Los próximos turbos recargarán las baterías

La tecnología de los turbocompresores ha avanzado mucho desde sus primeras aplicaciones en locomotoras y componentes industriales allá por los años 40. En el automóvil se instaló para obtener mayores prestaciones de un motor y, desde entonces, no ha cambiado demasiado su concepto básico: una turbina accionada por los gases de escape de un motor que a su vez mueve un compresor para 'inyectar' mayor cantidad de aire en las cámaras de combustión a casi 350.000 revoluciones por minuto.

La utilización del turbo no siempre es en busca del rendimiento y las prestaciones, sino que también es de ayuda para crear un motor más compacto pero igualmente prestacional. En otras palabras, muchos fabricantes a la hora de diseñar el motor de su coche pueden preferir equiparlo con un V6 biturbo que con un V8. Con ello se consigue ahorrar en peso, espacio, costes y en consumo de carburante sin mermar las prestaciones buscadas. Un ejemplo es la última generación del Ford GT.

A lo largo de los años se han solucionado las grandes taras que presentaba esta tecnología, como el calor y el 'lag', de diversas maneras, para convertirse a día de hoy, no solo en un elemento singular para incrementar el rendimiento, sino en uno más de la mecánica de nuestros automóviles. Ahora se estudia su posible utilización, además, para la recarga de las baterías. A continuación hacemos un breve resumen de la evolución de este sistema con respecto al mayor problema que siempre ha suscitado.

EL COMBATE CONTRA EL LAG

Hagámoslo algo más visual. La ecuación teórica básica del par generado por un motor de combustión interna es una ecuación relativamente sencilla. En ella hay diversas variables que afectan de manera directamente proporcional al par motor generado, tales como el dosado –la cantidad de combustible por aire que entra a la cámara de combustión– o la cilindrada entre otros. Una de ellos es la densidad del aire de entrada al motor. Es decir, cuanto más aire haya en menos espacio, mayores prestaciones se extraerán de la mecánica. Es una de las vías más sencillas de sacar más potencia y par de un motor sin tener que entrar a modificar la geometría interna del mismo, y ello se consigue mediante los turbocompresores.

Ecuación teórica del par motor. Destacado en rojo el parámetro de densidad del aire

La energía para mover el compresor que 'inyecta' más aire dentro de la cámara de combustión se obtiene a través de la energía propia de los gases de escape. Sin embargo, ello genera un problema, y es que a bajas revoluciones no hay suficiente energía en estos gases como para que el trabajo del turbocompresor sea efectivo, por lo que éste entra en funcionamiento a un rango de revoluciones más elevado. A ello es a lo que se le denomina como 'lag' o ‘turbo-lag'. A partir de ciertas revoluciones, los gases de escape son más cuantiosos y el turbocompresor empieza a hacer efecto, lo que resulta en un incremento de las prestaciones de manera casi exponencial, como si de una 'patada' se tratase. Se trata de un fenómeno presente en los primeros automóviles que hicieron uso de esta tecnología, sin embargo, nunca ha sido lo verdaderamente deseable en las carreras, donde se busca el rendimiento en cualquier régimen de revoluciones, ni en la vida real, pues es algo bastante peligroso.

Una de las primeras soluciones para mantener la presión de soplado del turbo en el máximo rango de revoluciones fue la técnica del 'Bang Bang', muy utilizada en el mundo de los rallies. Esta técnica consistía en retrasar el momento de encendido de la chispa cuando el piloto levantaba el pie del acelerador. La chispa, entonces, se hacía saltar en el momento de apertura de la válvula de escape, lo que junto a los restos de combustible sin quemar de la cámara de combustión ocasionaba explosiones –de ahí lo de 'Bang Bang'– y energía suficiente para mantener en funcionamiento el sistema del turbo sin necesidad de que el conductor pisara el acelerador.

Con el paso de los años se llegó a otra solución algo más sofisticada con los turbos de geometría variable o VTG. Estos cuentan con una corona ubicada detrás del rotor de la turbina con unos álabes móviles. A bajas revoluciones, estos álabes se cierran y dejan una pequeña sección de paso al rotor que hace aumentar la velocidad con la que los gases de escape inciden en las palas de la turbina. Cuando se vuelven a alcanzar las revoluciones suficientes, un actuador neumático abre estos álabes para que el turbocompresor funcione con normalidad. De esta manera se obtiene un trabajo más constante y regular en todo el régimen de revoluciones.

Un problema de este sistema siempre ha sido la mayor complejidad del mismo, con su consiguiente sobrecoste. No obstante, el mayor inconveniente siempre ha sido su uso restringido a los motores Diesel, pues las altas temperaturas de los gases de escape en un motor de gasolina no eran compatibles con los materiales de fabricación de estos VTG. Porsche fue la primera marca en comercializar a gran escala un turbo de geometría variable para un coche de gasolina, concretamente para su 911 Turbo, tras una gran inversión por su parte y por la empresa BorgWarner.

PRESENTE Y FUTURO

Actualmente, la tendencia del mercado va hacia las baterías y lo eléctrico. Uno de los últimos avances en este campo es el de los compresores eléctricos. Su cometido es el mismo que el del turbocompresor corriente, solo que en lugar de hacer uso de los gases de escape para incrementar la presión de soplado, éste hace uso de un motor eléctrico para este cometido. La gran ventaja de estos es que elimina por completo el problema del 'lag' al estar controlado electrónicamente al precio, eso sí, del consumo de energía eléctrica. La firma Audi ha sido recientemente noticia por este asunto, al anunciar que sus futuros S6 y S7 con motor V6 TDI equiparán esta tecnología.

¿Y qué depara el futuro para los turbocompresores? Las investigaciones en el campo ahora mismo avanzan hacia unos turbos que no solo contarán con todas las soluciones adaptadas hasta ahora, sino que también permitirán recargar las baterías tanto de coches de combustión como híbridos. La idea pasa por instalar un motor/generador eléctrico intercalado entre las dos partes del turbocompresor. Su funcionamiento sería el mismo, solo que también aprovecharía el exceso de los gases de escape para generar electricidad que almacenar en las baterías. De la misma manera, el mismo artilugio podría actuar de motor y generar movimiento en el compresor cuando los gases de escape no permitan un trabajo constante a bajas revoluciones. Todo en aras de una mayor eficiencia para el sistema.

Esquema de funcionamiento del eTurbo de la marca BorgWarner

La gran pregunta ahora mismo es que, ante una época en la que se avecinan cambios necesarios hacia la movilidad eléctrica y los combustibles alternativos, ¿tienen cabida en ella los turbocompresores? Hemos visto que como elemento regenerativo de baterías, estos pueden tener todavía futuro todavía en el campo de los híbridos. Michael Moyer, Responsable de Competición de Garrett Advancing Motion, va un paso más allá y afirma que los turbocompresores podrían ser de gran utilidad en los vehículos con pilas de combustible, pues éstos también necesitan de gran cantidad de aire para su funcionamiento.

Únicamente el tiempo dirá hasta donde llega esta tecnología, pero a día de hoy, los turbocompresores toman un papel más importante que nunca en nuestra movilidad, cada día en busca de mayor eficiencia, y así parece que continuarán durante muchos años más.