Hoy vamos a tratar el tema sobre los sistemas de sobrealimentancion en motores de combustión interna los cuales su propósito es aumentar la potencia en motores ya sea para diferentes propósitos. Trataremos varios conceptos sobre estos sistemas para entender como funcionan, sus usos y también instruirlos sobre algo de historia para entender porque surgió la necesidad de querer aumentar la potencia a un motor incluso a niveles colosales.
Primero que todo empezaremos explicando ¿Que es un sistema de sobrealimentacion?
Dentro de este campo hay un dicho, este dice: Más aire, más combustible, más potencia
El turbocompresor es una bomba de aire diseñada para operar con la energía que normalmente se pierde en los gases de escape del motor. Estos gases impulsan la rueda de turbina (lado escape) que va acoplada a la rueda de compresor (lado admisión). Cuando giran, aportan un gran volumen de aire a presión, aumentando la presión en las cámaras de combustión del motor. El turbocompresor es el más utilizado porque no consume potencia del motor y puede girar a más de 100 000 rpm.
Este sistema fue el primero utilizado en los automóviles de gama alta y de competición ya desde los años 20 . No es el más utilizado, pero aún hay empresas del sector automovilístico que lo utilizan. Mercedes-Benz en algunos de sus motores incorpora un compresor rotativo denominado "Kompressor".También el problema que tiene es que los rozamientos son muy grandes y cuando suben las rpm, los rozamientos son mayores, por lo tanto a mayores rpm mayor pérdida de potencia, con lo cual el máximo rendimiento lo da a regímenes medios.
Dentro de este campo hay un dicho, este dice: Más aire, más combustible, más potencia
Un motor atmosférico tiene un límite de potencia que normalmente determinan varios factores, entre ellos uno de los más importantes es la cantidad de aire que puede aspirar a través de su sistema de admisión. Para aumentar la potencia hay que aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros y a la par inyectar más combustible, por ello, cuando se sobrealimenta un motor, es importante también que el sistema de alimentación de combustible esté preparado para aumentar el caudal de combustible que fluye al interior de los cilindros, si no el motor funcionará con una mezcla pobre, sobrecalentándose y no pudiendo entregar toda la potencia que debería.
Un motor sobrealimentado puede conseguir hasta un 40% más de potencia
que un motor de iguales características no sobrealimentado. Este aumento
de potencia se debe tener en cuenta a la hora de fabricar los motores
con el objetivo de evitar sobrecalentamientos del motor o presiones y
temperaturas excesivas de encendido en la cámara de combustión provocados
por la alta capacidad de entrega de aire y presión. De todas formas,
se emplean dispositivos que limitan la velocidad máxima o rendimiento
de potencia para evitar perjudicar al motor.
Para realizar la sobrealimentación se necesita una máquina capaz de tomar
el aire a la presión atmosférica y comprimirlo para conseguir una sobrepresión.
Este trabajo se encomienda a los compresores.
La sobrealimentación de un motor utiliza medios mecánicos o aprovecha la dinámica de los gases, ya sea de escape o de la propia admisión para aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros. De esta manera los motores tienen más potencia y normalmente son más eficientes.
Una breve historia sobre la sobrealimentacion
Compresor volumetrico
La sobrealimentación ha acompañado a los motores desde los principios de la automoción. El primer diseño de un compresor para ser aplicado a un motor de combustión interna fue de Gottlieb Daimler y lo hizo en el año 1885. Desde entonces y hasta el día de hoy, la historia de la sobrealimentación ha ido fluyendo a la par que los motores de combustión interna.
A pesar de sobrealimentar motores de tiempos inmemoriales, la industria donde mayor evolución e implantación tuvo la alimentación forzada fue la aeronáutica. Los motores de pistones que utilizaban los aviones perdían rendimiento a medida que aumentaban la altura a la que volaban al bajar la presión y densidad del aire, por lo que para compensar, se optó por montar compresores mecánicos y turbocompresores a aquellos motores.
Diferentes tipos de Sistemas de Sobrealimentacion
Para los interesados en el tema aqui viene la parte mas interesante ya que muchos aficionados a la mecánica y especialmente a los autos por lo general al oír la palabra "sobrealimentacion" lo primero que se imaginan es un turbocompresor sin darse cuenta que hay muchos otros sistemas para proveerle mas potencia a un motor los cuales veremos enseguida.
Para realizar la sobrealimentación se necesita una máquina capaz de tomar
el aire a la presión atmosférica y comprimirlo para conseguir una sobrepresión.
Este trabajo se encomienda a los compresores.
Los compresores se pueden clasificar de la siguiente forma:
-Turbocompresor
El turbocompresor es una bomba de aire diseñada para operar con la energía que normalmente se pierde en los gases de escape del motor. Estos gases impulsan la rueda de turbina (lado escape) que va acoplada a la rueda de compresor (lado admisión). Cuando giran, aportan un gran volumen de aire a presión, aumentando la presión en las cámaras de combustión del motor. El turbocompresor es el más utilizado porque no consume potencia del motor y puede girar a más de 100 000 rpm.
Funcionamiento
En los motores sobrealimentados mediante este sistema, el turbocompresor consiste en una turbina accionada por los gases de escape del motor de explosion, en cuyo eje se fija un compresor centrífugo que toma el aire a presion atmosferica 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 oxigeno (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 (motorturbodiesel).
En resumen, los gases de salida del motor accionan la turbina que esta rodeada por la flecha roja, esa turbina al estar conectada con la rueda del compresor esta es accionado haciéndola girar a gran velocidad maximizando la entrada de aire y comprimiendolo para introducir mas de este en los cilindros y el ciclo se repite.
He aqui un video para entender mejor como funciona un turbocompresor.
-Compresores Volumetricos
Es un sistema de sobrealimentación que consiste en un compresor mecánico, que va conectado al cigüeñal a través de un sistema de arrastre mecánico, y gira al mismo tiempo que este.
Una de las ventajas de este tipo de compresor es que trabaja ya desde bajas revoluciones del motor. La principal desventaja es que resta par en un principio para funcionar, aunque cuando sube el régimen de vueltas la devuelve con creces.
Volkswagen utilizó hasta 1992 compresores voluméticos helicoidales "G60" en los modelos Golf y Corrado y G40 en el Polo.
Supercargador
Un supercargador es un compresor instalado en un motor de combustion para generar una sobrealimentacion, aumentando así su potencia específica.
La energía para el supercargador se proporciona mecánicamente por medio de correas, cadenas o ejes conectados al cigüeñal del motor. Depende de qué tipo de supercargador sea, en el caso del supercargador centrífugo esta energía hace girar un rotor con álabes que introduce aire a presión al motor. Esto da a cada ciclo de admisión del motor más oxígeno, permitiendo que se queme más combustible y que haga más trabajo, lo que aumenta la potencia del mismo.
Hay varios tipos de diseños de sobrealimentadores, y el más común es la variedad Rootes. En este diseño, la potencia del motor activa un eje que atraviesa toda la longitud de la cubierta del sobrealimentador. Este eje se acopla a través de engranajes a un segundo eje, paralelo a él, también dentro de la cubierta. Ambos ejes tienen rotores con lóbulos que son los que se acoplan entre sí, como un engranaje muy grueso del tipo de 2 o 3 dientes.
Los rotores dan vuelta de manera que los lóbulos se separen justo en la admisión de la cubierta, absorbiendo aire dentro de ésta. A medida que los rotores giran y sus lóbulos se separan uno de otro, cada uno lleva al interior de la cubierta el aire fresco atrapado en sus lóbulos. Cuando los lóbulos se vuelven a encontrar en el escape de la cubierta, los lóbulos mezcladores de los rotores obligan el aire a fluir dentro del múltiple de admisión.
El girar constante de los rotores trae más aire dentro del motor del que éste puede consumir, lo que ocasiona que la acumulación de aire ejerza presión sobre el múltiple. Cuando las válvulas individuales de admisión de los cilindros se abren, el aire a presión es forzado dentro de los cilindros.
Para prevenir los incrementos de presión peligrosos en la admisión, una válvula controlada por el ordenador del motor se abre, permitiendo que el aire recircule de nuevo hacia el lado de admisión del sobrealimentador. Esta válvula también regula el nivel de refuerzo según las condiciones de funcionamiento del motor.
Como el sobrealimentador está conectado directamente al motor por medio de una correa, su refuerzo se consigue a todas las velocidades del motor. Esto proporciona un mejor rendimiento en toda la gama de velocidades, incluyendo las de crucero.
Supercargador utilizado en un motor V8
