Turbos de geometría variable

Los motores turbo alimentados son cada vez más comunes, esto es debido a que con ellos se consigue más potencia con la misma cilindrada, que un motor similar con aspiración natural. La función del turbo básicamente es la de, forzar la entrada del aire a la cámara de combustión. Al entrar más aire la eficiencia es mayor, y por tanto el rendimiento aumenta.

El turbo se empleó en la aeronáutica, ya que los motores a elevadas alturas, rendían peor por la falta de oxígeno, entonces el suizo, Alfred Büchi, había ideado un sistema que forzase la entrada de aire en los motores y así mejorar el rendimiento de los motores en pleno vuelo.

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La idea es simple, un motor tiene gases de escape, pues para generar movimiento, que mejor que aprovechar ese flujo de aire que se desperdiciaba, Alfred Büchi, unió por medio de un eje, una turbina y un compresor, estas partes se diferencian en que, la turbina, recoge los gases de escape y por la dirección de los mismo, expulsándolos por el escape, sus álabes se ven forzados a girar, y por el contrario el compresor, recoge el aire de la atmósfera, y por la forma de sus álabes fuerza la entrada de aire, en ese caso hacia la cámara de combustión.

Eso supuso un rendimiento mayor en los motores. Esta técnica de sobrealimentación, tendría mucho éxito en la automoción, si bien es cierto que la mayoría de los vehículos de primeros de siglo, la sobrealimentación se realizaba por medio de compresores solidarios al movimiento del motor, esto es porque el turbo, tenía algunos inconvenientes.

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El primero es la diferencia de temperaturas a la que trabajan ambas partes. Y es que tenemos que recordar que la turbina de gases de escape en motores de gasolina puede llegar a 800º, y por tanto en un sistema tan compacto el compresor también sufría este aumento de temperatura. Esto era un problema debido a que el aire caliente es menos denso que el frío, y en motores turbo, la temperatura de entrada de el aire a la cámara de combustión podía ser de unos 200º.

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Es por eso que se ideó un sistema para antes de introducir ese aire en el motor, se consiguiese reducir la temperatura de entrada. Esto se consiguió por medio de un intercambiador de calor, más conocido como intercooler. Este sistema no era otra cosa que un radiador, que en lugar de refrigerar agua, refrigeraba el aire que pasaba por el mismo, suelen ser más pequeños que los radiadores de agua, ya que el volumen de aire, es menor que el de líquido refrigerante del motor.

Entre los beneficios del intercooler, encontramos que reduce la temperatura del aire comprimido considerablemente, por lo que el rendimiento final es mejor. Entre los inconvenientes, es que al montar un intercooler, el recorrido que ha de hacer el aire comprimido es más largo, por lo que las pérdidas de carga en el sistema aumentan.

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Otro problema histórico de los turbos, es que a bajas revoluciones no son capaces de funcionar igual de bien que en regímenes más altos, es el famoso lag del turbo.  Este es el punto que queríamos explicaros hoy. Los turbos de geometría variable solucionan en parte esta problemática. Su funcionamiento es simple, aunque su mecanismo resulta frágil, y es por eso por lo que son empleados en motores diésel, ya que alcanzan menor temperatura. O en motores de alto rendimiento como el del Porsche.

Como digo, el funcionamiento es simple: imaginemos el compresor del turbo, esos álabes son fijos, pero en un diámetro exterior tenemos otros álabes que tienen movimiento.

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Esta línea de álabes está unida mediante un eje y una leva al sistema que actúa para activarlos. Cuando el turbo está a un régimen de vueltas optimo estos álabes y tiene un ángulo más suave, más horizontal. Sin embargo cuando el turbo esta en regímenes bajo, estos álabes entran en funcionamiento y adoptan una posición más agresiva, y más vertical con respecto a los álabes del compresor del turbo. Con esto que se consigue, al cerrar el paso del aire mediante los álabes, mejora la compresión de los gases de entrada, aun siendo el régimen de giro, menor.

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Esto mejora en que, a bajas revoluciones no tenemos tanto lag, y notamos que el turbo siempre está actuando, y no nos dará esa sensación de acelerón a ciertas revoluciones.

Como comentamos antes, este sistema además de caro, es complejo, y hacerlo fiable a las temperaturas a las que trabaja un turbo en un motor de gasolina, implica usar materiales casi del sector aeroespacial, es por eso que solo los motores de alto rendimiento de los superdeportivos forman parte del escaso club que los emplea en motores de gasolina.

Sin embargo podemos encontrar un turbo de geometría variable en un Ford Mondeo diésel, debido a que las temperaturas en motores diésel no son tan extremas. Esperamos que esto os haya servido de ayuda para aprender a comprender un poco más de lo que tenéis debajo del capó de vuestro coche, y os esperamos en los próximos artículos técnicos.