FÍSICA, QUÍMICA Y MECÁNICA DEL TURBOCOMPRESOR.
¿CÓMO FUNCIONAN LOS TURBOS?
Foto: Turbo 713672
Un turbocompresor funciona como una bomba de aire caliente, que introduce más aire en el motor y lo hace funcionar de forma más eficiente, aumentando así la potencia y reduciendo el consumo de combustible y las emisiones contaminantes.
Para ello, el turbocompresor se instala en el sistema de escape del motor, entre el colector de escape y el tubo de escape.
Cuando los gases salen del motor, se encuentran con la turbina del turbocompresor, que hace girar la rueda del compresor que comprime el aire que entra en el motor.
El turbocompresor es impulsado por el exceso de energía de los gases de escape. Estos gases entran en la turbina de escape, la hacen girar y salen por el tubo de escape.
Las temperaturas de los gases de escape alcanzan hasta 900°C, lo que exige el uso de materiales resistentes al calor en la carcasa y la cabeza de la turbina.
VELOCIDAD
La velocidad del motor y el par motor determinan la velocidad del rotor. Cuando el motor está en ralentí, la velocidad del rotor es mínima; cuanto más gases pasan por la turbina, mayor es la velocidad del rotor.
A la máxima velocidad, el rotor alcanza las 240 000 rpm. La rueda del compresor está conectada a la turbina mediante un eje de acero y es impulsada por la velocidad generada por la turbina. El aire es aspirado en el cono de aspiración por la rueda del compresor y comprimido a gran velocidad por las palas giratorias.
El perfil del cono de aspiración convierte el aire de alta velocidad y baja presión en la entrada en aire de baja velocidad y alta presión en la salida del turbocompresor.
El aire entra en la carcasa de entrada a temperatura ambiente, pero sale a 200ºC. Cuando la temperatura del aire aumenta, su densidad disminuye y se pierde potencia, por lo que debemos utilizar un intercooler que utilice aire o agua para bajar la temperatura del aire procedente del turbocompresor.
El eje que conecta la turbina y el compresor descansa sobre cojinetes lubricados por el aceite del motor. El aceite fluye bajo presión a través de la carcasa hacia los rodamientos, los cojinetes de empuje y otras piezas de fricción. El aceite también actúa como refrigerante para disipar el calor generado por la rotación y la fricción del rotor.
LOS RODAMIENTOS
Los rodamientos flotan en la película de aceite que se forma entre el eje y el rodamiento y la carcasa y el rodamiento. Las tolerancias de estas películas de aceite son críticas.
En cada extremo de la carcasa hay segmentos que, a diferencia de los del motor, están diseñados para soportar las altas temperaturas y presiones que se generan en estos lugares, evitando así que el aceite pase a la carcasa de escape y de admisión.
La pequeña turbina tiene una excelente respuesta a bajas velocidades, pero a altas velocidades se vuelca y crea una sobrepresión en el motor.
Para evitarlo, los turbocompresores están equipados con una válvula que regula la presión del soplador. Cuando la presión se aproxima a la máxima permitida, la válvula se abre para permitir que los gases sobrantes eviten la turbina y salgan directamente al tubo de escape.
Con un turbocompresor con válvulas, podemos utilizar con seguridad una turbina pequeña y obtener una respuesta de aceleración elevada manteniendo la potencia.