Cómo funciona un turbo

PASO A PASO

Del escape a la admisión

1. 01

   La energía del escape

   El gas sale del cilindro caliente y todavía con presión. Sin turbo, esa energía se va por el tubo de escape. El turbo la recoge con una turbina: la de BorgWarner para el tres cilindros 1.0 de Honda está pensada para gases de hasta 950 °C. Recupera solo una parte, que varía mucho de un motor a otro.

2. 02

   El mismo eje

   La turbina (el lado caliente) y el compresor (el lado frío) van en los dos extremos de un mismo eje, sin engranajes: giran juntos y a la misma velocidad. El eje va en cojinetes dentro de la carcasa central, engrasados con el aceite del motor. Los turbos pequeños de turismo pueden pasar de 200.000 rpm; los más grandes de Garrett giran como mucho a 63.000.

3. 03

   Casi el doble

   El manómetro del turbo mide la sobrepresión, lo que pasa de la atmosférica. Con 1 bar de sobrepresión (un ejemplo: cada motor lleva la suya), el aire entra a unos 2 bar absolutos, 2,013 / 1,013 = 1,99 veces la presión de fuera; «casi» porque el intercooler y los tubos le restan algo. Pero comprimir calienta: en el ejemplo, de 20 °C a unos 110 °C, y Behr Hella habla de aire de hasta 150 °C a la salida del turbo.

4. 04

   El intercooler

   Es un radiador entre el compresor y el motor. A la misma presión, el aire más frío es más denso: en el ejemplo, sin intercooler el cilindro se llenaría con aire 1,5 veces más denso que el de fuera, y enfriado a unos 50 °C, 1,7 veces. Además, el aire frío aleja la detonación en los motores de gasolina.

5. 05

   La válvula de descarga y el retraso

   La wastegate es una válvula en el lado del escape: cuando la presión llega a su tarado, se abre y deja pasar parte del gas por fuera de la turbina, para que el turbo no se pase de vueltas ni de presión (la de Garrett GVW viene tarada a 1 bar). No es la blow-off, que va en el lado del aire y suelta presión al cerrar el acelerador. A pocas vueltas hay poco gas, la turbina tarda en acelerar y la presión llega tarde: es el retraso, o turbo lag; la geometría variable de muchos diésel lo reduce.

6. 06

   La respuesta

   El motor gana aire. Con aire más denso, cada cilindro admite más masa de aire y puede quemar más combustible con la misma mezcla: más par y más potencia con la misma cilindrada. El tres cilindros 1.0 VTEC Turbo del Honda Civic de 2017 daba 95 kW (129 CV) a 5500 rpm y 200 N·m (180 N·m con el cambio CVT); tras la renovación de 2020, Honda lo anuncia con 126 CV.

CÓMO FUNCIONA

Más masa de aire en el mismo hueco

Un cilindro tiene un volumen fijo. Lo que cuenta para la combustión no es ese volumen sino la masa de aire que cabe dentro, y la masa crece con la densidad. Con un gas ideal, la densidad va con la presión y al revés que la temperatura absoluta: densidad ∝ p / T.

La cuenta del ejemplo: con 1 bar de sobrepresión, p sube 1,99 veces. Si el aire sale del compresor a unos 110 °C (383 K) en vez de 20 °C (293 K), la densidad solo sube 1,99 × 293 / 383 ≈ 1,5 veces. Enfriado en el intercooler a unos 50 °C y con 0,1 bar menos por las pérdidas, 1,89 × 293 / 323 ≈ 1,7 veces. Por eso muchos motores turbo llevan intercooler.

Por qué se calienta: al comprimir el aire se hace trabajo sobre él y sube su temperatura. Con la fórmula de la compresión adiabática (γ = 1,4), una relación de 2 da 293 × 2^0,286 = 357 K, 64 grados más en el caso ideal; un compresor real, con un rendimiento de en torno al 72 %, calienta más, unos 89 grados.

La wastegate limita la presión (la del B01 de Honda es de mando eléctrico, según BorgWarner). Con más masa de aire, el motor puede quemar más combustible con una mezcla parecida, y de ahí sale la potencia extra (Garrett, Turbo Tech 101).

EN CIFRAS

LO QUE SE OYE EN EL TALLER

Errores típicos

• SE OYELa wastegate y la blow-off son la misma válvula.

  EN REALIDADNo. La blow-off va en el lado del aire y suelta la presión cuando se cierra el acelerador, para no dañar el turbo. La wastegate va en el lado del escape y desvía gas por fuera de la turbina (Garrett).

• SE OYECon un bar de turbo entra el doble de aire.

  EN REALIDADLa presión casi se dobla, pero el aire se calienta al comprimirse y la densidad sube menos. En el ejemplo, unas 1,5 veces sin intercooler y 1,7 con él.