Cómo funciona el aumento del turbo

En resumen: La presión de sobrealimentación (turbo boost) es la presión adicional que genera el turbocompresor en el sistema de admisión del motor. Los gases de escape hacen girar una rueda de turbina que, a su vez, acciona una rueda compresora encargada de comprimir el aire. De esta manera, llega más oxígeno a los cilindros, lo que permite aumentar la potencia y el par motor. La presión de sobrealimentación se regula mediante sistemas como la válvula wastegate, la geometría variable del turbo y la unidad de control del motor (ECU). Las válvulas de recirculación (bypass) y de descarga (blow-off) también ayudan a controlar la presión cuando cambia rápidamente la posición de la mariposa de admisión.

¿Qué es la presión de sobrealimentación del turbo y cómo se genera?

La presión de sobrealimentación es la presión que genera el turbocompresor por encima de la presión atmosférica del entorno. Permite introducir en el motor una mayor cantidad de aire de la que los cilindros podrían aspirar normalmente utilizando únicamente el movimiento de los pistones y la presión atmosférica.

Un turbocompresor convencional está formado por dos ruedas principales conectadas mediante un eje común. La rueda de turbina se encuentra en el lado de escape, conocido habitualmente como lado caliente del turbo. La rueda compresora está situada en el lado de admisión, también denominado lado frío.

La generación de presión de sobrealimentación se produce en cinco etapas:

1. Energía de los gases de escape: Los gases calientes procedentes del motor entran en la carcasa de la turbina y hacen girar la rueda de turbina.
2. Rotación del eje: La rueda de turbina transmite su energía mecánica de rotación a la rueda compresora a través del eje común.
3. Compresión del aire: La rueda compresora aspira aire fresco y acelera su flujo. Dentro de la carcasa del compresor, parte de la energía cinética del aire se transforma en presión.
4. Suministro de aire al motor: El aire comprimido circula por el sistema de admisión hasta llegar a los cilindros. En muchos motores turboalimentados, pasa previamente por un intercooler o enfriador del aire de sobrealimentación, que reduce su temperatura.
5. Aumento del rendimiento: La mayor disponibilidad de oxígeno permite que el sistema de gestión del motor inyecte una cantidad adecuada de combustible. De este modo, el motor puede desarrollar más potencia y par motor.

A diferencia de un motor atmosférico, cuyo llenado de los cilindros depende principalmente de la presión atmosférica, un motor turboalimentado puede recibir aire a una presión superior a la del entorno. Esto se conoce como presión de sobrealimentación positiva o presión relativa positiva.

¿Cómo se mide la presión de sobrealimentación del turbo? Normalmente se expresa en bares (bar) o PSI (libras por pulgada cuadrada). Si un manómetro indica una presión relativa de 1 bar, significa que la presión en el sistema de admisión es aproximadamente 1 bar superior a la presión atmosférica del entorno. La presión absoluta también incluye la presión atmosférica, por lo que es importante distinguir entre ambos tipos de medición.

La presión de sobrealimentación necesaria depende del diseño del motor, sus condiciones de funcionamiento, la carga y las especificaciones técnicas del fabricante. Una presión más elevada no significa automáticamente un mejor rendimiento, ya que tanto el motor como el turbocompresor deben estar diseñados para soportarla de forma segura.

¿Por qué es importante la presión de sobrealimentación?

La sobrealimentación permite mejorar las prestaciones del motor sin necesidad de aumentar su cilindrada. Al introducir aire comprimido en los cilindros, el turbocompresor ayuda a obtener más potencia incluso de un motor relativamente compacto.

Las principales ventajas de la sobrealimentación mediante turbo son:

• Mayor potencia y par motor: Una mayor cantidad de oxígeno en los cilindros permite quemar más combustible y aumentar la potencia potencial del motor.
• Posibilidad de reducir el consumo de combustible: La sobrealimentación permite utilizar motores de menor cilindrada que, en determinadas condiciones de conducción, pueden ofrecer las prestaciones necesarias con un consumo más bajo.
• Posibilidad de reducir las emisiones de CO2: Combinada con un diseño eficiente del motor y unas condiciones de funcionamiento adecuadas, la sobrealimentación puede contribuir a reducir el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono asociadas.

Una de las principales ventajas de esta tecnología es que un motor turboalimentado de pequeña cilindrada puede ofrecer una potencia y un par comparables a los de un motor atmosférico de mayor cilindrada. Los sistemas de sobrealimentación modernos también pueden proporcionar un par motor elevado desde bajas revoluciones, mejorando la aceleración, las recuperaciones y la conducción diaria.

Sin embargo, incorporar un turbocompresor no garantiza automáticamente un menor consumo de combustible ni una reducción de las emisiones. Las aceleraciones intensas, la utilización prolongada con una presión de sobrealimentación elevada y las cargas importantes del motor pueden aumentar considerablemente el consumo. La eficiencia real depende del diseño del motor, las características del turbo, el peso del vehículo y las condiciones de conducción.

¿Cómo se regula la presión de sobrealimentación del turbocompresor?

La presión de sobrealimentación debe controlarse para evitar valores excesivos y garantizar el funcionamiento eficiente del motor. Sin un sistema de regulación adecuado, el turbocompresor podría generar una presión superior a los límites previstos para el motor o los componentes del sistema de sobrealimentación.

Los motores turboalimentados modernos utilizan diferentes mecanismos de regulación. Sus funciones varían dependiendo de si controlan la energía de los gases de escape, la presión del aire de admisión o los parámetros generales de funcionamiento del motor.

Wastegate: regulación de la presión mediante los gases de escape

La wastegate es una válvula de derivación de los gases de escape que regula la presión de sobrealimentación desviando parte de los gases para que no atraviesen la rueda de turbina. Esto reduce la energía transmitida a la turbina y permite controlar la velocidad de giro del turbocompresor y la presión que genera.

Cuando la wastegate se abre, una parte de los gases de escape se desvía alrededor de la rueda de turbina en lugar de atravesarla. En los coches de serie, estos gases normalmente vuelven a incorporarse al sistema de escape después de la turbina, en lugar de liberarse directamente a la atmósfera.

Existen dos tipos principales de wastegate:

• Wastegate interna (internal wastegate): Válvula de derivación integrada directamente en la carcasa de la turbina del turbocompresor. Esta configuración se utiliza ampliamente en los vehículos de serie.
• Wastegate externa (external wastegate): Válvula independiente instalada en el sistema de escape. Se utiliza con frecuencia en aplicaciones deportivas y sistemas que requieren características específicas de regulación del flujo de gases de escape.

Dependiendo del diseño del turbocompresor, la wastegate puede accionarse mediante un actuador neumático o electrónico, también llamado actuador de la wastegate. El actuador regula la posición de la válvula y determina qué proporción de los gases de escape se desvía alrededor de la rueda de turbina.

Importante: La wastegate regula indirectamente la presión de sobrealimentación controlando la energía que llega a la turbina. Normalmente no está diseñada para liberar el aire comprimido del sistema de admisión.

Bypass y blow-off: control de la presión del aire en la admisión

Las válvulas bypass y blow-off ayudan a gestionar el exceso de aire comprimido cuando se cierra la mariposa de admisión o disminuye rápidamente la demanda de aire del motor. Estos dispositivos son especialmente importantes en motores de gasolina turboalimentados equipados con mariposa de admisión.

Cuando el conductor suelta el acelerador, la mariposa puede cerrarse muy rápidamente. Sin embargo, la rueda compresora del turbocompresor continúa girando durante un tiempo debido a su inercia.

Si el aire comprimido ya no puede circular libremente hacia el motor, la presión puede aumentar entre la salida del compresor y la mariposa cerrada. En determinadas condiciones, esto puede provocar un fenómeno denominado bombeo del compresor (compressor surge), caracterizado por un flujo de aire inestable a través del compresor que puede someter al turbocompresor a esfuerzos adicionales.

Las válvulas de descarga y recirculación ayudan a reducir este riesgo proporcionando una ruta alternativa al aire comprimido.

Se utilizan habitualmente dos soluciones:

• Válvula blow-off (BOV), también conocida como válvula de descarga atmosférica: Cuando se abre, libera directamente a la atmósfera el exceso de aire comprimido del sistema de admisión. Estas válvulas se utilizan frecuentemente en coches deportivos y sistemas de sobrealimentación modificados.
• Válvula bypass o válvula de recirculación (recirculation valve): Devuelve el exceso de aire comprimido hacia la entrada del compresor en lugar de liberarlo a la atmósfera. Esta solución está ampliamente extendida en los vehículos de serie.

Ambos dispositivos realizan una función similar en el control de la presión, pero se diferencian por el destino del aire descargado.

¿Qué diferencia hay entre una wastegate y una blow-off? La wastegate funciona en el lado de escape del turbocompresor y regula la energía que acciona la turbina. La válvula blow-off o bypass funciona en el lado de admisión y permite descargar el exceso de aire comprimido cuando cambia rápidamente la demanda de aire del motor.

No todos los motores turboalimentados utilizan una válvula blow-off o bypass convencional. La configuración necesaria depende del diseño del motor, del funcionamiento de la mariposa y de la arquitectura del sistema de sobrealimentación.

ECU: control electrónico de la presión de sobrealimentación

La unidad de control del motor (ECU), también conocida como centralita del motor, regula la presión de sobrealimentación en función de las revoluciones, la carga, la temperatura y otros parámetros de funcionamiento. Utiliza la información de diferentes sensores para determinar la presión necesaria y controlar los mecanismos de regulación del turbocompresor.

Dependiendo de la configuración del sistema, la centralita puede controlar los siguientes componentes y funciones:

• Actuador de la wastegate: Regula la cantidad de gases de escape que se desvía alrededor de la rueda de turbina.
• Geometría variable del turbo (VGT/VNT): Modifica la posición de los álabes directrices regulables para controlar el flujo de gases de escape y la respuesta de la turbina.
• Regulación de la presión de sobrealimentación: Compara la presión real medida por los sensores con la presión objetivo establecida por el sistema de gestión del motor.
• Funciones de protección del motor: Pueden limitar la presión de sobrealimentación o la potencia del motor cuando se detectan condiciones anómalas de funcionamiento o averías relacionadas.

En un turbocompresor de geometría variable, los álabes móviles modifican la sección efectiva de paso de los gases de escape a través de la turbina. Esto permite mejorar la respuesta del turbo a bajas revoluciones y regular su funcionamiento cuando aumenta la carga del motor.

La gestión electrónica de la sobrealimentación permite que los motores modernos mantengan una presión adecuada en diferentes condiciones de conducción y, al mismo tiempo, contribuye a proteger el motor y el turbocompresor frente a esfuerzos excesivos.

¿Qué ocurre cuando la presión de sobrealimentación es incorrecta?

Una presión de sobrealimentación incorrecta puede afectar a la potencia del motor, al consumo de combustible y a su fiabilidad. Los síntomas varían dependiendo de si el turbocompresor produce una presión insuficiente (underboost) o superior a la prevista por el fabricante (overboost).

Los síntomas más habituales de los problemas de presión de sobrealimentación son:

• Pérdida de potencia: Una presión de sobrealimentación insuficiente puede reducir la cantidad de aire que llega a los cilindros y provocar una disminución de las prestaciones durante la aceleración.
• Aceleración irregular: Los problemas de regulación de la presión pueden provocar vacilaciones al acelerar, tirones o una entrega de potencia irregular.
• Aumento del consumo de combustible: Determinadas averías del sistema de regulación de la sobrealimentación pueden reducir la eficiencia del motor y aumentar su consumo.
• Encendido del testigo de avería del motor: Los sistemas modernos de gestión del motor pueden detectar diferencias entre la presión de sobrealimentación solicitada y la real, y registrar los correspondientes códigos de avería.
• Activación del modo de emergencia: Algunos vehículos activan un modo de protección que limita la potencia del motor cuando detectan una presión anormal o una avería relacionada.

Las posibles causas incluyen averías de la wastegate o su actuador, agarrotamiento de los álabes de la geometría variable, fugas en el circuito de sobrealimentación, manguitos dañados, sensores de presión defectuosos u otros problemas relacionados con la gestión electrónica del motor.

Importante: Una presión de sobrealimentación demasiado baja no significa necesariamente que el turbocompresor esté averiado. Antes de sustituir cualquier componente, es fundamental realizar un diagnóstico adecuado para identificar la verdadera causa del problema.

Si tu vehículo presenta problemas de presión de sobrealimentación y es necesario sustituir el turbocompresor, BR Turbo puede ayudarte a encontrar un turbo de recambio compatible. La elección del turbocompresor correcto debe basarse en las características técnicas del motor y en la referencia original del turbo.

Preguntas frecuentes sobre la presión de sobrealimentación del turbo

¿Qué es la presión de sobrealimentación de un turbocompresor?

La presión de sobrealimentación, también llamada turbo boost, es la presión adicional que produce el turbocompresor en el sistema de admisión respecto a la presión atmosférica. Al comprimir el aire, el turbocompresor aumenta la cantidad de oxígeno disponible en los cilindros, lo que permite incrementar la potencia y el par motor con un suministro de combustible adecuado.

¿Cómo genera un turbocompresor la presión de sobrealimentación?

Los gases de escape accionan la rueda de turbina del turbocompresor, que hace girar la rueda compresora mediante un eje común. El compresor aspira aire fresco, aumenta su presión y lo envía al sistema de admisión del motor. De este modo se genera la presión de sobrealimentación.

¿Qué regula la presión de sobrealimentación del turbo?

La presión de sobrealimentación se regula mediante diferentes mecanismos, entre ellos la wastegate, la geometría variable de la turbina y los actuadores electrónicos. La unidad de control del motor (ECU) coordina su funcionamiento utilizando los datos de los sensores para mantener la presión necesaria en distintas condiciones de uso.

¿Qué diferencia hay entre una wastegate y una válvula blow-off?

La wastegate regula la velocidad de giro del turbocompresor y la presión de sobrealimentación desviando una parte de los gases de escape alrededor de la rueda de turbina. La válvula blow-off descarga el exceso de aire comprimido del sistema de admisión, generalmente cuando la mariposa se cierra rápidamente. Estos dispositivos funcionan en lados diferentes del turbocompresor y cumplen funciones distintas.

¿Cuál es la presión de sobrealimentación normal de un turbo?

No existe un valor universal de presión de sobrealimentación normal para todos los motores turboalimentados. La presión correcta depende del diseño del motor, del turbocompresor, de las condiciones de funcionamiento y de las especificaciones del fabricante. Normalmente se expresa en bares (bar) o PSI. Al interpretar los valores, es importante saber si se trata de presión relativa o absoluta.

¿Cuáles son los síntomas de una presión de sobrealimentación demasiado baja?

Los síntomas más habituales de una presión de sobrealimentación insuficiente son pérdida de potencia, aceleración débil, respuesta lenta al acelerador y, en algunos vehículos, encendido del testigo de avería del motor o activación del modo de emergencia. Las posibles causas incluyen fugas en el circuito de sobrealimentación, averías de la wastegate o del actuador, sensores defectuosos y daños en el turbocompresor.

¿La sobrealimentación mediante turbo reduce el consumo de combustible?

La sobrealimentación puede contribuir a mejorar la eficiencia del combustible cuando se combina con un diseño adecuado del motor y una cilindrada reducida. Sin embargo, una presión de sobrealimentación elevada y las aceleraciones intensas pueden aumentar el consumo. La eficiencia real depende del diseño del motor y de las condiciones de funcionamiento.

¿Una presión de sobrealimentación demasiado alta puede dañar el motor?

Sí. Una presión superior a los límites previstos por el fabricante puede aumentar los esfuerzos mecánicos y térmicos y dañar algunos componentes del motor o del turbocompresor. Los sistemas modernos de regulación y protección del motor contribuyen a reducir este riesgo, pero las averías o las modificaciones realizadas incorrectamente pueden provocar una presión excesiva.

En BR Turbo ofrecemos una amplia gama de turbocompresores nuevos y reconstruidos para diferentes marcas y modelos de vehículos. Tanto si necesitas sustituir un turbo averiado como encontrar un turbocompresor compatible con tu motor, nuestro catálogo te ayuda a identificar la solución más adecuada.