El turbocompresor (y 3)

Turbocompresor

Como sabéis, llevamos la última semana dando un repaso a los conceptos Físicos que gobiernan el funcionamiento del turbo. Hoy, para terminar esta serie de artículos, comentaremos tres características del mismo: los cuidados de mantenimiento que requiere, los posibles problemas que puede traer una sobre-compresión del gas y, por último, las diferencias entre turbos diésel y de gasolina.

Recordemos que, esencialmente, el turbocompresor no es más que una hélice radial que comprime el aire que entra en los cilindros del motor, para que quepa mayor cantidad de oxígeno. Esta hélice está impulsada por una turbina que se mueve gracias al empuje de los gases procedentes del escape, por lo que recicla parte de su energía.

Como cualquier pieza móvil de un motor, el turbo genera fricción y calor que podría estropearlo. Por ello, debe ser lubricado correctamente. Este es el principal punto a tener en cuenta a la hora de mantener el buen estado el turbo de nuestro flamante vehículo. Así que el primer cuidado, obviamente, es estar al día de los cambios de aceite (esto, no sólo por el turbo, sino por todo el motor en general, claro).

El principal cuidado que hay que tener en cuenta es el que ya mencionamos en el anterior artículo: no cortar la lubricación súbitamente si el turbo ha estado funcionando a altas revoluciones. A la práctica, eso significa no apagar el motor hasta transcurrido un periodo de tiempo prudencial. ¿Cuánto? Depende del uso que haya tenido, del modelo, etc. La temperatura ambiente no debería influir demasiado, el motor trabaja a temperaturas mucho más altas. Si en tu concesionario, o en el manual del coche, te dieron una indicación, siguela. Por lo general, al rededor de un minuto debería bastar.

Al arrancar el vehículo, el turbo demanda menos cuidados. Es cierto que muchos vehículos (sobre todo los diésel) recomiendan dejar cierto tiempo de pre-calentamiento con el motor encendido antes de movernos, pero eso no es por el turbocompresor. De todas formas, al ralentí apenas habrá suficiente gases en el escape para que se mueva la turbina.

En este sentido, la única recomendación a tener el cuenta durante el arranque es la genérica: no exigir demasiado del turbo en los primeros minutos de circulación, esperando que el aceite llegue a todas partes con la temperatura adecuada. Normalmente, si tenemos que circular en ciudad antes de salir a la red de carreteras, será suficiente para llegar en condiciones a la autopista. Pero si vamos a salir directamente a la carretera, quizá sea aconsejable alagar un poco más el precalentamiento (incluso con vehículos de gasolina).

Como hemos ido diciendo, el cometido del turbocompresor es precisamente comprimir el aire. Esto lo hace básicamente empujando las moléculas de aire para que entren más en el mismo volumen. Pero al empujarlas, también les da velocidad. Es decir, además de haber más aire del que correspondería, sus moléculas se mueven más rápido.

Como ya he intentado explicar alguna vez, por ejemplo cuando hablamos de la temperatura del motor, la velocidad a la que se mueven las partículas de algo es un reflejo de su temperatura. Es decir, a mayor velocidad de las moléculas del aire, más caliente está. Es decir, el compresor no sólo comprime el aire, también que aumenta su temperatura.

Esto podría ser un peligro, ya que el gas comprimido posteriormente se mezcla con el combustible para entrar en el motor. Si la temperatura del aire es demasiado elevada, el gasoil podría llegar a autodetonar antes de tiempo. Y eso sería poco agradable (¿a quien le gustaría ver su motor explotar? El motor del vecino, sí. Pero el propio, ni hablar).

Para evitar esta catástrofe, los coches de hoy en día suelen venir equipados con dos innovaciones. En primer lugar, un sistema de refrigeración para el aire. Es decir, después de ser comprimido, el aire se pasa por un tubo donde cede parte de su calor a otro fluido (aire o líquido refrigerante). Esto es lo que se suele llamar intercambiador de calor, o intercooler si queremos fardar. Esto tiene la desventaja que, al enfriarse, el aire pierde algo de densidad, por lo que perdemos parte del beneficio de la compresión.

La segunda innovación es la válvula de descarga, o waste-gate para los que son demasiado fashion para traducir. Cuando el turbo detecta que el compresor está girando a las revoluciones necesarias, y que girar un poco más rápido calentaría demasiado el aire, dicha válvula desvía parte de los gases del escape por un circuito alternativo, esquivando la turbina. Como la turbina no recibe más gases de escape, no sigue aumentando su velocidad de giro. Y por lo tanto, la velocidad del compresor tampoco aumenta, evitando calentar demasiado el aire.

Hasta ahora, hemos estado pensando básicamente en motores Diésel. Pero el turbo también se puede utilizar en motores de ciclo Otto, con unos cuantos matices. La principal diferencia es que la reacción química de combustión de la gasolina sólo alcanza su máxima eficiencia cuando la proporción de aire y combustible es la correcta (y además, el funcionamiento del catalizador también depende de la concentración correcta). Por lo tanto, introducir más aire en la cámara de combustión no ayudaría a nada, todo lo contrario.

Por lo tanto, los vehículos dotados de motor a gasolina deben adaptar la cantidad de gasolina de forma automática a la relación de compresión que consigue el compresor en función de la velocidad a que esté girando. Antiguamente, esto se hacia mecánicamente en el carburador. El turbo puede situarse antes del mismo (hablamos de carburador soplado)

, o después (hablamos de carburador aspirado, y por lo tanto lo que pasa por el turbocompresor es la mezcla de aire y gasolina, no sólo el aire).

En motores mas modernos, de inyección, es la unidad central de proceso la que calcula, informáticamente, la gasolina que necesaria en cada caso, con ayuda de la sonda lambda.

Con esto, creo que ya hemos repasado los principio básicos que explican el funcionamiento de los turbos, sus ventajas e inconvenientes. Conocer cómo funcionan nuestros vehículos es el primer paso para poder manejarlos de forma segura. Por supuesto, hay muchísimo más, miles de innovaciones impresionantes. Pero eso lo dejaremos ya para las clases de ingeniería.

Fotos | M prinke, NASA, Terry Wha

En Circula seguro | El turbocompresor (1 y 2)

  • nomar55

    Excelente, como siempre. Has respondido a todas nuestras preguntas.

  • javierezero

    Me he quedado pillado con el dato del funcionamiento del turbocompresor en los motores de gasolina… Quizá, porque siempre he pensado en los turbodiesel, cuyo funcionamiento conozco perfectamente…

    Como bien dices, en los motores de ciclo Otto, la mezcla ha de conseguirse la relación estequiométrica, hastsa ahí todo ok… Entonces, ¿esta mezcla pasa por el turbo? Me refiero… ¿Dónde están los inyectores? Siempre he pensado en ellos inmediatamente antes de la (o las) válvulas de admisión…

    • javierezero

      En serio, el tema me interesa…

      En un motor carburado, lo entiendo, en uno de inyección, no…

      • jaume

        javierezero, al parecer la información que tenía no era completa. No siempre el turbo comprime toda la mezcla, también hay casos en que el turbo va antes del carburador (y sólo comprime aire).

        En el caso de inyección, el compresor de nuevo sólo comprime el aire, y es la propia centralita la que regula la cantidad de gasolina para volver a la relación estequimétrica.

        He re-redactado esta parte, creo que ahora está mejor. Disculpa las moléstias.

        • javierezero

          Ninguna molestia…

          Simplemente me habías trastocado un poco mis conceptos de mecánica (realmente, mi pregunta era sincera…).

          Muchas gracias por todo el blog,

  • s63aut

    La relación estequiométrica es necesaria solamente para motores con catalizador, antiguamente no era necesario para nada que se respetara esa relación y de hecho respetarla hace que los motores gasten más que antes, porque ya ha dejado de ser posible fabricar motores Otto de mezcla pobre.

    Un detalle sumamente importante en todos los motores turbo, del tipo que sean, es no parar el motor cuando éste ha rodado caliente a un régimen elevado de revoluciones, pues el eje del turbocompresor se queda sin lubricación y puede girar incluso a 200.000 rpm, por lo cual si lo paramos de golpe, por ejemplo para echar gasolina en una parada de autopista, el aceite puede quedar carbonizado, se recomienda mantener el motor girando a ralentí entre 30 y 60 segundos para que se refrigere el turbo y otros componentes del motor (es un detalle recomendable incluso en motores sin turbo). Imagino que sería una magnífica idea que existiera un automatismo que siguiera bombeando aceite durante unos instantes aunque el conductor parara el motor, aunque desconozco si algún modelo lo monta.

    • jaume

      No estoy para nada de acuerdo en lo que dices sobre la relación estequimétrica. Está en contra de toda la literatura sobre el tema que he encontrado.

      Sobre dejar encendido el motor para evitar la falta de carburación es correcto. ¿Has leído el articulo? Porque está dicho bien claramente…

      El automatismo que comentas existe, la mayoría de motores continúan lubricando unos 10 segundos tras cortar la inyección. Pero puede ser suficiente, no puede alargarse mucho más ya que se debe conservar batería para el encendido.

      • s63aut

        Es cierto que está detallado lo de dejarlo reposar, solamente hacía hincapié en ello y en que es algo aconsejable para todo tipo de motores, pues parar un motor muy revolucionado de golpe es malo por mucho que sea atmosférico, quizá me he extendido demasiado repitiendo el mismo argumento, pero sucede que es algo que la mayoría de la gente desconoce y por eso lo que debía ser sólo un apoyo a lo dicho se ha convertido en un párrafo demasiado largo.

        En cuanto a la relación entre aire y gasolina, reconozco que no soy experto en el tema, lo comentado por mí proviene sobretodo de los artículos que leí en la época de implantación de los catalizadores, pues existía polémica entre diferentes fabricantes, los de vehículos caros (básicamente alemanes) eran partidarios del catalizador, pero los de vehículos más pequeños (básicamente franceses e italianos) estaban desarrollando métodos de rebaja de contaminación a base de mezclas pobres en gasolina; esa relación entre aire y gasolina decían que tenía que ser fija en caso de montar catalizador y que era más rica que la que montaban muchos coches de los que en aquellos momentos se consideraban modernos; ¿estoy equivocado?, ¿recuerdo mal lo leído hace cerca de dos décadas?, es posible, pues reconozco que no soy experto, sino simple aficionado del mundo del motor.

  • javierezero

    En el tema de dejar reposar el turbo siempre he tenido ciertas dudas.

    Siempre que llego a mi destino, no lo dejo reposar conscientemente, pero sí me he acostumbrado a llegar, aparcar, y no apagar el motor. Aprovecho para quitar la radio, el cinto, coger la cartera y el móvil, lo que haya dejado en el maletero, y cortar el contacto es siempre lo último que hago, siempre desde fuera del coche. Esto me aseguro unos 20 segundos en el mejor de los casos pero, desde luego, lo que sí que hago siempre es, antes de aparcar, estar un buen rato a relentí, aparco simplemente con el embrague (si la inclinación de la calle me lo permite), por ciudad conduzco muy tranquilo siempre, etc… Con esto quiero decir que siempre que apago el coche ha estado, por lo menos, uno o dos minutos en un régimen cercano al relentí… Supongo que eso será suficiente, ¿no?

    • jaume

      Hombre, puedes aprovechar el tiempo que dejas “reposar” el turbo (y el resto del motor) para apagar la radio, desabrocharte el cinturón, etc. Incluso ayudar a bajar a tu abuelita del coche. Cuando decimos que te esperes un rato no significa que debas quedarte quieto tú también 😀

      Si no has “achuchado” mucho el coche en los últimos minutos de circulación, puedes reducir el tiempo de espera. Eso sí, yo de ti lo ampliaría un poco más, hasta un minuto en total (después de haber aparcado). Por precaución más que nada, que nunca está de más.

      • s63aut

        También se dice muchas veces que el tiempo de precalentamiento de un motor Diesel puede considerarse inexistente porque ningún coche actual precisa más segundos de lo que se tarda en abrocharse el cinturón.

        En cuanto a “la espera”, me parece que lo más delicado es cuando se para a repostar, pues por una parte no se puede hacer con el motor en marcha y por otra no está bajando la gente del vehículo, en todo caso, las gasolineras nos “ayudan” mucho con su táctica de que primero pagues y luego te sirvas, pero no lo dejéis en marcha si el coche se queda solo, a riesgo de que algún listillo se lo lleve.

        • nomar55

          Afortunadamente, todavía quedan en España muchísimas gasolineras que no son autoservicio fuera de las autovías y autopistas. Son éstas las que suelo utilizar habitualmente porque siempre lleno el depósito, cosa que con las automáticas creo que no se puede hacer. En las que tienen ‘gasolineros/as’ es bastante difícil (salvo que no haya ningún otro vehículo que vaya a repostar) esperar unos segundos antes de apagar el motor sin molestar a los que vienen detrás.

          • s63aut

            Pues por donde yo me muevo hace unos años dejaron de servirla en la única gasolinera que lo hacía, no es que me parezca mejor ni peor, pero entiendo que si te la echas tú debería ser más barata, porque se montan un mini-mercado, hace competencia abriendo en días no autorizados a otros mercados y un solo empleado se lo hace todo.

            A veces he llenado el depósito en esas, pero es un rollo, tienes que pagar de más y luego volver a por el cambio, o eso o que el empleado te conozca y te “perdone la vida” abriéndote el surtidor antes de pagar.

          • nomar55

            Las que utilizo (con gasolineros/as) están todavía en zona urbana. Una vez metidos en la autovía se acabaron, salvo que me salga de ésta y reposte en la de algún pueblo adyacente a la autovía para volver a incorporarme otra vez a ella. Realmente, siempre hago lo mismo. LLeno el depósito, esté como esté, cada semana, que vienen a ser cada 600 Kms. Me resultan odiosos los autoservicios y no precisamente por tener que descolgar y colgar yo mismo la manguera.

  • Avispao

    Acabo de leer el post, y en lineas generales está bien, pero me da la sensación de que te haces un poco lio con los nombres de las sondas.

    La sonda lambda sirve para ajustar la mezcla y no viciar el catalizador, pero no tiene nada que ver con el turbo…

    Mi coche tiene turbo, es de gasolina, y no tiene sonda lambda.

    Otra cosa es una sonda map o (PAC?), que mide la presión absoluta en el colector de admisión (Manifold Absolute Pressure), y que le dice a la ECU (UCE?) cual debería ser la mezcla ideal para la cantidad de aire que está entrando en el cilindro.

  • jaume

    Esto… La sonda lambda mide la concentración de oxígeno en el escape. Y si no es la correcta, se lo dice a la centralita para que mejore la mezcla (y sí, entre otros motivos para no perjudicar el catalizador). Así que sí, tiene que ver con que la mezcla sea la correcta, haya o no turbo.

    Más información: http://www.circulaseguro.com/vehiculos-y-tecnologi

    (Y si no te fías porque eso también lo escribí yo, pon sonda lambda en la wikipedia).