Hoy desempolvamos la literatura técnica para acercaros un pequeño monográfico en el que trataremos la sobrelimentación de motores. En él y en varias partes cubriremos desde los aspectos más básicos a detalles que quizá no conocíais de estas piezas dedicadas a aumentar la potencia de los motores.

Hoy nos centraremos en los conceptos tras la sobrealimentación y los tipos básicos de sobrealimentación, a modo de introducción para las entradas en detalle de los tipos más importantes que llegarán en unos días. Acompañadnos en este viaje a través de la alimentación forzada de aire a los motores.

Un poco de historia de la sobrealimentación

La sobrealimentación ha acompañado a los motores desde los principios de la automoción. El primer diseño de un compresor para ser aplicado a un motor de combustión interna fue de Gottlieb Daimler y lo hizo en el año 1885. Desde entonces y hasta el día de hoy, la historia de la sobrealimentación ha ido fluyendo a la par que los motores de combustión interna.

A pesar de sobrealimentar motores de tiempos inmemoriales, la industria donde mayor evolución e implantación tuvo la alimentación forzada fue la aeronáutica. Los motores de pistones que utilizaban los aviones perdían rendimiento a medida que aumentaban la altura a la que volaban al bajar la presión y densidad del aire, por lo que para compensar, se optó por montar compresores mecánicos y turbocompresores a aquellos motores.

De ahí a pasar a los motores de la automoción como manera de extraer más potencia de los motores existentes, no hubo nada más que un corto paso. En la actualidad tenemos una de estas máquinas adosada a prácticamente la totalidad de los motores diesel, los motores de gasolina más prestacionales y cada vez más en las opciones más asequibles, gracias a su importancia en el concepto del downsizing.

El concepto: Más aire, más combustible, más potencia

Un motor atmosférico tiene un límite de potencia que normalmente determinan varios factores, entre ellos uno de los más importantes es la cantidad de aire que puede aspirar a través de su sistema de admisión. Para aumentar la potencia hay que aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros y a la par inyectar más combustible.

La mezcla estequiométrica es la relación ideal entre aire y combustible en la que cada unidad de combustible tiene el aire, más concretamente el oxígeno, exacto con el que reaccionar de forma completa. Cuando la relación entre aire y combustible es la ideal, se dice que λ=1. Es una relación fija establecida en 14,7 gramos de aire por cada gramo de gasolina y 14,5 gramos de aire por cada gramo de diesel.

Por ello, cuando se sobrealimenta un motor, es importante también que el sistema de alimentación de combustible esté preparado para aumentar el caudal de combustible que fluye al interior de los cilindros, si no el motor funcionará con una mezcla pobre λ>1, sobrecalentándose y no pudiendo entregar toda la potencia que debería.

La sobrealimentación de un motor utiliza medios mecánicos o aprovecha la dinámica de los gases, ya sea de escape o de la propia admisión para aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros. De esta manera los motores tienen más potencia y normalmente son más eficientes.

Tipos de sobrealimentación

Como ya hemos comentado, la alimentación forzada de aire a los motores ya tiene bastante historia y por lo tanto los tipos que hay son cuanto menos numerosos y cada uno tiene bastantes subtipos. La complejidad y efectividad ha ido en aumento en estos años, hablaremos de los más importantes en profundidad.

Alimentación forzada dinámica

Esta sobrealimentación utiliza las propiedades dinámicas de los gases para por medio de ondas de choque, inercias de los gases y resonadores introducir más aire dentro de los cilindros. Su efectividad no es muy alta, pero algunos coches utilizan admisiones de aire variables que se aprovechan de estas propiedades para mejorar ligeramente la capacidad de meter aire en sus cilindros.

Entre otros sistemas de este tipo destacan aquellos que orientan su admisión en dirección de la marcha, haciendo que una mayor cantidad de aire entre en la admisión y aumentando, muy ligeramente, la potencia del motor. Este sistema se utilizó en varios coches de los sesenta, pero actualmente no se utiliza, en parte por la dificultad de instalación y la influencia en la aerodinámica que tendría una boca abierta en dirección de la marcha.

Compresores mecánicos volumétricos y centrífugos

Los compresores mecánicos son aquellos que utilizan un sistema de tracción mecánica, normalmente una correa, engranajes o una cadena, para operar un sistema que por explicarlo de forma rasa, bombea aire al interior de los cilindros de manera que aportando más combustible el motor tenga más potencia.

Existen varios subtipos que trataremos detenidamente en una futura entrega y se utilizan actualmente en bastantes vehículos, tanto en solitario como acompañado con turbocompresores para complementar las características de ambos ofreciendo ese extra de “patada” en bajas que suelen ofrecer los compresores mecánicos.

Turbocompresores

Aprovechar parte de la energía que se desperdicia por los escapes para impulsar el aire que entra a través de la admisión. Ese es el resultado de interponer una turbina en la línea de escape conectada a través de un eje con un compresor interpuesto en la tubería de admisión de aire.

Esto se transforma en un aumento en la potencia y en la eficiencia del motor. La práctica mayoría de los motores diesel que montan los automóviles actuales cuentan con un turbocompresor. También los motores gasolina de la corriente downsizing tienden a montarlos, ya que con una cilindrada pequeña y aplicando un turbo se pueden obtener grandes resultados en cuanto a potencia, eficiencia y consumo de combustible. Por no hablar de las versiones más prestacionales que montan turbos a sus motores de gasolina como manera de obtener potencia bruta y altas prestaciones.

Concluiremos esta parte dedicada a los conceptos básicos haciendo mención a un elemento bastante importante que suele ir acompañando a los motores sobrealimentados. Uno de los problemas que se derivan del mero hecho de comprimir el aire con los dispositivos que hemos mencionado, es que el aire se calienta y por la ley de los gases ideales esto significa una disminución en la densidad del aire que entra en el motor.

Habíamos quedado en que lo que queremos es meter más aire y lo más denso posible, que en este caso es aire frío. Para ello se utiliza el intercooler o intercambiador de calor, un radiador por el que se hace pasar el aire comprimido previamente por el sobrealimentador para enfriarlo, ya sea cediendo calor al aire atmosférico o a un circuito de agua.

Tras él su destino es el motor, y aunque el intercooler supone una restricción al paso del aire, la ventaja del aire frío compensa cualquier restricción. Ya tenemos la carga fría en los cilindros, ahora solo queda en unos días ver los tipos de sobrealimentación en profundidad, con ejemplos de la vida real.

Dudas, preguntas y sugerencias, como siempre en los comentarios.

Fotografía | Flickr (DumbYellowDog-IV,19seventynine-V)
Fuentes | Manual de Automóviles – Arias-Paz, Maximum Boost – Corky Bell, The Automotive Handbook – Bosch, Wikipedia

Tras una larga espera empezamos con la segunda parte de esta serie dedicada a la sobrealimentación de motores. En solitario o acompañados, los compresores mecánicos fueron la primera manera de sobrealimentar los motores térmicos. Allá por 1885 Gottlieb Daimler adaptó una bomba de aire de tipo Roots que se utilizaba en los hornos metalúrgicos al motor de uno de sus vehículos, era el primer compresor mecánico para sobrealimentar motores del mundo.

Hoy vamos a tratar los compresores que son arrastrados por el motor, ya sea utilizando correas, cadenas o trenes de engranajes. Hay muchos tipos, pero de momento vamos a tratar los considerados como principales, que son a grandes rasgos los volumétricos y los centrífugos, aunque cada uno de los dos tipos tienen subvariantes.

Compresores mecánicos volumétricos

Dentro de este tipo se agrupan muchos subtipos. A grandes rasgos se trata de bombas de aire que en cada ciclo desplazan un volumen determinado de aire. A pesar de ser los compresores con los que se empezó a sobrealimentar motores, su diseño y fabricación son complejos, por lo que antaño eran de manufactura bastante costosa.

Vamos a empezar por los tipos de compresores mecánicos volumétricos, sin ningún orden en especial, aunque sí que vamos a empezar por el tipo que inició la era de la sobrealimentación, los compresores de tipo Roots.

Compresor tipo Roots

Los elementos principales de los compresores volumétricos de tipo Roots son la carcasa y los rotores. Los rotores van engranados entre ellos, por lo que a medida que giran, en los huecos formados por los rotores contra la carcasa se forman unas bolsas de aire, que a medida que los rotores giran avanzan hacia la salida del compresor.

Una vez la bolsa de aire queda abierta al hueco de salida del compresor, el aire es forzado a salir por dicho hueco, ya que los lóbulos de un rotor se meten en los huecos formados por los lóbulos del otro, de manera que donde antes había un hueco ya no lo hay y el aire viaja (idealmente) solo en una dirección. Los rotores pueden tener varios lóbulos, siendo los rotores más comunes los tres o cuatro lóbulos. En este enlace a Wikipedia tenéis una imagen esquemática.

El fabricante más conocido de compresores de este tipo es Eaton, que incluso desarrolló una variante del Roots, más eficiente, el compresor TVS (Twin Vortices Series), que equipan modelos como el Corvette ZR1 o los Audi con el motor 3.0 V6 TFSI. Este compresor cuenta con un avanzado diseño con rotores de cuatro lóbulos que lo hace más eficiente que los compresores Roots convencionales.

Compresor Twin-Screw

Aunque el concepto es bastante similar al del compresor Roots, los compresores Twin-Screw (o Lysholm) tienen algunas diferencias notables. Para empezar, los rotores no son iguales ni tienen el mismo número de lóbulos. Uno tiene unos lóbulos que encajan dentro de los lóbulos del otro rotor de forma casi perfecta. Además al contrario que en los compresores Roots, los huecos donde el aire circula desde la admisión del compresor a la salida se hacen más pequeños a medida que avanzan, ya que sus rotores son ligeramente cónicos.

Esto hace que el aire se comprima más. Los compresores Twin-Screw tienen menos pérdidas de aire por holguras entre los lóbulos y la carcasa, por lo que es además más eficiente que un Roots, al dejar escapar hacia la admisión del compresor menos aire. Sin embargo esta mejora en la eficiencia paga un peaje y es la complejidad de fabricación de los rotores y la carcasa, que encarece este tipo de sobrealimentadores mecánicos.

Los fabricantes de compresores Twin-Screw más conocidos son Whipple o HPS, entre muchos otros. Entre los fabricantes que utilizan en la actualidad compresores Twin-Screw están Ford, Mazda y Mercedes, en algunos de sus famosos Kompressor, como el utilizado en el Mercedes SLK 230K o en el SL55 AMG.

Compresor tipo Scroll o compresor G

Otro de los compresores mecánicos volumétricos más conocidos es el compresor G, un complicado (de visualizar al menos) sistema de sobrealimentación de motores. En él existe un circuito fijo en la carcasa y un circuito móvil, ambos en forma de espiral, siendo el móvil el que arrastra la polea del compresor. Es poco visual de explicar con texto, pero intentaré hacerlo lo mejor posible. El aire entra por una toma situada en la zona más externa de la carcasa.

Ahí el aire queda atrapado por el movimiento excéntrico del circuito móvil entre la pared de ese y la pared del circuito fijo. El circuito móvil no gira, oscila de forma orbital, formando sucesivas bolsas de aire entre las paredes de los circuitos, bolsas que a medida que van avanzando por el laberinto del compresor G ven reducido el volumen disponible y aumentando con ello la presión.

En este link tenéis un gif de Creative Commons donde se ve perfectamente el funcionamiento de estos compresores. El aire entraría por la parte externa y saldría por el centro. Estos compresores son bastante complejos en su fabricación, aunque tienen pocas partes móviles y en teoría son bastante fiables.

Actualmente ningún fabricante de coches los monta, aunque si que existen fabricantes de este tipo de compresores, como Handtmann. Hace unos años Volkswagen equipaba a algunos de sus motores con estos sobrealimentadores G, como los que montaban los Polo, Golf o Corrado G40 y G60.

Compresores centrífugos

Hasta aquí hemos llegado con los compresores volumétricos, existen más tipos, pero actualmente están en desuso, por lo que vamos a pasar al siguiente tipo. Ya hemos salido de los compresores volumétricos y nos metemos en los compresores centrífugos. Estos no llevan la denominación volumétrico porque en cada ciclo no comprimen una cantidad o volumen fijo de aire, son de tipo dinámico.

Consiste en una caracola, muy similar a la de los turbos que veremos en la próxima entrega, en el interior de la cual se aloja un rotor, también denominado compresor. Este compresor es movido por el motor, la diferencia con otros compresores es que el rotor de un compresor centrífugo debe girar a muy alta velocidad para mover una cantidad de aire suficiente, para lo que se recurre a un grupo multiplicador de engranajes que transforma las revoluciones que llegan a la polea impulsora en un mayor número de ellas que permitan al rotor girar a una velocidad cercana a la óptima.

El aire entra en el compresor de forma axial, donde llega al rotor que se encuentra girando, el cual impulsa el aire de forma radial por fuerza centrífuga hacia la caracola y desde ahí hacia el intercooler o la admisión del motor. Son compresores muy eficientes y ofrecen unos incrementos de potencia bastante decentes, además de ser sencillos, lo que hace que existan multitud de fabricantes de componentes que los ofrecen como kits aftermarket para montar en prácticamente cualquier tipo de coches.

Además al tener entrada y salida por tubos, permite una flexibilidad que otros compresores no ofrecen, como separarlo del bloque para evitar transferencias de calor o mandar el aire por tubos hasta un intercooler situado en una posición más propicia para el enfriamiento del aire.

¿Coches que monten compresores centrífugos mecánicos? Actualmente ninguno, en la práctica a los fabricantes les sale mucho más rentable instalar turbocompresores que son similares a los compresores centrífugos y son bastante más eficientes, ya que recuperan parte de la energía perdida por el escape sin apenas lastrar al motor.

Pero estos son temas que trataremos en la próxima entrega dedicada a los turbos, ¡espero traerlo pronto para no haceros esperar tanto como para esta parte!

Fotografías | Flickr (Jaguar Cars MENA – I, Felix – II,Tonylanciabeta – V y VI, Mitch Barrie – VIII)
Fuentes | Fabricantes, Manual de Automóviles – Arias-Paz, The Automotive Handbook – Bosch, Wikipedia
En Motorpasión | Sobrealimentación de motores: Concepto y tipos

Última entrega de este pequeño especial en el que os hemos intentado acercar la sobrealimentación de motores. Hace unos meses os trajimos los detalles sobre los compresores mecánicos y centrífugos, hoy vamos con los omnipresentes turbocompresores que tan importantes están siendo en la era del downsizing al permitir sacar lo mejor de los motores y aprovechar el combustible hasta la última gota.

Ya recordamos que lo que queremos hacer es meter más cantidad de aire dentro del cilindro, en los turbocompresores la energía para forzar el aire al motor se saca de los gases de escape del motor, aprovechando parte de esa energía que se desperdicia del motor y utilizándola para aumentar la cantidad de aire que entra.

El turbocompresor, un poco de historia

Los motores son máquinas muy ineficientes. Gran parte de la energía que se produce en el interior de los motores procedente de la combustión del combustible se pierde por el tubo de escape en forma de gases calientes. En el año 1905 un ingeniero suizo llamado Alfred Büchi patentó el primer turbocompresor que utilizaba los gases de escape para introducir aire de forma forzada en el motor.

Sin embargo no fue hasta varios años más tarde cuando el turbo se empezó a adoptar de forma habitual en los aviones ya que al aumentar la altitud disminuía la presión y densidad del aire, mermando la potencia de los motores, problema que solventaron utilizando tanto compresores mecánicos como turbocompresores.

No fue hasta los años 60 cuando el turbo vió aplicación en el mundo del automóvil, sin embargo su consolidación se produjo con la llegada del primer coche de producción con motor turbodiesel, el Mercedes 300D. La turboalimentación encontró en los motores diesel una relación de simbiosis.

Hasta entonces los motores diesel habían sido mamotretos caros, pesados, ruidosos y poco potentes. El turbo consiguió mejorar algunos de estos aspectos, lo que ayudó a su expansión por toda Europa, hasta el punto de superar por mucho las ventas de los motores de gasolina.

Después de este éxito abrumador del diesel en Europa debido en gran parte a los turbos, llegamos a la primera década del siglo XXI, en la que las normativas medioambientales fuerzan cada vez más a conseguir coches eficientes y limpios. Esto lleva a los fabricantes de coches a mirar otra alternativa para seguir cumpliendo las normativas y vender coches. El downsizing, motores de pequeño tamaño, muy apretados y eficientes que encuentran en el turbo un aliado perfecto, ya sean de gasolina o diesel.

Gracias al turbo pueden dar potencias específicas imposibles de imaginar hasta hace bien pocos años en modelos de entrada a la gama con motores de gasolina, por encima de los 100 CV por litro. Además el uso de turbocompresores aumenta la cantidad de par disponible y lo ofrece en un rango más amplio del régimen, por lo que esta relación entre los motores de gasolina y los turbos también es cómoda de conducir en cruceros a medias vueltas y encima consumiendo poco.

¿Y como funciona un turbo?

Ya hemos comentado a grandes rasgos como funciona, aprovecha los gases de escape para introducir aire fresco forzado por la admisión. Esto se consigue utilizando dos rotores alojados cada uno en su carcasa o caracola como se conocen coloquialmente. Al rotor que es movido por los gases de escape se le llama turbina y es el encargado de transformar el flujo de gases que llegan en dirección radial en movimiento (en la imagen que encabeza el artículo, la parte pintada de rojo). El camino que siguen los gases a través de la carcasa es en espiral con una sección que se va reduciendo hasta salir a través del rotor.

Los gases de escape a continuación salen en dirección axial por el tubo de escape. La carcasa de la turbina suele ser de fundición, ya que tiene que soportar bastante calor. El movimiento de la turbina se transmite a través del eje al otro rotor, el compresor (alojado en la carcasa azul de la foto de cabecera). Este coge el aire que llega por el tubo de admisión en dirección axial y lo impulsa centrífugamente y de forma radial por un tubo que irá a las toberas de admisión del motor directamente o previo paso por un intercooler o intercambiador de calor.

La carcasa del compresor se puede hacer en otros materiales, ya que no tiene que aguantar el calor del escape. En cuanto al material de los rotores, tanto de la turbina como del compresor, el primero suele ser de materiales caros muy resistentes al calor, como el titanio, mientras que el compresor suele ser de aleaciones de aluminio.

Además del calor, estos rotores tienen que ser capaces de aguantar las cargas y fuerzas centrífugas producidas al girar a velocidades que llegan a las 280.000 rpm. Dependiendo del tamaño del turbo será apto para un régimen menor o mayor, ya que debido a las inercias un turbo de mayor tamaño suele ser capaz de mover más aire, girando “despacio” pero a unas revoluciones mayores del motor, mientras que uno pequeño suele ser capaz de mover menos aire pero hacerlo a regímenes más bajos y girando más rápido.

¿Un turbocompresor que funcione bien en todas las circunstancias?

Como ya hemos comentado, la elección entre un turbo que funcione a bajas vueltas o uno que sople a alto régimen es complicada. Los fabricantes han introducido a lo largo de estos años novedades para que los turbos abarquen la mayor cantidad del rango de revoluciones útiles del motor.

Uno bastante usado es complementar dos turbos, en serie o cascada (uno más grande y otro más pequeño) o en paralelo (dos pequeños que al soplar juntos consiguen un efecto parecido al de uno grande). También se utiliza bastante el recurso de utilizar un compresor mecánico para las bajas vueltas y un turbo para las altas, como en algunos de los TSI de Volkswagen por poner un ejemplo rápido.

Turbo de geometría variable

Para conseguir este efecto con un solo turbo hay varias posibilidades, pero la más utilizada es la del turbo de geometría variable. Estos disponen de un sistema de aletas o álabes que dependiendo de la presión de los gases de escape se sitúan en una u otra posición, para aumentar la velocidad del flujo que debe pasar a través de la turbina y mantener a la turbina girando a su velocidad óptima a cualquier régimen del motor.

La otra es usar una carcasa para la turbina con dos entradas que llevan el aire hasta la turbina a través de dos caminos diferentes que sueltan el gas caliente en diferentes zonas de la turbina. De esta manera una de las espirales guía el gas de una forma más eficiente cuando la presión de los gases de escape es baja y la otra cuando es alta.

Turbo con dos espirales de entrada a la turbina

Problemas en el paraíso, exceso de presión y el retraso del turbo

Los turbos como todos los sistemas tienen algunas contras. El primero y principal es el retraso en la respuesta del turbo, un mal que se dió bastante en los modelos de los 70 y 80, ya que los fabricantes carecían de los medios de gestión con los que cuentan en la actualidad y los materiales hacían que los rotores sufrieran de grandes inercias.

Para mover la turbina se utiliza el gas de escape, que es un fluido compresible. El retardo del turbo se produce cuando se requiere un cambio rápido de régimen, por ejemplo acelerando fuerte. En ese momento el turbo se encuentra girando despacio, lejos de su régimen óptimo y los gases de escape empiezan a fluir a través del turbo empujándolo lentamente. Hasta que el turbo acelera su rotación alcanzando su régimen óptimo pasa un tiempo que puede ser de hasta varios segundos, esto es lo que se llama retardo/retraso del turbo o turbolag.

En este periodo la sensación de aceleración es baja. Este defecto se solventado en gran parte utilizando turbos pequeños que se mueven más fácilmente y usando mejores materiales que generan menos cargas e inercias.

Uno de los que la leyenda dice que sufrían la falta de válvulas de descarga

Otro de los problemas es justo al contrario, cuando tratamos de decelerar bruscamente. En ese momento el turbo está girando a gran velocidad e insuflando gran cantidad de aire por la admisión aunque hayamos soltado el acelerador. En esa situación, cuando queremos parar, no es nada recomendable que siga entrando aire al motor, para lo que se inventaron diversos tipos de válvulas.

Estas válvulas detectan un exceso de presión después del compresor del turbo o a la entrada de la turbina del escape, comparándola con la presión de la admisión y el escape (y actualmente otros parámetros gracias a la electrónica). Existen varios tipos, aunque las más comunes son las válvulas de descarga o wastegate que sueltan los gases de escape a la atmósfera o al tubo de escape. También son comunes los bypass que normalmente van integrados en el propio turbo y que lo que hacen es devolver el aire comprimido por el turbo a la admisión o bien lo vierten a la atmósfera.

En la actualidad los turbos de modelos comerciales suelen llevar estas válvulas integradas en el turbo y no se vierte nada a la atmósfera ya que eso significaría en el caso de una válvula de descarga que estarían emitiendo gases de escape sin pasar por los sistemas anticontaminación del coche.

Lubricación del turbo, o por qué no hay que apagar el coche después de haberle dado caña

Como es comprensible, un componente que gira hasta a 280.000 rpm necesita lubricación. El eje del turbo suele ser de materiales muy resistentes, pero no son indestructibles por lo que necesitan ser lubricados y también refrigerados, ya que por un lado tiene aire a temperatura ambiente, pero por el otro la temperatura alcanza varias centenas de grados.

Normalmente se utiliza el aceite del motor para ambos cometidos, derivando un conducto del circuito para el turbo, aunque en ocasiones lleva circuitos separados, de aceite y de refrigerante. En funcionamiento, el aceite fluye alrededor del eje, por lo que funciona normalmente, sin embargo, hay un problema que se produce después de haber sometido a cargas moderadas al motor.

En esta situación el turbo está caliente, por lo que al detener el motor y con ello cesar el flujo de aceite alrededor de su eje, las elevadas temperaturas carbonizan el aceite alrededor del eje. Si se hace con frecuencia el resultado es que el eje se va deteriorando, llevando a la rotura del turbo y a que nos echemos unas risas en el taller.

La solución está en dejar el motor en marcha entre 2 y 5 minutos (mirarlo en el manual del coche, suele venir), para que el aceite siga fluyendo mientras el turbo gira a muy bajas vueltas, dando tiempo a que el eje y el turbo se enfríen. En la actualidad muchos modelos llevan sistemas autónomos que hacen esto por nosotros, aunque apaguemos el coche y cerremos las puertas el motor sigue en marcha hasta que ha dado tiempo al turbo para enfriarse. Otra solución es tener bombas eléctricas que mantengan el aceite circulando por el turbo después de apagado.

Y no sé si me dejo algo, seguro que sí, pero ya eso lo dejo para mis compañeros porque este es mi último artículo en Motorpasión, para cualquier duda puntual, en los comentarios. Ha sido un placer escribir este tipo de ladrillos para vosotros y os agradezco que algunos hasta los hayáis leído. ¡Muchas gracias a todos!

Fotografías | Flickr (Greg Goebel-II, Baileyusa115-III, Michael Hicks-IV, Matthew Hine-V, Tognum AG-VI, Tognum AG-VII, harry-nl-VIII, Skip Steuart-IX, l0lnix-X)
Fuentes | Manual de Automóviles – Arias-Paz, Maximum Boost – Corky Bell,
The Automotive Handbook – Bosch
En Motorpasión | Sobrealimentación de motores

Nos cuentan desde Continental que por primera vez han incorporado en un turismo un turbo con carcasa de turbina de aluminio y refrigerado con agua, y que este turismo no es otro que el MINI con motor de tres cilindros. Como sabemos, se trata de un motor 1.5 que entrega 136 CV, y ahí el turbo ya no es un elemento adicional, sino que se integra en el propulsor para conseguir ese rendimiento, en la línea de la tecnología actual de BMW.

La ventaja de utilizar el aluminio en la caracola del turbo en asociación con el circuito de refrigerante viene dada por su mayor capacidad de rebajar la temperatura en el seno de este elemento. La carcasa de la turbina es de doble pared y por la camisa interior discurre el líquido, de forma similar al clásico sistema de refrigeración del bloque motor. Al final se consigue que la temperatura en la pared exterior no pase de los 120 ºC y que en el interior de la carcasa no se superen los 350 ºC.

Al sobrecoste que tiene el hecho de incorporar un circuito de líquido refrigerante se le contrapone, según Continental, el hecho de que trabajar en aluminio es más barato que recurrir, por ejemplo, al níquel para hacer los aceros más resistentes al calor. En la parte de la masa, también el aluminio saca ventaja a otros materiales. Para el caso de este turbo, Continental declara un ahorro del 30 % frente a otros turbocompresores.

En Motorpasión | MINI 2014 | Sobrealimentación de motores: turbocompresión

Hoy desempolvamos la literatura técnica para acercaros un pequeño monográfico en el que trataremos la sobrelimentación de motores. En él y en varias partes cubriremos desde los aspectos más básicos a detalles que quizá no conocíais de estas piezas dedicadas a aumentar la potencia de los motores.

Hoy nos centraremos en los conceptos tras la sobrealimentación y los tipos básicos de sobrealimentación, a modo de introducción para las entradas en detalle de los tipos más importantes que llegarán en unos días. Acompañadnos en este viaje a través de la alimentación forzada de aire a los motores.

Un poco de historia de la sobrealimentación

La sobrealimentación ha acompañado a los motores desde los principios de la automoción. El primer diseño de un compresor para ser aplicado a un motor de combustión interna fue de Gottlieb Daimler y lo hizo en el año 1885. Desde entonces y hasta el día de hoy, la historia de la sobrealimentación ha ido fluyendo a la par que los motores de combustión interna.

A pesar de sobrealimentar motores de tiempos inmemoriales, la industria donde mayor evolución e implantación tuvo la alimentación forzada fue la aeronáutica. Los motores de pistones que utilizaban los aviones perdían rendimiento a medida que aumentaban la altura a la que volaban al bajar la presión y densidad del aire, por lo que para compensar, se optó por montar compresores mecánicos y turbocompresores a aquellos motores.

De ahí a pasar a los motores de la automoción como manera de extraer más potencia de los motores existentes, no hubo nada más que un corto paso. En la actualidad tenemos una de estas máquinas adosada a prácticamente la totalidad de los motores diesel, los motores de gasolina más prestacionales y cada vez más en las opciones más asequibles, gracias a su importancia en el concepto del downsizing.

El concepto: Más aire, más combustible, más potencia

Un motor atmosférico tiene un límite de potencia que normalmente determinan varios factores, entre ellos uno de los más importantes es la cantidad de aire que puede aspirar a través de su sistema de admisión. Para aumentar la potencia hay que aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros y a la par inyectar más combustible.

La mezcla estequiométrica es la relación ideal entre aire y combustible en la que cada unidad de combustible tiene el aire, más concretamente el oxígeno, exacto con el que reaccionar de forma completa. Cuando la relación entre aire y combustible es la ideal, se dice que λ=1. Es una relación fija establecida en 14,7 gramos de aire por cada gramo de gasolina y 14,5 gramos de aire por cada gramo de diesel.

Por ello, cuando se sobrealimenta un motor, es importante también que el sistema de alimentación de combustible esté preparado para aumentar el caudal de combustible que fluye al interior de los cilindros, si no el motor funcionará con una mezcla pobre λ>1, sobrecalentándose y no pudiendo entregar toda la potencia que debería.

La sobrealimentación de un motor utiliza medios mecánicos o aprovecha la dinámica de los gases, ya sea de escape o de la propia admisión para aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros. De esta manera los motores tienen más potencia y normalmente son más eficientes.

Tipos de sobrealimentación

Como ya hemos comentado, la alimentación forzada de aire a los motores ya tiene bastante historia y por lo tanto los tipos que hay son cuanto menos numerosos y cada uno tiene bastantes subtipos. La complejidad y efectividad ha ido en aumento en estos años, hablaremos de los más importantes en profundidad.

Alimentación forzada dinámica

Esta sobrealimentación utiliza las propiedades dinámicas de los gases para por medio de ondas de choque, inercias de los gases y resonadores introducir más aire dentro de los cilindros. Su efectividad no es muy alta, pero algunos coches utilizan admisiones de aire variables que se aprovechan de estas propiedades para mejorar ligeramente la capacidad de meter aire en sus cilindros.

Entre otros sistemas de este tipo destacan aquellos que orientan su admisión en dirección de la marcha, haciendo que una mayor cantidad de aire entre en la admisión y aumentando, muy ligeramente, la potencia del motor. Este sistema se utilizó en varios coches de los sesenta, pero actualmente no se utiliza, en parte por la dificultad de instalación y la influencia en la aerodinámica que tendría una boca abierta en dirección de la marcha.

Compresores mecánicos volumétricos y centrífugos

Los compresores mecánicos son aquellos que utilizan un sistema de tracción mecánica, normalmente una correa, engranajes o una cadena, para operar un sistema que por explicarlo de forma rasa, bombea aire al interior de los cilindros de manera que aportando más combustible el motor tenga más potencia.

Existen varios subtipos que trataremos detenidamente en una futura entrega y se utilizan actualmente en bastantes vehículos, tanto en solitario como acompañado con turbocompresores para complementar las características de ambos ofreciendo ese extra de "patada" en bajas que suelen ofrecer los compresores mecánicos.

Turbocompresores

Aprovechar parte de la energía que se desperdicia por los escapes para impulsar el aire que entra a través de la admisión. Ese es el resultado de interponer una turbina en la línea de escape conectada a través de un eje con un compresor interpuesto en la tubería de admisión de aire.

Esto se transforma en un aumento en la potencia y en la eficiencia del motor. La práctica mayoría de los motores diesel que montan los automóviles actuales cuentan con un turbocompresor. También los motores gasolina de la corriente downsizing tienden a montarlos, ya que con una cilindrada pequeña y aplicando un turbo se pueden obtener grandes resultados en cuanto a potencia, eficiencia y consumo de combustible. Por no hablar de las versiones más prestacionales que montan turbos a sus motores de gasolina como manera de obtener potencia bruta y altas prestaciones.

Concluiremos esta parte dedicada a los conceptos básicos haciendo mención a un elemento bastante importante que suele ir acompañando a los motores sobrealimentados. Uno de los problemas que se derivan del mero hecho de comprimir el aire con los dispositivos que hemos mencionado, es que el aire se calienta y por la ley de los gases ideales esto significa una disminución en la densidad del aire que entra en el motor.

Habíamos quedado en que lo que queremos es meter más aire y lo más denso posible, que en este caso es aire frío. Para ello se utiliza el intercooler o intercambiador de calor, un radiador por el que se hace pasar el aire comprimido previamente por el sobrealimentador para enfriarlo, ya sea cediendo calor al aire atmosférico o a un circuito de agua.

Tras él su destino es el motor, y aunque el intercooler supone una restricción al paso del aire, la ventaja del aire frío compensa cualquier restricción. Ya tenemos la carga fría en los cilindros, ahora solo queda en unos días ver los tipos de sobrealimentación en profundidad, con ejemplos de la vida real.

Dudas, preguntas y sugerencias, como siempre en los comentarios.

Fotografía | Flickr (DumbYellowDog-IV,19seventynine-V) Fuentes | Manual de Automóviles - Arias-Paz, Maximum Boost - Corky Bell, The Automotive Handbook - Bosch, Wikipedia

Tras una larga espera empezamos con la segunda parte de esta serie dedicada a la sobrealimentación de motores. En solitario o acompañados, los compresores mecánicos fueron la primera manera de sobrealimentar los motores térmicos. Allá por 1885 Gottlieb Daimler adaptó una bomba de aire de tipo Roots que se utilizaba en los hornos metalúrgicos al motor de uno de sus vehículos, era el primer compresor mecánico para sobrealimentar motores del mundo.

Hoy vamos a tratar los compresores que son arrastrados por el motor, ya sea utilizando correas, cadenas o trenes de engranajes. Hay muchos tipos, pero de momento vamos a tratar los considerados como principales, que son a grandes rasgos los volumétricos y los centrífugos, aunque cada uno de los dos tipos tienen subvariantes.

Compresores mecánicos volumétricos

Dentro de este tipo se agrupan muchos subtipos. A grandes rasgos se trata de bombas de aire que en cada ciclo desplazan un volumen determinado de aire. A pesar de ser los compresores con los que se empezó a sobrealimentar motores, su diseño y fabricación son complejos, por lo que antaño eran de manufactura bastante costosa.

Vamos a empezar por los tipos de compresores mecánicos volumétricos, sin ningún orden en especial, aunque sí que vamos a empezar por el tipo que inició la era de la sobrealimentación, los compresores de tipo Roots.

Compresor tipo Roots

Los elementos principales de los compresores volumétricos de tipo Roots son la carcasa y los rotores. Los rotores van engranados entre ellos, por lo que a medida que giran, en los huecos formados por los rotores contra la carcasa se forman unas bolsas de aire, que a medida que los rotores giran avanzan hacia la salida del compresor.

Una vez la bolsa de aire queda abierta al hueco de salida del compresor, el aire es forzado a salir por dicho hueco, ya que los lóbulos de un rotor se meten en los huecos formados por los lóbulos del otro, de manera que donde antes había un hueco ya no lo hay y el aire viaja (idealmente) solo en una dirección. Los rotores pueden tener varios lóbulos, siendo los rotores más comunes los tres o cuatro lóbulos. En este enlace a Wikipedia tenéis una imagen esquemática.

El fabricante más conocido de compresores de este tipo es Eaton, que incluso desarrolló una variante del Roots, más eficiente, el compresor TVS (Twin Vortices Series), que equipan modelos como el Corvette ZR1 o los Audi con el motor 3.0 V6 TFSI. Este compresor cuenta con un avanzado diseño con rotores de cuatro lóbulos que lo hace más eficiente que los compresores Roots convencionales.

Compresor Twin-Screw

Aunque el concepto es bastante similar al del compresor Roots, los compresores Twin-Screw (o Lysholm) tienen algunas diferencias notables. Para empezar, los rotores no son iguales ni tienen el mismo número de lóbulos. Uno tiene unos lóbulos que encajan dentro de los lóbulos del otro rotor de forma casi perfecta. Además al contrario que en los compresores Roots, los huecos donde el aire circula desde la admisión del compresor a la salida se hacen más pequeños a medida que avanzan, ya que sus rotores son ligeramente cónicos.

Esto hace que el aire se comprima más. Los compresores Twin-Screw tienen menos pérdidas de aire por holguras entre los lóbulos y la carcasa, por lo que es además más eficiente que un Roots, al dejar escapar hacia la admisión del compresor menos aire. Sin embargo esta mejora en la eficiencia paga un peaje y es la complejidad de fabricación de los rotores y la carcasa, que encarece este tipo de sobrealimentadores mecánicos.

Los fabricantes de compresores Twin-Screw más conocidos son Whipple o HPS, entre muchos otros. Entre los fabricantes que utilizan en la actualidad compresores Twin-Screw están Ford, Mazda y Mercedes, en algunos de sus famosos Kompressor, como el utilizado en el Mercedes SLK 230K o en el SL55 AMG.

Compresor tipo Scroll o compresor G

Otro de los compresores mecánicos volumétricos más conocidos es el compresor G, un complicado (de visualizar al menos) sistema de sobrealimentación de motores. En él existe un circuito fijo en la carcasa y un circuito móvil, ambos en forma de espiral, siendo el móvil el que arrastra la polea del compresor. Es poco visual de explicar con texto, pero intentaré hacerlo lo mejor posible. El aire entra por una toma situada en la zona más externa de la carcasa.

Ahí el aire queda atrapado por el movimiento excéntrico del circuito móvil entre la pared de ese y la pared del circuito fijo. El circuito móvil no gira, oscila de forma orbital, formando sucesivas bolsas de aire entre las paredes de los circuitos, bolsas que a medida que van avanzando por el laberinto del compresor G ven reducido el volumen disponible y aumentando con ello la presión.

En este link tenéis un gif de Creative Commons donde se ve perfectamente el funcionamiento de estos compresores. El aire entraría por la parte externa y saldría por el centro. Estos compresores son bastante complejos en su fabricación, aunque tienen pocas partes móviles y en teoría son bastante fiables.

Actualmente ningún fabricante de coches los monta, aunque si que existen fabricantes de este tipo de compresores, como Handtmann. Hace unos años Volkswagen equipaba a algunos de sus motores con estos sobrealimentadores G, como los que montaban los Polo, Golf o Corrado G40 y G60.

Compresores centrífugos

Hasta aquí hemos llegado con los compresores volumétricos, existen más tipos, pero actualmente están en desuso, por lo que vamos a pasar al siguiente tipo. Ya hemos salido de los compresores volumétricos y nos metemos en los compresores centrífugos. Estos no llevan la denominación volumétrico porque en cada ciclo no comprimen una cantidad o volumen fijo de aire, son de tipo dinámico.

Consiste en una caracola, muy similar a la de los turbos que veremos en la próxima entrega, en el interior de la cual se aloja un rotor, también denominado compresor. Este compresor es movido por el motor, la diferencia con otros compresores es que el rotor de un compresor centrífugo debe girar a muy alta velocidad para mover una cantidad de aire suficiente, para lo que se recurre a un grupo multiplicador de engranajes que transforma las revoluciones que llegan a la polea impulsora en un mayor número de ellas que permitan al rotor girar a una velocidad cercana a la óptima.

El aire entra en el compresor de forma axial, donde llega al rotor que se encuentra girando, el cual impulsa el aire de forma radial por fuerza centrífuga hacia la caracola y desde ahí hacia el intercooler o la admisión del motor. Son compresores muy eficientes y ofrecen unos incrementos de potencia bastante decentes, además de ser sencillos, lo que hace que existan multitud de fabricantes de componentes que los ofrecen como kits aftermarket para montar en prácticamente cualquier tipo de coches.

Además al tener entrada y salida por tubos, permite una flexibilidad que otros compresores no ofrecen, como separarlo del bloque para evitar transferencias de calor o mandar el aire por tubos hasta un intercooler situado en una posición más propicia para el enfriamiento del aire.

¿Coches que monten compresores centrífugos mecánicos? Actualmente ninguno, en la práctica a los fabricantes les sale mucho más rentable instalar turbocompresores que son similares a los compresores centrífugos y son bastante más eficientes, ya que recuperan parte de la energía perdida por el escape sin apenas lastrar al motor.

Pero estos son temas que trataremos en la próxima entrega dedicada a los turbos, ¡espero traerlo pronto para no haceros esperar tanto como para esta parte!

Fotografías | Flickr (Jaguar Cars MENA - I, Felix - II,Tonylanciabeta - V y VI, Mitch Barrie - VIII) Fuentes | Fabricantes, Manual de Automóviles – Arias-Paz, The Automotive Handbook – Bosch, Wikipedia En Motorpasión | Sobrealimentación de motores: Concepto y tipos

Última entrega de este pequeño especial en el que os hemos intentado acercar la sobrealimentación de motores. Hace unos meses os trajimos los detalles sobre los compresores mecánicos y centrífugos, hoy vamos con los omnipresentes turbocompresores que tan importantes están siendo en la era del downsizing al permitir sacar lo mejor de los motores y aprovechar el combustible hasta la última gota.

Ya recordamos que lo que queremos hacer es meter más cantidad de aire dentro del cilindro, en los turbocompresores la energía para forzar el aire al motor se saca de los gases de escape del motor, aprovechando parte de esa energía que se desperdicia del motor y utilizándola para aumentar la cantidad de aire que entra.

El turbocompresor, un poco de historia

Los motores son máquinas muy ineficientes. Gran parte de la energía que se produce en el interior de los motores procedente de la combustión del combustible se pierde por el tubo de escape en forma de gases calientes. En el año 1905 un ingeniero suizo llamado Alfred Büchi patentó el primer turbocompresor que utilizaba los gases de escape para introducir aire de forma forzada en el motor.

Sin embargo no fue hasta varios años más tarde cuando el turbo se empezó a adoptar de forma habitual en los aviones ya que al aumentar la altitud disminuía la presión y densidad del aire, mermando la potencia de los motores, problema que solventaron utilizando tanto compresores mecánicos como turbocompresores.

No fue hasta los años 60 cuando el turbo vió aplicación en el mundo del automóvil, sin embargo su consolidación se produjo con la llegada del primer coche de producción con motor turbodiesel, el Mercedes 300D. La turboalimentación encontró en los motores diesel una relación de simbiosis.

Hasta entonces los motores diesel habían sido mamotretos caros, pesados, ruidosos y poco potentes. El turbo consiguió mejorar algunos de estos aspectos, lo que ayudó a su expansión por toda Europa, hasta el punto de superar por mucho las ventas de los motores de gasolina.

Después de este éxito abrumador del diesel en Europa debido en gran parte a los turbos, llegamos a la primera década del siglo XXI, en la que las normativas medioambientales fuerzan cada vez más a conseguir coches eficientes y limpios. Esto lleva a los fabricantes de coches a mirar otra alternativa para seguir cumpliendo las normativas y vender coches. El downsizing, motores de pequeño tamaño, muy apretados y eficientes que encuentran en el turbo un aliado perfecto, ya sean de gasolina o diesel.

Gracias al turbo pueden dar potencias específicas imposibles de imaginar hasta hace bien pocos años en modelos de entrada a la gama con motores de gasolina, por encima de los 100 CV por litro. Además el uso de turbocompresores aumenta la cantidad de par disponible y lo ofrece en un rango más amplio del régimen, por lo que esta relación entre los motores de gasolina y los turbos también es cómoda de conducir en cruceros a medias vueltas y encima consumiendo poco.

¿Y como funciona un turbo?

Ya hemos comentado a grandes rasgos como funciona, aprovecha los gases de escape para introducir aire fresco forzado por la admisión. Esto se consigue utilizando dos rotores alojados cada uno en su carcasa o caracola como se conocen coloquialmente. Al rotor que es movido por los gases de escape se le llama turbina y es el encargado de transformar el flujo de gases que llegan en dirección radial en movimiento (en la imagen que encabeza el artículo, la parte pintada de rojo). El camino que siguen los gases a través de la carcasa es en espiral con una sección que se va reduciendo hasta salir a través del rotor.

Los gases de escape a continuación salen en dirección axial por el tubo de escape. La carcasa de la turbina suele ser de fundición, ya que tiene que soportar bastante calor. El movimiento de la turbina se transmite a través del eje al otro rotor, el compresor (alojado en la carcasa azul de la foto de cabecera). Este coge el aire que llega por el tubo de admisión en dirección axial y lo impulsa centrífugamente y de forma radial por un tubo que irá a las toberas de admisión del motor directamente o previo paso por un intercooler o intercambiador de calor.

La carcasa del compresor se puede hacer en otros materiales, ya que no tiene que aguantar el calor del escape. En cuanto al material de los rotores, tanto de la turbina como del compresor, el primero suele ser de materiales caros muy resistentes al calor, como el titanio, mientras que el compresor suele ser de aleaciones de aluminio.

Además del calor, estos rotores tienen que ser capaces de aguantar las cargas y fuerzas centrífugas producidas al girar a velocidades que llegan a las 280.000 rpm. Dependiendo del tamaño del turbo será apto para un régimen menor o mayor, ya que debido a las inercias un turbo de mayor tamaño suele ser capaz de mover más aire, girando "despacio" pero a unas revoluciones mayores del motor, mientras que uno pequeño suele ser capaz de mover menos aire pero hacerlo a regímenes más bajos y girando más rápido.

¿Un turbocompresor que funcione bien en todas las circunstancias?

Como ya hemos comentado, la elección entre un turbo que funcione a bajas vueltas o uno que sople a alto régimen es complicada. Los fabricantes han introducido a lo largo de estos años novedades para que los turbos abarquen la mayor cantidad del rango de revoluciones útiles del motor.

Uno bastante usado es complementar dos turbos, en serie o cascada (uno más grande y otro más pequeño) o en paralelo (dos pequeños que al soplar juntos consiguen un efecto parecido al de uno grande). También se utiliza bastante el recurso de utilizar un compresor mecánico para las bajas vueltas y un turbo para las altas, como en algunos de los TSI de Volkswagen por poner un ejemplo rápido.

Turbo de geometría variable

Para conseguir este efecto con un solo turbo hay varias posibilidades, pero la más utilizada es la del turbo de geometría variable. Estos disponen de un sistema de aletas o álabes que dependiendo de la presión de los gases de escape se sitúan en una u otra posición, para aumentar la velocidad del flujo que debe pasar a través de la turbina y mantener a la turbina girando a su velocidad óptima a cualquier régimen del motor.

La otra es usar una carcasa para la turbina con dos entradas que llevan el aire hasta la turbina a través de dos caminos diferentes que sueltan el gas caliente en diferentes zonas de la turbina. De esta manera una de las espirales guía el gas de una forma más eficiente cuando la presión de los gases de escape es baja y la otra cuando es alta.

Turbo con dos espirales de entrada a la turbina

Problemas en el paraíso, exceso de presión y el retraso del turbo

Los turbos como todos los sistemas tienen algunas contras. El primero y principal es el retraso en la respuesta del turbo, un mal que se dió bastante en los modelos de los 70 y 80, ya que los fabricantes carecían de los medios de gestión con los que cuentan en la actualidad y los materiales hacían que los rotores sufrieran de grandes inercias.

Para mover la turbina se utiliza el gas de escape, que es un fluido compresible. El retardo del turbo se produce cuando se requiere un cambio rápido de régimen, por ejemplo acelerando fuerte. En ese momento el turbo se encuentra girando despacio, lejos de su régimen óptimo y los gases de escape empiezan a fluir a través del turbo empujándolo lentamente. Hasta que el turbo acelera su rotación alcanzando su régimen óptimo pasa un tiempo que puede ser de hasta varios segundos, esto es lo que se llama retardo/retraso del turbo o turbolag.

En este periodo la sensación de aceleración es baja. Este defecto se solventado en gran parte utilizando turbos pequeños que se mueven más fácilmente y usando mejores materiales que generan menos cargas e inercias.

Uno de los que la leyenda dice que sufrían la falta de válvulas de descarga

Otro de los problemas es justo al contrario, cuando tratamos de decelerar bruscamente. En ese momento el turbo está girando a gran velocidad e insuflando gran cantidad de aire por la admisión aunque hayamos soltado el acelerador. En esa situación, cuando queremos parar, no es nada recomendable que siga entrando aire al motor, para lo que se inventaron diversos tipos de válvulas.

Estas válvulas detectan un exceso de presión después del compresor del turbo o a la entrada de la turbina del escape, comparándola con la presión de la admisión y el escape (y actualmente otros parámetros gracias a la electrónica). Existen varios tipos, aunque las más comunes son las válvulas de descarga o wastegate que sueltan los gases de escape a la atmósfera o al tubo de escape. También son comunes los bypass que normalmente van integrados en el propio turbo y que lo que hacen es devolver el aire comprimido por el turbo a la admisión o bien lo vierten a la atmósfera.

En la actualidad los turbos de modelos comerciales suelen llevar estas válvulas integradas en el turbo y no se vierte nada a la atmósfera ya que eso significaría en el caso de una válvula de descarga que estarían emitiendo gases de escape sin pasar por los sistemas anticontaminación del coche.

Lubricación del turbo, o por qué no hay que apagar el coche después de haberle dado caña

Como es comprensible, un componente que gira hasta a 280.000 rpm necesita lubricación. El eje del turbo suele ser de materiales muy resistentes, pero no son indestructibles por lo que necesitan ser lubricados y también refrigerados, ya que por un lado tiene aire a temperatura ambiente, pero por el otro la temperatura alcanza varias centenas de grados.

Normalmente se utiliza el aceite del motor para ambos cometidos, derivando un conducto del circuito para el turbo, aunque en ocasiones lleva circuitos separados, de aceite y de refrigerante. En funcionamiento, el aceite fluye alrededor del eje, por lo que funciona normalmente, sin embargo, hay un problema que se produce después de haber sometido a cargas moderadas al motor.

En esta situación el turbo está caliente, por lo que al detener el motor y con ello cesar el flujo de aceite alrededor de su eje, las elevadas temperaturas carbonizan el aceite alrededor del eje. Si se hace con frecuencia el resultado es que el eje se va deteriorando, llevando a la rotura del turbo y a que nos echemos unas risas en el taller.

La solución está en dejar el motor en marcha entre 2 y 5 minutos (mirarlo en el manual del coche, suele venir), para que el aceite siga fluyendo mientras el turbo gira a muy bajas vueltas, dando tiempo a que el eje y el turbo se enfríen. En la actualidad muchos modelos llevan sistemas autónomos que hacen esto por nosotros, aunque apaguemos el coche y cerremos las puertas el motor sigue en marcha hasta que ha dado tiempo al turbo para enfriarse. Otra solución es tener bombas eléctricas que mantengan el aceite circulando por el turbo después de apagado.

Y no sé si me dejo algo, seguro que sí, pero ya eso lo dejo para mis compañeros porque este es mi último artículo en Motorpasión, para cualquier duda puntual, en los comentarios. Ha sido un placer escribir este tipo de ladrillos para vosotros y os agradezco que algunos hasta los hayáis leído. ¡Muchas gracias a todos!

Fotografías | Flickr (Greg Goebel-II, Baileyusa115-III, Michael Hicks-IV, Matthew Hine-V, Tognum AG-VI, Tognum AG-VII, harry-nl-VIII, Skip Steuart-IX, l0lnix-X) Fuentes | Manual de Automóviles – Arias-Paz, Maximum Boost – Corky Bell, The Automotive Handbook – Bosch En Motorpasión | Sobrealimentación de motores

Si la llegada de la hibridación a los cavallinos rampantes fue todo un shock para los puristas adictos a la gasolina, durante los últimos meses se ha estado barajando la posibilidad de emplear un motor V12 como el equipado en el Ferrari LaFerrari y turboalimentarlo, además de la hibridación. Conjuntamente podría dar como resultado un misil considerable aunque no todos piensan que sea una buena idea.

Sin ir más lejos, el máximo responsable de Ferrari, Sergio Marchinne, ha opinado en unas recientes declaraciones a Autocar que "sería de locos colocar un turbo en nuestros motores V12, así que no, no es una buena idea". El italiano despejaba así cualquier duda, tan contundente y polémico como nos tiene acostumbrados.

Descatando ideas "absurdas"

De acuerdo con las palabras del capo, "nuestros mejores motores seguirán siendo bloques con 12 cilindros en uve de aspiración natural, ayudados por motores eléctricos", sí, pero nunca sobrealimentados. Al menos de momento claro, porque a medida que avanzan los años las normativas cada vez aprietan más fuerte.

Con un potencial tan alto escondido en su nueva plataforma, en Maranello cuentan con que "vamos a mejorar el rendimiento en pista con los nuevos sistemas de hibridación", y eso sólo quiere decir una cosa: más potencia. El V12 de 6,3 litros actual ofrece unas cifras de 800 CV, que ascienden hasta los 963 CV con la aplicación de los dos motores eléctricos.

Mejorando la tecnología que ya utilizan, fácilmente podrían superar la barrera de los 1.000 CV, pero lo que es más importante es que podrán utilizarla cómo y cuando quieran con la avanzada electrónica de la que se dispone actualmente, mejorando los tiempos por vuelta.

En cualquier caso y para evitar shocks como el ocurrido con el V8 biturbo del Ferrari 488 GTB, tranquilo, seguiremos teniendo Ferraris no sobrealimentados, y de los gordos además.

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Los motores turbo tienen muchas ventajas, pero también algunos inconvenientes. El principal es que a más piezas móviles hay más posibilidades de avería, y por eso el turbo es uno de los sistemas que más reparaciones están acaparando en los últimos años. Hoy vamos a tratar de explicar cómo detectar una posible avería en el turbo y minimizar la gravedad.

Desde que las normativas anticontaminación empezaron a apretar y se instauró el downsizing, los sistemas de sobrealimentación mediante turbocompresores se han hecho el pan de cada día en prácticamente todas las marcas. Sólo quedan algunos valientes como Mazda defendiendo a capa y espada los bloques atmosféricos.

Turbocompresores: síntomas y posibles averías

Los sistemas de sobrealimentación están diseñados para bajar los consumos en mecánicas convencionales o incrementar las prestaciones en el extremo mas aspiracional, en coches de corte deportivo. Ahora bien, hay que tener en cuenta que una mecánica más compleja también entraña ciertos riesgos y "se me ha ido el turbo" es una frase que se puede escuchar con relativa facilidad. Quienes dicen esto se refieren a una probable avería que está incluso asumida por los conductores.

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Un turbocompresor es un sistema que lleva décadas entre nosotros y su funcionamiento es (aparentemente) sencillo. Los gases de escape se utilizan para mover una turbina que, a través de un eje, impulsa una segunda turbina que fuerza el aire de admisión hacia el motor. A más cantidad de aire, se consigue más potencia.

Estas turbinas giran a cientos de miles de revoluciones por minuto, a temperaturas elevadísimas y por lo tanto necesitan aceites de muy buena calidad para lubricarse y refrigerarse o rodamientos de baja fricción muy precisos y en muy buen estado. Estas circunstancias en vehículos que ruedan durante cientos de miles de kilómetros pueden acabar por no darse y desembocar en averías.

Estas averías no suelen surgir de la noche a la mañana, sino que dejan entrever algunos síntomas que podemos detectar y evitar una factura de taller costosa.

Uno de los síntomas más frecuentes de avería en el turbo es la pérdida de potencia y la aparición de silbidos al acelerar. Ya sea por pérdidas de estanqueidad en el sistema o incluso por un defecto de funcionamiento en los sistemas de geometria variable en los coches que lo equipen, la consecuencia directa es que el coche muestre una caída en las prestaciones o un funcionamiento errático.

Estos fallos no comprometen la mecánica por sí mismos, pero al fin y al cabo el sistema de admisión se ha averiado, por lo que es fácil encontrar que se eleve el consumo aparte de no empujar con el brío de cuando estaba en plena forma. Su reparación es viable y relativamente asequible.

Otro de los elementos susceptibles de avería en el sistema de turboalimentacion es la válvula de descarga. Este elemento se encarga de dar salida a la presión generada por la turbina sobre los gases de admisión que cuando ya no es necesaria, por ejemplo, al soltar el acelerador después de un periodo de aceleración.

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Un fallo en estas válvulas puede deberse a la acumulación de residuos y también se traduce en un comportamiento irregular del motor. En el caso de que la válvula haya quedado inservible no suele ser una reparación especialmente costosa.

Si encontramos que el coche empieza a expulsar un humo azulado por el tubo de escape, especialmente en frío, o si detectamos que el ritmo de consumo de aceite del motor es más elevado de la cuenta, ojo porque podemos estar ante una de las averías más graves del sistema. El turbo se lubrica con el mismo aceite del motor, y el consumo a través de alguna de las juntas en los casquillos del eje.

Esta avería muestra un deterioro que, por desgracia, no se quedará en eso. Lo mejor es no seguir utilizando el coche y llevarlo al taller para evitar que el turbo colapse por completo o que el turbo acabe por beberse todo el aceite del motor si no lo vigilamos y acabar con el motor para el desguace.

También es especialmente preocupante si detectamos sonidos metálicos en fases de aceleración, gruñidos, y falta de potencia. En este caso es posible que estemos ante el final de la vida del turbo, pues las turbinas probablemente estén girando descentradas y con sus aspas arañando las paredes interiores de la carcasa.

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En esta situación es fácil que fragmentos metálicos de las aspas acaben por desprenderse y, si proceden de la turbina de admisión, pueden llegar al interior del motor y arruinar la mecánica. Por eso, al escuchar ruidos escandalosos procedentes del turbo, lo mejor es detener el coche en el lugar más seguro posible, apagar el motor cuanto antes y avisar a la asistencia en carretera.

En definitiva, el turbo es uno de los componentes que necesitan de más cariño. Por eso no está de más utilizar algunas pautas muy básicas pero efectivas para prolongar su vida, como un aceite de buena calidad con los cambios oportunos, no apagar el coche nada más llegar a destino para que el turbo refrigere o no exigir demasiado con el pie derecho cuando el aceite del motor aún está frío.

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