A la hora de elegir un turbocompresor, hay tantas opciones disponibles que podrías pensar que es más fácil esconderse. Hay muchísimas variables que pueden afectar el rendimiento de un turbocompresor. No temas, estamos aquí para ayudarte a simplificar este proceso que puede ser abrumador.
En este artículo: ¿Errores ? | ¿Toda la sobrealimentación? | Retraso vs. umbral de sobrealimentación | Consideraciones sobre el rendimiento del turbocompresor | Cómo interpretar los mapas del compresor | Flujo de aire vs. potencia | Regla de flujo de aire a potencia | Selección del turbo | Conclusión
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Elegir el turbocompresor INCORRECTO
Antes de profundizar en los aspectos prácticos de la elección del turbocompresor correcto, analicemos qué ocurre si se equivoca. Si elige un turbocompresor demasiado grande para su aplicación, lo más probable es que su coche no tenga rendimiento a bajas RPM. Se requiere cierta cantidad de energía de los gases de escape para que el turbocompresor se mueva, y si el turbocompresor es demasiado grande, su aplicación no podrá proporcionarla. Por otro lado, si elige un turbocompresor demasiado pequeño, obtendrá una sobrealimentación excepcional a bajas RPM, pero obstruirá el flujo de aire a través del motor a altas RPM.
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Presión de refuerzo: prácticamente irrelevante
Además de enseñarte factores importantes a considerar al elegir un turbo, hablemos de algo que tiene poca relevancia: la presión de sobrealimentación. No nos malinterpretes, necesitas saber cuánta sobrealimentación tiene tu motor, pero la potencia que probablemente genere tu motor es mucho más importante que la simple presión de sobrealimentación.
Veamos un ejemplo. Si utilizaba un Garrett GT3076 con una presión de sobrealimentación de 15 psi y luego lo cambiaba por un Garrett GT42, que tiene un turbocompresor mucho más grande, obtendría una potencia muy diferente con el mismo motor. De igual manera, si modifica el motor, pero conserva el mismo turbocompresor y utiliza la misma presión de sobrealimentación, obtendrá un motor con mayor potencia. Considere la presión de sobrealimentación como la restricción que el propio motor impone al flujo de aire. No existe una correlación directa entre la presión de sobrealimentación y la potencia.
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Umbral de retraso vs. umbral de impulso: ¿cuál es cuál?
Dos términos que se usan a menudo incorrectamente son el retardo y el umbral de sobrealimentación. Aclaremos estos términos. El umbral de sobrealimentación es el punto en el rango de revoluciones donde se alcanza la sobrealimentación máxima. Una vez superado el umbral de sobrealimentación, si se levanta el pie del acelerador, se vuelve a pisar y se acelera a fondo, el turbo no puede volver a la sobrealimentación completa al instante. Esto se conoce como retardo y se debe a que el conjunto giratorio dentro del turbocompresor y la rueda de escape son pesados y requieren cierta inercia para recuperar la sobrealimentación máxima.
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¿Qué afecta el rendimiento de su turbocompresor?
- Tamaño del compresor y la rueda de la turbina: Cuanto más aire se quiera mover, mayor será su tamaño. Dicho esto, hoy en día, con los avances en aerodinámica y los materiales utilizados, es difícil establecer una correlación estricta entre tamaño y potencia.
- Rueda de compresor de palanquilla vs. de fundición: Las ruedas de palanquilla lucen genial, pero no necesariamente mejoran el rendimiento. Los fabricantes las usan porque es mucho más fácil producir series de ruedas de palanquilla, lo que permite probar múltiples diseños mucho más rápido que con ruedas de fundición. Las ruedas de palanquilla suelen ser más resistentes, lo que beneficia a quienes utilizan niveles de sobrealimentación muy altos. Otra ventaja es que el cubo donde la rueda se atornilla al eje puede ser más delgado, lo que permite un mayor flujo de aire. Es importante destacar que, aunque los fabricantes están optando por el palanquilla, se puede fabricar una rueda de fundición con el mismo perfil. El palanquilla no es la solución definitiva.
- Material de la rueda de la turbina: Cualquier medida que permita reducir su peso ayudará a superar su inercia y a acelerar su producción de presión de sobrealimentación. En los inicios de la turboalimentación, se utilizaba cerámica. Esto resultó ser un tanto desastroso, ya que era propensa a desprenderse con una sobrealimentación alta al adherirse al eje de acero del turbocompresor. BorgWarner y Garrett ahora utilizan, respectivamente, Gamma-Ti y MAR-M, básicamente materiales más ligeros. El MAR-M también puede soportar temperaturas de funcionamiento más altas con un uso continuo de hasta 1050 °C.
- Carcasas de turbina de doble espiral frente a carcasas de turbina de espiral simple: si bien es difícil hacer una comparación en la que esto sea lo único que haya cambiado, en general, obtendrá una mejor respuesta de impulso a bajas RPM.
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Cómo leer el mapa del compresor
Es importante poder leer el mapa del compresor y comprender el significado de cada número. El siguiente gráfico es el que verá en la mayoría de los fabricantes. En el eje vertical se muestra la relación de presiones. Esta es la presión de salida del compresor dividida entre la presión de entrada. Por ejemplo, si la presión de sobrealimentación (salida) es de 200 kPa y la presión atmosférica (entrada) es de 100 kPa, la relación de presiones sería de 2. En el eje horizontal se muestra el flujo de aire corregido en libras por minuto, que representa la cantidad de aire que puede mover el turbocompresor.
Pasando al mapa, la línea de la izquierda marca el límite de sobrealimentación. No conviene operar a la izquierda de esta línea, ya que dañará los componentes. Además, conducir un coche con sobrealimentación no será una experiencia agradable. La línea de la derecha marca el límite de estrangulación. Este es el punto en el que la eficiencia del turbocompresor se desploma y, en lugar de mover aire, simplemente bombea calor al aire de salida del compresor. Como puede imaginar, conviene operar entre los límites de sobrealimentación y estrangulación.
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Ahora veamos las islas en el centro del mapa. Por ejemplo, en la isla central, el compresor tiene una eficiencia del 76 %. Cuanto menor sea la eficiencia del compresor, más calor se añadirá al aire. Esto significa que el intercooler tendrá que trabajar más y el compresor necesitará más energía para mover el aire.
Por último, las líneas que recorren el mapa representan la velocidad de la turbina. Sus valores se encuentran a la derecha e indican la velocidad de funcionamiento de la turbina.
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Regla de flujo de aire masivo a potencia
Como regla general, necesitará entre 9,5 y 10,5 libras de flujo de aire por minuto por cada 100 caballos de fuerza que desee generar. Sin embargo, esto no es completamente fiable. Para obtener el flujo de turbo requerido, debe operar con la relación de presión correcta.
Otros factores relacionados con el diseño del motor también pueden afectar la capacidad del turbo para generar la potencia que es capaz de generar. Por ejemplo, si se utiliza gasolina de bajo octanaje, es casi seguro que se producirá una detonación limitada. En este caso, se aumenta la presión de sobrealimentación y se adelanta la sincronización del encendido hasta el punto de detonación. Claro que, en estas condiciones, el motor no puede funcionar, por lo que será necesario retrasar la sincronización o reducir la presión de sobrealimentación. Como probablemente se pueda imaginar, esto limita la potencia que puede producir el turbocompresor.
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Cómo seleccionar su turbocompresor
Bien, ahora que ya tienes toda la información de fondo, ¡elijamos un turbo!
Una de las opciones más fáciles es dejar esto en manos de un taller especializado en rendimiento que conozca tu coche. No es mala opción si vives en un lugar con especialistas que conocen tu modelo a la perfección. Sobre todo si tienes un coche popular, como por ejemplo la gama Subaru WRX STi, las configuraciones del turbo han sido probadas exhaustivamente y los talleres especializados tienen una buena base de datos de lo que funciona. Claro que, si todos optaran por esta opción, no habría necesidad de este artículo y no tendrías que involucrarte en el proceso. ¿Qué tiene de divertido?
Como alternativa, puedes investigar por tu cuenta en internet. Esto puede ser un campo minado, con el potencial de perder mucho tiempo y acabar en una búsqueda inútil. Prepárate para encontrar mucha información contradictoria. Si optas por esta opción, busca varios resultados que respalden la misma idea para asegurarte de que sea correcta. Los foros de entusiastas son un buen lugar para consultar.
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Las dos opciones anteriores pueden funcionar bien si trabajas con una plataforma popular, pero no tanto si se trata de algo que no se modifica comúnmente. Si esta es tu situación, o si simplemente buscas una forma más avanzada de elegir un turbo, las herramientas de dimensionamiento de turbo son una excelente opción. Analizaremos dos opciones, comenzando con la más sencilla: Garrett's Boost Adviser. Este programa requiere que ingreses la potencia del cigüeñal, la cilindrada del motor, si vas a instalar uno o dos turbocompresores, el tipo de combustible, el tipo de intercooler, el número de válvulas, las RPM a medio y alto régimen, la altitud y la temperatura. Como puedes ver, se requieren algunas variables, pero nada demasiado complejo.
Con la información que has ingresado, el Asesor de Impulso te ofrece algunas recomendaciones. Como puedes ver, en este caso hay dos. Garrett ha logrado un equilibrio con su Asesor de Impulso entre la cantidad de información que debes ingresar y la precisión de los resultados. Cuanta más información se le solicite al usuario, más precisos serán los resultados, pero también menos probable será que el usuario pueda proporcionarla.
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En comparación, veamos MatchBot de BorgWarner. Es más complejo y requiere mucha más información. Además, hay mucho más margen de error. No vamos a explicar todos los aspectos de MatchBot en este artículo, ya que se convertiría rápidamente en una novela. Si quieres saber más, BorgWarner tiene una serie de videos en YouTube sobre cómo usarlo.
Para empezar, en la parte superior encontrarás información del motor que debes ingresar. Debajo, hay 6 valores de ajuste que se representarán en el mapa del compresor y la turbina. Puedes cambiar las RPM de cada valor si es necesario. Con los demás valores, es posible que no los conozcas con exactitud para tu motor. Aquí es donde BorgWarner te ayuda. Si pasas el cursor sobre el signo "?" junto a cada valor, te darán una idea de cuáles deberían ser. Cuanto más precisos sean los valores, mejor funcionará MatchBot. Sin embargo, incluso sus valores predeterminados son un buen punto de partida.
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Una vez introducidos los valores anteriores, puede elegir entre varios mapas de compresor para ver cuál se ajusta a los puntos que ha trazado, que se muestran como puntos rojos. Primero, observemos un turbocompresor 6758 EFR. Como puede ver, todo está dentro de la línea de sobrepresión, pero el punto 6 está más allá de la línea de estrangulación. Como ya se mencionó, esto no es deseable, por lo que este turbo no funcionará.
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A continuación, probaremos el 7163 EFR. Como puede ver, el turbo se someterá a un gran esfuerzo a 7000 RPM, pero aparte de eso, estará operando en una zona eficiente del mapa y aún se mantendrá alejado de la línea de sobrepresión. Este turbocompresor funcionará correctamente con los valores ingresados. Ahora, tome los valores de eficiencia del compresor e introdúzcalos nuevamente en la tabla de entrada en los campos correspondientes.
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A continuación, MatchBot te ayuda a dimensionar la carcasa de la turbina y la rueda del turbo, además de darte una idea del tipo de respuesta de sobrealimentación realista. Lo que debes hacer es manipular los valores de la relación de expansión de la turbina (en la primera ventana) para que todos los puntos de ajuste se ubiquen en una sola línea. Si sigues la línea que atraviesa todos los puntos de ajuste, verás que esto corresponde a una carcasa de escape A/R de 63 mm y 0,5 mm. Por lo tanto, esto es lo que deberías usar con una rueda de compresor de 71 mm.
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Por si no te bastaba con los detalles, MatchBot te ofrece un valor calculado para varios parámetros. Uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta es la presión del colector de escape. El problema de usar un turbocompresor pequeño y forzarlo al máximo es que, a altas RPM, el lado de la turbina del turbocompresor empieza a convertirse en una restricción. A 7000 RPM, hay 18 psi de presión de sobrealimentación en el colector de admisión. Para lograrlo, tendrás 28 psi en el colector de escape. El motor no puede expulsar los gases de escape, lo que reduce la eficiencia volumétrica. En realidad, lo que tendrás que hacer es reevaluar la eficiencia volumétrica real. Si bien habíamos ingresado el 100 %, quizás sea más bien del 90 %. Una forma de eliminar parte de esta restricción es cambiar a una carcasa de escape AR más grande.
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Dado que la mayoría de las personas se basarán en estimaciones basadas en los valores ingresados en MatchBot, si realmente desea obtener el máximo rendimiento de su turbo, es recomendable agregar sensores para registrar y validar el rendimiento. Esto también le permitirá contar con datos confiables si desea actualizar su turbocompresor posteriormente. Considere agregar un sensor de presión del colector de escape. Este le indicará la relación entre la presión de entrada de la turbina y la presión del colector de admisión. Cuanto menor sea esa relación, mayor será el rendimiento de su turbocompresor. También sería útil un sensor de velocidad del compresor o del turbo. Este le permitirá saber si se está acercando a la velocidad crítica cuando está forzando al turbocompresor al máximo. Por último, podría considerar un sensor de temperatura del aire para medir la temperatura que sale de su turbocompresor, lo que le brindará datos sobre la eficiencia de su intercooler.
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Conclusión
Como puede ver, hay muchos factores a considerar al elegir un turbocompresor. Esperamos haberle demostrado que, si bien hay mucho que considerar, no es tan desalentador como parece a primera vista. Especialmente con la ayuda de su taller local de rendimiento, foros de entusiastas, herramientas como MatchBot y, por supuesto, HPA, siempre hay mucha ayuda disponible.
