En el post de hoy vamos a ver qué es un Turbocompresor o más conocido como Turbo, cómo funciona y cuáles son sus ventajas.

En cuanto a la presión de admisión podemos tener 2 tipos de motores alternativos.
Lo que se conoce como motores atmosféricos o de aspiración normal, que sería un motor que utiliza aire a presión atmosférica sin ningún compresor extra y los motores sobre alimentados o motores turbo alimentados, que son los que trataremos hoy, aquellos que artificialmente van a aumentar la presión de admisión.

¿Para qué necesitamos un Turbocompresor?
Como todos sabéis, la presión atmosférica, no es más que el peso de la columna de aire que tenemos encima y esta disminuye a medida que ascendemos en la atmósfera, a razón de 1Hpa cada 27ft más o menos.

Nuestro motor funciona con una mezcla de aire y combustible, como ya contamos en este post “¿Cómo funciona un motor alternativo?” , por lo tanto si a medida que ascendemos tenemos menos presión, es decir menos densidad del aire, cada vez tenemos menos potencia y cuanto más alto estemos más difícil resultará el ascender ya que para un mismo peso vamos perdiendo potencia.

La potencia de un motor alternativo disminuye más o menos a razón de 3% por cada 1.000ft, por lo que si estamos volando a 10.000ft tendremos un 30% menos de potencia que cuando el avión está en tierra, y esto es mucha menos potencia.
Pero… ¿Podríamos evitar esto?, vamos a verlo…

¿Qué hace el Turbo?
Bueno pues hemos dicho que al ascender disminuye la densidad del aire y por lo tanto la potencia del motor.
Pues lo que vamos a hacer es aumentar artificialmente esa presión de admisión del motor y así no perdemos potencia. ¿Suena bien, no?

Pues en definitiva eso es lo que hace el Turbo, va a aumentar la presión de admisión para introducir más carga al motor y aumentar así la potencia.
Además es un sistema bastante eficiente e ingenioso, ya que no tenemos que gastar energía extra para mover el turbo, si no que va a utilizar la energía de los gases de escape para moverse.
De este modo utilizamos esa energía que si no se perdería, por lo que también hace que sea un motor más eficiente.

¿Qué es la MAP?
MAP son las siglas de  (Manifold Air Pressure), o lo que es lo mismo, la presión del colector de admisión.

Si volamos un avión con motor atmosférico (sin nada que aumente la presión) y con indicación de presión de admisión (MAP), cuando estemos en tierra el indicador de presión MAP nos marcará en pulgadas la presión atmosférica, nunca más.
Si tenemos una presión atmosférica de 30’Hg eso es lo que nos marcará, el problema es que al despegar esas 30′ veremos como van disminuyendo, suele disminuir 1′ cada 1.000 ft, por lo que cada vez tenemos menos potencia disponible, cosa que podríamos evitar con un motor Turbo alimentado.

Los motores Turbo alimentados suelen tener unos valores de MAP al despegue entorno a 40′ o 44′ y normalmente hay que tener cuidado al ajustar la potencia, ya que no podemos aplicar potencia máxima, como normalmente haríamos con un motor aspirado.
Aquí el motor puede dar más potencia en tierra y hay que tener cuidado de no sobrepasar los límites que estipula el fabricante.

Por ejemplo un avión muy conocido, la Piper Séneca tiene una MAP máxima de 40′ al despegue (potencia que podemos mantener durante 5 min) y si no ajustas bien la potencia y sobre pasas el límite de MAP , te salta el aviso de Overboost anunciándote que has sobrepasado la presión de admisión máxima. (En la séneca el aviso de “Overboost” salta con 39,8′ Hg)

Aquí tenemos un ejemplo de los instrumentos del motor. En el centro la presión de admisión o MAP y en los extremos las RPM de cada motor (Avión bimotor)
En este caso el avión está parado en tierra y la MAP nos indica la presión atmosférica del aeropuerto.

instrumentos_motor

¿Hay diferencia entre motores sobrealimentados y los Turboalimentados?
Si.

Los sobrealimentados se conocen también como motores con compresor, pero este sistema es poco utilizado, tanto en aviación como en automoción.
La diferencia es que en el motor sobrealimentado, en lugar de ser los gases de escape los que mueven la ruedas compresora, lo hace un sistema de correas unido al propio motor o incluso un motor eléctrico.
Por lo que este sistema no nos permite tomar la energía mal gastada de los gases de escape, siendo menos eficiente y menos utilizado.

En estas imágenes vemos claramente los 2 sistemas.
En uno la rueda compresora es movida por el propio motor (se une por una correa) y en el Turbo, la rueda compresora es movida por los gases de escape que pasan por la caracola de escape.

turbo vs compresor

¿Cómo funciona el Turbo?
Bueno hemos dicho que aumenta la presión de admisión, pero ¿Cómo lo hace?

En el Turbo podemos diferenciar dos partes básicas.
La caracola de admisión, con su rueda compresora dentro y la caracola de escape con su turbina de escape en el interior.
La rueda compresora y la turbina está unidas por un eje, por lo que giran solidarias.

Por la caracola de escape se hacen pasar los gases provenientes del colector de escape del motor, esto hace girar la turbina y por lo tanto la rueda compresora también gira.
La turbina tiene una función inversa a la del compresor, la turbina expande los gases de escape.
Un gas comprimido al expandirse cede trabajo, que la turbina lo aprovecha en forma de movimiento rotatorio.

La rueda compresora gira (compresor centrífugo) y hace girar el aire a gran velocidad, convirtiendo la energía cinética del aire en presión.

¿Cómo?
Pues bien, los álabes de la turbina son divergentes, por lo que el aire va perdiendo velocidad y aumentando la presión.

rueda compresora
Aquí tenemos una rueda compresora mecanizada.

 

 

 

 

 

 

 

Pero aquí nos surge un problema físico y es que al aumentar la presión del aire aumenta también su temperatura y el aire más caliente tiene menos densidad, además de que nos puede provocar problemas de detonación en el motor, por lo que antes de introducirlo en el motor lo vamos a enfriar a través de un radiador que se llama “Intercooler”.
Una vez que pasa por el intercooler ya se introduce en el motor.

turbo esquema funcionamiento

 

 

 

 

 

La parte intermedia que una compresor con turbina se denomina cárter intermedio y es por donde pasa el eje con sus sistemas de lubricación, cojinetes o en los más modernos, rodamientos.

turbo avión turbocharger aviation engine

 

 Desde el punto de vista funcional los Turboalimentadores se dividen en 2.

  • Turboalimentadores de altura o motores turbo normalizados: Son sistemas que mantienen constante la presión de admisión del motor (Valor de nivel del mar) hasta alcanzar una altitud determinada de vuelo en la que ya no podrían mantener la misma presión y que se denomina, altitud de adaptación.
    La ventaja de estos sería que aunque ascendamos, siempre tendremos la potencia que tendríamos a nivel del mar (hasta la altitud de adaptación)
  • Turboalimentadores de sobrepotencia (Ground boosted turbochargers): Son sistemas que proporcionan presión de admisión superior a la existente a nivel del mar, y mantienen esta presión hasta una altitud determinada que se denomina, altitud crítica. (Ej. La Piper Séneca que mencionamos)
    La ventaja de este segundo grupo es que siempre nos va a dar más potencia que su equivalente motor atmosférico.

 

¿Cómo se controla el Turbocompresor?

Normalmente el piloto va a controlar la potencia del motor con el indicador de presión de admisión que ya comentamos anteriormente (MAP) y que vimos en una foto.
Ya que la potencia del motor es proporcional a la presión de admisión.

El turbo lo que va a hacer es controlar la masa de gases que pasa por la turbina, ya que dependiendo de su velocidad de giro, aumentará más o menos la presión de admisión.
Esto se puede hacer con un by pass antes de la entrada de los gases del motor al turbo o con una válvula de desagüe o descarga situada en la caracola de escape del turbo.
Estas válvulas pueden tener un accionamiento mecánico o las más modernos disponen de válvulas electrónicas, más precisas y eficaces.

wastegate turbo

 

 

 

En esta foto podemos ver la válvula de desagüe o Wastgate y su actuador.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Turbocompresores de geometría variable.

Los turbos de geometría variable son una evolución del turbo clásico.
El turbo “clásico” tiene el problema que a bajas revoluciones del motor, el turbo tiene poco flujo de aire y por lo tanto la turbina apenas es impulsada por los gases de escape.

Los turbos de geometría variable tienen unos álabes en la caracola de escape que se abren más o menos, en función del régimen de giro. De este modo permiten un mejor funcionamiento del turbo en cualquier régimen de potencia, ya que aunque tengamos poco flujo de corriente, el turbo funcionará adecuadamente, porque podemos restringir la salida de gases mediante esos álabes.
Cuando el motor está en altas RPM los álabes se abren dejando pasar más flujo de aire.
Guardando las diferencias, sería como poner el dedo en la manguera para que salga con más presión el agua.

Estos turbos son utilizados hoy en día en automoción, pero no en aviación, ya que la ventaja es que se aprovecha la potencia a bajas vueltas y a altas, pero los motores de aviación equipados con turbo suelen funcionar a revoluciones constantes, por lo que no tendría mucho sentido utilizarlos.

turbo wastegate vtg geometria variable

¿Qué es el cárter intermedio?.

Como ya hemos comentado el cárter intermedio es la zona que está entre la rueda compresora y la turbina.
El compresor y la turbina están unidos por un eje que se apoya en cojinetes o rodamientos dependiendo del turbo.
En el carter intermedio se encuentra el sistema de lubricación del turbo.
Este sistema tiene gran importancia debido a la temperatura y velocidad de rotación que puede llegar a alcanzar.El Turbo utiliza el aceite del motor para la lubricación, y como dato, utiliza unos 15 litros por minuto solo para lubricar el Turbo, por lo que nos podemos hacer una idea de la importancia de este sistema.

En esta foto se pueden ver, marcados por las flechas, los cojinetes sobre los que se apoya el eje.
turbo_cojinetes

 

 

 

 

 

 

A continuación os dejamos un vídeo, que bajo nuestro punto de vista es casi inmejorable en cuanto a la explicación y gráficos de cómo funciona un turbo.
Desde aquí queremos agradecer a Turbos by TM que nos ha cedido el vídeo.

Share This