Análisis técnico: Microturbinas de gas en automóviles

Es por todos conocido que las turbinas de gas dominan la propulsión aérea por su ligereza y por su capacidad de propulsar a velocidades altas. Por ejemplos, se pueden encontrar los turborreactores, turboejes o turbohélices. No obstante, en este sector también se pueden encontrar motores alternativos de combustión interna (MACIs), en potencias inferiores a 400 kW y para vuelos en baja velocidad, con hélice, por su bajo precio.

Las turbinas de gas destacan por usar turbomáquinas de flujo continuo y una cámara de combustión también de flujo continuo, sin variación de volumen. Aunque no entraremos en aspectos detallados de la cámara de combustión por su alta complejidad, si es necesario saber que el combustible utilizado es necesario refinarlo para evitar cenizas y otros contaminantes (Vanadio y Azufre).

Además, para lograr una eficiencia alta es necesario comprimir para posteriormente expansionar tras haber quemado, o aportado calor externo. Para ello se emplea un turbocompresor (c) y una turbina (e), respectivamente.

Por tanto, el esquema básico de una turbina de gas queda de la siguiente manera.

Esquema básico de una turbina de gas. El color indica la temperatura

Hasta ahora sólo hemos realizado una introducción a las turbinas de gas y hemos comentado su aplicación en el mundo de la aviación pero ¿cómo es posible integrar este tipo de motor térmico en un automóvil?

La respuesta es gracias a las microturbinas de gas, que son turbinas de combustión de tamaño pequeño, con potencias que actualmente se sitúan entre 28 y 200 kW. Están dotadas de generadores de alta velocidad de imán permanente que pueden girar a la misma velocidad que la turbina de gas, con lo que pueden acoplarse directamente sin necesidad de disponer de un sistema de caja de cambios.

Techrules GT96

Su uso ofrece un gran número de ventajas en comparación con otras tecnologías de producción de energía a pequeña escala como los motores de gas natural:

• Un sistema similar de producción de energía eléctrica y agua caliente con un motor de gas de pistones de unos 40 kW de potencia eléctrica pesa más de 2.000 kg ante los 700 kg del sistema de microturbina de gas. Las dimensiones externas son similares en ambos casos.
• A diferencia de los motores de pistón, las turbinas de gas concentran el calor excedente en una sola corriente a alta temperatura, con lo que se simplifica la instalación. Los gases de escape de las microturbinas de gas son generalmente de alta calidad, dado que se encuentran a alta temperatura y libres de aceites

Aunque su uso se extiende más allá de los vehículos de transporte (microgeneración, vaporización energética y/o aplicaciones directas), nos concierne su aplicación en el mundo del automóvil.

En este sector, principalmente se utilizan en vehículos híbridos o totalmente eléctricos para recargar las baterías e incrementar su autonomía y capacidad de carga. Es el caso del Jaguar C-X75 presentado en 2010, que alcanzaba una potencia combinada de más de 850 CV y 1.000 Nm de par gracias a su motor 1.6 tetracilindro de doble impulsión (turbo y sobrealimentado). Este motor estaba asociado a los motores eléctricos de mayor par y densidad de potencia de la época, lo que añadía otros 390 CV.

Jaguar C-X75

Pero no acaba aquí, ya que en el Salón del Automóvil de Ginebra de 2017 se presentó el Techrules GT96, un concept car híbrido enchufable de 1030 CV con 2000 km de autonomía y un consumo de 0,18 litros cada 100 km gracias a su recarga por turbina (TREV).

Techrules GT96

No obstante, en el siglo XX de propusieron modelos con turbinas de gas como motor principal, como es el caso del Chrysler Turbine en 1964.Este modelo ofrecía 130 CV y 576 Nm de par con unas revoluciones máximas de 40.000 rpm y un consumo superior a 14 litros cada 100 km.

Chrysler Turbine