Como sabes, los motores de combustión interna necesitan combustible y aire para funcionar. El combustible se almacena en el depósito y debe reponerse periódicamente. El aire se suministra abundantemente desde la atmósfera circundante, a una presión de 14.7 lb/plg² al nivel del mar.
Esto funciona bastante bien, pero esa es toda la presión que se obtiene para empujar aire al motor. Al subir la Divisoria Continental en los pasos de alta montaña de muchos estados occidentales, se obtiene incluso menos presión (y, por lo tanto, menos potencia).
¿Y si se pudiera aumentar esta presión? ¿Y si se pudiera forzar más aire al motor del vehículo, junto con más combustible? Ah… el sobrealimentador. Estos dispositivos maravillosos pueden comprimir más aire en el sistema de admisión del motor del coche y, con la cantidad adecuada de combustible, aumentar la potencia del motor entre un 50% y un 75%.
¿Qué es un sobrealimentador? ¿Cómo surgió el sobrealimentador (a veces llamado soplador o compresor)? ¿Cuántos tipos de sobrealimentadores existen? Vamos a responder a estas preguntas.
¿Qué es un Sobrealimentador?
Un sobrealimentador es un dispositivo accionado por el motor (o un motor eléctrico) que aumenta el flujo de aire hacia el motor, mejorando así la potencia de dicho motor. Desde los primeros días del desarrollo de motores de combustión interna para impulsar automóviles, camiones y, sí, aviones, el sobrealimentador ha sido parte de su historia.
La razón es bastante obvia. La sobrealimentación es una forma relativamente sencilla de aumentar significativamente la potencia de casi cualquier diseño de motor de combustión interna, ya sea de dos o cuatro tiempos, de gasolina o diésel. ¿Qué ingeniero práctico o propietario de vehículo entusiasta podría resistirse a tal tentación?
Veamos los tipos de sobrealimentadores, cómo surgieron y cómo aumentan enormemente el flujo de aire hacia el motor.
Tipos de Sobrealimentadores
#1 – Soplador Roots
Retrocedamos en la historia hasta una época en la que el transporte para la mayoría de la gente requería la potencia de grandes cuadrúpedos. En 1860, los hermanos Roots diseñaron y patentaron un ventilador mecánico para altos hornos y algunas otras aplicaciones. Este fue uno de los primeros intentos de construir un soplador de desplazamiento positivo relativamente eficiente.
Utilizaba dos rotores de lóbulos trilobulados montados en ejes paralelos. Demostró ser muy eficaz para mover grandes volúmenes de aire.
El soplador Roots progresó rápidamente y apareció por primera vez en un diseño de motor patentado por Gottlieb Daimler alrededor de 1885. Su uso en automóviles de producción en serie ocurrió por primera vez alrededor de 1921 en automóviles de lujo alemanes fabricados por Mercedes.
Estos primeros sobrealimentadores demostraron poder aumentar la potencia del motor entre un 30% y un 40%, con pocas otras modificaciones en los motores de la época.
El diseño de Daimler se hizo popular rápidamente en vehículos de calle y de carreras. Mercedes, Alfa Romeo y Bugatti evocan éxitos en las carreras utilizando esta tecnología.
El diseño del soplador Roots fue refinado principalmente por General Motors (Detroit Diesel) a finales de la década de 1930 para motores diésel de camiones de dos tiempos. Estos sopladores luego se aplicaron a menudo a motores de automóviles de carreras.
Tales aplicaciones todavía se ven ampliamente hoy. Por ejemplo, es común ver dragsters en la pista de arrastre con enormes sobrealimentadores tipo Roots montados sobre sus enormes motores.
#2 – Compresor de Tornillo
Siguiendo el camino abierto por los hermanos Roots, en 1878, el diseñador alemán Heinrich Krigar patentó el compresor de tornillo. Al igual que el soplador Roots, utilizaba dos ejes paralelos, pero la forma de tornillo de sus rotores le permitía generar una presión de sobrealimentación mucho mayor.
Sin embargo, la complejidad de fabricación retrasó sus aplicaciones industriales y automotrices generalizadas durante décadas.
A mediados de la década de 1930, el ingeniero sueco Alf Lysholm aportó técnicas de fabricación cruciales que redujeron el costo del diseño de tornillo. Este tipo de compresor pronto encontró un nicho en el mundo de la climatización y otras industrias donde se requería una salida de alta presión y alta eficiencia.
En el mundo automotriz, el compresor de tornillo se denomina a veces sobrealimentador de tornillo gemelo en la actualidad.
#3 – Sobrealimentador Centrífugo
El tercer tipo de sobrealimentador es el centrífugo. A principios de la década de 1900, el diseñador francés Louis Renault patentó el primer sobrealimentador centrífugo para aplicaciones automotrices. En unos tres años, el constructor de coches de carreras estadounidense Lee Chadwick adoptó el diseño de Renault, apiló tres etapas (tres rotores) y comenzó una exitosa carrera conduciendo potentes coches de carreras de subida de montaña.
Los sobrealimentadores centrífugos actuales utilizan solo una única turbina con palas de curva compleja montadas dentro de una carcasa en forma de espiral. El aire entra en el impulsor cerca del centro de la carcasa. La rueda con palas giratorias aumenta la velocidad del aire mientras lo lanza hacia los pasajes exteriores de la carcasa.
Luego, el aire fluye a través de un difusor de diámetro creciente, lo que ralentiza la velocidad del flujo y aumenta la presión. Este aire a alta presión luego es forzado al motor a través del sistema de admisión.
La principal ventaja de este tipo de sobrealimentador es su relativa simplicidad. Básicamente, solo tiene una parte móvil, el impulsor. Dado que el impulsor gira dentro de una carcasa con holguras relativamente grandes, su costo de fabricación es razonablemente bajo.
Todos estos tipos de sobrealimentadores son accionados directamente por el motor. Utilizando un sistema de accionamiento por engranajes o el mucho más simple accionamiento por correa, la velocidad del sobrealimentador, y por lo tanto la presión de sobrealimentación, aumenta proporcionalmente con el aumento de las revoluciones del motor.
La presión de salida hacia el motor puede variar según la demanda de potencia del conductor mediante el uso de una válvula de derivación que se abre cuando es necesario aliviar la presión de sobrealimentación. El flujo de salida de aire de estos sobrealimentadores está vinculado y ajustado por el módulo de control del tren de potencia (PCM) del vehículo con el flujo de inyección de combustible.
Los automóviles de producción en serie que se han beneficiado de la tecnología de sobrealimentación incluyen el histórico Studebaker de principios de la década de 1950 con soplador Paxton, el Ford Shelby Mustang y el popular automóvil de motor central Dodge.
Utilizando el compacto sobrealimentador de tornillo, algunos de los vehículos de calle de Dodge producen fácilmente más de 800 BHP. Se necesita un pie derecho cuidadoso al conducir cualquiera de estos asombrosos coches.
#4 – Sobrealimentador Eléctrico
El cuarto tipo de sobrealimentador que está surgiendo es el eléctrico. Cada una de las tres configuraciones de soplador mencionadas anteriormente puede ser accionada por un motor de CC de imanes permanentes de alta eficiencia. Esta disposición permite que la velocidad de sobrealimentación sea ajustada continuamente por el PCM del vehículo según la demanda de aire del motor.
El motor eléctrico que hace girar los componentes internos del sobrealimentador es un sistema de accionamiento mucho más simple que las complejas correas o engranajes utilizados en los accionamientos mecánicos. Esto tiene el potencial de reducir costos y mejorar la confiabilidad en comparación con los sobrealimentadores accionados mecánicamente convencionales.
Cómo Benefició la Sobrealimentación a la Industria Aeronáutica
Aunque costoso en términos monetarios y trágico en términos de terribles pérdidas humanas, la guerra ha servido como campo de pruebas para muchos avances tecnológicos. Lo mismo ocurre con la sobrealimentación.
La Segunda Guerra Mundial creó una necesidad crítica de aviones capaces de alcanzar grandes altitudes. Los aviones con motores de pistón de aspiración natural no podían operar eficientemente en el aire enrarecido muy por encima de los 20,000 pies.
Los sobrealimentadores permitieron que estos aviones de guerra