Lo que ahora es tan habitual, no siempre lo fue. La sobrealimentación se empleó con muchos años de adelanto en la aviación, y tardó varias décadas en llegar a los coches de producción en serie. Inicialmente fue una forma de ganar prestaciones, pero con el tiempo se ha añadido la función de sacar más potencia a los motores, pero para hacer más con menos, manteniendo las prestaciones o mejorándolas ligeramente.
Hay tres formas básicas de ampliar la potencia: subir el límite de revoluciones, aumentar la cilindrada o sobrealimentar. En los últimos años se está tirando fundamentalmente del tercer método, ya que es el más rentable y eficiente, pero con sus pegas detrás. Mejor vayamos paso por paso, para que nadie se pierda.
¿Cómo funciona?
Los motores, de «toda la vida», eran atmosféricos. Eso significa que el aire que son capaces de digerir en sus cilindros viene por la simple aspiración que provoca la carrera descendente de sus pistones, que succionan. No obstante, la capacidad teórica de los cilindros no se rellena completamente. Además, el diseño de la admisión es muy importante, cuantos menos obstáculos y restricciones haya, mejor.
Los motores atmosféricos pierden prestaciones cuanta mayor sea la altura sobre el nivel del mar
Si queremos aumentar la potencia, tenemos que meter más aire, y eso implica más gasolina para no empobrecer la mezcla, y, por tanto, más potencia. Obviamente un motor más grande traga más aire, de ahí que aumentar la cilindrada fuese una solución fácil durante décadas. Pero también hay que considerar que cuanto más grande es un motor más pérdidas de energía sufre, hay más rozamientos e inercias de sus piezas con las que hay que lidiar, además que pesa más y el mantenimiento se encarece.
Un turbocompresor consta de dos piezas básicas, una turbina y un compresor. La turbina se coloca en el colector de escape, los gases calientes que expulsa el motor se aprovechan para mover la turbina y recuperar energía cinética. La turbina se pone a girar, y transmite la rotación mediante un eje a la pieza opuesta, el compresor. Esta otra pieza va antes del colector de admisión, y con el giro de sus aspas produce una compresión del aire. En la siguiente imagen vemos los compresores plateados, las turbines son más oscuras (el material es distinto, más resistente al calor).
Ya hemos solucionado el problema del relleno, pero acabamos de crear otro diferente. Al comprimir los gases, aumenta su presión, y, por lo tanto, su temperatura. A los motores les gusta el aire lo más frío posible, al ser más rico en oxígeno. Si los turbos calientan el aire, tendremos que intentar enfriarlo un poco antes de mandarlo a los cilindros. Aquí es donde entra en acción el intercambiador de calor (intercooler), que puede enfriar el aire directamente o con un circuito de refrigerante líquido.
Los gases de admisión trasladan su calor al exterior. Cuanto más grande sea el intercambiador, más refrigera el aire, más potencia. Por eso los coches turbo potenciados suelen montar radiadores más grandes, para enfriar más el aire. Resuelto el problema de la temperatura, queda otro problema, el qué hacer con todo ese aire a presión cuando el motor ya no lo necesita: al soltar el pedal del acelerador se cierra la mariposa.
Aquí es donde entra en acción la válvula de descarga. Cuando todo ese aire ya no es necesario, hay que hacer algo con él. Normalmente se recircula al inicio de la admisión (válvula recirculada), pero también puede tirarse al exterior soltando un característico sonido similar a «ptschsssss» (válvula atmosférica). Casi hemos terminado, pero falta otro problema a resolver: el tiempo de respuesta.
Cuanto más grande es el compresor, más aire es capaz de comprimir, pero todo eso necesita un tiempo: las piezas mecánicas acumulan inercia. Un turbocompresor puede girar hasta 250.000 RPM (el dato es correcto), por lo que una ganancia de varios miles de revoluciones lleva unas décimas de segundo, o segundos, depende del tamaño de la caracola.
Un turbocompresor pequeño tendrá un tiempo de respuesta (lag) menor, pero soplará a menor presión. Un turbocompresor grande da más presión, pero necesita más tiempo para dar el máximo de presión. Por eso se suele utilizar la fórmula de doble turbo en paralelo (turbos pequeños que alimentan a la mitad del motor) o secuenciales (turbo pequeño para bajas revoluciones, turbo grande para altas revoluciones). Los triple turbo también se han empezado a utilizar, incluso tetraturbo en motores enormes.
En competición se usa el sistema ALS o «bang-bang» para reducir el lag, tirando gasolina después del encendido de bujía
Para que el motor sea progresivo en su entrega de potencia, tiene que tener el menor retraso posible, y subir de presión de forma controlada. Eso último se consigue con gestión electrónica y otra válvula, que suelta el exceso de aire. Cuanto menos exceso se vierta al exterior, más brutal y potente será el turbo, pero menos refinado. En resumidas cuentas, el proceso es este.
Un poco de Historia…
Fue General Motors el primer fabricante que utilizó turbocompresores en producción en serie, en 1962, en los Oldsmobile Jetfire y Chevrolet Corvair Monza Spyder, pero en cuanto a fiabilidad no salieron demasiado buenos. Utilizaron turbinas Garrett T05 en conjunción con un complejo sistema de inyección de agua y metanol, por lo que hubo problemas de refrigeración, entre otros. Era demasiado avanzado para su época.
Al otro lado del charco, en Alemania, unos ingenieros alemanes metieron un turbocompresor KKK a un BMW 2002 tii (130 CV), y lo subieron a 170 CV, dando lugar al 2002 turbo. Fue novedad en el salón de Frankfurt de 1973, prácticamente al mismo tiempo que estalló la crisis del petróleo por los acontecimientos del Yom Kippur. Aunque no tenía un consumo nada exagerado (10,5 l/100 km) se dejó de fabricar al año siguiente, casi 1.700 unidades fueron producidas. Si os interesa más la historia de ese modelo, escribí un artículo hace años.
Otros fabricantes Premium apostaron por el turbocompresor para ganar prestaciones, baste citar el Porsche 911 3.0 Turbo (1974), el Saab 99 Turbo (1977) o el Buick Regal 3.8 V6 Turbo (1978). En el caso concreto de Porsche, fue el coche de producción en serie más rápido de su tiempo. La nueva tecnología hizo irrupción en la Fórmula 1 en 1977, dando lugar al inicio de la famosa «era turbo», que duró 12 años. Por cierto, fue Renault el primero en hacerlo.
La palabra «turbo» antes nos erotizaba más
Poco a poco, más fabricantes empezaron a meter turbocompresores en sus coches, una vez desapareció el fantasma de la segunda crisis del petróleo (1979), cuando se produjo la revolución de los ayatolás en Irán. Empezaron a aparecer las chapitas «turbo» en la parte trasera de los coches, en la parrilla frontal, taloneras… como un símbolo de distinción. También entraron los turbos en los coches más exclusivos.
Por entonces, cualquier coche con la insignia «turbo» se sabía que molaba más, o que andaba más. Su dinámica de conducción podía ser un completo desastre, como el Ford Fiesta RS Turbo (1990), pero la dificultad de conducción podía ser también un aliciente. Aquellos primeros motores, sin una gestión electrónica sofisticada, eran más explosivos y bruscos, y por lo tanto, más delicados de conducir. Y si no tenían neumáticos, suspensión y frenos a la altura, qué os voy a contar…
Con tres palabras diré mucho: Renault 5 Turbo
Los turbos fueron muy importantes en el deporte, solo hay que acordarse de las monstruosidades que aparecieron en el Grupo B de rallyes en los 80. Cualquier vídeo de esa época es auténtica pornografía mecánica, las palabras «límite» y «racionalidad» no existían en la mente de los ingenieros. Algunos coches de calle heredaron ese espíritu. Con la llegada de la inyección electrónica (EFI) los atmosféricos recuperaron bastante terreno.
¿Qué hay de los diésel?
Un poco más, y me olvido de ellos. Los diésel fueron los patitos feos de cada gama durante una buena temporada. El motor diésel funciona por compresión pura y dura, la mezcla arde al apretarla, no hay bujías. Los diésel atmosféricos, si bien eran muy fiables, tenían unas prestaciones lamentables. Os cito un ejemplo, los Oldsmobile Diesel de finales de los 70, que sacaban poco más de 100 CV con casi 6 litros de cilindrada. Su fiabilidad era un desastre, igual no puse el mejor ejemplo.
Los europeos, con el combustible más caro, fueron pioneros en sobrealimentar petroleros. En 1978 se lanzó el el Mercedes-Benz 300SD Turbodiesel (110 CV), situado por encima del 300D. Otro fabricante Premium hizo lo propio, en 1983 apareció el BMW 524td (115 CV), situado por encima del 524d, el diésel más rápido del mundo. Bajando a los generalistas, en 1986 sale al mercado el Fiat Croma Turbo D i.d (92 CV).
Los primeros turbodiésel tenían bajas presiones de soplado
Aunque estos primeros petroleros no eran precisamente deportivos, tenían una mejora evidente de prestaciones con un consumo prácticamente idéntico. El maridaje perfecto con esta tecnología vino con la inyección directa de gasóleo, que estrenó el mencionado Fiat Croma. Tres años después apareció el Audi 100 2.5 TDI (120 CV), pero pocos reconocen a Fiat haber marcado gol primero. Actualmente un diésel atmosférico es inconcebible, Euro 4 los mandó al ostracismo.
Turbocompresores y ecología, el manido downsizing
En gasolina, los motores atmosféricos recuperaron mucho terreno, ya que seguían siendo más fiables que los sobrealimentados; eran más progresivos, con un consumo menos sensible al uso, y lógicamente más económicos. Los motores turboalimentados tienen que ir más reforzados, tienen más componentes, y pesan más a igualdad de cilindrada. A mediados de la década pasada, el uso de turbocompresores empezó a generalizarse mucho, cuando los diésel habían pasado a superar a los atmosféricos en muchos modelos.
Los turbocompresores no solo dan potencia, también aumentan el par máximo (fuerza) para el mismo número de revoluciones, ya que potencia = par * RPM. Los gasolina atmosféricos resultaban raquíticos frente a los turbodiésel en par máximo, y gracias a los turbocompresores, las curvas de potencia se empezaron a aplanar un poco. Eso implica que el motor pide menos cambiar de marcha, y puede girar a menos revoluciones.
Además, si metemos en la ecuación una buena gestión electrónica y la inyección directa de gasolina, se puede reducir la cilindrada del motor. Los 2.0 Turbo se convirtieron en los sustitutos naturales de los V6 y L6, y estos a su vez, con turbos, empezaron a jubilar V8 y V10 atmosféricos. El fenómeno, conocido como downsizing, se ha dado desde el segmento más bajo, hasta la gama más alta. Pocos fabricantes insisten aún en tener motores atmosféricos grandes y de muchos cilindros, y son todos de lujo.
El downsizing no es solamente una consecuencia de la ingeniería, sino de la legislación. Muchos países gravan los motores en función de la cilindrada, o del número de cilindros, o de ambas cosas. Por lo tanto, un motor más pequeño puede ser más competitivo en impuestos frente a otro que tenga las mismas prestaciones. Además, a la hora de homologar, los motores pequeños, si se someten a muy bajas cargas, tienen unos consumos muy bajos, y reducen bastante las emisiones. Otra cosa es pedirles esfuerzos grandes.
Así que, a base de impuestos, los fabricantes se vieron obligados a intentar hacer más con menos. Las normativas anticontaminación hicieron el resto, los motores pequeños dan menos emisiones en los laboratorios, y no paran de jubilar atmosféricos generación tras generación. Es más, ya hay clientes que perciben los motores atmosféricos como un atraso total. Y eso no es cierto siempre.
Cada vez es más frecuente que un fabricante anuncie una gama de motores en la que no hay ya motores atmosféricos. Los fabricantes generalistas prácticamente han abandonado los motores de seis cilindros, y una solución de coche barato como los tricilíndricos, se está imponiendo a un ritmo alarmante. ¿Todo esto es para bien? No.
No siempre merece la pena
¿Por qué no usamos todos motores de menos de un litro, violados a base de turbos, con más de 100 CV/litro? Porque en ingeniería existen límites. Existen condiciones en las que un 1.0 Turbo de 125 CV puede consumir más que un 1.6 atmosférico de la misma potencia. A fin de cuentas, los turbos aumentan la potencia en la misma medida que aumentan el consumo. Un motor pequeño, con poca presión de soplado, funciona más como un atmosférico.
No es lo mismo tirar de un coche pequeño que de un SUV
También pueden darse paradojas. Recordad el 2016 Infiniti Q50 V6 Biturbo, un 3.0 acaba pesando más que un 3.7 por el añadido que suponen los componentes auxiliares. El consumo es prácticamente el mismo, pero se sacan más caballos. Por experiencia propia, he comprobado que un 1.2 Turbo puede tener la misma sed que un 3.0 Turbo, en las condiciones en las que el primer motor suda mucho (mucha presión de soplado), y el segundo va muy relajado (poca presión). Cuanto más «atmosférico» vaya un menor, menos consume.
Muy pocos fabricantes apuestan por el rightsizing, es decir, no apostar siempre a la cilindrada pequeña, lo importante es el equilibrio, eso es lo que da un buen resultado en la vida real y fuera del laboratorio. Además, un motor va más equilibrado cuantos más cilindros tiene, a menos que se añadan soluciones contrarrotantes, que añaden complejidad y peso. Dicho de otra manera, vestir la mona de seda, pero sigue siendo una mona.
He maldecido muchas veces los motores tricilíndricos por el retroceso que suponen en términos de confort y agrado de conducción. Si bien he de destacar que hay honrosas excepciones, como el 1.0 SIDI de Opel, la mayoría son decepcionates. La degradación de un V6 a un L4 se nota mucho menos, al menos ambos son motores bien compensados. Los tricilíndricos son motores adecuados para coches pequeños, pero para berlinas y SUV su idoneidad es tremendamente discutible.
Como casi todos los fabricantes han querido engañar a las homologaciones, están engañando a sus clientes. Es muy fácil que un motor turbo-apretado gaste lo mismo -o más- que el atmosférico que reemplaza, sin que se note mucho en prestaciones. En aceleración pura los motores irán a la par, pero en recuperaciones el turbo siempre tiene ventaja: hay más par. Esa ventaja se puede anular con marchas más largas que Ben Hur con publicidad de Telecinco. En consecuencia, hay quien va hacia atrás.
El correcto uso del cambio de marchas elimina parte de la ventaja de los turbos
En resumen, es una tecnología que vino para quedarse. Los fabricantes japoneses y americanos -fundamentalmente- son los últimos en resistirse a esta invasión de motores turbo-apretados. Los fabricantes europeos, como tienen un máster en engañar a las homologaciones, son los que más apuestan por las caracolas. La situación cambiará un poco con Euro 6c (2017) y las homologaciones en carretera real.
Estoy convencido que más de un fabricante volverá a motores atmosféricos, cuando se tenga en cuenta la emisión de partículas de los gasolina. A mayor compresión real, más partículas se generan, y las muy puñeteras provocan cáncer, asma y todo tipo de enfermedades en grandes núcleos urbanos. Hay muchos casos ya de motores que en el papel contaminan menos que sus antecesores, pero en la vida real contaminan no más, sino muchísimo más.
A ver si poco a poco se recupera aquella erótica de la palabra «turbo», pero lo veo complicado. Por ejemplo, el Porsche 911 tendrá todos sus motores con turbo, por lo que la denominación «Turbo» quedará un poco devaluada. La realidad es que pasará como con los diésel, que antes la letra «T/t» vestía mucho en las insignias, pero como ya todos son así, da igual; fijaos en que dCi, HDi, CRDi, d… no tienen la «T/t» por ningún lado. Puta bida Tt.
No quisiera quedar como un talibán antiturbos, porque no es así. Me gustan los coches de altas prestaciones, y si tiene un buen turbo, me ponen muy cachondo. También hay que reconocer que un buen atmosférico que llega a 8.000 RPM puede ser más excitante, pero las normativas los han condenado. ¿Le viene bien a cualquiera un motor turbo? La respuesta es no. En ingeniería hay que buscar el equilibrio, entonces las cosas están bien hechas.
Hay buenos motores y hay otros que son un aborto ingenieril, y, análogamente, hay motores atmosféricos con asma, y otros que son la hostia. No termino de decidirme, no sé si me orgasmiza más un corte de inyección a 8.000 RPM o una escandalosa válvula de descarga atmosférica en un motor turbo. Supongo que depende un poco del coche. Ambas cosas a la vez son difíciles de encajar. Cuestión de gustos, supongo.
Los motores turbo normalitos pueden tener muy poca o nula emoción, sobre todo si pasadas las 5.000 RPM se desinflan, como si fuesen diésel. Otra cosa es llevar el mismo motor, preparado, con un turbo que sopla más fuerte y con válvula de descarga. Las caracolas suelen ir silenciadas por motivos de confort, pero cuando toca una ruidosa y podemos escuchar el chillido creciente de la turbina, amigos míos, eso es como estar en el cielo.
En marzo de 2005, mientras se presentaba la Serie 3 de BMW (E90), pregunté al responsable de producto que cuándo tendrían motores turbo. Mi pregunta le descolocó un poco, y me habló de la importancia que tenía para la marca tener buenos motores atmosféricos. Año y medio después, se presentó la Serie 3 Coupé (E92) con el nuevo motor 3.0 L6 biturbo (N55 N54), volvimos a vernos, me dijo: «Te hicimos caso». Sé que era mentira, eso se aprobó mucho antes, pero durante unos segundos, me hizo ilusión haber tenido tanta puntería.
¿Y tú, de qué eres, de atmosféricos o de turbos?
