Compressori centrifughi – I turbocompressori o compressori centrifughi, al contrario, sono delle turbomacchine operatrici, o meglio degli acceleratori di flusso, in grado di generare sovralimentazioni considerevoli se fatti girare ad elevati regimi. Questa macchina dinamica è caratterizzata da una pressione di sovralimentazione e da una portata che aumentano con il quadrato del regime di rotazione secondo una legge esponenziale. Questo tipo di compressore viene azionato grazie ad un collegamento al motore di natura fluidodinamica e non meccanica sfruttando i gas di scarico esausti, caldi e ad elevata entalpia, in uscita dalle valvole e dai collettori di scarico. Questa seconda variante di sovralimentazione è costituita nello specifico dall’abbinamento di una turbina centripeta (ingresso radiale e un’uscita assiale) mossa dai gas di scarico (lato caldo) e di un compressore centrifugo (ingresso assiale e un’uscita radiale) che aspira l’aria, la comprime e con una maggiore pressione la invia all’aspirazione del motore (lato freddo). Il collegamento meccanico tra turbina e compressore, quindi tra lato caldo e lato freddo, è garantito da un alberino che scorre su due bronzine o due cuscinetti internamente lubrificati. L’intero sistema è poi inserito all’interno di un carter centrale (spesso raffreddato internamente a liquido) dove alle due estremità trovano posto due chiocciole all’interno delle quali ruotano le due giranti della turbina e del compressore.
La chiocciola e la girante lato compressore sono realizzati normalmente in alluminio, la chiocciola della turbina è realizzata in ghisa ad alto tenore di nichel e la girante della turbina è realizzata in una super lega, chiamata Inconel, a base di nichel ad alto tenore di cromo e significative percentuali di molibdeno e alluminio. Entrambe adottano questi particolari materiali a causa delle elevatissime temperature raggiunte nel lato caldo del turbocompressore (anche più di 1000°C nei moderni motori a benzina). Queste precisissime macchine dinamiche si affidano inoltre a giranti lato compressore e lato turbina di dimensioni e pesi estremamente ridotti in modo da contenere il più possibile le inerzie e ridurre il turbo-lag. Per poter quindi spostare grandi masse d’aria in poco tempo devono però essere messe in rotazione a velocità elevatissime (anche superiori ai 200.000 giri/min) con importanti ripercussioni su affidabilità, durata e accoppiamenti in gioco. Nonostante non vi sia un collegamento meccanico come nei compressori volumetrici, anche i turbocompressori o compressori centrifughi producono una seppur minima perdita di carico nei collettori di scarico. La presenza della turbina lungo il percorso dei gas crea infatti una certa contropressione che obbliga i pistoni ad un maggior lavoro passivo (negativo) nella fase di espulsione dei gas combusti. Pure in questa situazione la perdita è tanto maggiore quanto il livello di sovralimentazione è elevato. Infine, essendo il turbocompressore una macchina dinamica cioè un dispositivo a flusso continuo mentre il motore endotermico una macchina volumetrica cioè un dispositivo nel quale il fluido viene sostituito ciclicamente, non è così semplice accoppiare fluidodinamicamente queste due diverse macchine all’atto della progettazione.
Archivio foto: prontuario dell’autoveicolo
