Motores (Vol.2): Los turbos.

Continuamos nuestros manuales sobre mecánica tras haber comenzado por lo básico de un motor atmosférico. Esta vez vamos a desentrañar los misterios de la sobrealimentación por turbo. Comenzaremos por lo más sencillo, y poco a poco iremos complicando la cosa, hasta meternos en un hermoso jardín del que no sabremos cómo salir. Hoy: La teoría básica.

Tened en cuenta que el sistema de sobrealimentación por turbo está directamente relacionado con casi todos los demás sistemas del motor, y ademas interactua con ellos en todo momento, con lo cual tendreis que entender las funciones básicas de cómo funciona un motor, algo de gestión electrónica, dinámica de fluidos, química, algo de fisica cuántica, filosofía, odontología, poesía y nutrición. Hace poco hicimos una introducción a los misterios de un motor, en la que explicábamos el funcionamiento básico que vas a necesitar comprender para el tema que vemos hoy. Si no lo tienes claro o no lo recuerdas, recomendamos echarle un ojo ahora.

Sobre aquella lección queremos resaltar aquí la cuestión de la explosión: Es la fuerza de dicha explosión la que finalmente se traduce en potencia. Si quieres incrementarla puedes recurrir a varias vías: Aumentar su fuerza con mayor compresión (la mezcla se comprime en un espacio menor, y al explosionar lo hace con más potencia), puedes aumentar la cantidad de mezcla que introduces en los cilindros con una mayor cilindrada (es lo más sencillo, un gran cubicaje suele derivar en mayor potencia), mejorando la "respiración del motor" (una admisión y un escape con menos restricciones, unos arboles de levas que favorezcan el llenado del cilindro a ciertas vueltas, etc), o en nuestro caso, vamos a forzar la inducción del aire haciendo que entre mucha más mezcla en el mismo espacio: Sobrealimentando.

El turbo (simplificando a tope) no es más que una bomba de aire que va a meter a presión el aire de la atmósfera dentro del motor, haciendo que la turbina de admisión gire ayudada por los gases de escape. ¿Cómorr? Exacto, comenzamos a explicarlo por el final, para que se entienda mejor: Los gases de escape al salir del motor pasan por una conducción del turbo, haciendo girar las aspas de una turbina, y saliendo finalmente al tubo de escape hacia la atmósfera. Dicha turbina gira solidaria con otra situada al otro lado del turbo (separadas, pero que giran con el mismo eje): La de admisión, que comprime el aire limpio que va a entrar en el motor. En esencia se trata de algo tan simple como eso.

El aire de la admisión, al entrar comprimido por el turbo, permite meter más mezcla (el aire se comprime, luego hay más moléculas en el mismo espacio, y por ello podremos meter más gasolina) en el motor, y por lo tanto la explosión será más poderosa. ¿Cuánto más? Bueno, eso depende del soplado del turbo. Se suele medir en bares relativos, es decir, cuántos bares de presión por encima de la presión normal de la atmósfera es capaz de crear el turbo. Para tener una referencia: Un Supra Mk.III turbo suele soplar en torno a 0,4 bar; y un Nissan 200SX S14 de serie sopla a unos 0,7 bar.

Y te preguntarás: ¿Cómo puedes hacer soplar un turbo a 0.4 o 2 bares? A través de la wastegate, cosa que trataremos más adelante. Ahora vamos a dedicar el escaso espacio de este blog a otros asuntos que dejamos pendientes, porque os hemos pintado un cuadro muy bonito sobre la teoría de un turbo, pero de ese funcionamiento surgen infinidad de problemas. Vamos a ver los más elementales:

El aire al comprimirse aumenta su temperatura: Para evitar que la mezcla se caliente demasiado y haga explosión cuando no toca (efecto llamado "detonación", o "autoencendido", que suele producir el famoso picado de biela, y que termina por destruir un motor de forma casi siempre espectacular), se enfría el aire de la admisión antes de entrar en el motor, utilizando los intercoolers. Un intercooler es un dispositivo que trata de enfriar dicho aire con un mecanismo parecido al del radiador del agua, pero en vez de agua, el intercooler lleva el aire que ha comprimido anteriormente el turbo. Aquí también hay factores de corrección como la mezcla aire/gasolina, que afectan a la temperatura, pero son cosas más avanzadas que veremos dentro de poco.

(Exacto, ese bicho cuadrado enorme que lleva colgado del morro es un Intercooler)

Si comprimimos el aire al entrar en el motor, no nos sirve la relación de compresión habitual de un motor atmosférico: Un motor atmosférico suele tener una compresión más elevada para que la explosión sea suficientemente poderosa. Si además lo sobrealimentamos, pueden surgir problemas por excesiva compresión. Por eso los motores turbo suelen llevar una relación de compresión más baja (si un NA suele rondar los 10:1 ó 11:1, uno turbo se mueve en torno a 8,5:1, siempre que hablemos de motores convencionales, no los de última generación con inyección directa, etc.). Y en preparaciones medianamente gordas, se suele reducir aún más esa compresión para elevar la presión del turbo notablemente. Eso ya se verá, vayamos con calma...

"Si el turbo es movido por los gases de escape, se supone que esos gases tienen que ser suficientes, ¿No?" Exacto, por eso se habla de cosas como el tiempo de reacción del turbo, el turbo lag, y que los turbos no tienen bajos. Si el motor va funcionando con demasiada parsimonia y no genera suficientes gases de escape, el turbo no se mueve lo suficente como para generar sobrepresión, y como la relación de compresión del motor hemos visto que es menor, funciona sin fuerza ninguna. En cambio si vamos acelerando y ya hay suficientes gases de escape como para mover la turbina, de repente la potencia se incrementa de forma notable (ahí viene la "patada" de los turbos). Si quieres poner un turbo más grande al coche para que sople más, necesitarás más gases de escape para que se empiece a mover, y entrará a funcionar más tarde (quitando casos excepcionales que trataremos más adelante). En coches con preparaciones gordas (tipo drag por ejemplo), es normal que el motor no se mueva apenas por debajo de 6.000 rpm, y sólo funcionen a regímenes altísimos, dando una banda de potencia útil muy corta, pero totalmente explosiva. En cambio un turbo más pequeño libera menos potencia, pero lo hace actuando desde más abajo, y con un funcionamiento más progresivo (los turbos de rodamientos no cuentan de momento, todo a su debido tiempo).

El turbo gira tranquilamente a ritmos de 100.000 rpm, y genera una temperatura que no te la crees. Por eso van refrigerados por aceite y agua en su interior (aunque no todos van refrigerados por agua). Te recuerdo que el aceite y el agua se mueven por unas bombas mecánicas accionadas con el giro del motor, y si apagas el motor el aceite no circula, y el turbo no se enfría correctamente. Tengamos en cuenta que un turbo a pleno rendimiento se puede poner cerca de los 1.000ºC, por eso habréis visto alguna que otra caracola del turbo con un color rojo chillón después de haberle dado caña al coche (como la de arriba, for example). Estas temperaturas hacen que el aceite que se ha quedado en el turbo se carbonice, provocando que esos residuos desgasten prematuramente la unidad. Por eso es recomendable no apagar el motor de un coche turbo cuando le has dado zapatilla sin dejarlo enfriar adecuadamente. Fíjate en los coches turbo cuando salen de unas tandas, el tiempo que se pasan encendidos en el paddock... Especial cuidado hay que tener por autopista, con el turbo calentito a ritmo constante, si de repente paramos a repostar y apagamos el motor.

El turbo hace que el coche acelere cuando lo accionan los gases, y por tanto suele haber un pequeño tiempo de retardo en la respuesta del acelerador: Es el llamado turbo-lag. Hay mil factores que lo generan y mil que lo combaten. Elige los tuyos, conócelos, y trata de obtener el mejor resultado posible con los medios de que dispones... (un intercooler muy grande tiene mucho espacio para ser llenado de aire. Un turbo de rodamientos gira con menos esfuerzo. Un turbo pequeño necesita menos aire para generar la misma presión. Una instalación de manguitos y tubos de vacío defectuosa puede traerte de cabeza con este tema. etc.). En competición se utilizan unos dispositivos llamados "anti-lag", que no vamos a explicar ahora en detalle. Básicamente se trata de un sistema que provoca explosiones adicionales para mantener siempre girando el turbo. Por eso en muchos coches de rallyes cuando dejan de acelerar se escuchan petardeos exagerados: Son explosiones del anti-lag que mantienen girando el turbo para cuando el piloto vuelva a pisar el acelerador, tener el motor totalmente dispuesto a entregar potencia.

¿Válvulas de descarga? Esto en realidad merecería un capítulo aparte. No porque sean muy complicadas, sino porque se ha dicho tanto sobre ellas, que a veces uno no se lo cree... En realidad, lo que hacen es evacuar el aire que se queda cautivo entre el motor y el turbo cuando sueltas el acelerador. Se supone que el turbo ha enviado aire a presión al motor, pero al cerrar la mariposa de admisión, total o parcialmente, no llega a entrar, y se genera una sobrepresión entre la mariposa de admisión y el turbo. Por eso una válvula de descarga, regulada para abrirse a partir de determinada presión ayudada por el vacio que genera el motor cuando la mariposa está cerrada, libera ese aire cuando sueltas el acelerador, redirigiendolo a la admisión otra vez, o en algunos casos, si han puesto una valvula de descarga atmosférica, produciendo un sonido de "Psss" muy de moda con la peli de "A todo gas", que antes era sinónimo de "coche gordo" y ahora es un quiero-y-no-puedo de preparar un coche y quedarse en lo que llama la atención.

Nuestra experiencia con estas cosas, es que ni eliminan el turbo-lag como dice la gente, ni tampoco resultan tan perjudiciales como dicen algunos otros, aunque depende de muchos factores, ya que no todos los motores son iguales. Es cierto que hay válvulas de descarga más sofisticadas, que en ciertos momentos, y sabiendo cómo regularlas, hacen su función. Pero por lo general, en un coche de calle, cuando pones una valvula de descarga "aftermarket" corriente y moliente, no esperes que haga más que un sonoro "psssss" y poner ojitos golosos a los agentes de la ley cuando te ven llegar.

Estos no son más que unos pequeños esbozos sobre el funcionamiento de un turbo, en realidad hay tantas cosas sobre estos aparatos relativamente simples que nos va a ser imposible plasmarlas todas en este blog, bien por la cantidad de información que existe, o bien por la complejidad de algunas cosas que hace que nos sea imposible explicar sin una carrera de ingeniería mecánica y con páginas y páginas de fórmulas (no es broma, tenemos libros por aquí sobre la materia que te hacen llorar).

Habrán más entregas sobre el funcionamiento de estos pequeños inventos del diablo que hacen que nos lo pasemos tan bien, pero si hay alguien que quiere saltarse las lecciones porque ya se lo sepa, lo comprendemos, y le prometemos que tarde o temprano llegaremos a temas de mucho más nivel. Pero esto es como un castillo de naipes, si no empiezas por asentar bien la base, luego todo se viene abajo...