¿Cómo ofrecerán los turbocompresores una mayor potencia y eficiencia en el futuro?
¿Cómo será?¿Los turbocompresores traerán más potencia y eficiencia en el futuro?
Sabemos que los turbocompresores de hoy en día ya no son las piezas giratorias de alta velocidad que rompían los motores con tanta facilidad en la década de 1980. Los turbos ahora están instalados en al menos uno de cada cuatro automóviles en América del Norte. Son más eficientes, más fiables y menos costosos, y muchos de nuestros motores favoritos se han comprometido con la turboalimentación.
Según el fabricante de motores turbo PortoPower, casi la mitad de los nuevos vehículos ligeros del mundo serán turbocargados dentro de cinco años, 18 millones más que el mercado actual, del cual se espera que América del Norte represente el 39%.
La adopción de motores sobrealimentados tiene como objetivo aumentar la potencia, mejorar la economía de combustible o ambos. Para la turboalimentación, el camino a seguir puede ser mejorar aún más el rendimiento de la potencia al mismo tiempo que se garantiza la eficiencia del combustible y se eliminan las deficiencias de los motores turboalimentados actuales.
Turbos eléctricos e híbridos
Aquellos a quienes no les gustan los sistemas de propulsión V6 híbridos turbocargados que se utilizan actualmente en los autos de Fórmula 1, conducirán autos con tecnología similar dentro de unos años.
El coche. Un motor eléctrico de CC incrustado en el eje que conecta la turbina con el compresor permite que la turbina gire a toda velocidad sin tener que usar gases de escape para impulsarla, y esto se puede hacer casi instantáneamente, reduciendo así el retraso de la turbina a casi cero.
Como resultado, la turbina accionada por motor eléctrico puede compensar la falta de respuesta de potencia de un motor turbo convencional en el rango de bajas revoluciones cuando la turbina aún no ha sido accionada. Aunque algunos modelos de gama alta están actualmente equipados con turbocompresores gemelos mecánicos que también pueden lograr este efecto, su alto costo y las grandes necesidades de espacio hacen que sea imposible popularizar una configuración técnica de este tipo en los vehículos ordinarios.
En segundo lugar, el accionamiento eléctrico permite un control más preciso y sencillo de la potencia de refuerzo a través del software. Al mismo tiempo, la turbina eléctrica usará la energía del exceso de gases de escape para regenerar electricidad, en lugar de permitir que se desvíe de la turbina cuando está bajo carga alta y la desperdicie. Se usará un supercondensador para almacenar esta energía para impulsar la turbina u otros componentes que usan electricidad, como un sistema híbrido que puede generar electricidad. El resultado de usar un turbo eléctrico es, por lo tanto, una entrega de potencia más rápida y una economía de combustible más eficiente.
Ya hemos visto sobrealimentación electromecánica en los prototipos diésel de Ford Focus y Audi, aunque con un principio ligeramente diferente y no conectado al tubo de escape. Sin embargo, ignorando por un momento la confiabilidad no probada del turbo eléctrico en los autos de producción, enfrenta el mismo ^gran^ problema que la sobrealimentación electromecánica: requiere un alto nivel de soporte eléctrico como fuente de energía cuando está en funcionamiento, o más bien. energía a consumir.
En carga máxima, la turboalimentación eléctrica requiere 48 voltios para funcionar, pero los fabricantes no han mostrado mucho interés en rediseñar sus sistemas actuales de 12 voltios. Al mismo tiempo, es difícil que las turbinas eléctricas alcancen la eficiencia de las turbinas convencionales en condiciones de alta carga debido a la potencia y las limitaciones de la arquitectura de turbina de flujo axial utilizada en algunos casos.
Por lo tanto, para satisfacer la demanda de alto voltaje, los turbogeneradores mencionados anteriormente en la tecnología de carreras de F1 deben mejorarse aún más en los autos de producción para convertir los gases de escape en electricidad. Alternativamente, las baterías de alto voltaje que se encuentran en los híbridos convencionales podrían emplearse para impulsar la turbina eléctrica. Además, la relación de consumo de energía, la disipación de calor, la longevidad y el peso del sistema del motor eléctrico también son problemas potenciales si uno insiste en lograr el mismo efecto que una turbina convencional a través de la electricidad, especialmente con cargas altas.
Quizás un turbo eléctrico en el rango de bajas revoluciones, combinado con un cambio a un turbo convencional en el rango de altas revoluciones, no sea una mala manera de ir en ambos sentidos, ya que Volvo y Audi, por ejemplo, se están moviendo en esta dirección. Pero también hay empresas como Subaru que persiguen ^técnicamente^ un enfoque más radical de utilizar turbos eléctricos que funcionan en todo el rango de revoluciones para reemplazar por completo a los turbos convencionales.
Pero dando un paso atrás, incluso si superamos los diversos problemas técnicos, la necesidad de adoptar turbos eléctricos todavía se discute en todos lados. Esto se debe a que, fundamentalmente, las turbinas eléctricas requieren potencia adicional, lo cual es contrario al propósito de ahorro de energía de las turbinas convencionales que utilizan los gases de escape como energía. Encontrar el equilibrio adecuado entre la eficiencia energética y el rendimiento es, por lo tanto, algo que deberá explorarse en el futuro.
Debido a limitaciones estructurales, los turbocargadores convencionales tienen deficiencias inherentes. Una vez que hemos ideado ideas para compensar estas deficiencias, la aplicación de estas nuevas tecnologías a los vehículos es ahora también una prueba importante de los materiales de hardware. Por ejemplo, los materiales antes mencionados que pueden soportar temperaturas extremadamente altas son un cuello de botella en el desarrollo de sistemas turbo para lograr una mayor eficiencia térmica.
Además, a medida que la tecnología se desarrolla y avanza, creemos que pronto se resolverán problemas técnicos como los mencionados anteriormente. Sin embargo, a pesar del hecho de que los motores turboalimentados más pequeños han logrado mejores resultados en las pruebas de la EPA, en muchas pruebas en carretera, los turbos pequeños no alcanzan los niveles de consumo de combustible declarados en comparación con los motores de aspiración natural.
El hecho de que los resultados ahora reconocidos en los instrumentos de prueba a menudo no pasen por las carreteras reales muestra que los medios actuales para probar la eficacia de la tecnología aún no son perfectos y están lejos de un entorno de conducción completamente realista. Entonces, el siguiente paso es encontrar una manera de combinar diferentes situaciones para que los resultados obtenidos en el laboratorio y en el banco de pruebas puedan lograrse completamente en la realidad, de lo contrario, todo es solo un ejercicio de papel.
