Motores turboalimentados

La crisis de la energía que comenzó en los años 70 y que está usted padeciendo todavía en su bolsillo y en otras muchas cosas más, ha sido responsable de que los fabricantes de automóviles renovaran el interés sobre los turbocompresores. Los motores dotados de ellos son de mantenimiento más económico, aunque el mecanismo, en sí, sea caro.

Corte de un turbocompresor Holset 3LD, diseñado para funcionar a temperaturas de hasta 700°C y velocidades de hasta 100.000 rpm, que son las condiciones de funcionamiento normales de este tipo de turbocompresores.

El rendimiento térmico de los motores de combustión interna es muy bajo: solo el 25 por 100. gran parte de la energía de la gasolina se pierde por el tubo de escape. El turbo compresor la aprovecha. El turbocompresor es, en esencia, un compresor impulsado por los gases de escape. El compresor impulsa más combustible del que normalmente llegaría a la cámara de combustión del motor. El turbocompresor lleva a cabo exactamente la misma operación. Sólo que el procedimiento para hacerlo funcionar es distinto. Los compresores comunes se mueven arrastrados por procedimientos mecánicos, mientras que el turbocompresor tiene una pequeña turbina y los gases de escape pasan por ella y hacen que gire a gran velocidad (suelen ser comunes en muchos modelos velocidades de hasta 100.000rpm). La turbina esta unida mediante un eje al compresor, que es una rueda con una docena de paletas curvadas o algunas más. Cuando gira la turbina, también gira el compresor, y las paletas curvadas recogen aire de la lumbrera de admisión. El compresor hace girar el aire y lo impulsa a mucha velocidad. El aire entra entonces en un difusor que suele estar situado en un mismo alojamiento del compresor en casi todos los modelos. El difusor funciona como un embolo al revés; frena la velocidad del aire, pero aumenta la presión de él considerablemente. A esta presión superior el aire penetra en el sistema de admisión del motor a través del carburador (donde recoge una carga considerable de gasolina) y llega a la cámara de combustión para seguir el proceso normal del ciclo de cuatro tiempos. El que la mezcla de aire y combustible esté a presión elevada quiere decir que una proporción mayor de ella penetra en el motor que cuando sólo existe la presión atmosférica normal (carburadores sin compresor). Al penetrar más combustible en el motor, éste desarrolla más energía, de forma que el turbocompresor aumenta de modo significativo el rendimiento energético del motor. El aumento de rendimiento viene regulado por los gases de escape, que impulsan el turbo compresor. Cuando aumenta el flujo de los gases de escape, la velocidad de la turbina y del compresor aumenta proporcionalmente a aquel crecimiento. Los gases de escape son una fuente de energía que normalmente se desperdicia por completo, de manera que el turbocompresor es un añadido muy eficaz que se le hace al motor. La misma función puede hacerla el compresor común, pero la desventaja de éste es que se mueve impulsado mecánicamente por medio de correas o cadenas enlazadas con el cigüeñal. Es decir, que una proporción considerable de energía se sacrifica para mover el compresor. Por consiguiente, el compresor es menos eficaz. En sus comienzos, el diseño del turbocompresor debió más al mundo de los motores de aviación que a la ingeniería de los automóviles. Para el uso en carretera, el desarrollo de los turbos se concentro en un principio en los grandes motores Diesel que llevan los camiones pesados. Las existencias reducidas de componentes adecuados retrasaron el desarrollo de motores de gasolina turbocomprimidos para automóviles. Probablemente, la parte más importante es el diseño del compresor. Es preciso calcular la posición de las paletas de la rueda del compresor de manera que produzcan un estímulo útil a la velocidad requerida del motor. Esta es cuestión de diseño cuidadoso de la forma y del ángulo adecuados de las paletas. Cuando se han decidido las características del compresor, es preciso diseñar una turbina que proporcione las velocidades requeridas por aquellas al compresor en cada uno de los modelos. Todos los turbocompresores tienen un compresor centrífugo, cuya presión de salida crece según el cuadrado de su velocidad. Es decir que, por ejemplo, un compresor centrífugo que dé 0,562 kg/cm² a 6,.250 rpm. del motor, únicamente rendirá 0,14 kg/cm² a 2.500 rpm. esta circunstancia plantea cierto números de preguntas técnicas que el ingeniero debe responder satisfactoriamente al diseñar el turbocompresor y sus dispositivos. Otra característica importante del diseño del turbocompresor son lo cojinetes y su lubricación. La mayoría de los turbocompresores tienen cojinetes flotantes que mantienen el eje principal entre la turbina y el compresor. Los cojinetes flotantes encajan suavemente sobre el eje de la turbina y también están flojos dentro del alojamiento del turbocompresor.

Detalles del cojinete flotante. Se adapta flojo sobre el eje y dentro de su alojamiento y tiene conductos para el aceite, que penetra en el interior.

Se introduce aceite en el espacio que hay entre el alojamiento y el cojinete, y el aceite llega al interior del cojinete. Esto explica el nombre del cojinete: ‹‹flota›› en una bolsa de aceite. El aceite para el turbocompresor se toma del sistema de lubricación del motor, pasa por los cojinetes y vuelve al motor. Como la turbina gira a menudo a 100.000 rpm, es crucial la eficacia de la lubricación, la más breve interrupción del suministro de aceite soldaría el cojinete al eje. Los turbocompresores más grandes necesitan 5 litros de aceite por minuto, y el aceite vuelve al motor con aspecto, de ‹‹nata batida sucia››. También están relacionados con los cojinetes los sellos que los aíslan de la turbina y del compresor. El sello entre la turbina y los cojinetes suele ser a menudo un simple anillo, parecido a un segmento del pistón. Va insertado en un surco del alojamiento del cojinete y está lo suficientemente ajustado para evitar que entre el gas. En algunos turbocompresores, se emplea un sello de laberinto, en el cual el taladro del alojamiento del cojinete está acanalado en el lugar donde entra el eje para evitar que penetre el gas de escape. El sello que se encuentra en el lado del compresor es más complicado y consiste en un collarete con resorte que se apoya contra el eje de la turbina. Un anillo tórico completa el sello.

El sistema de alimentación por medio de turbocompresor, es una tecnología que alcanzó su validez en esta década. La disipación térmica, la lubricación de los componentes móviles y la dosificación de la presión, forman la clave del buen funcionamiento.

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