, los motores con turbo se usaron por primera vez en las 500 Millas de Indianápolis, una famosa carrera de coches.
- En 1977, los motores turbo llegaron a la F1 con el equipo Renault. La primera victoria de un coche con motor turbo fue dos años después.
- A finales de 1977, Saab Automobile lanzó el Saab 99. Este modelo fue muy importante porque fue el primer coche de gran producción en usar un turbocompresor.
- En 2003, Ford lanzó el Focus RS con motor turbo. Ese mismo año, Caterpillar empezó a usar turbos Garrett en sus camiones.
¿Cómo Funciona un Turbocompresor?
Un turbocompresor aprovecha la energía que normalmente se perdería por el escape del motor.
Componentes Clave
El sistema tiene dos partes principales conectadas por un eje:
- Una turbina: Es como un pequeño molino de viento que gira gracias a los gases calientes que salen del motor.
- Un compresor: Está conectado a la turbina y, al girar, aspira aire del exterior y lo empuja con más fuerza hacia los cilindros del motor.
Proceso de Compresión
Cuando los gases de escape salen del motor, chocan contra la turbina y la hacen girar muy rápido. Como la turbina y el compresor están unidos por un eje, el compresor también gira. El compresor toma el aire del ambiente, lo comprime (lo aprieta) y lo envía al motor con una presión mayor a la normal.
Al meter más aire comprimido en los cilindros, entra más oxígeno. Esto permite quemar más combustible en cada explosión, lo que se traduce en más fuerza (par motor) y más potencia para el coche. Es como si el motor respirara más profundamente.
Los turbocompresores pequeños pueden aumentar la presión del aire en 0,25 bares, mientras que los más grandes pueden llegar a 1,5 bares. En coches de carreras, esta presión puede ser mucho mayor.
Una ventaja importante es que el turbo no le quita potencia al motor para funcionar, ya que usa la energía de los gases de escape que de otra forma se desperdiciarían. Otros sistemas de compresión, en cambio, sí necesitan energía del motor para funcionar.
Turbocompresores en Diferentes Motores
Los turbocompresores se adaptan de forma diferente según el tipo de motor.
Motores Diésel
En los motores diésel, el turbocompresor es muy común. Esto se debe a que los motores diésel siempre trabajan con un exceso de aire. Además, las presiones dentro de los cilindros de un motor diésel son mucho más altas que en un motor de gasolina. Estas altas presiones generan una gran fuerza en los gases de escape, lo que es perfecto para hacer girar la turbina del turbo de manera muy eficiente. Por eso, los motores diésel con turbo (llamados turbodiésel) son muy populares.
Motores de Gasolina
Últimamente, los turbocompresores se usan cada vez más en motores de gasolina, especialmente en los de tamaño pequeño. Esto permite que estos motores tengan mucha potencia sin consumir demasiado combustible.
En los motores de gasolina, el turbo debe funcionar con mucha precisión para controlar la mezcla de aire y combustible. También es importante ajustar la relación de compresión para obtener el mejor rendimiento y consumo. Una ventaja adicional es que estos motores pueden funcionar mejor en lugares con mucha altitud, donde el aire es menos denso.
Un aspecto a considerar en los motores de gasolina es el "turbo-lag" o retardo del turbo. Esto ocurre porque el turbo necesita un momento para empezar a girar lo suficientemente rápido y generar presión. Generalmente, el turbo funciona mejor a revoluciones medias del motor (entre 3000 y 5000 rpm).
Cuando un coche con turbo acelera, a veces se puede escuchar un silbido agudo. Y al dejar de acelerar, se puede oír un siseo, como el de los frenos de un camión, que indica que el turbo está bajando sus revoluciones.
Marcas como Volkswagen y Ford han desarrollado motores con turbo para mejorar la potencia y reducir el consumo y las emisiones. Algunos sistemas incluso combinan el turbo con otro tipo de compresor para obtener lo mejor de ambos mundos.
El Interenfriador
Cuando el aire se comprime, se calienta. El aire caliente es menos denso, lo que significa que tiene menos oxígeno en el mismo volumen. Esto reduciría la potencia del motor y podría causar problemas.
Para evitar esto, se usa un interenfriador. Es como un radiador que se coloca entre el turbocompresor y el motor. Su función es enfriar el aire comprimido antes de que entre en los cilindros. Al enfriar el aire, este se vuelve más denso, lo que permite que entre más oxígeno al motor y se genere más potencia.
Existen tres tipos principales de interenfriadores:
- Aire/aire: El aire comprimido se enfría con aire del exterior.
- Aire/agua: El aire comprimido se enfría con un líquido, que a su vez se enfría con un radiador o incluso con hielo en algunos casos.
- Criogénicos: Enfrían el aire usando la evaporación de un gas especial.
Retardo del Turbo (Turbolag)
El "turbolag" es el pequeño retraso que se siente al acelerar un coche con turbo, antes de que el motor entregue toda su potencia. Esto sucede porque el turbocompresor necesita un momento para que los gases de escape lo hagan girar a la velocidad necesaria para generar la presión adecuada.
Los fabricantes han creado varias soluciones para reducir este retardo:
- Twin turbo: Usa dos turbocompresores de diferente tamaño. El pequeño funciona a bajas revoluciones para una respuesta rápida, y el grande entra en acción a altas revoluciones para mayor potencia.
- Biturbo en paralelo: Utiliza dos turbocompresores pequeños e idénticos. Al ser más pequeños, giran más rápido y reducen el retardo.
- Turbocompresor asimétrico: Se usa un solo turbo pequeño en una parte del motor para lograr una respuesta muy rápida, sin buscar una potencia máxima extrema.
- Biturbo secuencial: Dos turbos idénticos trabajan de forma escalonada. A bajas revoluciones, todos los gases van a un solo turbo. Cuando las revoluciones aumentan, los gases se reparten entre los dos para obtener más potencia y menos retardo.
- Turbocompresor de geometría variable (VTG): Este turbo tiene unas aletas móviles que se abren y cierran. Esto permite controlar la velocidad de los gases de escape que entran en la turbina, logrando una presión de trabajo más constante en todo el rango de revoluciones del motor. Son muy comunes en motores diésel.
- Turbo eléctrico: Algunos prototipos usan un motor eléctrico para ayudar al turbo a girar a bajas revoluciones, eliminando el retardo.
Overboost
El Overboost es una función que permite al turbocompresor generar una presión extra de forma temporal cuando se necesita la máxima potencia, por ejemplo, al adelantar. Esto aumenta el par motor (la fuerza de giro) del coche por un corto periodo.
Evolución y Sistemas Modernos
La forma en que se usan los turbocompresores ha cambiado. Antes, se buscaba solo la máxima potencia a altas revoluciones. Ahora, se busca que el coche responda bien en todo momento.
Para controlar la presión del turbo y proteger el motor, se usan válvulas especiales:
- La válvula waste-gate' (o válvula de descarga): Desvía parte de los gases de escape directamente al tubo de escape, evitando que el turbo genere una presión excesiva.
- La válvula de descarga (también llamada dump valve o blow off): Libera la presión acumulada en el sistema de admisión cuando el conductor deja de acelerar. Esto evita que la presión dañe los conductos y ayuda a que el turbo no frene bruscamente, alargando su vida útil.
Hoy en día, existen muchos tipos de sistemas de turbocompresión:
- Sistemas con un solo turbo de geometría fija o variable.
- Sistemas biturbo (dos turbos), que pueden ser secuenciales o en paralelo.
- Sistemas triturbo (tres turbos), como los que usan algunos motores Audi y BMW.
- Sistemas tetraturbo (cuatro turbos), como el que monta BMW en algunos de sus modelos diésel.
- También existen los turbos híbridos, que son turbos mejorados internamente para ofrecer un mejor rendimiento que el original.
Refrigeración del Turbocompresor
El turbocompresor trabaja a temperaturas muy altas, por lo que necesita un sistema de refrigeración. Normalmente, se enfría con el mismo aceite del motor, que circula por el turbo mientras el motor está encendido.
Si se apaga el motor de repente después de un uso intenso, el turbo puede estar muy caliente. El aceite que lo refrigera se queda estancado y puede quemarse, perdiendo sus propiedades lubricantes y acortando la vida del turbo.
Para evitar esto, algunos coches tienen un sistema llamado turbo timer. Este sistema mantiene el motor funcionando por un corto tiempo después de que el conductor lo apaga, permitiendo que el aceite siga circulando y enfríe el turbo de forma segura.
Ventajas de Usar un Turbocompresor
Los turbocompresores ofrecen varias ventajas importantes:
- Pueden aumentar la potencia de un motor hasta en un 50% sin necesidad de hacer grandes cambios en su tamaño.
- Aprovechan la energía de los gases de escape, que de otra forma se desperdiciarían.
- Añaden poco peso y volumen al motor, lo que facilita su instalación en los vehículos.
- Se ajustan automáticamente a diferentes altitudes, ya que su funcionamiento depende de la diferencia de presión entre los gases de escape y el aire del ambiente.
- Ayudan a reducir el consumo de combustible, ya que se obtiene más energía por cada litro de combustible.
Véase también
En inglés: Turbocharger Facts for Kids
