Motores sobrealimentados
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Sumario
Antecedentes
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.
De ahí a pasar a los motores de la automoción como manera de extraer más potencia de los motores existentes, no hubo nada más que un corto paso. En la actualidad tenemos una de estas máquinas adosada a prácticamente la totalidad de los motores diésel, los motores de gasolina más prestacionales y cada vez más en las opciones más asequibles, gracias a su importancia en el concepto del downsizing.
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.
La mezcla estequiométrica es la relación ideal entre aire y combustible en la que cada unidad de combustible tiene el aire, más concretamente el oxígeno, exacto con el que reaccionar de forma completa. Cuando la relación entre aire y combustible es la ideal, se dice que λ=1. Es una relación fija establecida en 14,7 gramos de aire por cada gramo de gasolina y 14,5 gramos de aire por cada gramo de diésel.
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 λ>1, sobrecalentándose y no pudiendo entregar toda la potencia que debería.
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.
Razones para la sobrealimentación
El uso de elementos que sirvan para sobrealimentar los motores viene dado por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que aumentar la cilindrada. Aumentar la potencia depende de la cantidad de combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del numero de revoluciones.
Pero tanto en motores Diésel como en los de gasolina, por mucho que se aumente el combustible que se hace llegar al interior de la cámara de combustión, no se consegue aumentar su potencia si este combustible no encuentra aire suficiente para quemarse.
Así pues, solo se consegue aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el régimen del motor, si se consegue colocar en el interior del cilindro un volumen de aire (motores Diesel) o de mezcla (aire y gasolina para los motores de gasolina) mayor que la que se hace entrar en una "aspiración normal" (motores atmosféricos).
En algunos casos, y en países situados a grandes altitudes o con climas muy calurosos, existe la necesidad de compensar la diminución de la densidad de aire producida por una disminución de la presión atmosférica ocasionada por la altitud y una diminución de las moléculas de oxigeno por el aumento de temperatura. Para todos ello la sobrealimentación es la solución que podemos aportar. Hay dos fabricantes principales a la hora de construir maquinas para sobrealimentar motores (compresores), que son: Garret y kkk, también están IHI, MHI (Mitsubishi) y Holset.
Tipos de sobrealimentación en motores de combustión interna
Por accionamiento centrífugo
- Turbocompresores
Este mecanismo de alimentación aprovecha la energía de los gases de escape para mover una turbina en cuyo eje está acoplado un compresor de hélice, no se alimenta de la energía mecánica del motor.
Los problemas tecnológicos inherentes a las altas temperaturas de los gases de escape y las altas velocidades de rotación de estos aparatos hacen que los turbo-compresores sean dispositivos caros y sensibles.
Por accionamiento mecánico
- Compresores volumétricos
Son accionados desde el motor a través de correas o por medio de engranajes. La transferencia de aire del lado de la succión al lado de descarga se hace de manera continua y no por impulsos. 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
- Comprex
Son accionados de la misma forma que los compresores volumétricos. También llamados compresores de ondas a presión ya que la energía necesaria para la sobrealimentación es transmitida por contacto directo entre los gases de escape y los de admisión mediante ondas de presión.
Ventajas de los motores sobrealimentados
Incremento de la eficiencia del motor, es decir, un mejor aprovechamiento de la energía del combustible como trabajo útil. Además de la ventaja del incremento de la eficiencia, la mayor cantidad de aire aspirada permite el quemado de mayor cantidad de combustible, por lo que para un mismo motor, la sobrealimentación supone la posibilidad de lograr un aumento notable de la potencia entregada por el motor.
Inconvenientes de los motores sobrealimentados
El dispositivo que inyecta de manera forzada la carga al motor durante la carrera de admisión se mueve desde el motor consumiendo parte de la energía producida por este, la energía consumida por un compresor depende tanto del flujo de aire que induce así como de la presión a que lo hace. A partir de cierto grado de sobrealimentación, las ventajas en eficiencia energética que supone, serán consumidas por el propio compresor y el resultado final será nulo e inclusio negativo.
La sobrealimentación es realmente útil en los motores Diésel, donde la aspiración es solo de aire, mientras que su uso en los motores de gasolina, donde se aspira la mezcla de aire con combustible, no representa ventaja práctica debido a la elevada posibilidad de la auto inflamación de la mezcla durante el ciclo de compresión por la elevada presión y temperatura generadas. Solo en motores de gasolina de aplicaciones especiales como en los automóviles de competencia donde se usan combustibles de muy elevado octanaje se justifica tal práctica.
Fuentes
- Sobrealimentación
- Tecnología de sobrealimentación
- Sobrealimentacion forzada
