Principios de la turboalimentación
Para entender mejor la técnica de la turboalimentación, conviene familiarizarse
con los principios de funcionamiento del motor de combustión interna. En
la actualidad, la mayoría de los motores diesel de vehículos comerciales
y turismos son motores de pistones de cuatro tiempos regulados por válvulas
de admisión y escape. Un ciclo operativo se compone de cuatro tiempos durante
dos vueltas completas del cig üeñal.
- Aspiración (carrera de intercambio de carga)
Cuando el pistón desciende, pasa aire (motor diesel o motor de gasolina de
inyección directa) o una mezcla de combustible y aire (motor de gasolina)
por la válvula de admisión.
- Compresión (carrera motriz)
Se comprime el volumen del cilindro.
- Expansión (carrera motriz)
En el motor de gasolina, la mezcla de combustible y aire se enciende mediante una
bujía, mientras que en el motor diesel el combustible se inyecta a gran presión
y la mezcla se enciende de forma espontánea.
- Escape (carrera de intercambio de carga)
Los gases de escape se expulsan cuando asciende el pistón.
Estos principios básicos de funcionamiento ofrecen varias posibilidades para
incrementar la potencia del motor:
Aumento de la cilindrada
El aumento de la cilindrada permite incrementar la potencia, ya que hay más
aire disponible en una cámara de combustión mayor y por tanto se puede
quemar más combustible. Este aumento puede lograrse incrementando el número
de cilindros o el volumen de cada cilindro. En general, esto deriva en motores más
grandes y más pesados. En cuanto al consumo de combustible y las emisiones,
no se prev én grandes ventajas.
Aumento de las revoluciones del motor
Otra posibilidad de incrementar la potencia del motor es aumentar su velocidad.
Esto se consigue aumentando el número de carreras de explosión por
unidad de tiempo. Sin embargo, debido a las limitaciones de la estabilidad mecánica,
este tipo de mejora de la potencia está restringido. Más aún,
el aumento de la velocidad hace que las pérdidas por fricción y bombeo
aumenten de forma exponencial al tiempo que disminuye el rendimiento del motor.
Turboalimentación
En los procedimientos anteriormente descritos, el motor funciona como un motor atmosférico.
El aire de combustión entra directamente en el cilindro durante la carrera
de admisión. En motores turboalimentados, el aire de combustión ya
está precomprimido antes de suministrarse al motor. El motor aspira el mismo
volumen de aire, pero como está más comprimido, la masa de aire que
entra en la cámara de combustión es mayor. En consecuencia, se quema
más combustible, con lo que aumenta la potencia del motor a igual velocidad
y cilindrada.
Básicamente, cabe distinguir entre motores mecánicamente sobrealimentados
y motores turoalimentados por gases de escape.
Sobrealimentación mecánica
Con la sobrealimentación mecánica, el aire de combustión se
comprime en un compresor accionado directamente por el motor. Sin embargo, el aumento
de potencia no se materializa totalmente debido a las pérdidas parásitas
propias del accionamiento del compresor. La potencia necesaria para accionar un
turbocompresor mecánico es de hasta el 15% de la potencia del motor. Por
tanto, el consumo de combustible es más elevado frente a un motor atmosférico
con idéntica potencia.
Turboalimentación por gases de escape
En la turboalimentación por gases de escape, parte de la energía de
los gases de escape, que normalmente se perdería, se aprovecha para accionar
una turbina. Sobre el mismo eje que la turbina se monta un compresor que aspira
el aire de combustión, lo comprime y luego lo suministra al motor. No existe
ningún acoplamiento mecánico al motor.