Sistemas de sobrealimentación: Diferencias entre de turbina-compresor y compresores mecánicos

La sobrealimentación es el recurso que las marcas están empleando, para aumentar el rendimiento con motores de menor cilindrada. Incluso las marcas de superdeportivos cada vez están empleando más la sobrealimentación. Un caso es el McLaren, el antiguo F1 era un 6.3 V12 atmosférico de origen BMW que rendía 634 CV

A día de hoy McLaren, como otras muchas grandes marcas, están empleando la sobrealimentación y sumando la tecnología híbrida cada día más sofisticada, están consiguiendo así que estos superdeportivos, aun teniendo casi la mitad de cilindrada, 3.8 litros en el caso del P1 GTR, consigan cifras de casi 1000CVs.

McLaren. 2 modelos, diferentes motores pero con una misma filosofía.

Hoy os vamos a explicar los tipos de sobrealimentación que existen. Hay dos tipos de compresores comúnmente empleados en los automóviles. Los sistemas de turbina-compresor y los de compresor mecánicos. Ambos sistemas son bastante simples, pero ambos tienen sus pros y sus contras. El tipo de sobrealimentación de turbina-compresor funciona básicamente por el movimiento generado por los gases de escape.

El turbo, consta de un eje, al que va unido una turbina, y un compresor. La turbina es la que estará en el lado de los gases de escape, y en la que, al pasar los mismos generará movimiento. Por medio del eje que las une transmite el movimiento al compresor, este forzará la entrada de aire del exterior, y forzará un mayor flujo de aire en todo el sistema de admisión, creando la sobrealimentación y la mayor entrada de aire al motor.

Garret. Turbocompresor de geometría variable

Las ventajas de este tipo de sobrealimentación, es que no restan rendimiento al motor,. Luego veremos que esto no ocurre con los compresores.

Las desventajas por el contrario son más amplias, la primera y la que más os suene seguro es la del famoso retraso en la respuesta al acelerar a fondo. Esto es porque el turbo, es una turbina que gira por medio de gases, si se detiene el flujo de gases, o se disminuye y además se cierra la entrada a la cámara de combustión, el giro del turbo también baja, por lo tanto cuando le exigimos rendimiento al turbo, éste tendrá que volver a alcanzar su régimen de giro óptimo. Esto se corrige con sistemas para evitar o disminuir estos retrasos, los sistemas anti-lag. Otra desventaja, es la temperatura del aire que se fuerza a entrar a la cámara de combustión. La turbina de escape puede llegar a alcanzar temperaturas de 250º en motores diésel, hasta 800º en motores de gasolina. Un turbo no suele medir más de 30 centímetros entre turbina y compresor, esto significa que el aire alcanzará una temperatura bastante alta al estar tan próximo de esa fuente de calor, y por lo tanto la mejora en la combustión empeora al introducir aire tan caliente dentro de la cámara de combustión. 

Esto se corrige con un intercambiador, más conocido como intercooler,de calor que lo que hace es pasar el aire después de comprimido por un radiador, similar al de agua pero de menor tamaño, y conseguir que la temperatura del aire a introducir se rebaje y así mejorar el rendimiento. Y la última y más importante es que los turbos, al tener mayor complejidad, mayor número de pieza y trabajar a temperaturas tan extremas, son mucho más frágiles y necesitan ser más mimados que los compresores, por ejemplo existen las buenas prácticas para alargar la vida del turbo.

Saab. Motor sobrealimentado por turbina-compresor. En rojo tenemos el recorrido de los gases de escape y en azul el de el aire de entrada al motor. A la derecha de la imagen, encontramos el intercambiador, un radiador similar al de refrigeración del motor, de menores dimensiones, y por el que en este caso, circula aire. Existen intercambiadores de calor, que emplean agua, llamados watercoolers.

A parte de usar el aceite que recomiende el fabricante, en la primeras arrancadas, sobre todo en temperaturas bajas, siempre es bueno dejar unos minutos, que el turbo coja temperatura, y que el aceite empiece a fluir por su eje de giro, así nos evitamos futuros disgustos y elevadas facturas. Pero también es importante que a la hora de apagarlo, sobre todo si venimos de hacer conducción deportiva o un viaje por autopista largo, no apagarlo según nos detenemos. Esto es porque el aceite que está en el eje, podría deteriorarse y complicar el flujo de la lubricación en los componentes del turbo, provocándonos otra cara avería. Los coches con Start-Stop traen sistemas que cuando nos detenemos en un peaje por ejemplo, sigue lubricando el eje del turbo, para evitar daños. En casi todos los casos, el humo azulado por el escape es mal síntoma respecto al turbo, y en la mayoría de casos, una avería del turbo implica su sustitución.

En otra parte tenemos los compresores mecánicos. Este sistema solo tiene parte compresora del aire. Esto es porque la fuerza que emplea para comprimir la obtiene directamente del motor.
Por medio de una polea y una correa unida a la polea del cigüeñal, en la mayoría de los casos. Este giro acciona los rodillos, que comprimen el aire y lo envía a la cámara de combustión.

Eaton. Compresor volumétrico.

Entre las ventajas de este sistema está ante todo, lo simple de su mecanismo, suelen ser dos engranajes helicoidales alargados, que comprimen el aire al pasar en el escaso hueco que dejan entre ellos al girar. Otra ventaja importante es, que este sistema no soporta temperaturas tan extremas como los turbo, ya que no hay contacto con los gases de escape, por eso es que tampoco es necesario un intercambiador de calor, aunque por eficacia, se emplean igualmente.

Mercedes Benz. Motor sobrealimentado por compresor volumétrico

Entre las desventajas encontramos que, como hemos dicho, la fuerza para comprimir, la toma directamente del motor mediante correas en la mayoría de los casos, y esto evidentemente resta prestaciones al mismo motor. Se puede decir, que si el motor trae 100Cvs, para mover el compresor emplea unos 15Cvs pero al sobrealimentar este mismo motor, la potencia final es de unos 150Cvs. Entonces ese handicap es aceptable.

Y por último y a modo de curiosidad, hay maneras de identificar cuando un coche lleva turbo o compresor, y no es otra que por el sonido. Cuando un vehículo es turbo, oiremos una especie de silbido. Cuando el modelo emplea compresor, oiremos un sonido similar al de cuando una caja de cambios de competición, un zumbido que nos indicará que hay dos engranajes que están girando a bastante velocidad.