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)