Pedeorelha | Cómo funcionan los supercargadores

Rudolf Cole
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Galería de imágenes: Motores

Foto cortesía de Superchargers Online
Ford Ranger con sobrealimentador debajo del capó. imagenes del motor del coche.

-Desde la invención del motor de combustión interna, los ingenieros automotrices, adictos a la velocidad y diseñadores de autos de carrera han estado buscando formas de aumentar su potencia. -Una forma de agregar potencia es construir un motor más grande. Pero los motores más grandes, que pesan más y cuestan más construir y mantener, no siempre son mejores.

Gracias
Gracias a Jeff Beckman por su ayuda con este artículo..

Otra forma de agregar potencia es hacer que un motor de tamaño normal sea más eficiente. Puede lograr esto forzando más aire hacia la cámara de combustión. Más aire significa que se puede agregar más combustible y más combustible significa una explosión más grande y más caballos de fuerza. Añadiendo un sobrealimentador es una excelente manera de lograr la inducción de aire forzado. En este artículo, explicaremos qué son los supercargadores, cómo funcionan y cómo se comparan con los turbocompresores..

Un sobrealimentador es cualquier dispositivo que presuriza la entrada de aire por encima de la presión atmosférica. Tanto los supercargadores como los turbocompresores hacen esto. De hecho, el término "turbocompresor" es una versión abreviada de "turbocompresor", su nombre oficial.

La diferencia entre los dos d-evices es su fuente de energía. Los turbocompresores funcionan con el flujo másico de gases de escape que impulsan una turbina. Los supercargadores funcionan mecánicamente mediante transmisión por correa o cadena desde el cigüeñal del motor.

En la siguiente sección, veremos cómo un supercargador hace su trabajo.

Un motor básico con la adición de un sobrealimentador.

Un motor ordinario de cuatro tiempos dedica una carrera al proceso de admisión de aire. Hay tres pasos en este proceso:

El pistón baja.
Esto crea un vacío.
El aire a presión atmosférica se aspira a la cámara de combustión.

Una vez que el aire ingresa al motor, debe combinarse con el combustible para formar la carga, un paquete de energía potencial que se puede convertir en energía cinética útil a través de una reacción química conocida como combustión. La bujía inicia esta reacción química al encender la carga. A medida que el combustible se oxida, se libera una gran cantidad de energía. La fuerza de esta explosión, concentrada por encima de la culata, impulsa el pistón hacia abajo y crea un movimiento alternativo que finalmente se transfiere a las ruedas..

Poner más combustible en la carga generaría una explosión más poderosa. Pero no se puede simplemente bombear más combustible al motor porque se requiere una cantidad exacta de oxígeno para quemar una determinada cantidad de combustible. Esta mezcla químicamente correcta (14 partes de aire por una parte de combustible) es esencial para que un motor funcione de manera eficiente. El resultado final: para poner más combustible, debe poner más aire.

Ese es el trabajo del supercargador. Los supercargadores aumentan la admisión al comprimir aire por encima de la presión atmosférica, sin crear vacío. Esto fuerza más aire en el motor, proporcionando un "impulso". Con el aire adicional en el impulso, se puede agregar más combustible a la carga y se aumenta la potencia del motor. La sobrealimentación agrega un promedio de 46 por ciento más caballos de fuerza y 31 por ciento más de torque. En situaciones de gran altitud, donde el rendimiento del motor se deteriora porque el aire tiene baja densidad y presión, un sobrealimentador entrega aire a mayor presión al motor para que pueda funcionar de manera óptima..

A diferencia de los turbocompresores, que utilizan los gases de escape creados por la combustión para alimentar el compresor, los supercargadores obtienen su energía directamente del cigüeñal. La mayoría son accionados por una correa de accesorios, que envuelve una polea que está conectada a un engranaje de transmisión. El engranaje impulsor, a su vez, hace girar el engranaje del compresor. El rotor del compresor puede venir en varios diseños, pero su trabajo es aspirar aire, exprimir el aire en un espacio más pequeño y descargarlo en el colector de admisión..

Foto cortesía de Muscle Mustang
Sobrealimentador centrífugo ProCharger D1SC

Para presurizar el aire, un sobrealimentador debe girar rápidamente, más rápido que el propio motor. Hacer que el engranaje impulsor sea más grande que el engranaje del compresor hace que el compresor gire más rápido. Los supercargadores pueden girar a velocidades de hasta 50.000 a 65.000 rotaciones por minuto (RPM).

Un compresor que gira a 50.000 RPM se traduce en un impulso de aproximadamente seis a nueve libras por pulgada cuadrada (psi). Eso es de seis a nueve psi adicionales sobre la presión atmosférica a una altura particular. La presión atmosférica al nivel del mar es de 14,7 psi, por lo que un impulso típico de un sobrealimentador coloca aproximadamente un 50 por ciento más de aire en el motor..

A medida que el aire se comprime, se calienta, lo que significa que pierde su densidad y no puede expandirse tanto durante la explosión. Esto significa que no puede generar tanta energía cuando se enciende con la bujía. Para que un sobrealimentador funcione con la máxima eficiencia, el aire comprimido que sale de la unidad de descarga debe enfriarse antes de ingresar al colector de admisión. El intercooler es responsable de este proceso de enfriamiento. Los intercoolers vienen en dos diseños básicos: intercoolers aire-aire e intercoolers aire-agua. Ambos funcionan como un radiador, con aire o agua más fría enviados a través de un sistema de tuberías o tubos. A medida que el aire caliente que sale del sobrealimentador se encuentra con las tuberías más frías, también se enfría. La reducción de la temperatura del aire aumenta la densidad del aire, lo que hace que una carga más densa ingrese a la cámara de combustión..

A continuación, veremos los diferentes tipos de sobrealimentadores..

Foto cortesía de Shopper
El supercargador Eaton, un supercargador Roots modificado.

Hay tres tipos de sobrealimentadores: raíces, de doble tornillo y centrífugos. La principal diferencia es cómo mueven el aire al colector de admisión del motor. Los supercargadores de raíz y de doble tornillo utilizan diferentes tipos de lóbulos de malla, y un supercargador centrífugo utiliza un impulsor, que aspira aire. Aunque todos estos diseños proporcionan un impulso, difieren considerablemente en su eficiencia. Cada tipo de sobrealimentador está disponible en diferentes tamaños, dependiendo de si solo desea darle un impulso a su automóvil o competir en una carrera.

El sobrealimentador Roots es el diseño más antiguo. Philander y Francis Roots patentaron el diseño en 1860 como una máquina que ayudaría a ventilar los pozos de las minas. En 1900, Gottleib Daimler incluyó un sobrealimentador Roots en el motor de un automóvil.

Sobrealimentador de raíces

A medida que giran los lóbulos de malla, el aire atrapado en las bolsas entre los lóbulos se transporta entre el lado de llenado y el lado de descarga. Grandes cantidades de aire entran en el colector de admisión y se "acumulan" para crear una presión positiva. Por esta razón, los supercargadores Roots no son más que sopladores de aire, y el término "soplador" todavía se usa a menudo para describir todos los supercargadores..

Foto cortesía de Sport Truck
Una camioneta Ford de los años 40 con un sobrealimentador Roots.

Los supercargadores Roots suelen ser grandes y se colocan encima del motor. Son populares en los muscle cars y hot rods porque sobresalen del capó del automóvil. Sin embargo, son el sobrealimentador menos eficiente por dos razones: agregan más peso al vehículo y mueven el aire en ráfagas discretas en lugar de un flujo suave y continuo..

Foto cortesía de Superchargers Online
Sobrealimentador de doble tornillo

Un sobrealimentador de doble tornillo funciona extrayendo aire a través de un par de lóbulos engranados que se asemejan a un conjunto de engranajes helicoidales. Al igual que el supercargador Roots, el aire dentro de un supercargador de doble tornillo está atrapado en los bolsillos creados por los lóbulos del rotor. Pero un sobrealimentador de doble tornillo comprime el aire dentro de la carcasa del rotor. Esto se debe a que los rotores tienen una forma cónica, lo que significa que las bolsas de aire disminuyen de tamaño a medida que el aire se mueve del lado de llenado al lado de descarga. A medida que las bolsas de aire se encogen, el aire pasa a un espacio más pequeño..

Sobrealimentador de doble tornillo

Esto hace que los supercargadores de doble tornillo sean más eficientes, pero cuestan más porque los rotores de tipo tornillo requieren más precisión en el proceso de fabricación. Algunos tipos de sobrealimentadores de doble tornillo se encuentran sobre el motor, como el sobrealimentador Roots. También hacen mucho ruido. El aire comprimido que sale de la salida de descarga crea un gemido o silbido que debe ser atenuado con técnicas de supresión de ruido..

Foto cortesía de Muscle Mustang
Sobrealimentador centrífugo ProCharger D1SC

Un supercargador centrífugo impulsa un impulsor, un dispositivo similar a un rotor, a velocidades muy altas para atraer aire rápidamente a una pequeña carcasa de compresor. Las velocidades del impulsor pueden alcanzar de 50.000 a 60.000 RPM. A medida que el aire se aspira en el eje del impulsor, la fuerza centrífuga hace que se irradie hacia afuera. El aire sale del impulsor a alta velocidad, pero a baja presión. Un difusor, un conjunto de álabes estacionarios que rodean el impulsor, convierte el aire de alta velocidad y baja presión en aire de baja velocidad y alta presión. Las moléculas de aire se ralentizan cuando golpean las paletas, lo que reduce la velocidad del flujo de aire y aumenta la presión..

Sobrealimentador centrífugo

Los supercargadores centrífugos son los más eficientes y los más comunes de todos los sistemas de inducción forzada. Son pequeños, livianos y se fijan a la parte delantera del motor en lugar de a la parte superior. También emiten un gemido distintivo cuando el motor se acelera, una cualidad que puede llamar la atención en la calle..

Fotos cortesía de Shopper
Tanto el Monte Carlo como el Mini-Cooper S están disponibles con supercargadores.

Cualquiera de estos supercargadores se puede agregar a un vehículo como una mejora del mercado secundario. Varias empresas ofrecen kits que vienen con todas las piezas necesarias para instalar un sobrealimentador como un proyecto de bricolaje. En el mundo de los autos divertidos y los corredores de combustible, tal personalización es una parte integral del deporte. Varios fabricantes de automóviles también incluyen supercargadores en sus modelos de producción..

A continuación, aprenderemos sobre las ventajas de sobrealimentar su automóvil..

La mayor ventaja de tener un sobrealimentador es el aumento de potencia. Conecte un sobrealimentador a un automóvil o camión normal, y se comportará como un vehículo con un motor más grande y potente..

Pero, ¿qué pasa si alguien está tratando de decidir entre un sobrealimentador y un turbocompresor? Esta cuestión es muy debatida por los ingenieros automotrices y los entusiastas de los automóviles, pero en general, los supercargadores ofrecen algunas ventajas sobre los turbocompresores..

Los supercargadores no sufren retrasos, un término que se usa para describir cuánto tiempo pasa entre que el conductor pisa el acelerador y la respuesta del motor. Los turbocompresores sufren de retraso porque se necesitan unos momentos antes de que los gases de escape alcancen una velocidad suficiente para impulsar el impulsor / turbina. Los supercargadores no tienen tiempo de retraso porque son impulsados directamente por el cigüeñal. Ciertos sobrealimentadores son más eficientes a menores RPM, mientras que otros son más eficientes a mayores RPM. Los supercargadores de raíz y de doble tornillo, por ejemplo, proporcionan más potencia a menores RPM. Los supercargadores centrífugos, que se vuelven más eficientes a medida que el impulsor gira más rápido, brindan más potencia a mayores RPM.

La instalación de un turbocompresor requiere una gran modificación del sistema de escape, pero los sobrealimentadores se pueden atornillar a la parte superior o lateral del motor. Eso los hace más baratos de instalar y más fáciles de reparar y mantener..

La configuración básica para un avión con un sobrealimentador centrífugo o compresor.

Finalmente, no se requiere ningún procedimiento de apagado especial con los supercargadores. Debido a que no están lubricados con aceite de motor, se pueden apagar normalmente. Los turbocompresores deben estar inactivos durante unos 30 segundos antes de apagarse para que el aceite lubricante tenga la posibilidad de enfriarse. Dicho esto, un buen calentamiento es importante para los supercargadores, ya que funcionan de manera más eficiente a temperaturas de funcionamiento normales..

Los supercargadores son adiciones comunes a los motores de combustión interna de los aviones. Esto tiene sentido si se tiene en cuenta que los aviones pasan la mayor parte del tiempo a grandes altitudes, donde hay mucho menos oxígeno disponible para la combustión. Con la introducción de los supercargadores, los aviones pudieron volar más alto sin perder el rendimiento del motor..

Los supercargadores que se utilizan con los motores de los aviones funcionan igual que los que se encuentran en los automóviles. Extraen su energía directamente del motor y usan un compresor para soplar aire presurizado en la cámara de combustión. La ilustración de arriba muestra la configuración básica para un avión sobrealimentado.

Aprenderemos sobre algunas desventajas de los supercargadores a continuación..

Lo mejor de ambos mundos
Volkswagen ha lanzado recientemente un motor "Twincharger" en un Golf GT. El Twincharger viene con un sobrealimentador y un turbocompresor. A bajas RPM del motor, el sobrealimentador lanza aire a los cilindros para mejorar el par motor a bajas revoluciones. A altas RPM, cuando los gases de escape se han producido en cantidad suficiente, el turbocompresor se activa para aumentar el rendimiento de gama alta. El GT, que solo está disponible en Europa, alcanza las 100 millas por hora en 7,9 segundos. También puede alcanzar 136 millas por hora sin dejar de entregar 39 millas por galón.

La mayor desventaja de los supercargadores es también su característica definitoria: debido a que el cigüeñal los impulsa, deben robar parte de la potencia del motor. Un sobrealimentador puede consumir hasta el 20 por ciento de la potencia total de salida de un motor. Pero debido a que un sobrealimentador puede generar hasta un 46 por ciento de caballos de fuerza adicionales, la mayoría piensa que la compensación vale la pena..

La sobrealimentación ejerce una presión adicional sobre el motor, que debe ser fuerte para manejar el impulso adicional y las explosiones más grandes. La mayoría de los fabricantes tienen en cuenta esto al especificar componentes de servicio pesado cuando diseñan un motor destinado a un uso sobrealimentado. Esto encarece el vehículo. Los supercargadores también cuestan más de mantener, y la mayoría de los fabricantes sugieren gas de primera calidad de alto octanaje..

A pesar de sus desventajas, los supercargadores siguen siendo la forma más rentable de aumentar la potencia. Los sobrealimentadores pueden generar aumentos de potencia del 50 al 100 por ciento, lo que los hace ideales para carreras, remolcar cargas pesadas o simplemente agregar emoción a la experiencia de conducción típica.

Para obtener más información sobre los supercargadores y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente..