Turbocompresor: ¿Cuáles son sus ventajas y qué es el turbo lag?

Un turbocompresor, o "turbo" en resumen, es un dispositivo que aumenta la potencia de un motor de combustión interna al forzar la entrada de aire en la cámara de combustión.

El aumento de potencia proviene de que el motor recibe muchas más moléculas de oxígeno del mismo volumen de aire. Como el aire está presurizado, la mezcla es más explosiva, el motor acelera más fácilmente y no necesita más combustible.

Además del turbocompresor, también se utiliza un sobrealimentador o una combinación de un turbocompresor y un sobrealimentador para sobrealimentar el motor.

¿Cuál es la diferencia entre un turbocompresor y un sobrealimentador?

La diferencia clave entre un turbocompresor y un sobrealimentador es que un sobrealimentador se impulsa mecánicamente a través de una correa unida al cigüeñal, mientras que los gases de escape del motor impulsan un turbocompresor.

Dado que el sobrealimentador utiliza la energía del motor para su accionamiento, tomará parte de la energía del motor, pero al final, le proporcionará más energía. Otra desventaja del compresor es su menor eficiencia adiabática en comparación con el turbocompresor.

La eficiencia adiabática es la capacidad del supercargador para comprimir aire sin agregar un exceso de calor al aire. Cuanto más baja es la temperatura del aire, más denso es el aire y contiene más moléculas de oxígeno. Por lo tanto, los sobrealimentadores agregan más calor al aire que los turbocompresores, lo que los hace menos eficientes.

Como ya se mencionó, el turbocompresor no es accionado mecánicamente sino por los gases de escape y, por lo tanto, no toma energía del motor, que es más eficiente. Sin embargo, en comparación con el sobrealimentador, tiene una desventaja: el retraso del turbo.

¿Qué es el retraso del turbo?

Turbo lag es el tiempo entre la solicitud de aumento de potencia, es decir, presionar el pedal del acelerador y el inicio de la potencia (turbo kick-in). En los modelos más nuevos que usan turbocompresores, puede ser de aproximadamente 1 segundo, pero todo depende del tipo de turbo.

En otras palabras, el retraso del turbo es el tiempo que tarda el sistema de escape y el turbocompresor en crear el impulso necesario para aumentar la potencia. Los supercargadores no tienen este problema porque son impulsados ​​directamente por el motor y la respuesta al acelerador es, por lo tanto, instantánea.

Las bajas revoluciones del motor NO son turbo lag

A veces, las bajas revoluciones del motor se confunden con el retraso del turbo en el caso de los automóviles que utilizan transmisión manual. Si la velocidad del motor es baja, la espera de la aceleración puede tardar varios segundos después de pisar el pedal del acelerador. Sin embargo, este retraso no es un retraso del turbo, sino una elección de marcha incorrecta.

Los turbocompresores se basan en la acumulación de presión de los gases de escape para impulsar una turbina (hélice), lo que no se puede lograr al ralentí oa bajas velocidades del motor. Cuando el motor alcanza suficientes revoluciones, la turbina comienza a girar de forma que crea una presión de admisión superior a la atmosférica.

El turbocompresor tiene como objetivo mejorar la eficiencia volumétrica del motor aumentando la densidad del aire de admisión, lo que permite más potencia por ciclo del motor.

¿Un turbo más grande agregará más potencia?

El tamaño y la forma de la turbina (gira hasta 300 000 rpm) afectan algunas de las características de rendimiento del turbocargador. Las dimensiones de la turbina también determinan la cantidad de aire que fluirá a través del sistema. En general, cuanto más grande es la turbina, mayor es la capacidad de flujo de aire.

El rendimiento de un turbocompresor está estrechamente relacionado con su tamaño. Los turbocompresores grandes necesitan más presión, lo que provoca un retraso del turbo a bajas velocidades. Los turbos pequeños giran rápidamente, pero es posible que no tengan la misma potencia a altas aceleraciones.

Para combinar eficazmente las ventajas de los turbocompresores grandes y pequeños, se utilizan turbocompresores dobles o turbocompresores con geometría variable de los álabes.

Bi-turbo, Bi-turbo:

Twin-turbo o Bi-turbo son dos turbocompresores que funcionan en paralelo (conjuntamente) o secuencialmente (por separado). En una configuración en paralelo, un turbocompresor es impulsado por la mitad y el otro por la otra mitad de los gases de escape del motor, y ambos funcionan simultáneamente. Los turbos más pequeños tienen menos retardo de turbo que los turbos más grandes, por lo que a menudo se usan dos turbos pequeños.

En una configuración secuencial, un turbocompresor más pequeño funciona a bajas revoluciones y el otro más grande se enciende a unas revoluciones predeterminadas más altas del motor. Los turbos secuenciales reducen el retraso del turbo, pero requieren tuberías complejas para alimentar ambos turbos.

Turbocompresor de doble entrada:

Este tipo de turbocompresor tiene dos canales para la entrada de gases de escape en la parte de la turbina. Los tubos de escape conducen ambos puertos Twin-Turbo desde los cilindros para que el vacío no tome energía de los gases de escape de un cilindro. En cambio, la válvula de escape del otro cilindro aún no se ha cerrado, pero su válvula de admisión ya ha comenzado a abrirse.

Si el encendido en los cilindros es del orden 1-3-4-2, los cilindros 1 y 4 conducirán a un canal y los cilindros 2 y 3 conducirán al otro canal. En este caso, no habrá pérdida de energía de los gases de escape porque el cilindro 3, que tomaría energía de los gases de escape del cilindro 1, no está conectado a la misma tubería.

La desventaja del turbocompresor twin-scroll es su dificultad, pero también el hecho de que es necesario tener un número par de cilindros para que los gases de escape del mismo número de cilindros fluyan a cada canal.

Turbocompresor de geometría variable:

Un turbocargador de geometría variable usa paletas móviles para ajustar el flujo de aire hacia la turbina, imitando un turbocargador de tamaño óptimo a lo largo de la curva de potencia. El resultado es un turbocompresor sin turbo lag observable.

¿Para qué sirve Wastegate?

La válvula de descarga desvía los gases de escape lejos de la turbina del turbocargador. La velocidad de la turbina se controla desviando los gases de escape. La función principal de la válvula de derivación es regular la presión de llenado para no dañar el motor o el turbocompresor.

¿Para qué sirve la válvula de escape?

Una válvula de escape es una válvula que libera presión en los motores turboalimentados. Esta válvula ayuda a vaciar el espacio entre el turbo y el acelerador liberando aire comprimido al ambiente para reducir el desgaste del turbo.

Cuando se libera el aire, entra un silbido o silbido característico.

Entonces, ¿por qué motores turboalimentados?

La turboalimentación puede aumentar la potencia del motor y reducir el consumo de combustible, pero algunos fabricantes siguen prefiriendo los grandes motores de gasolina de aspiración natural. Los motores diésel sin turboalimentación ya no se fabrican en la actualidad debido a que tienen un rendimiento deficiente en comparación con los de gasolina.

Vea una breve animación de cómo funciona un motor turboalimentado: