El turbocompresor (1)

Turbocompresor

El turbocompresor se ha convertido en un elemento estrella en lo que la wikipedia llama cultura popular. Por ejemplo, cuando alguien se dirige sin vacilar a conseguir sus objetivos decimos que ha puesto el turbo. Más o menos todos sabemos que sirve para aumentar la potencia del motor. Hoy ahondaremos en los principios físicos de su funcionamiento.

Por lo general, cuando añadimos el prefijo turbo (que en latín significa remolino) a una palabra, significa que el motor que propulsa el objeto en cuestión es una turbina. Así que un turbocompresor no es más que un compresor impulsado por una turbina. Fácil, ¿no? Podríamos dejarlo así, pero tal vez sea conveniente pormenorizar más en cómo y porqué funciona el aparato.

Notad que durante casi todo el rato estaremos pensando en motores Diésel, que son los que más usan turbo. Los motores de gasolina también pueden usarlo, pero hay ciertas diferencias que comentaremos en la segunda entrega.

Empecemos por recordar que los motores de combustibles fósiles extraen su energía de la combustión (o explosión) del carburante que se produce en el interior de los cilindros. Dicha explosión empuja un pistón, que mediante un conjunto de piezas mecánicas acaba transmitiendo el movimiento a las ruedas.

Pero, ¿de donde sale esa energía? Durante la combustión, las gotas microscópicas de gasoil (o gasolina) producen una reacción química con el oxígeno del aire. En esta reacción, las moléculas del combustible se rompen, liberando la energía que había almacenada en los enlaces químicos. Es decir, para que se produzca esa reacción, deben haber suficientes moléculas de oxígeno dentro del cilindro.

Eso limita el rendimiento del motor. Nosotros no tenemos ninguna forma de variar la cantidad de oxígeno que hay en un volumen concreto de aire. Siempre es el mismo. Por lo tanto, si el aire que se introduce en la cámara de combustión proviene directamente del aire (en cuyo caso, decimos que es un motor atmosférico), hay una cantidad máxima de oxígeno que el cilindro puede albergar.

Un turbocompresor por dentro

Como no podemos tener tanto oxígeno como quisiéramos, tampoco podemos introducir tanto gasoil como nos gustaría. Hay un límite máximo de carburante que podemos usar en cada ciclo, y por supuesto eso limita en cierta forma la potencia del motor en una determinada cilindrada. Si queremos más potencia, necesitamos más cilindros, o que sean mayores.

Para solventar esta limitación, lo más obvio que se nos puede ocurrir es poner un ventilador que sople a la entrada del aire del motor. De esta forma, entrará más aire. Es una forma un poco ingenua de explicarlo, pero la idea general es esa.

Para explicarlo de una forma un poco más correcta, ese ventilador que mencionábamos se llama compresor. Como su nombre indica, lo que hace es comprimir el aire. Es decir, reduce el volumen que ocupa una masa de aire. O lo que es lo mismo, en un mismo volumen cabe mayor cantidad de masa. De esa forma, en los cilindros habrá espacio para una mayor masa de aire, que podrá reaccionar con una mayor masa de combustible, aumentando la potencia.

La hélice del compresor obviamente debe girar. Hay varias formas de hacerlo. Por ejemplo, podemos conectarla con una correa de transmisión directamente al cigüeñal del coche. Sin embargo, esto tiene la desventaja que resta parte de la energía del motor, haciendo que pierda algo de potencia (similar a la pérdida que se nota al activar el aire acondicionado), y esto es contraproducente.

Una alternativa sería utilizar un motor eléctrico para propulsar el compresor. Este se motor se debería alimentar de la batería, que a su vez debería ser recargada por el alternador, que a su vez obtiene la energía directamente de la correa de transmisión… O sea, de nuevo el compresor estaría restando energía útil. Mala cosa.

Lo ideal sería una forma de hacer girar el compresor sin restarle potencia al vehículo. Al fin y al cabo, el compresor sirve para aumentar la potencia del motor; si para funcionar necesita restar parte de esa potencia, poco ganamos. Resulta que sí hay una forma de conseguir esta quimera energética, pero eso lo veremos en el próximo artículo.

Un adelanto: tiene que ver con una turbina. Por eso lo de turbo, claro.

Fotos | xmatt, Terry Wha