Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que emplea una turbina centrífuga para accionar, mediante un eje coaxial, un compresor de gases. Resulta habitual en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los diésel. Debido a que poseen una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, pagan menos impuestos.

 

Los gases de escape inciden de forma radial en la turbina, tras ceder gran parte de su energía interna (mecánica y térmica). Mientras, el aire entra en el compresor axialmente, saliendo de modo radial, con el efecto negativo de un aumento considerable de la temperatura. Recalquemos que este efecto se puede contrarrestar con el intercooler.

De la misma forma, el aumento de presión introduce en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno, superior a presión atmosférica. Se obtiene así más capacidad de motor en cada carrera útil (carrera de expansión) y, por tanto, más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente. En los diésel, la masa de aire no es proporcional al caudal de combustible, pues siempre entra un exceso de aire.

Los turbocompresores más pequeños y de presión de soplado más baja ejercen una presión máxima de 0,25 bar, al tiempo que los más grandes alcanzan los 1,5 bar. Indicar que en motores de competición se llega a presiones de 3 y 8 bares, dependiendo de si el motor es gasolina o diésel.

Actualmente está cambiando el modo de aplicación de los turbocompresores: si antes primaba la potencia a altas revoluciones, ahora lo fundamental es que el coche responda perfectamente en todo régimen de giro de uso.

La válvula waste-gate evita presiones excesivas que dañen el motor. De hecho, esta waste-gate o válvula de descarga es la que regula la cantidad de gases que se fugan de la caracola del turbo directamente hacia el escape, mediante la apertura de la válvula. Así, a más gases fugados, menos presión de turbo. Además, con la válvula cerrada se alcanza la máxima presión del turbo, al pasar todos los gases de escape por la caracola.

La dump valve o válvula de alivio abre una fuga en el conducto de admisión al dejar de acelerar, para que la presión generada por la enorme inercia del turbo no sature estos conductos. Evitamos la brusca deceleración de la turbina y alargamos su vida útil.

Diésel

En los motores diésel, el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con un exceso de aire. Esto implica que, a igual cilindrada unitaria e igual régimen de motor (rpm), entra mucho más aire en un cilindro diésel.

Por otra parte, las presiones alcanzadas al final de la carrera de comprensión y, especialmente a lo largo de la carrera de trabajo, son mucho mayores (40-55 bares) que en el motor de gasolina (15-25 bares). Esta alta presión, necesaria para obtener la temperatura requerida para la auto-inflamación o auto-ignición del gasóleo, es el origen de que la fuerza de los gases de escape - a igual régimen, cilindrada unitaria y carga requerida al motor - sea mucho mayor en diésel que en gasolina.

En numerosos casos, y según el tamaño del turbo, existe un dispositivo mecánico de regulación, una válvula de descarga que desvía mediante una derivación parte o todo de los gases, limitando de esta manera el régimen de la turbina y del compresor. La idea es limitar el exceso de presión en el momento que la turbina trabaja a máximas revoluciones.

Es importante subrayar que la presión que proporciona el turbo no depende exclusivamente del régimen del motor (rpm), sino también de la carga del mismo, que corresponde al par motor que tiene que darnos el régimen determinado. Por ejemplo, a un motor subiendo una pendiente del 3 % a 3.000 rpm y, posteriormente, bajándola (también a 3.000 rpm), no le pedimos la misma carga en los dos casos. No entregará a la transmisión, entonces, el mismo par motor: la fuerza de combustión es sensiblemente menor bajando.

Los vehículos diésel de hoy en día no se conciben sin un turbocompresor.

Gasolina

En los motores de gasolina, el combustible se inyecta en el paso entre el turbocompresor y la cámara de combustión, o directamente en la cámara si es inyección directa.

Asimismo, en este tipo de motores debemos reducir la relación de comprensión para evitar el autoencendido. Esta acción, que se hace normalmente rebajando la parte central de la cabeza del pistón, produce una disminución del rendimiento teórico del ciclo, compensada con la presión de aire que entra dentro de la cámara de compresión. Gracias a esta función, el motor desarrolla mucha más potencia que un motor atmosférico a idénticas condiciones.

Los motores de gasolina se controlan mediante una válvula de mariposa accionada por el acelerador mediante un cable, que regula la cantidad de mezcla aire-combustible que entra en el motor. Mediante un sistema mecánico (carburador) o electrónico (inyección) se dosifica la cantidad de gasolina para que, por mucho que cambie la cantidad de mezcla combustible-aire que alimenta los cilindros, se mantenga la relación de 14,7 partes de aire en peso por una de gasolina.

Se recomienda el uso de una válvula adicional llamada “blow-off” entre el turbocompresor y la válvula de mariposa de la admisión. Al cerrar la mariposa de forma repentina se crea un aumento de presión (golpe de ariete), que se desplaza por los tubos buscando una salida. Si no la hay, esta presión intenta retroceder por el turbo, provocando una reducción de su velocidad de giro y una reducción del caudal de aire aportado. Estos factores provocan sobreesfuerzos en el turbocompresor.

La válvula “blow-off” libera parte de la presión procedente del turbocompresor: hace recircular el exceso de presión a la entrada de la admisión y la descarga al exterior.

Condicionantes

Un turbocompresor funciona de diferente forma según regímenes de motor. A bajas revoluciones no ejerce presión, ya que la escasa cantidad de gases no empuja con suficiente fuerza. Por otra parte, un turbocompresor más pequeño da menos fuerza a altas revoluciones. Los fabricantes de motores presentan diferentes soluciones a este problema:

-         El biturbo es un sistema con dos turbocompresores de distinto tamaño. A bajas revoluciones funciona únicamente el pequeño, por su respuesta más rápida. El grande sólo sirve a altas revoluciones, ya que ejerce mayor presión.

-         El biturbo en paralelo (twin turbo) es un sistema con dos turbocompresores pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños que un turbocompresor único, poseen una menor inercia rotacional, generando presión a revoluciones más bajas.

-         El turbocompresor asimétrico consiste en colocar un solo turbocompresor en una bancada, dejando la otra libre. La idea no es conseguir una gran potencia, sino que la respuesta sea rápida.

-         El biturbo secuencial se compone de dos turbocompresores idénticos. En el momento que hay poco volumen de gases de escape, se envía a un turbocompresor y cuando el volumen aumenta, se reparte entre los dos. Se logra de esta forma una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta.

-         El turbocompresor de geometría variable cuenta con un mecanismo de aletas (llamado álabes móviles) que se abren y cierran, variando la velocidad de los gases de escape al entrar en la turbina. A menor caudal de gases de escape, se cierra el paso entre los álabes, provocando que los gases aumenten la velocidad al entrar en la turbina.

Los requisitos de los fabricantes de vehículos exigen una sofisticación progresiva, creciendo la adopción de sistemas de válvulas electrónicas, nuevos sistemas de cojinetes y mejoras en la interacción con las unidades ECU. Estos factores, resaltan en Honeywell, hacen que los turbos producidos hoy sean cada vez más complejos.

También se aprecia un incremento en sistemas de turbos secuenciales para cumplir parámetros específicos de rendimiento. Es por dicha complejidad y la necesidad de una calibración exacta, que se recomienda la no reconstrucción de estos turbos. “Los riesgos asociados al uso de turbos reconstruidos o copias no son para tomarlos a la ligera”, advierten.

Mercado

“En principio ha afectado menos la crisis que al resto de componentes”, argumenta Turbo Master, que aclara que se trata de un artículo en el que no se puede decidir cuando cambiarlo, como puede ser el aceite, los frenos o neumáticos. “Si se ha roto no queda más remedio que reemplazarlo: el coche no puede funcionar sin él”.

Una opinión pareja expresan desde Honeywell, que indican que los turbos han resistido especialmente bien debido a la alta cuota de vehículos diésel en los últimos cinco años. Además, los requisitos de los fabricantes de vehículos para reducir la capacidad de los motores, manteniendo similares potencias y proveyendo consumos reducidos de combustible (el conocido “downsizing”), han supuesto que los turbos sean un elemento esencial para cumplir con los objetivos de niveles de emisiones y rendimiento.

En este sentido, “este rápido incremento en la cuota de vehículo turboalimentados ha causado un mercado de posventa boyante, lo que combinado con una excelencia en el servicio al cliente, ha resultado en un crecimiento positivo a lo largo de los últimos años en el mercado del recambio”.

Honeywell prevé una cuota de vehículos turboalimentados del 72 % en 2.020, con un incremento significativo en regiones emergentes. Localmente, en el negocio de posventa en España, observan un incremento en turbos por parte de los grupos de compra y grandes distribuidores, “ya que estas empresas reconocen el potencial de crecimiento a largo plazo, debido a que una amplia mayoría de vehículos matriculados en nuestro país en los últimos cinco años se benefician de las ventajas de los turbos”.

Turbo Master asegura que los turbocompresores abarcan hoy en día tanto el mercado diésel (99 %) como el de gasolina (20 % actualmente y un 30-40 % en tres-cuatro años), y se empiezan a incorporar en las nuevas aplicaciones de motores híbridos.

“El futuro del sector en los próximos años es prometedor: a los motores diésel le incorporarán numerosas aplicaciones de gasolina que hasta ahora no montaban turbos”, argumentan en Turbo Master.

Empresas

Honeywell es un destacadísimo fabricante de turbocompresores a nivel mundial. Pese a que el legado de la compañía en turbos se remonta a hace más de 60 años, es a día de hoy cuando las tecnologías en turbocompresión “gozan en la industria de la automoción de una relevancia como jamás antes han tenido”.

La firma quiere recordarnos que actualmente circulan por las carreteras de todo el mundo más de 50 millones de vehículos que llevan incorporado un turbo de Honeywell.

Su oferta en el mercado de la posventa consiste en la más amplia gama de turbocompresores completos y nuevos, lo que supone más del 95 % de sus ventas en España. Sin embargo, también comercializan componentes para modelos de turbos antiguos que no sean de geometría variable.

“Garrett by Honeywell tiene un claro liderazgo en calidad, probado por nuestra amplia presencia en primeros equipos. Es una marca con una clara orientación al cliente”, afirman sus dirigentes.

Tras el lanzamiento el pasado año de su sitio web de posventa www.garrettbyhoneywell.com, en éste han desarrollado una red de distribución específica para los turbos de tuning y competición en Europa, “a fin de satisfacer las exigencias de los entusiastas del motor y tuning”.

Turbo Master son distribuidores de turbocompresores desde 1.980. Se iniciaron con la marca Roto-Master, seguido de Garrett y Holset. En estos momentos están desarrollando la distribución para Europa de Garrett Performance, con turbos para aplicaciones deportivas y tuning.

Son especialistas en turbocompresores para automoción, tanto turismo como vehículo industrial, maquinaria, motores marinos, generadores,… Aparte de la venta, brindan al cliente toda una serie de ayudas para el desarrollo de su negocio, fundamentalmente a través de internet, acciones de marketing, asistencia técnica o cursos de formación.

Recientemente han sido nombrados distribuidores de Garrett Performance para Europa y están desarrollando nuevas aplicaciones y formas de ventas de todo lo relacionado con el tuning y la potenciación de motores.

Desde su fundación, en 1.936, Vege Motorsen se ha especializado en la reconstrucción de motores y culatas de las más conocidas marcas europeas, americanas y japonesas. En la actualidad está situado como uno de los principales reconstructores de motores del Viejo Continente, mientras en España cuentan con un almacén de distribución propio desde 1.994, para toda la península Ibérica.

En 2.004 incorporaron a sus productos los turbos reconstruidos y nuevos, “para seguir progresando en todos los campos”. Indicar que los turbos que distribuyen se suministran con un kit de montaje que incluye juntas, tornillos y una carga de aceite.

“Muchas veces la rotura de un turbo provoca daños en el motor. Contando con toda nuestra gama de motores, en la mayoría de los casos podemos ofrecer y suministrar también el motor reconstruido para completar la reparación del vehículo”, recalcan.

Además, debido a que se trata de un mercado en constante actualización y desarrollo, Vege trabaja para que en breve se integren nuevos productos reconstruidos, fortaleciendo también el stock y la disponibilidad de los que ya distribuyen.

¿Qué es el overboost?

El overboost es el periodo en el que el sistema produce a plena carga una presión de sobrealimentación mayor a lo normal, con el objetivo de aumentar el par motor.

Actualmente este sistema, con el control electrónico adecuado, tiene en cuenta diferentes factores como la carga o la relación de cambio.

El turbo timer

El turbocompresor suele estar refrigerado con aceite que circula mientras el motor está en marcha. Si el motor se apaga bruscamente tras un intenso uso, y el turbocompresor está muy caliente, el aceite que refrigera los cojinetes del turbocompresor se queda estancado y su temperatura aumenta. Puede comenzar a carbonizar, disminuyendo su capacidad lubricante y acortando la vida útil del turbocompresor.

El turbo timer es un sistema que mantiene circulando el aceite en el turbocompresor durante un periodo de tiempo después del apagado del motor. Algunos modelos funcionan con sensores que detectan la intensidad en el uso del turbocompresor para la lubricación forzada del mismo en un tiempo prudencial después de apagar el motor.