¿Qué es un turbo?

Un turbocompresor, también llamado turbo, es un refinado dispositivo mecánico de sobrealimentación que usa una turbina centrifuga conducida por los gases de escape del motor para hacer rotar un compresor unido a ella a través de un eje. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.

¿Qué requiere un turbo para funcionar?

Para funcionar, un turbo necesita el gas de residuo de combustión que se expulsa por el conducto de escape, así como aire del exterior para comprimir y enviar al motor, a fin de que éste queme en su máxima capacidad el combustible. También requiere aceite lubricante para evitar daños en sus componentes internos ocasionados por fricción y/o exceso de temperatura.

¿Cómo funciona/opera un turbo?

De forma sencilla, un turbocompresor, lo que es igual que un compresor que funciona con turbina, aprovecha el desecho de combustión que sale por el escape y lo “recicla” mediante la turbina, produciendo una energía que se retribuye al compresor de aire. Este, por su parte, se ocupa de comprimir el aire para que provea al cilindro del motor aire condensado lo que, realmente, se traduce en un aprovechamiento mayor o máximo del combustible.

¿Cuáles son las partes del turbocompresor?
  • Carcasa de admisión o compresora.
  • Carcasa de escape.
  • Cojinetes o bujes (radial).
  • Cojinete axial.
  • Protectores térmicos.
  • Rueda compresora.
  • Eje y turbina de escape.
  • Carcasa de bujes (cuerpo central).
  • Empaquetaduras.
  • Binchas, abrazaderas, tornillos, tuercas.
  • Actuador de válvula wastegate en caso de ser un turbo con válvula.
  • Anillo de álabes en caso de ser un turbo de geometría variable.

¿Qué elemento recicla un turbo?

Los residuos de combustión que salen por el conducto de escape, lo que representa una tercera parte del total de energía del hidrocarburo.

¿A qué velocidad gira un turbo?

La velocidad del turbo depende del modelo y su dimensión; dependiendo de su tamaño, pueden alcanzar velocidades máximas que se encuentran en el rango de 50.000 hasta 300.000 revoluciones por minuto, lo que supone unos 5.000 giros por segundo. Debido a esto, el acabado y la revisión final del turbo deberá ser exhaustiva, dado que a tales velocidades cualquier interferencia puede dañar seriamente el turbo en poco tiempo. Por esa razón, los turbos deben estar perfectamente balanceados para su correcto funcionamiento.

¿Cuánto es el porcentaje de incremento de potencia que provee un turbo?

Un turbo puede duplicar o triplicar, e incluso más, la capacidad de potencia lograda de la combustión en el motor. Esto se logra gracias al aprovechamiento de la tercera parte de la energía obtenida del combustible y que se desperdicia a través del escape.

¿Cuánto porcentaje de energía termodinámica se está aprovechando de la combustión interna?

La combustión producida en los pistones generalmente brinda solo un 33% de energía mecánica funcional (eficiencia del motor = 33%). Un 33% se pierde en forma de calor y el otro 33% se pierde en la alta temperatura y velocidad que tienen los gases que salen por el tubo de escape. Dado que el turbocompresor aprovecha el flujo de los gases de escape para hacer rotar la turbina, y ésta alimenta al compresor, se está aprovechando ese 33% de energía para mejorar la quema de combustible en los cilindros; así, en conjunto con sistemas de inyección electrónica de combustible modernos, la eficiencia del motor diésel puede alcanzar niveles de hasta 45%.

¿En qué tipo de motor se utilizan más los turbocompresores?

Respuesta corta: Diésel (o gasolina)


Respuesta larga:



Diésel:

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 80 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 diésel, 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.



Gasolina:



En épocas recientes la sobrealimentación en motores a gasolina se ha visto más difundida como una técnica para sacar provecho de los motores de baja cilindrada. Esto con el fin de no mermar el desempeño a raíz de las exigencias de consumos más reducidos. Casi siempre es similar el funcionamiento que en los motores diésel, sin embargo aquí la sobrealimentación juega un papel muy importante debido a que debe ser realizada de manera precisa con cantidades exactas con márgenes de error de +/- 0.50 cm/3 , en este caso al haber una mariposa en el múltiple de admisión de aire, se debe regular la proporción de aire y combustible en el sistema de inyección, así como calcular el valor de la relación de compresión con el fin de maximizar el desempeño y mejorar el consumo. Indirectamente estos motores pueden funcionar a mayor altitud sin tener una merma significativa de potencia.

Asimismo, se requiere calibrar el momento de la actuación del turbocompresor debido al retardo de este mismo (turbo-lag). Generalmente esto se da porque la actuación del turbo depende de la velocidad a la que se expulsan los gases de escape, los cuales a su vez dependen de las RPM del motor; casi siempre el turbo tendrá un desempeño óptimo en regímenes de rango medio del motor (de 3000 a 5000 rpm), y a su vez también esto depende de la presión de soplado del turbo, que en automóviles comunes casi siempre es calibrada en unos pocos bares o psi, mientras que vehículos de competencia siempre dependerán de más PSI o Bares debido a las exigencias mayores las cuales pueden variar. Por ejemplo, los vehículos de rally en ocasiones deben depender de placas restrictoras en el mismo turbo para mantener una cifra de potencia pareja, además de mecanismos especiales que mantengan el mismo girando a tope sin importar el ralentí o la carrera del acelerador, con el fin de que se tenga la potencia necesaria tanto en HP, como en Torque (par) lo cual a su vez causa esas llamativas llamaradas y explosiones de los mismos vehículos, así como su tono característico de motor.

El funcionamiento del turbo se percibe con un silbido agudo que indica que la parte principal está girando de acuerdo a la velocidad de los gases de escape; a su vez, en algunos motores, al dejar de acelerar se puede distinguir un siseo similar al de los frenos de aire de un camión, indicación de que el turbo vuelve a un giro lento acorde al ralentí del motor.



Entre las primeras marcas que implementaron turbocompresores en motores de reducida cilindrada de manera más frecuente al principio del siglo XXI fueron las pertenecientes al Grupo Volkswagen, mismas que posteriormente desarrollaron sistemas que implementarían la combinación de la carga estratificada de combustible y a su vez una combinación de turbocompresor y supercargador que permite obtener una potencia relativamente alta sin sacrificar el consumo de combustible, pues el segundo puede funcionar al principio ya que se impulsa por el mismo motor. Posteriormente, más marcas automotrices se sumaron al concepto, entre ellas Ford, quienes desarrollaron para la mayoría de sus motores tanto grandes como pequeños y en casi todos sus modelos los llamados Motores Ecoboost con el mismo fin de obtener más potencia sin gastar más combustible del necesario a la vez que se reducen las emisiones.



Fuente: Wikipedia



https://es.wikipedia.org/wiki/Turbocompresor

¿Cuánto es el tiempo de vida del turbocompresor?

Es variable, dependiendo de la destinación de su uso y mantenimiento, puede durar de 1 (uno) a 14 (catorce) años, ¡aunque se han visto turbos que han durado hasta 20 (veinte) años o incluso más! Lo mejor es que un especialista le asesore para elegir el turbo más adecuado para usted.

¿Para qué tipo de maquinarias están diseñados los turbos?
  • Vehículos de transporte público, así como de carga liviana y pesada.
  • Vehículos de pasajeros.
  • Vehículos de emergencia, como ambulancias y patrullas.
  • Maquinaria agrícola.
  • Maquinaria de Construcción.
  • Equipo caminero.
  • Motores marítimos.
  • Motores de aviación.
  • Motores estacionarios.
  • Generadores eléctricos.
¿Qué ventajas y desventajas ofrece un turbocompresor?

Ventajas

Desventajas

Mejor quema del combustible.

Aprovechamiento del 33% de la energía producida en los pistones (generalmente desperdiciada por el tubo de escapes), para hacer funcionar al turbo y mejorar la combustión.

Incremento de potencia.

Aumento de velocidad.

Mejor rendimiento.

Impacto positivo al medio ambiente debido a la quema total del combustible.

No le resta energía mecánica al cigüeñal para funcionar (lo que sí ocurre con el supercargador).

Ahorro del dinero invertido en combustible porque no se desecha en forma de “humo negro”.

Excelente rendimiento a altas velocidades y actividades pesadas.

Mecanismo simple, de tamaño pequeño y gran efectividad.

No se puede apagar el motor de súbito, sino bajar las revoluciones del turbo y luego apagar el motor.

Cuando ocurre una falla, a menos que el conductor o piloto actúe con rapidez, los daños pueden ser contundentes.

 

¿Qué diferencias hay entre un turbocargador y un supercargador (sobrealimentador)?

Un turbocargador es un aparato que comprende una turbina y un compresor, aprovechando los gases del tubo de escape para comprimir aire y alimentar los cilindros con mayor oxígeno, logrando así una mejor combustión. Un supercargador, en cambio, no utiliza la energía termodinámica del tubo de escape para comprimir el aire, sino energía mecánica tomada del cigüeñal; aunque sí utiliza energía de la combustión, aporta más de lo que gasta.

¿Se puede decir que el Turbo es un componente amigable con el planeta?

En los cilindros se realiza la combustión que da movimiento mecánico funcional. El turbo se utiliza generalmente en motores diésel que no usan chispas, sino que comprimen el aire de tal modo que la dosis de combustible inyectada se quema automáticamente alrededor de los 700ºC. Sin embargo, el llenado del cilindro nunca es completo, debido a la rapidez con que trabajan los pistones, razón por la cual la quema del diésel es incompleta; esto se evidencia por el humo negro y residuos que son expulsados por el tubo de escape.

Los turbocompresores, que intentan cambiar el panorama arriba descrito, reciclan los gases residuales para accionar la turbina y el compresor al mismo tiempo (ya que están conectados entre sí) para así enviar más aire (comprimido) a los cilindros, permitiendo de este modo que la quema de combustible sea total, ya que cada cilindro se podrá llenar con suficiente aire en cada ciclo de trabajo. Esto aumenta la efectividad, la potencia, y disminuye una combustión incompleta que deja residuos. Por lo tanto, se puede decir que el turbo si es amigable con el planeta.

¿A qué tipo de motor le conviene más un turbocargador y por qué?

De forma general, es al motor diésel al que se le integra un turbocargador por dos razones:

1. La pérdida de energía en un motor diésel es mayor cuando éste no es turbocargado debido a que no se utiliza chispa para iniciar la combustión, sino que simplemente el pistón comprime el aire, y del calor generado, se produce la combustión; por ello, enviar aire pre-comprimido al cilindro resulta tan efectivo en motores diésel.


2. El motor diésel es menos proclive a la auto detonación.

Sin embargo, al momento de escribir estas líneas, el turbo se está haciendo popular en los motores a gasolina debido a las estrictas regulaciones de emisiones que en la actualidad pesan sobre los fabricantes de motores y vehículos, así como por el elevado costo que tiene la gasolina en algunos países.

¿Cómo funciona el intercooler de un turbocargador?

Un intercooler, o enfriador de aire de carga, es vital para el funcionamiento del motor turbocargado. El turbocargador comprime el aire para enviar más oxígeno a los cilindros del motor y así quemar mejor el combustible: al ser comprimido, el aire aumenta su temperatura y en consecuencia sus partículas se dispersan. Enfriar el aire hace posible que esté aún más comprimido y a la vez sea menos volátil. Al salir del compresor del turbo, la carga de aire comprimido pasa a través de los conductos del intercooler, mientras es enfriada en el camino por agua o aire fuera de los conductos. Usualmente el intercooler va montado en el capó o la parte delantera del vehículo para que el aire de la carretera le impacte directamente.

¿Qué hace tan ventajosa la implementación de los turbos?

El mayor beneficio que aporta un turbocompresor es la multiplicación de la potencia en el vehículo, esto por optimizar sustancialmente la quema del combustible al aportar mayores concentraciones de oxígeno al cilindro del motor.

¿Un turbocargador funciona con un motor de gasolina?

Sí puede hacerlo, aunque es más utilizado para motores diésel.

¿En qué regiones conviene implementar un turbocompresor?

Debido a que a mayor altitud la presión atmosférica disminuye, y en consecuencia existen menores concentraciones de oxígeno, los motores de combustión (incluidos los automotrices), reducirán el aprovechamiento del combustible en estas condiciones, ya que las moléculas de oxígeno son indispensables para la buena combustión. La función de un turbocompresor es comprimir el aire que será llevado hacia los cilindros del motor, ello con el fin de brindar la mayor cantidad posible de oxígeno al motor para que las partículas de combustible sean quemadas de manera efectiva y así se pueda obtener una mayor potencia sin aumentar la dimensión o el refinamiento del equipamiento del motor.

Por lo expuesto, resulta evidente que el turbo resulta de gran utilidad en las zonas que están muy por encima del nivel del mar, aunque también es claro que el turbo va a mejorar el performance de un motor a cualquier altura a la que trabaje.

¿Qué tan sencillo (o complejo) es un turbocompresor?

En cuanto a sus componentes y estructura es aparentemente sencillo, ya que comprende (relativamente) pocas partes. Su funcionamiento es contundente y muy efectivo. Sin embargo, esto requirió un diseño muy complejo y exhaustivo, y sus partes requieren máxima precisión al momento de ser fabricadas. Las partes deben ser fabricadas así debido a las duras condiciones de operación que enfrentan, tales como velocidades de rotación de hasta 300.000 rpm y a elevadas temperaturas, superiores a 600 grados centígrados en el lado de la turbina.



Además, los materiales que se utilizan en la fabricación de cada pieza son cuidadosamente escogidos, tomando en cuenta las propiedades de cada uno de ellos en relación con las condiciones de operación a las que serán sometidos en cada aplicación donde serán utilizados.

¿Por qué debe permanecer aislado el turbocompresor?

El tubo de escape es el que provee la energía termodinámica para accionar la turbina, lo que pone a trabajar al compresor a velocidades altísimas, de 50.000 a 300.000 rpm. Debido al calor que absorbe la turbina de los gases de escape, la temperatura sube a tal nivel que podría derretir otras partes del vehículo. De hecho, el turbocompresor está constituido por materiales resistentes al calor. A este fin, un buen posicionamiento del turbocompresor es ideal.

¿Cuál es la parte que más se calienta del turbocompresor?

La turbina, debido al calor que absorbe y utiliza de los gases que salen por el tubo de escape.

¿Qué tipo de motores requieren intercooler y dónde se ubica?

Generalmente los motores diésel utilizan más el intercooler debido a las altas temperaturas en que combustionan y a que suelen emplear un turbocompresor que eleva mucho la presión y en consecuancia la temperatura de la carga de aire. A fin de proveer a los cilindros aire frío (más compacto y menos volátil), el intercooler se utiliza con frecuencia y suele ir en la parte delantera del vehículo, para aprovechar la entrada de aire exterior directamente.

¿Qué distingue un motor diésel de un motor de gasolina?

Lo más evidente es la presencia (en el de gasolina) o ausencia (en el de diésel) de un sistema eléctrico de encendido, dado que un motor de gasolina requiere de chispa para quemarse (es muy volátil), mientras que el diésel no prende con chispa, sino gracias a la muy elevada compresión de aire (que lo calienta muy rápido).

¿Por qué es tan importante la cercanía entre las partes del turbocompresor, pero sin que lleguen a tocarse?

La mejor forma de incrementar la potencia de un turbocompresor, sin aumentar su tamaño, es aumentar su velocidad de giro (revoluciones). Para ello, basta con disminuir lo más posible la distancia entre la carcasa y los extremos de los rotores, sin tocarse. Esto permite que se aproveche la energía entrante y gire más rápido, sin desgastar los componentes por fricción.

¿Cuál es la ventaja de usar un turbo?

La ventaja que ofrece el turbo es que cambia a la idea de que, para obtener mayor potencia, se requiere un cilindro o motor de mayor envergadura, o de diseño más complejo. El asunto al respecto es que el turbo multiplica la potencia del vehículo por sí solo, aunque se emplee el mismo motor. Lo que hace el turbocompresor es optimizar la quema del combustible al brindarle dosis concentradas de oxígeno, permitiendo que el hidrocarburo se consuma en su totalidad (aumentando la potencia), y como resultado libera una menor o nula cantidad de gases residuales (combustible mal quemado, en forma de humo, que es igual a dinero desperdiciado).