Turbocompresor

Turbocompresor (corte lonxitudinal). En vermello, estator de fundición e rotor da turbina. En azul estator de aluminio e rotor do compresor.

Un turbocompresor ou turbo (expresión coloquial), do grego "τύρβη" ("raíz"), (tamén do latín "turbo" ("trompo"), é un dispositivo de sobrealimentación que é alimentado polo fluxo de gases de escape. Utiliza esta enerxía para comprimir o gas de admisión, forzando máis aire ao motor para producir máis potencia para un determinado desprazamento.

A historia dos turbocompresores comezou en 1878 coa invención dos sobrealimentadores mecánicos. O nacemento do turbocompresor atribúese a miúdo á patente do enxeñeiro suízo Alfred Büchi en 1905, co primeiro prototipo rematado en 1915. Os turbocompresores foron utilizados comercialmente por primeira vez en 1925, aumentando a potencia dos motores diésel en dous grandes buques de pasaxeiros. Durante a segunda guerra mundial, foron utilizados en varios motores de avións, e o fabricante suízo de camións Saurer foi pioneiro no seu uso na década de 1930.

Os turbocompresores para turismos gañaron popularidade na década de 1980, sendo os primeiros modelos o Chevrolet Corvair Monza e o Oldsmobile Jetfire en 1962. Os principais compoñentes dun turbocompresor inclúen unha turbina, un compresor e un conxunto xiratorio do cubo da carcasa central. A turbina extrae enerxía cinética dos gases de escape para alimentar o compresor, que presuriza o aire de admisión antes de entrar no motor.

A clasificación actual é que un turbocompresor é alimentado pola enerxía cinética dos gases de escape, mentres que un supercargador é accionado mecanicamente (xeralmente por unha correa do cegoñal do motor). Porén, ata mediados do século XX, o turbocompresor chamábase "turbosupercargador" e era considerado un tipo de sobrealimentador.

Historia

A sobrealimentación data de finais do século XIX, cando Gottlieb Daimler patentou a técnica de usar unha engrenaxe impulsada por unha bomba para forzar o aire nun motor de combustión interna en 1885. O turbocompresor foi inventado polo enxeñeiro suízo Alfred Büchi (1879-1959), xefe de investigación de motores Diesel en Gebrüder Sulzer, empresa de fabricación de motores en Winterthur, que recibiu unha patente en 1905 para o uso dun compresor accionado polos gases de escape para forzar o aire nun motor de combustión interna para aumentar a potencia de saída, pero tardouse 20 anos para que a idea chegase a bo termo. Durante a primeira guerra mundial o enxeñeiro francés Auguste Rateau equipou con turbocompresores aos motores Renault dos franceses con certo éxito. En 1918, o enxeñeiro de General Electric Sanford Alexander Moss conectou un turbocompresor a un motor de avión V12 Liberty. O motor foi probado en Pikes Peak de Colorado a 4.300 m. para demostrar que podería compensar a perda de potencia nos motores de combustión interna, como resultado da redución da presión de aire e da densidade a grande altura. General Electric chamou ao sistema turbosupercharging. Nese momento, todos os dispositivos de sobrealimentación foron coñecidos como supercompresores, pero, máis recentemente, o termo "sobrealimentación" é polo xeral aplicado soamente aos dispositivos de sobrealimentación mecanicamente.

Os turbocompresores foron utilizados por primeira vez na produción de motores de avións, como o Napier Lion na década de 1920, aínda que eran menos comúns que os compresores centrífugos accionados por motor. Naves e locomotoras equipadas con motores turbo diésel comezaron a aparecer na década de 1920. Os turbocompresores tamén foron utilizados na aviación, máis amplamente utilizados polos Estados Unidos. Durante a segunda guerra mundial, exemplos notables de avións estadounidenses con turbocompresores foron os B-17 Flying Fortress, B-24 Liberator, P-38 Lightning e P-47 Thunderbolt. A tecnoloxía tamén se utilizou en accesorios experimentais por moitos outros fabricantes, en particular unha variedade de modelos Focke-Wulf Fw 190, pero a necesidade de utilizar avanzados materiais resistentes ás altas temperaturas que se alcanzaban na turbina, impediron o seu uso xeneralizado.

Funcionamento

Nos motores sobrealimentados mediante este sistema, o turbocompresor consiste nunha turbina accionada polos gases de escape do motor de explosión, en cuxo eixe fixase un compresor centrífugo que toma o aire a presión atmosférica logo de pasar polo filtro de aire, logo comprímeo para introducilo nos cilindros a maior presión.

Os gases de escape inciden radialmente na turbina, saíndo axialmente, logo de ceder gran parte da súa enerxía interna (mecánica + térmica) á mesma.

O aire entra ao compresor axialmente, saíndo radialmente, co efecto secundario negativo dun aumento da temperatura máis ou menos considerable. Este efecto se contrarresta en gran medida co intercooler.

Este aumento da presión consegue introducir no cilindro unha maior cantidade de osíxeno (masa) que a masa normal que o cilindro aspiraría a presión atmosférica, obténdose máis par motor en cada carreira útil (carreira de expansión) e polo tanto máis potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, e cun incremento de consumo proporcional ao aumento de masa de aire no motor de gasolina. Nos diésel a masa de aire non é proporcional ao caudal de combustible, sempre entra aire en exceso ao carecer de bolboreta, por iso é neste tipo de motores onde se atopou a súa máxima aplicación (motor turbodiésel).

Os turbocompresores máis pequenos e de presión de soprado máis baixa exercen unha presión máxima de 0,25 bar (3,625 psi), mentres que os máis grandes alcanzan os 1,5 bar (21,75 psi). En motores de competición chégase a presións de 3 e 8 bares dependendo de se o motor é gasolina ou diésel.

Como a enerxía utilizada para comprimir o aire de admisión provén dos gases de escape, que se desbota nun motor atmosférico, non resta potencia ao motor cando o turbocompresor está traballando, tampouco provoca perdas fora do rango de traballo do turbo, a diferenza doutros, como os sistemas con compresor mecánico (sistemas nos que o compresor é accionado por unha polea conectada ao veo de manivelas).