Tur­bos con asis­ten­cia eléc­tri­ca

Los lla­ma­dos e-tur­bo (com­pre­so­res de ac­cio­na­mien­to eléc­tri­co) uti­li­zan una tur­bi­na por un la­do y un com­pre­sor por el otro uni­dos por eje co­mún. A fi­nes de 2019 ha­rán su de­but nue­vos tur­bos del ti­po tra­di­cio­nal que in­clu­yen una no­ve­dad cla­ve, la asis­ten­cia

Parabrisas - - SUMARIO -

El McLa­ren PS de 2020, que se­rá pre­sen­ta­do ha­cia fi­na­les de 2019 en In­gla­te­rra, se­rá uno de los pri­me­ros sú­per de­por­ti­vos con mo­tor V8 3.8 de 600 CV con dos tur­bo­com­pre­so­res con asis­ten­cia eléc­tri­ca, de­ri­va­dos de la F1. Con la asis­ten­cia eléc­tri­ca, se eli­mi­na de una vez y pa­ra siem­pre el “tur­bo lag”, es de­cir la bre­ví­si­ma de­mo­ra de la má­qui­na en res­pon­der al ace­le­rar brus­ca­men­te en los mo­no­pla­zas, una pe­sa­di­lla pa­ra los au­tos de ca­rre­ras, y muy mo­les­ta en los de ca­lle. Es que el tur­bo es una má­qui­na cen­trí­fu­ga que pue­de gi­rar a más de 200.000 rpm y su esen­cia im­pi­de que en re­gí­me­nes ba­jos se “sa­cu­da” de su iner­cia. El ingeniero Ni­cho­las Ter­dich, del Im­pe­rial Co­lle­ge de Lon­dres, reali­zó una pre­sen­ta­ción so­bre los nue­vos tur­bos con asis­ten­cia eléc­tri­ca, y que aquí re­su­mi­mos.

Un mo­tor eléc­tri­co en el tur­bo

En las nue­vas uni­da­des se in­cor­po­ra en la par­te cen­tral in­ter­na un mo­tor eléc­tri­co que tam­bién ac­túa co­mo ge­ne­ra­dor de acuer­do a las cir­cuns­tan­cias del ma­ne­jo. En la fun­ción de mo­tor eléc­tri­co se asis­te al com­pre­sor pa­ra que pro­vea de ma­ne­ra ins­tan­tá­nea car­ga a los ci­lin­dros al apre­tar el pe­dal del ace­le­ra­dor, lo que eli­mi­na el “tur­bo lag”. En el mo­do de ge­ne­ra­dor, ges­tio­na la ener­gía so­bran­te pa­ra con­ver­tir­la en co­rrien­te eléc­tri­ca que pue­de usar­se pa­ra car­gar la ba­te­ría en los mo­de­los­que­tie­ne­nal­gún­ti­po­de­ges­tión­hí­bri­da.To­do el sis­te­ma es con­tro­la­do por ul­tra­pre­ci­sos sen­so­res y por la ECU de la plan­ta mo­triz, es de­cir la compu­tado­ra prin­ci­pal. Mien­tras fun­cio­na con el mo­do eléc­tri­co el tur­bo asis­ti­do ace­le­ra con la ra­pi­dez del ra­yo y, en mo­do de ge­ne­ra­dor, por ejem­plo al sol­tar el pe­dal del

ace­le­ra­dor en las fuer­tes fre­na­das re­cu­pe­ra ener­gía y la trans­fie­re al sis­te­ma eléc­tri­co. La efi­cien­cia del tur­bo asis­ti­do es su­pe­rior al 90 por cien­to a un ré­gi­men de 120.000 rpm y en­tre­ga una po­ten­cia má­xi­ma de 3,5 kW en el mo­do de mo­tor eléc­tri­co y de 5,4 kW cuan­do tra­ba­ja co­mo ge­ne­ra­dor.

En los do­mi­nios del tur­bo

Los in­ves­ti­ga­do­res Au­gus­te C.E. Ra­teau (Fran­cia) y San­ford A. Moss (Es­ta­dos Uni­dos), fue­ron los que di­se­ña­ron los pri­me­ros tur­bos de gran ren­di­mien­to, que se apli­ca­ron en mo­to­res de avio­nes en la pri­me­ra gue­rra mun­dial. Des­de la in­ven­ción del tur­bo pa­sa­ron va­rias dé­ca­das has­ta que pu­die­ra ser apli­ca­do en los Die­sel, y en es­te sen­ti­do el pre­cur­sor fue el fa­bri­can­te sui­zo Sau­rer, que apli­có por pri­me­ra el tur­bo­com­pre­sor en sus ca­mio­nes pe­sa­dos de fi­nes de la dé­ca­da de 1940. Años más tar­de, a me­dia­dos de 1950, Vol­vo co­men­zó a pro­du­cir en ma­sa uni­da­des Die­sel tur­boa­li­men­ta­das pa­ra sus ca­mio­nes y óm­ni­bus. Tam­bién en la dé­ca­da de 1950 hi­cie­ron su de­but los tur­bo Die­sel en las ca­rre­ras, más con­cre­ta­men­te en las 500 Mi­llas de In­dia­ná­po­lis, con un mo­no­pla­za pro­pul­sa­do por un mo­tor desa­rro­lla­do por Cum­mins. El tur­bo Die­sel en au­to­mó­vi­les de se­rie co­men­zó a em­plear­se en el Mer­ce­des-Benz 300 SD de 1978 y en el Peu­geot 604 del mis­mo año, y a par­tir de en­ton­ces el tur­bo Die­sel fue ga­nan­do en po­pu­la­ri­dad, has­ta lle­gar a la no­ta­ble y ma­si­va acep­ta­ción ac­tual. Es así co­mo co­mien­za a ser adop­ta­do el tur­bo por mu­chos otros fa­bri­can­tes, de ma­ne­ra pro­gre­si­va pe­ro sin in­te­rrup­cio­nes, has­ta lle­gar a nues­tros días. En los au­to­mó­vi­les im­pul­sa­dos con mo­to­res a naf­ta, el tur­bo co­men­zó a em­plear­se en la dé­ca­da de 1960. El Olds­mo­bi­le Jet­fi­re de 1962 y el Che­vro­let Cor­vair Mon­za de 1962 fue­ron los pri­me­ros mo­de­los de se­rie con mo­to­res tur­bo a naf­ta, que tam­bién in­cluían la in­yec­ción de agua. Unos años des­pués, en la dé­ca­da de 1970, el tur­bo fue adop­ta­do por BMW y Pors­che. El pri­mer mo­de­lo con tur­bo que se fa­bri­có en nues­tro fue el Renault 11 Tur­bo pre­sen­ta­do en 1986 en el au­tó­dro­mo de Bue­nos Ai­res era pro­pul­sa­do por un mo­tor a naf­ta de cua­tro ci­lin­dros “va­ri­lle­ro” de 1.4 li­tros y 95 CV, que per­mi­tía una ve­lo­ci­dad má­xi­ma de 177 km/h y una aceleración de 0 a 100 km/h en 12 se­gun­dos. To­da una sen­sa­ción por aquél en­ton­ces. Ac­tual­men­te, se fabrca en la plan­ta de GM en Ro­sa­rio el pro­pul­sor 1.4 tur­bo de 153 CV que equi­pa el Che­vro­let Cru­ze.

El fu­tu­ro del tur­bo

Es más que pro­mi­so­rio el por­ve­nir del tur­bo pa­ra to­do ti­po de mo­to­res, des­de las gran­des uni­da­des Die­sel pa­ra ca­mio­nes y óm­ni­bus a los mo­to­res a naf­ta muy li­via­nos y de ba­ja ci­lin­dra­da. Ca­si to­dos los mo­to­res Die­sel pa­ra vehícu­los que se pro­du­cen en Ar­gen­ti­na y Bra­sil traen al­gún sis­te­ma de tur­bo­com­pre­sor. Y aho­ra vie­ne a dar el to­que de­ci­si­vo el tur­bo con asis­ten­cia eléc­tri­ca, una ver­da­de­ra jo­ya de la al­ta tec­no­lo­gía. De­bi­do a la com­ple­ji­dad téc­ni­ca y las in­ver­sio­nes que hay que con­cre­tar pa­ra fa­bri­car uni­da­des tur­bo, el mer­ca­do es­tá do­mi­na­do por unas po­cas fir­mas, que de­ta­lla­mos:Ga­rrett(Es­ta­do­sU­ni­dos);KKK,(per­te­ne­cien­te al con­sor­cio au­to­par­tis­ta Bor­gWar­ner de los Es­ta­dos Uni­dos, que tam­bién com­pró las li­cen­cias de la mar­ca Sch­weit­zer), Hol­set ( de ori­gen in­glés pe­ro aho­ra de pro­pie­dad del fa­bri­can­te de mo­to­res Cum­mins), IHI (Ja­pón) y Mit­su­bis­hi (ja­po­ne­sa, pro­du­ce sus pro­pios tur­bos). Muy re­cien­te­men­te se han vol­ca­do a es­te lu­cra­ti­vo mer­ca­do la em­pre­sas ale­ma­nas Bosch-Mah­le y Con­ti­nen­tal. A me­nor es­ca­la, tam­bién hay fa­bri­can­tes

que pro­du­cen ex­ce­len­tes tur­bos, co­mo Tur­bo­ne­tics de los Es­ta­dos Uni­dos. In­clu­so se han co­men­za­do a pro­du­cir tur­bos en Chi­na y en Bra­sil, con mar­cas pro­pias, da­do que las ex­tran­je­ras ha­ce años que es­tán ins­ta­la­das en di­chos paí­ses.

Pro­ce­di­mien­tos

Pa­ra la so­bre­ali­men­ta­ción tur­bo se ofre­cen dos pro­ce­di­mien­tos: a pre­sión cons­tan­te y a la pre­sión pul­san­te. Se em­plean am­bos, en par­te tam­bién de for­ma mo­di­fi­ca­da. La se­lec­ción del pro­ce­di­mien­to de­pen­de del nú­me­ro de los ci­lin­dros, del ti­po de cons­truc­ción del mo­tor y de otros cri­te­rios. En el ca­so de la so­bre­ali­men­ta­ción a pre­sión cons­tan­te se con­du­cen los ga­ses de es­ca­pe de to­dos los ci­lin­dros del mo­tor a una tu­be­ría co­lec­ti­va. De allí se an­vía el gas de es­ca­pe con una pre­sión ca­si cons­tan­te a la tur­bi­na del tur­bo­com­pre­sor. Pa­ra me­jo­rar la res­pues­ta del tur­bo, se ideó un sis­te­ma me­cá­ni­co de geo­me­tría va­ria­ble en la sec­ción de la tur­bi­na, con man­do eléc­tri­co. La so­bre­ali­men­ta­ción me­dian­te pre­sión pul­san­te exi­ge un sis­te­ma de tu­be­rías de gas de es­ca­pe en el que los ga­ses de los dis­tin­tos ci­lin­dros se con­duz­can ‒pre­fe­ri­ble­men­te- en for­ma se­pa­ra­da a la tur­bi­na, de tal ma­ne­ra que se apro­ve­cha me­jor la ener­gía de los ga­ses de es­ca­pe. Es­te ti­po de so­bre­car­ga me­dian­te im­pul­sos tam­bién fue desa­rro­lla­do por el ci­ta­do ingeniero Bü­chi y se apli­ca en mu­chos mo­to­res de au­to­mó­vi­les y uni­da­des co­mer­cia­les.

Do­ble tur­bo es­ca­lo­na­do

Si bien la so­bre­ali­men­ta­ción por do­ble tur­bo es una co­sa co­mún en los ca­mio­nes con mo­tor V8, por ejem­plo, el do­ble tur­bo es­ca­lo­na­do o de dos eta­pas es un te­ma muy di­fe­ren­te, que va ga­nan­do adep­tos en­tre los fa­bri­can­tes. Aquí el sis­te­ma trae un tur­bo pe­que­ño (de al­ta pre­sión) y otro más gran­de (de ba­ja pre­sión), co­nec­ta­dos en se­rie pe­ro que pue­den tra­ba­jar en de­ri­va­ción gra­cias a la ac­ción de vál­vu­las es­pe­cia­les. El sis­te­ma tur­bo de dos eta­pas se pue­de apli­car tan­to en mo­to­res de ci­lin­dros en lí­nea co­mo en mo­to­res de ci­lin­dros en V o de ci­lin­dros ho­ri­zon­ta­les opues­tos. El tur­bo más pe­que­ño, el de al­ta pre­sión, tra­ba­ja a ba­jo ré­gi­men del mo­tor, y su ac­ción pro­du­ce una rá­pi­da res­pues­ta de la má­qui­na al ace­le­rar y bue­na elas­ti­ci­dad de mar­cha. Por su par­te, el se­gun­do tur­bo, el de ba­ja pre­sión, co­mien­za a tra­ba­jar ple­na­men­te cuan­do el mo­tor tie­ne gran ne­ce­si­dad de ai­re pa­ra la com­bus­tión, es de­cir cuan­do hay que desa­rro­llar am­plia po­ten­cia. To­do el sis­te­ma es con­tro­la­do por una uni­dad elec­tró­ni­ca de ges­tión, que en­vía ór­de­nes a las dis­tin­tas vál­vu­las y dis­po­si­ti­vos ac­tua­do­res de los tur­bos pa­ra que ac­túen de ma­ne­ra coor­di­na­da e “in­te­li­gen­te”.

Co­rrien­te con­ti­nua y ce­rá­mi­ca

El ti­po de mo­tor eléc­tri­co-ge­ne­ra­dor que se apli­ca en los tur­bos con asis­ten­cia es de co­rrien­te con­ti­nua con ima­nes per­ma­nen­tes, y gi­ra so­bre ro­da­mien­tos de bo­li­llas ce­rá­mi­ca de ni­tru­ro de si­li­cio, al­ta­men­te re­sis­ten­tes a los im­pac­tos, a las car­gas tér­mi­cas y al des­gas­te. El ingeniero Ter­dich re­mar­có du­ran­te el cur­so que se desa­rro­lló en el Im­pe­rial Co­lle­ge que los nue­vos tur­bos son en­fria­dos por acei­te (pro­ve­nien­te del mo­tor) y por el lí­qui­do del sis­te­ma que con­tro­la la tem­pe­ra­tu­ra del mo­tor. Pa­ra evi­tar que el con­jun­to eléc­tri­co in­clui­do den­tro del tur­bo pue­da ca­len­tar­se de­ma­sia­do (en la sec­ción de la tur­bi­na el va­lor de la tem­pe­ra­tu­ra pue­de ex­ce­der los 1.000ºC) aún con el en­fria­mien­to ci­ta­do, se han in­clui­do pro­tec­cio­nes es­pe­cia­les rea­li­za­dos a ba­se de re­ves­ti­mien­tos ce­rá­mi­cos en las pa­re­des de las car­ca­sas.

Por: Pa­blo Jor­ge Gual­tie­ri

El tur­bo de asis­ten­cia eléc­tri­ca de Mag­ne­ti-Ma­re­lli que se ins­ta­la en mo­to­res de la Fór­mu­la 1.

Ve­mos el re­cu­bri­mien­to de ais­la­mien­to tér­mi­co de la car­ca­sa de la tur­bi­na en es­ta uni­dad de asis­ten­cia eléc­tri­ca.

Los ca­bles de co­lor na­ran­ja de es­te tur­bo­com­pre­sor de asis­ten­cia eléc­tri­ca de Mag­ne­ti-Ma­re­lli son los que trans­por­tan la co­rrien­te del mo­tor­ge­ne­ra­dor. La sec­ción de la tur­bi­na es­tá a la iz­quier­da y la del com­pre­sor, a la de­re­cha. En la par­te cen­tral in­ter­na se ubi­ca el con­jun­to eléc­tri­co.

Mo­tor Mer­ce­des-Benz de Fór­mu­la 1 que in­clu­ye un tur­bo de asis­ten­cia eléc­tri­ca. En su par­te pos­te­rior ve­mos a la elec­tró­ni­ca de po­ten­cia ne­ce­sa­ria pa­ra el con­trol de se­me­jan­te má­qui­na.

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