Diferentes tipos de turbocompresores para empresas

Los turbocompresores son compresores centrífugos accionados por una turbina de gases de escape para aumentar la presión del aire de sobrealimentación del motor. El rendimiento de los turbocompresores afecta a todos los parámetros esenciales del motor, como la eficiencia del combustible, la potencia y las emisiones. Antes de entrar en la mecánica de los turbocompresores, es fundamental comprender algunas ideas básicas.

Un turbocompresor es un compresor de desplazamiento positivo accionado por el motor del motor. Se trata de un sistema de eje coaxial con dos ejes giratorios. El eje de la turbina está conectado a la turbina de gases de escape, que está situada dentro del canal de escape del motor y se alimenta de la energía de los gases de escape. El compresor de aire está conectado al eje del compresor a través de un acoplamiento de ejes. El eje del compresor está encerrado en su carcasa.

Lea el artículo completo porque hablaremos de los numerosos tipos de turbocompresores disponibles.

¿Qué es el turbocompresor?

El turbocompresor es el término colectivo para el conjunto del turbocompresor en su conjunto. Aunque es correcto, puede inducir a error. La turbina y el compresor son los componentes giratorios del turbocompresor. El conjunto completo del turbocompresor consta de tres componentes: el componente giratorio, la carcasa de la turbina y la carcasa del compresor.

Dado que la turbina es propulsada por los gases de escape, se denomina dispositivo de flujo centrífugo. A medida que el gas se desplaza desde los bordes interiores a los exteriores de la turbina rueda, su velocidad aumenta. Como resultado, las condiciones de velocidad de los gases de escape en la turbina producen una amplia variedad de caudales, lo que permite que el turbocompresor funcione a un alto nivel de eficiencia.

¿Cómo funcionan?

Un compresor de aire, una turbina y un controlador componen un sistema de turbocompresor. El compresor de aire comprime y suministra aire al turbocompresor. El compresor es único porque su velocidad aumenta al mismo ritmo que la velocidad de entrada, comparable a la de una turbina.

El aire comprimido se envía del compresor a la turbina, que lo acelera antes de liberarlo a la atmósfera. Esta presión de aire a alta velocidad acciona el compresor. El compresor obtiene energía (energía de presión) de la turbina debido a un diferencial de temperatura (energía calorífica).

El controlador es un dispositivo controlado por ordenador que gestiona el funcionamiento del turbocompresor. Controla la presión de aire del colector de admisión y la presión de aire del compresor para gestionar la velocidad del motor. El controlador supervisa el motor y dispone de métodos para apagarlo en caso de avería del turbocompresor.

6 tipos de turbocompresores

Existen 6 tipos diferentes de turbocompresores que se conocen comúnmente dentro de la industria del automóvil y que se mencionan a continuación:

• Monoturbo
• Twin-Turbo
• Turbo Twin-Scroll
• Turbo de geometría variable
• Turbo Twin Scroll variable
• Turbo eléctrico

1. Monoturbos

Los turbocompresores simples son los que la mayoría de la gente cree que existen, con sus diversos tamaños de componentes y su capacidad para generar un par y unas características significativamente diferentes.

Los turbocompresores más grandes casi siempre proporcionan una mayor potencia máxima, mientras que los turbocompresores más pequeños pueden bobinarse más rápido y generar más potencia de gama baja.

Desde entonces ha ganado popularidad, permitiendo que los motores más pequeños aumenten su eficiencia al producir la misma cantidad de potencia que los motores de aspiración natural más grandes, pero más ligeros.

Estos turbocompresores están optimizados para rendir dentro de un rango específico de RPM, pero los conductores suelen decir que sufren turbo lag hasta que el turbo se activa y la banda de revoluciones alcanza su máximo.

Pros

• En comparación con otras técnicas de mejora de la potencia y la eficiencia del motor, se trata de un método muy rentable.
• Fácil de manejar y, a menudo, la forma más sencilla de turboalimentación, con diversas opciones de instalación.
• Permite que los motores más pequeños generen el mismo nivel de potencia que los motores más grandes de aspiración normal, lo que se traduce en un ahorro de peso.

Contras

• Debido a la limitada gama efectiva de RPM de los turbos simples, el dimensionamiento es complicado, ya que hay que elegir entre un par adecuado en la gama baja y una mayor potencia en la gama alta.
• Las configuraciones turbo pueden tener un tiempo de respuesta más lento que las configuraciones no turbo.

2. Twin-Turbo

Como su nombre indica, los motores biturbo están equipados con un segundo turbocompresor. A cada bancada de cilindros de un motor V6 o V8 se le asigna un turbocompresor distinto. A bajas revoluciones se emplea un turbo más pequeño, pero a altas revoluciones se utiliza un turbo mucho más grande.

Además, la tecnología de doble turbocompresor secuencial ofrece un rango de RPM más alto y un mayor rendimiento con un menor retardo del turbo. Esto ayuda a la entrega de potencia a altas RPM. Además, los dos turbos se utilizan para aumentar la complejidad y los costes asociados del sistema.

Pros

• Mejores prestaciones sin penalizar el peso
• Amplía la banda de potencia del motor
• Reduce el retardo del turbo

Contras

• Más complejo que un único sistema turbo
• Mayor coste

3. Turbo Twin-Scroll

Los turbocompresores Twin-Scroll incluyen una carcasa de turbina separada y un colector de escape que acopla individualmente los cilindros del motor. Por ejemplo, en un motor de cuatro cilindros con un orden de encendido de 1-3-4-2, los cilindros 1 y 4 pueden alimentar un único turbo scroll, mientras que cilindros 2 y 3 pueden alimentar un turbo scroll separado.

Este diseño permite una transferencia eficaz de la energía de los gases de escape al turbo, lo que se traduce en un suministro de aire extremadamente denso y puro al cilindro. La cantidad de energía suministrada a la turbina de escape determina la cantidad de potencia generada. Existe un coste asociado a este tipo de turbos, ya que abordan la complejidad de un sistema que requiere complejas carcasas de turbina, colectores de escape y turbos.

Pros

• Más duraderos que los turbos monoscroll
• Proporciona potencia a alta y baja velocidad
• Es más ligero que otros turbos

Contras

• Extremadamente complejo
• Mayor dificultad para controlar la contrapresión del escape
• Menos espacio disponible

4. Geometría variable Turbo

Los VGT son turbocompresores con un anillo aerodinámico de álabes en la entrada de la turbina. Los turbos de coches y camiones pueden girar de forma sincrónica para cambiar el ángulo del remolino de gas y el área de la sección transversal. Los álabes internos ajustan la relación área-radio del turbo para adaptarse a las RPM del motor.

Unas RPM bajas significan una relación A/R baja, lo que permite que el turbo se ponga en marcha rápidamente al aumentar la velocidad de los gases de escape. Unas rpm más altas aumentan la relación A/R, incrementando el flujo de aire. Un umbral de sobrealimentación bajo, menor retardo del turbo y una banda de par amplia y suave.

Mientras que los VGT se utilizan ampliamente en motores diésel debido al efecto refrigerante de los gases de escape, su aplicación en motores de gasolina ha sido limitada debido a los elevados costes y a la necesidad de materiales poco habituales. Los álabes deben ser de un material resistente al calor para evitar daños. Esto se ha limitado a los automóviles de alta gama y a los motores de alto rendimiento.

Pros

• La curva de par es relativamente plana y amplia. Se trata de una potente tecnología de turboalimentación que funciona en un amplio rango de RPM.
• Sólo requiere un turbo, mientras que una configuración de turbo secuencial requiere dos.

Contras

• Se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones diésel debido a que los gases de escape son más bajos, lo que impide que las paletas se destruyan por el calor.
• Aunque las aplicaciones de gasolina son prohibitivamente caras, deben emplearse para preservar la fiabilidad. Aunque la tecnología se empleó en el Porsche 997, actualmente sólo se utilizan unos pocos motores de gasolina VGT debido a su desorbitado coste.

5. Turbo Twin-Scroll variable

Como su nombre indica, un turbocompresor VTS es un turbocompresor que combina las ventajas de los turbocompresores twin-scroll y de geometría variable. Esto puede conseguirse utilizando una válvula que dirige el flujo de aire de escape a un único scroll o simplemente ajustando la duración de la válvula abierta posición para permitir que los gases de escape se repartan entre ambas espirales.

Los turbocompresores VTS son una alternativa más rentable y duradera que los turbocompresores VGT, lo que los hace viables para los motores de gasolina. Como resultado, los motores de gasolina se vieron favorecidos frente a los diésel.

Pros

• Son sustancialmente menos caros que los VGT, lo que permite la posibilidad de turboalimentación con gasolina.
• Permite una curva de par amplia y plana.
• Estos turbocompresores tienen una arquitectura más resistente que un turbocompresor de geometría variable, que depende del material.

Contras

• Tecnología más costosa
• Mayor necesidad de espacio
• Más difícil de gestionar

6. Turbo eléctrico

Los turbocompresores eléctricos son un tipo de turbocompresor que se utiliza para eliminar el retardo del turbo y ayudar a un turbocompresor normal a regímenes bajos del motor en los que el turbo convencional es ineficiente.

Esto se consigue integrando un motor eléctrico que hace girar el compresor del turbocompresor desde el principio y a bajas revoluciones hasta que la potencia del volumen de escape alcanza su máximo, lo que permite el funcionamiento del turbocompresor.

Esta estrategia introduce retardo en el turbo a la vez que aumenta el rango de RPM en el que el turbo puede trabajar eficientemente. También está disponible como turbocompresor electrónico, la solución definitiva a todos los inconvenientes asociados a los turbocompresores convencionales, pero tiene ciertos inconvenientes.

La mayoría de estos problemas son financieros y técnicos, ya que el motor eléctrico debe alojarse, cargarse y refrigerarse para minimizar los problemas de fiabilidad.

Pros

• El retardo del turbo puede evitarse acoplando directamente un motor eléctrico a la rueda del compresor. Cuando se necesita energía eléctrica, los insuficientes gases de escape producidos por el compresor giratorio pueden prácticamente eliminarla.
• Conectando un motor eléctrico a la turbina de escape, se puede recuperar la energía que parece desperdiciarse.
• El par se dispersa en una amplia gama de RPM efectivas.

Contras

• Un motor eléctrico complicado y caro que funciona a temperatura constante para eliminar las dificultades de fiabilidad, así como controles adicionales.
• Cuando se necesita una segunda batería a bordo para suministrar energía suficiente al turbo en todo momento, el embalaje y el peso se convierten en un problema.
• Se descubrió que los rodillos gemelos creaban el mismo efecto, pero a un coste mucho menor.

 Factores que pueden provocar fallos del turbo

Los turbocompresores son bastante fiables. De hecho, sólo 1% de las inspecciones de garantía descubren un fallo del turbo; en cambio, los turbos reventados suelen ser el resultado de problemas de lubricación del motor o de la entrada de elementos extraños.

Aceite/Lubricación

Un coche filtro de aceite del motor es literalmente su alma. Mientras está en uso, mantiene las piezas móviles lubricadas, sin corrosión y frías.

El turbocompresor necesita un suministro constante de aceite limpio y de alta calidad. Los contaminantes se acumularán en el motor si hay una falta de aceite (falta de aceite), si el motor está utilizando el grado incorrecto de aceite, o si el aceite es de baja calidad (contaminación del aceite). Esto puede provocar daños abrasivos en el interior del turbo.

Es vital cambiar el aceite del motor y el filtro de aceite en los intervalos sugeridos por el fabricante.

Precintos dañados

El aceite se filtrará en el sistema de escape si las juntas entre el compresor y el motor se desgastan o agrietan. Como resultado, el turbocompresor debe trabajar más para generar presión de aire adicional.

Sobrevelocidad es otro término para este problema. Como resultado, la eficacia y el empuje del turbo disminuirán. Para evitar este fallo, un Proveedor de piezas de motor OEM y posventa que pueda ofrecer los mejores productos.

Objetos extraños/depósitos

Un turbocompresor se compone de dos elementos fundamentales: el compresor en la parte delantera y la turbina en la parte trasera. Ocasionalmente, puede entrar polvo, suciedad, hojas y pequeñas piedras en la entrada del turbocompresor o de la turbina.

El objeto extraño suele entrar en la carcasa del compresor a través del filtro de aire. Cuando un objeto extraño causa daños en la turbina, sin embargo, el motor es típico de un fallo.

Cuando los elementos extraños empiezan a causar daños en las ruedas del compresor o en los álabes de la turbina, la eficacia del turbo se resiente. Para evitarlo, el filtro de aire debe revisarse y cambiarse con regularidad. Además, inspeccione el turbo en busca de residuos.

Desgaste

Se supone que los turbos duran toda la vida útil del vehículo (unos 240.000 km); sin embargo, dependiendo de lo duro que conduzcan el coche sus clientes y de la calidad inicial de la construcción del turbo, pueden fallar con el tiempo.

Palabras finales

Estos diferentes tipos de turbocompresores tienen sus ventajas y sus inconvenientes. El factor común entre sus diferentes tecnologías es que todos pretenden reducir el retardo del turbo mejorando la relación de compresión.

Los turbocompresores pueden ajustarse y ponerse a punto para adaptarse a una aplicación específica y ayudar a dar al motor el impulso extra que necesita. Al fin y al cabo, no cuestan tanto como los supercargadores y ofrecen un gran aumento del rendimiento. 

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