Turbo Compresor: preguntas y respuestas

¿Qué es un turbo compresor?

Un turbocompresor es una maquina pensada para aprovechar la energía de los gases de escape de un motor y usarla en la acción de comprimir el aire fresco del conducto de admisión de un motor de combustión, se compone de una turbina, accionada por los gases de escape y un compresor que comprime los gases del conducto de admisión, unidos ambos por un eje que los hace girar solidarios.

¿Cómo funciona?

Los gases de escape de salida del motor atraviesan una turbina, entrando por su zona radial y abandonándola por su zona axial.

Estos gases sufren una expansión en los alabes de la turbina, lo que acelera su velocidad y la pasan al rodete mediante el cambio de dirección que este les proporciona, de esta forma ceden la energía térmica que llevan y la transforma en energía cinética, haciendo girar al rodete de la turbina.

El rodete de la turbina,se encuentra unido por un eje a otro rodete, el cual realiza la función de compresor, aspirando aire por la zona central se descarga por la zona radial y se mandan al colector. La energía cinética que proporcionan los gases es la que se aprovecha para elevar la presión del aire que atraviesa el compresor.

¿Para que se utiliza?

Tiene la misión de mantener en el conducto de admisión, la presión de alimentación que se considere adecuada, para el funcionamiento del motor.

Aunque su nacimiento vino motivado por el descenso de presión en la alimentación de motores de aviación al elevar su altura de vuelo, actualmente se emplean mucho, para sobrealimentar motores de combustión, bien estáticos o de automoción .

¿Qué es sobrealimentar?

Un motor de combustión funciona mediante la admisión de gases o mezcla, posteriormente estos se comprimen y se queman, la energía que disipan el quemado de los mismos, se aprovecha en la obtención de trabajo en la etapa final del ciclo (Expansión ) . Si se alimenta al motor con una presión superior a la atmosférica, su rendimiento aumenta al disponer de mayor cantidad de mezcla en el mismo volumen de cilindrada, a este efecto se le llama sobrealimentar el motor.

¿Qué ventajas tiene sobrealimentar?

• Aparte de mantener los valores de potencia iguales a cualquier altura de uso sobre el nivel del mar.
• Se puede aumentar la potencia máxima obtenida de un motor, sin tener que diseñar otro de mayor cilindrada, por lo que reduce los gastos de diseño.
• Se obtienen mayores valores de par motor,con valores de rozamientos internos ( cilindrada y número de cilindros), similares a motores de menores prestaciones .
• La mayores prestaciones con menores inercias alternativas agiliza la subida de régimen del motor. En motores diesel introduce ventajas en el ciclo haciéndolos mas suaves.

¿Qué formas hay de sobrealimentar ?

Todos los dispositivos que sirvan para aumentar la cantidad de gases que entran en la cámara de combustión se pueden considerar sobrealimentadores, los mas usuales son :

• Compresores volumétricos: accionados por el motor muy empleados por Mercedes (kompresor), consisten en una reducción de la cámara de alimentación del equipo compresor, lo que genera una subida de la presión de los gases que la contiene, la continua aportación de diversas cámaras enlazadas permite una alimentación en continuo. Ver diagrama de hoja http://www.innerauto.com
• Turbocompresores: Aprovechan la energía de los gases de escape, para comprimir el aire de admisión.
• Comprex: Nace para eliminar los defectos del turbo en su lentitud de respuesta y casi nulo incremento de par a muy bajo régimen. Usa la energía de los gases de escape para comprimir los de admisión, precisa de una conexión con el motor para mover un eje entre cámaras de gases frescos y escape, por lo que aunque no consume potencia del motor ( solo la de accionar el eje en su giro, sin desarrollar trabajo), si condiciona su localización . Su régimen de funcionamiento se cifra entre 5000 y 20000 rpm, de régimen máximo, a partir del cual pierde rendimiento muy rápidamente.

Ventajas e inconvenientes del compresor volumétrico

Ventajas

• Respuesta inmediata a la demanda del acelerador
• Volumen sobrealimentado proporcional al régimen de giro (muy útil para evitar sobrepresiones)

Inconvenientes

• Consumo de energía para su accionamiento
• Gran volumen del equipo.
• Difícil localización, al accionarlo el eje del motor.
• Perdida de rendimiento por el aumento de rozamientos a altas vueltas

Ventajas e inconveniente del turbo

Ventajas

• No consume energía en su accionamiento
• Fácil localización, sin accionamiento directo del eje del motor
• Reducido volumen, en relación a su caudal proporcionado.
• Gran capacidad de comprimir a altos regímenes y altos caudales

Inconvenientes

• Mala capacidad de respuesta en bajas cargas por el poco volumen de gases.
• Retraso en su actuación, por la inercia de la masa móvil y su aceleración mediante gases.
• Alta temperatura de funcionamiento al accionarse con gases de escape.
• Mayores cuidados de uso y mantenimiento.

Ventajas e inconvenientes del comprex

Ventajas

• No consume energía en su accionamiento
• Respuesta inmediata al acelerador
• Margen de revoluciones amplio donde incrementa notablemente el par desde bajas vuelta

Inconvenientes

• Gran tamaño del equipo
• Alto precio frente a un turbo de similares características o Mala localización por la necesidad de accionamiento mediante el motor o Mala aplicación a motores de gasolina por un limite de giro muy pequeño
• No posibilidad de alejar los gases de escape de la admisión, excesiva proximidad entre los mismos.

Uso conjunto de compresor volumétrico y turbo

En el S4 de lancia, (vehículo de rally de la década de los 80), se usaron conjuntamente, dos de los sistemas de sobre- alimentación,compresor volumétrico y turbo, con idea de mantener aporte en baja, mediante el compresor, dejando al turbo de alimentar cuando el régimen de revoluciones, hiciera inútil la ganancia en el compresor volumétrico.

Superado determinado régimen de revoluciones, el compresor volumétrico consume en su función de comprimir, mas energía de la que reporta como ganancia (por los rozamientos crecientes a altas vueltas), razón por la que no compensa seguir subiendo el régimen de giro.

El uso de un turbo que alimente el motor sin consumo de energía extra puede seguir elevando las prestaciones que se obtiene del mismo, de esta manera,se consigue aunar los beneficios de los dos sistemas.

Actualmente no se mantiene en esta formula de alimentar, ya que las válvulas de descarga, permiten controles muy precisos de presiones y mantiene aporte de gas desde bajos regímenes.

La mayor complicación del sistema por alargar los conductos, así como el elevado peso de los conjuntos compresores, hace que no sea recomendable mantener sistema dobles de sobrealimentación, su uso solo extendido en coche de competición y dado su valores de giro normalmente elevados, no hace preciso sobrealimentar el motor desde el régimen de ralentí, y se ahorran fiabilidad de sistema y coste de arrastrar un mecanismo que resta potencia.