Turbocompresor de los F1

Corte longitudinal de un turbocompresor


En la F1, los motores cuentan con un sistema de turboalimentacion que aumenta la eficiencia de los propulsores y promueve el ahorro de energia; al mismo tiempo, gracias al calor emanado por el escape del turbo, el MGU-H (parte del sistema de recuperacion de energia; "ERS"), transforma la energia calorica almacenandola en una bateria, la cual es accionada por el piloto desde el volante proporcionando un caballaje extra al motor; la presencia del Turbocompresor en la F1 ha supuesto tambien la disminucion de la cilindrada del motor reduciendo su consumo de combustible; con este sistema, los motores turboalimentandos tienen una potencia aproximada de 600 a 650 caballos de fuerza.
En otras palabras, el Turbo se puede definir como la conjunción de una turbina, movida por los gases de escape, y un compresor, con un eje solidario a la turbina, que comprime el aire de admisión. La potencia que es capaz de desarrollar un motor viene dada, entre otras cosas, por la cantidad de aire que introducimos en el cilindro. Aquí es donde los V6 sacarán pecho.

Además, el turbo contará con la ayuda de un pequeño motor eléctrico, que permitirá dejar de lado al famoso 'turbo-lag', un retraso en la respuesta hasta que llegaban gases de escape a la turbina. Esto dejaría vendidos a los nuevos V6 a la salida de las curvas. El motor eléctrico moverá el sistema nada más pegarle el pisotón al acelerador, mientras que en frenada actuará como generador, así que cargará las baterías.

El hecho de llevar turbo conlleva otro elemento extra. Necesitamos un intercambiador de calor, un intercooler, vaya. Cuando comprimimos un gas, el aire en nuestro caso, este se calienta. ¿Nunca habéis reventado un mechero? Es exactamente lo contrario. El gas comprimido del interior se expande muy rápidamente, haciendo que el mechero se enfríe muchísimo.

Una máxima de los motores térmicos, muy resumida, es que el foco frío –la mezcla de aire y gasolina al inyectarse– y el foco caliente –durante la explosión– han de tener una temperatura lo más distante posible. Cuestión de rendimientos. Una forma muy sencilla de conseguirlo es enfriando la mezcla de entrada mediante un radiador. Por eso observamos ese radiador en las imágenes de prensa de Renault, no es la refrigeración habitual, se trata de un intercooler.
Motor Mercedes con turbocompresor
Gracias  a la inyeccion a alta presion de aire en los cilindros por parte del turbocompresro, se estima que el par motor generado (fuerza transmitida a los ejes de las ruedas traseras desde el motor), ronda por los 425 Nm; un numero enorme que afecta la velocidad de reaccion del propulsor, es decir, la aceleracion angular de las ruedas es mayor que la de un V8 atmosferico y la capacidad de carga tambien lo es; debido a ello, los pilotos deben tener cierta precaucion al momento de acelerar ya que es facil hacer un trompo con el sistema de turboalimentacion en marcha.

¿COMO FUNCIONA EL TURBOCOMPRESOR MODERNO EN LA F1 CON EL SISTEMA ERS?

Un turbocompresor o también llamado turbo es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.

En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos modelos pagan menos impuestos que los que no tienen turbocompresor.

En los motores sobrealimentados mediante este sistema, el turbocompresor consiste en una turbina accionada por los gases de escape del motor de explosión, en cuyo eje se fija un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión.

Los gases de escape inciden radialmente en la turbina, saliendo axialmente, después de ceder gran parte de su energía interna (mecánica + térmica) a la misma.

El aire entra al compresor axialmente, saliendo radialmente, con el efecto secundario negativo de un aumento de la temperatura más o menos considerable. Este efecto se contrarresta en gran medida con el intercooler.

Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno (masa) que la masa normal que el cilindro aspiraría a presión atmosférica, obteniéndose más par motor en cada carrera útil (carrera de expansión) y por lo tanto más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, y con un incremento de consumo proporcional al aumento de masa de aire en el motor de gasolina. En los diésel la masa de aire no es proporcional al caudal de combustible, siempre entra aire en exceso al carecer de mariposa, por ello es en este tipo de motores en donde se ha encontrado su máxima aplicación (motor turbodiésel).

Los turbocompresores más pequeños y de presión de soplado más baja ejercen una presión máxima de 0,25 bar (3,625 psi), mientras que los más grandes alcanzan los 1,5 bar (21,75 psi). En motores de competición se llega a presiones de 3 y 8 bares dependiendo de si el motor es gasolina o diésel.

Como la energía utilizada para comprimir el aire de admisión proviene de los gases de escape, que se desecharía en un motor atmosférico, no resta potencia al motor cuando el turbocompresor está trabajando, tampoco provoca pérdidas fuera del rango de trabajo del turbo, a diferencia de otros, como los sistemas con compresor mecánico (sistemas en los que el compresor es accionado por una polea conectada al cigüeñal).

VIDEO DE COMO FUNCIONA EL TURBOCOMPRESON EN UN VEHICULO.

ESQUEMA DE UN MOTOR DE F1 CON TURBOCOMPRESOR INCLUIDO.

Los motores actuales de la F1 tienen ayuda asistida de varios elementos de potencia para mantener las prestaciones por lo alto; en el esquema del motor turboalimentado que podemos ver en la parte superior; tenemos elementos que asistena al propulsor.

1-MGU-H: Es parte del ERS, recupera la energia calorica emanada por el turbocompresorn y la almacena en una bateria para luego ser usada cuando el piloto oprime un boton desde el volante.

2-Turbocompresor: Aprovecha la energia de los gases expulsados por el motor, mueve un eje que se encuentra rigidamente conectado a un alave, que absorve aire atmosferico a alta velocidad para inyectarlo con una presion elevada en los cilindros, y asi producir mayor par motor.

3-Energy Store: Es donde su ubica el sistema electrico del motor; la central ECU y la bateria del ERS.

4-MGU-K: Es el equivalente al KERS (en antaño), recupera la energia cinetica perdida al momento de la frenada y esta es almacenada en una bateria; dicha energia es usada cuando el piloto oprime un boton desde su volante.

Intercooler: Es un elemento que (por medio de agua o aire) disminuye la densidad del fluido proveniente del turbocompresor para que el motor no pierda eficiencia con la entrada del aire sumamente denso por la elevada presion.

Sonido de un motor Renault V6 Turboalimentado
Motor Renault V6 Turboalimentado de los años 80