En tu búsqueda de poder, la inducción forzada te llama. Los sobrealimentadores atienden ese llamado al introducir aire adicional en el motor para darle más fuerza a cada ciclo de combustión. Pero no todos los supercargadores son iguales.
Desde compresores de doble tornillo hasta sopladores centrífugos, el diseño que elija determina la entrega de potencia. Continúe leyendo para conocer los diferentes tipos de supercargadores y cómo funciona cada uno.
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¿Qué es un sobrealimentador?
Un sobrealimentador es un dispositivo impulsado por un motor (o motor eléctrico) que aumenta el flujo de aire hacia el motor, aumentando así la potencia de salida de ese motor.
Desde las primeras etapas del desarrollo de motores de combustión interna para impulsar automóviles, camiones y, sí, aviones, los sobrealimentadores han sido parte de la historia.
La razón de esto es bastante obvia. La sobrealimentación es una forma relativamente sencilla de aumentar sustancialmente los caballos de fuerza para 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 un automóvil entusiasta podría resistir tal tentación?
Echemos un vistazo a los tipos de supercargadores, cómo surgieron y cómo funcionan para aumentar enormemente el flujo de aire a un motor.
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Tipos de sobrealimentadores
#1 – Soplador de raíces
Retrocedamos en la historia a una época en la que la mayoría de los medios de transporte requerían grandes cuadrúpedos para obtener caballos de fuerza. En 1860, los hermanos Roots diseñaron y patentaron un motor de aire mecánico para su uso en altos hornos y varias otras aplicaciones. Este fue uno de los primeros intentos de construir un soplador de desplazamiento positivo relativamente eficiente.
Empleaba dos impulsores de tres lóbulos entrelazados y montados en ejes paralelos. Resultó 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 se produjo por primera vez alrededor de 1921 con los autos de lujo alemanes fabricados por Mercedes.
Estos primeros sobrealimentadores demostraron ser capaces de agregar entre un 30 y un 40% de aumento en la potencia del motor con pocos cambios adicionales en los motores de esa época.
Los diseños de Daimler rápidamente se hicieron populares entre los vehículos de calle y de carreras. Mercedes, Alfa Romeo y Bugatti me vienen a la mente por sus éxitos en las carreras utilizando esta tecnología.
El diseño del soplador Roots fue mejorado por General Motors (Detroit Diesel) principalmente para motores de camiones diésel de dos ciclos a finales de los años 1930. Posteriormente, estos sopladores se aplicaron con frecuencia a los motores de carreras de automóviles.
Este tipo de aplicaciones siguen prevaleciendo en la actualidad. En la pista de carreras, por ejemplo, es común ver dragsters que utilizan sobrealimentadores tipo Roots encaramados sobre 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, empleaba dos ejes paralelos, pero podía producir un aumento de presión mucho mayor gracias a la forma de tornillo de sus rotores.
Sin embargo, la complejidad de la fabricación retrasó su uso generalizado en la industria y la automoción durante varias décadas.
A mediados de la década de 1930, un ingeniero sueco, Alf Lysholm, introdujo tecnologías de fabricación esenciales que redujeron el coste del diseño del tornillo. Este tipo de compresor pronto encontró un hueco en el mundo del aire acondicionado y en otras industrias donde se requerían salidas de alta presión muy eficientes.
En el mundo del automóvil, los compresores de tornillo hoy en día se denominan a veces sobrealimentadores de doble tornillo.
#3 – Sobrealimentador centrífugo
El tercer tipo de sobrealimentador es el centrífugo. A principios de 1900, el diseñador francés Louis Renault patentó el primer sobrealimentador centrífugo para uso automotriz. En aproximadamente tres años, el fabricante de autos de carrera estadounidense Lee Chadwick tomó el diseño de Renault, apiló tres etapas (tres rotores) y comenzó una carrera exitosa compitiendo con potentes autos de ascenso.
Los sobrealimentadores centrífugos actuales utilizan un solo impulsor con paletas curvas complejas montadas dentro de una carcasa en forma de espiral. El aire ingresa al impulsor cerca del centro de alojamiento. El impulsor giratorio lo lanza al pasaje exterior de la carcasa aumentando la velocidad del aire.
Luego, el aire pasa a través de un difusor de diámetro creciente que ralentiza el flujo y aumenta la presión. Este aire a alta presión luego es forzado a través del sistema de inducción hacia el motor.
Una ventaja importante de este tipo de sobrealimentador es su relativa simplicidad. Tiene básicamente una parte móvil, el impulsor. El impulsor gira dentro de una carcasa con espacios libres relativamente grandes, lo que hace que su coste de fabricación sea razonablemente bajo.
Todos estos tipos de sobrealimentadores son impulsados directamente por el motor. El uso de un sistema de transmisión por engranajes o una transmisión por correa mucho más simple permite que la velocidad del sobrealimentador y, por lo tanto, el impulso aumenten en proporción al aumento de la velocidad del motor.
La presión de salida al motor se puede variar dependiendo de la necesidad de potencia del conductor mediante el uso de una válvula de derivación que se abre cuando se debe ventilar el exceso de presión. Las salidas de flujo de aire de estos sobrealimentadores se modulan junto con el flujo de inyección de combustible mediante el módulo de control del tren motriz (PCM) del vehículo.
Los automóviles de producción que se han beneficiado de la tecnología de sobrealimentadores incluyen los históricos Studebaker de principios de los años cincuenta que utilizaron sopladores Paxton para los Ford Shelby Mustang y los populares automóviles Dodge con semimotor.
Utilizando compresores compactos de tornillo, algunos de los vehículos de calle Dodge producen fácilmente más de 800 BHP. Con cualquiera de estos increíbles coches es necesario tener cuidado con el pie derecho.
#4 – Sobrealimentador impulsado eléctricamente
Un cuarto tipo de sobrealimentador que está surgiendo ahora es de propulsión eléctrica. Cualquiera de las tres configuraciones de ventilador analizadas anteriormente puede ser impulsada por un motor de CC (corriente continua) de imán permanente altamente eficiente. Esta disposición permite que el PCM del vehículo ajuste continuamente las velocidades del sobrealimentador a la necesidad de aire del motor.
Un motor eléctrico para hacer girar las piezas internas del sobrealimentador es un sistema de transmisión mucho más simple que las complejas correas o engranajes utilizados en las transmisiones mecánicas. Potencialmente, esto podría representar una reducción de costos y una mejora de la confiabilidad con respecto a los sobrealimentadores mecánicos más antiguos.
Cómo la sobrealimentación benefició a la industria aeronáutica
Aunque costosas en términos de dólares y trágicas por las terribles pérdidas humanas, las guerras han sido campo de pruebas para muchos avances tecnológicos. Esto también se aplica a la sobrealimentación.
La Segunda Guerra Mundial vio la creciente necesidad de aviones que pudieran alcanzar grandes altitudes. Los aviones con motor de pistón normalmente aspirado no podían operar eficazmente en el aire muy por encima de los 20.000 pies.
Los sobrealimentadores se volvieron comunes en aquellos aviones de combate y bombarderos en tiempos de guerra que permitían altitudes de hasta 50.000 pies. Con tales altitudes, la velocidad y el alcance de los aviones también mejoraron enormemente.
Los motores debajo de los sobrealimentadores
La sobrealimentación puede aumentar las presiones de combustión y la potencia de muchos tipos diferentes de motores. Esos aumentos de presión y potencia siempre irán acompañados de temperaturas del motor y cargas estructurales internas significativamente más altas.
Los diseñadores han tenido que compensar esto con una refrigeración y lubricación mejoradas del motor, una metalurgia mejorada para las carcasas y piezas internas del motor, además de grados más altos de combustible. Estos avances tecnológicos se han transmitido a los automóviles y camiones que conducimos hoy.
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