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Turbo
Para llevar a cabo la combustión
completa de los hidrocarburos del combustible, es necesario aportar
la cantidad suficiente de oxigeno, el cual no está en cantidad
mayoritaria en el aire.
Cuanto más aire y combustible seamos capaces de introducir en
los cilindros del motor, mayor será la potencia que se podrá
obtener, pero mayor será la masa de aire necesaria para quemarlo;
de esta necesidad surge la idea de los motores sobrealimentados. La
carga fresca entra al cilindro a una presión muchísimo
mayor a la presión de entrada del compresor, y por tanto la temperatura
de entrada será igualmente alta.
La sobrealimentación consiste en establecer a la entrada de los
cilindros del motor una atmósfera de aire con una densidad superior
a la normal de forma que para un mismo volumen de aire, la masa de ese
aire es mayor; para ello se utilizan una serie de accesorios que serán
diferentes según el tipo de sobrealimentador que se utilice.
Funcionamiento del turbocompresor
En términos generales
existen 2 tipos de turbocompresores: el pulsativo y el de presión
constante. Cada uno tiene sus propias características de funcionamiento
y, sin embargo, ambos actúan de la misma forma básica.
El turbocompresor está montado en la brida de salida del múltiple
de escape del motor. Una vez puesto en marcha el motor, los gases de
escape del motor pasan a través del housing y hacen que gire
el trim y el eje, los gases se descargan a la atmósfera después
de pasar por el caracol caliente o housing.
El trim de la compresora, que está montada en el extremo opuesto
del eje del housing, gira por la acción del trim del housing.
El trim de admisión aspira el aire de ambiente a la compresora,
lo comprime y lo conduce por medio de una cañería a la
admisión del motor.
Durante el funcionamiento, el turbocompresor responde a las exigencias
de carga del motor reaccionando al flujo de gases de escape del motor.
Al ir aumentando el rendimiento del motor aumenta el flujo de los gases
de escape y la velocidad y el rendimiento del conjunto rotatorio aumentan
proporcionalmente mandando más aire a la admisión del
motor.
Algunos motores están dotados de intercambiadores de calor para
reducir la temperatura del aire del turbocompresor antes de su entrada
en el motor.
El turbocompresor tipo pulsativo, necesita un múltiple de escape
especialmente diseñado para llevar impulsos de escape de alta
energía a la turbina del turbocompresor. Este diseño,
con sus bifurcaciones individuales evita la interferencia entre las
descargas de los gases de escape procedentes de distintos cilindros
del motor, produciéndose de este modo una corriente de impulso
de alta velocidad, que no se consigue con otros diseños.
Con el tipo de turbocompresor de presión constante, el gas de
escape de todos los cilindros fluye al interior de un colector común,
donde desaparecen los impulsos, dando lugar a una entrada del gas en
la turbina a una presión constante.
En ambos tipos de turbocompresor, el gas de escape entra en la turbina
formando un anillo en espiral, lo que produce una aceleración
radial a una presión reducida y velocidad incrementada sobre
los alabes del trim del housing, los cuales están especialmente
diseñados, de tal forma que se aproveche la fuerza del gas para
la impulsión de la turbina, su eje y el trim unido a él.
El conjunto de la compresora es de diseño y construcción
similar, tanto en el turbocompresor pulsativo, como en el de presión
constante.
La compresora consta de un trim y su alojamiento, que lleva incorporado
un único espiral o difusor. El aire entra en la cámara
de la compresora (aspirado por el giro del mismo) entre los alabes del
trim, y es expulsado por efecto de la fuerza centrífuga, al interior
del espiral durante la rotación del trim. En este momento la
velocidad del aire disminuye y se produce el correspondiente incremento
de la presión. A medida que el aire asciende alrededor de la
espiral, se va reduciendo su velocidad y la presión aumenta en
función del diámetro de la sección transversal
de la cámara.
El turbocompresor pulsativo se usa principalmente en aplicaciones automotrices,
cuando es importante la respuesta en aceleración.
Ciclos de funcionamiento del turbocompresor
Funcionamiento a marcha lenta y carga parcial inferior
En estas condiciones el trim del housing es impulsado por medio de la baja energía de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros no será precomprimido en la compresora, simple aspiración del motor.
Funcionamiento a carga parcial media
Cuando la presión en admisión se acerca a la atmosférica, se impulsa el trim del housing a un régimen de revoluciones más elevado y el aire fresco aspirado por la compresora es precomprimido y conducido hacia los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su función de sobrealimentación del motor.
Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga
En esta fase continúa aumentando la energía de los gases de escape sobre la turbina y se alcanzará el valor máximo de presión en la admisión que debe ser limitada por un sistema de control (válvula de descarga). En ésta fase el aire fresco aspirado por compresora es comprimido a la máxima presión.