El motor genera energía mediante la combustión de combustible en los cilindros para realizar trabajo. Dado que la cantidad de combustible que ingresa está limitada por el volumen de aire que entra en los cilindros, la potencia de salida del motor también está limitada. Si el rendimiento del motor ya es óptimo, aumentar la potencia de salida solo se puede lograr comprimiendo más aire en los cilindros para incrementar la cantidad de combustible, mejorando así la capacidad del motor para realizar trabajo.

El sistema de turbocompresor es uno de los sistemas de inducción forzada más comunes en los motores sobrealimentados.

Si, en la misma unidad de tiempo, se puede comprimir un mayor volumen de mezcla aire-combustible dentro del cilindro (cámara de combustión) para la combustión (un motor de baja cilindrada puede aspirar el mismo volumen de aire que uno de alta cilindrada, aumentando así la eficiencia volumétrica), puede generar mayor potencia que un motor de aspiración natural a la misma velocidad de rotación. El principio es similar a dirigir un ventilador eléctrico hacia el cilindro, bombeando aire a presión para aumentar su volumen y, por lo tanto, lograr mayor potencia. La diferencia radica en la fuente de energía: en lugar de un motor eléctrico, el ventilador es impulsado por los gases de escape expulsados por el motor.

Por lo general, los motores que incorporan este tipo de sobrealimentación logran un aumento de potencia de al menos un 30-40%. Este notable efecto es precisamente la razón por la que los turbocompresores son tan valorados. Además, ofrecer una eficiencia de combustión óptima y un aumento sustancial de potencia representa el valor fundamental que un sistema turboalimentado aporta a un vehículo.

¿Cómo funciona exactamente un turbocompresor?

En primer lugar, los gases de escape expulsados del motor impulsan el impulsor de la turbina en el extremo de escape (lado derecho en el diagrama superior), provocando su rotación. Esta rotación, a su vez, impulsa el impulsor del compresor conectado en el lado opuesto (lado izquierdo). El impulsor del compresor aspira entonces aire a través de la entrada. Este aire se comprime mediante las palas giratorias antes de entrar en conductos de compresión cada vez más estrechos para la compresión secundaria. La temperatura de este aire comprimido supera la del aire de admisión, lo que requiere su enfriamiento mediante un intercooler antes de su inyección en las cámaras de combustión. Este proceso cíclico constituye el principio de funcionamiento del turbocompresor.

La función de la válvula de mariposa

Dentro del sistema de admisión del motor, existen dos componentes principales: primero, el filtro de aire, encargado de filtrar las impurezas del aire; y segundo, el colector de admisión, que dirige el aire hacia los cilindros. Dentro del colector de admisión se encuentra un componente crucial conocido como válvula de mariposa.

La función principal de la mariposa de admisión es regular el volumen de mezcla aire-combustible que ingresa a los cilindros. Al conducir, la presión que ejercemos sobre el pedal del acelerador controla directamente la apertura de la mariposa. Cuanto más se presiona el pedal, más se abre la mariposa, permitiendo una mayor entrada de mezcla aire-combustible y, en consecuencia, aumentando la velocidad de rotación del motor.

Los aceleradores tradicionales accionados por cable utilizan un cable de acero conectado en un extremo al pedal del acelerador y en el otro a la válvula de mariposa, con una relación de transmisión 1:1. Este método ofrece una precisión de control inferior a la ideal. En cambio, los modernos sistemas de acelerador electrónico emplean sensores de posición para transmitir datos como la fuerza y la amplitud de la presión ejercida sobre el pedal del acelerador a la unidad de control para su análisis. Este proceso interpreta la intención del conductor, tras lo cual la ECU calcula la apertura real de la mariposa necesaria y emite comandos para accionar el motor del acelerador, logrando así un control preciso.

¿La longitud del colector de admisión es variable?

Una válvula de control instalada en el colector de admisión puede dividirlo en dos secciones mediante apertura y cierre, modificando así su longitud efectiva. Este ajuste de la longitud del colector de admisión sirve principalmente para mejorar la eficiencia de admisión del motor a diferentes velocidades de rotación, optimizando así el rendimiento en todo el rango de revoluciones.

¿Por qué el colector de escape tiene una forma tan extraña?

El sistema de escape del vehículo se compone principalmente del colector de escape, el convertidor catalítico de tres vías, el silenciador y los tubos de escape. Su función principal es expulsar los gases de combustión de los cilindros a la atmósfera.

Los colectores de escape que solemos observar presentan formas bastante peculiares. Este diseño sirve para minimizar la interferencia entre los gases de escape de los diferentes cilindros y evitar el reflujo, previniendo así cualquier impacto negativo en la potencia del motor.

¿Cómo aumenta la presión un turbocompresor?

La sobrealimentación se suele abreviar como Turbo o T. Cuando vemos marcas como 1.4T o 2.0T en la parte trasera de un vehículo, indica que el motor es turboalimentado.

El turbocompresor consta principalmente de dos componentes: la turbina y el compresor, conectados por un eje de transmisión. La entrada de la turbina está conectada al colector de escape del motor, mientras que su salida se conecta al tubo de escape. La entrada del compresor está conectada al colector de admisión, y su salida también está conectada al colector de admisión. Los gases de escape expulsados por el motor impactan contra la turbina, haciéndola girar a alta velocidad. Esto, a su vez, impulsa al compresor coaxial a girar rápidamente, suministrando aire presurizado a los cilindros.

La sobrealimentación mediante turbocompresor aprovecha principalmente la energía de los gases de escape del motor para accionar un compresor, aumentando así la presión del aire de admisión. Este proceso prácticamente no consume potencia del motor, lo que proporciona una excelente aceleración sostenida. Sin embargo, a bajas velocidades, el turbocompresor no se activa de inmediato, lo que genera cierto retardo.

¿Y qué hay de la sobrealimentación mecánica?

La sobrealimentación mecánica consiste principalmente en utilizar la potencia del cigüeñal para accionar un compresor de aire mecánico, comprimiendo así el aire. Sin embargo, este proceso conlleva una cierta pérdida de potencia del motor durante su funcionamiento.

Dado que el compresor mecánico es accionado directamente por el cigüeñal, comienza a funcionar siempre que el motor está en marcha. En consecuencia, el motor ofrece un par motor impresionante incluso a bajas revoluciones. Sin embargo, a altas velocidades, el compresor mecánico provoca pérdidas de potencia significativas en el motor, lo que resulta en un aumento de potencia menos pronunciado.

¿Cómo funciona un motor biturbo?

Un motor de doble sobrealimentación, como su nombre indica, es aquel equipado con dos compresores. Si un motor utiliza dos turbocompresores, se denomina motor biturboalimentado.

Para mitigar el retardo del turbocompresor en sistemas accionados por gases de escape, se conectan dos turbinas idénticas en paralelo en el colector de escape. A bajas revoluciones del motor, el flujo reducido de gases de escape puede impulsar las turbinas a altas velocidades de rotación, generando suficiente presión de sobrealimentación y minimizando así el retardo del turbo.

Como se mencionó anteriormente, los turbocompresores presentan retardo a bajas revoluciones, pero proporcionan una sobrealimentación considerable a altas revoluciones, lo que aumenta notablemente la potencia del motor sin consumir una cantidad significativa de energía. En cambio, los compresores mecánicos se accionan directamente por la rotación del motor, eliminando el retardo del turbocompresor, pero con cierta pérdida de potencia y ofreciendo niveles de sobrealimentación más bajos. La combinación de estos dos sistemas permite que sus respectivas ventajas se complementen.

Al igual que en el motor TSI de 1.4 litros del Volkswagen Golf GT, los diseñadores combinaron un turbocompresor con un compresor volumétrico. El compresor volumétrico está montado en el sistema de admisión del motor, mientras que el turbocompresor se ubica en el sistema de escape. Esta configuración garantiza una sobrealimentación eficaz en todo el rango de revoluciones del motor, desde bajas hasta altas.

Principio de funcionamiento de un turbocompresor

El principio de funcionamiento de un turbocompresor es bastante sencillo. En pocas palabras, aprovecha los gases de escape del motor para accionar la turbina. Esta turbina, a su vez, acciona un ventilador conectado al mismo eje, que introduce continuamente aire fresco en los cilindros del motor. En consecuencia, entra más aire en los cilindros por unidad de tiempo, lo que mejora la eficiencia del motor.

Los turbocompresores son componentes de alta temperatura, ya que los gases que impulsan su funcionamiento se toman directamente de los gases de escape expulsados de los cilindros, alcanzando temperaturas de 900 °C a 1000 °C. En condiciones de plena carga, la velocidad de rotación de la turbina puede llegar a 180 000 a 200 000 revoluciones por minuto. Operar a temperaturas y velocidades de rotación tan extremas requiere una lubricación excepcionalmente eficiente y estable. Además, el funcionamiento en condiciones de alta temperatura y alta presión exige que todos los componentes y lubricantes del turbocompresor presenten una excelente resistencia al calor y propiedades de sellado. Por consiguiente, el mantenimiento debe centrarse en los siguientes aspectos:

1. Selección del aceite del motor

Muchos conductores se encuentran perdidos al elegir el aceite de motor adecuado. Los daños en los turbocompresores suelen deberse a juntas de aceite defectuosas entre la unidad y el colector de admisión, lo que provoca un consumo excesivo de aceite. Las investigaciones profesionales revelan que una proporción significativa de las fallas en las juntas de aceite se deben a que los propietarios no cambian el aceite del motor en los intervalos recomendados o utilizan aceite de baja calidad. Esto impide que el eje principal flotante del turbocompresor reciba la lubricación y disipación de calor adecuadas, lo que provoca el deterioro de la junta de aceite a altas temperaturas y, en consecuencia, fugas de aceite.

Por lo tanto, se recomienda que los motores turboalimentados utilicen un aceite de motor de alta calidad que ofrezca una excelente resistencia a altas temperaturas y estabilidad a la oxidación, garantizando además que el intervalo de cambio de aceite se acorte adecuadamente.

2. Asegúrese de que la turbina permanezca limpia.

La holgura entre el eje del turbocompresor y su cojinete es extremadamente pequeña. Por consiguiente, si se utiliza aceite de motor contaminado o si entran impurezas debido a un filtro de aceite sucio, se producirá un desgaste excesivo en el turbocompresor. Además, si el aire de admisión contiene impurezas significativas, estas partículas de polvo que entran en el impulsor de la turbina de alta velocidad chocarán con él. Esto provoca un funcionamiento inestable de la turbina y un desgaste acelerado de los cojinetes y las juntas. Por lo tanto, los vehículos equipados con turbocompresores deben prestar especial atención a la sustitución oportuna tanto del filtro de aceite como del filtro de aire para mantener la limpieza del turbocompresor.

3. Los arranques en frío deben ser graduales; deje que el motor funcione al ralentí durante un momento después de calentarse antes de apagarlo.

Durante las primeras etapas de un arranque en frío, el aceite del motor suele estar a baja temperatura y presenta una mayor viscosidad, lo que resulta en una lubricación deficiente. Alcanzar la temperatura normal de funcionamiento requiere un proceso gradual y tiempo. Forzar al turbocompresor a funcionar a plena carga durante estos primeros minutos aumentará el desgaste, acortando así su vida útil.

El procedimiento correcto es el siguiente: durante los primeros minutos de conducción, mantenga una velocidad baja durante varios minutos para que el aceite alcance su temperatura óptima antes de acelerar a altas revoluciones. Esto es especialmente importante en inviernos fríos, donde es fundamental dejar que el vehículo se caliente tras un arranque en frío antes de continuar. Esto beneficia tanto al vehículo como al conductor.

Al estacionar, dado que el turbocompresor funciona a temperaturas extremadamente altas, es recomendable dejar el motor al ralentí durante un breve periodo antes de apagarlo. En esta etapa, los sistemas de lubricación y refrigeración del motor permanecen activos, lo que permite que la temperatura del turbocompresor disminuya gradualmente. Tenga en cuenta que, tras apagar el motor, el turbocompresor seguirá girando por inercia y requerirá lubricación. Si apaga el motor bruscamente, todo el sistema deja de funcionar, interrumpiendo de repente tanto la refrigeración del turbocompresor como el suministro de aceite. En ese caso, dependería únicamente de la refrigeración natural, lo que puede reducir drásticamente su vida útil.

4. Las inspecciones periódicas son importantes

Al igual que los chequeos médicos regulares, cultivar este buen hábito nos ayuda a detectar fallas en el turbocompresor con prontitud y a prevenir problemas antes de que surjan. Por ejemplo: inspeccione el exterior del turbocompresor en busca de anillos de sellado dañados; revise las conexiones de las tuberías de entrada y retorno de aceite para detectar holguras o fugas; examine la salida de escape en busca de aceite residual; verifique que las paredes del conducto de entrada del compresor estén libres de aceite; y preste atención a ruidos inusuales o vibraciones anormales. Si se detecta alguna de estas irregularidades durante el funcionamiento normal, es fundamental acudir a un servicio técnico profesional de inmediato para prevenir daños más graves en los componentes.