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SOBRE-ALIMENTACION
Por Eduardo Eraso
La crisis de la energía, que comenzó en los años 70 y que está usted todavía padeciendo en sus bolsillos, ha sido responsables de que los fabricantes de vehículos renovaran el interés en el turbo. Los motores dotados de ellos son de mantenimiento más económico, aunque el mecanismo en si sea muy costoso.
La sobre alimentación puede aumentar considerablemente la potencia de un motor, es la única modificación que por si sola puede ofrecer tan alto grado de incremento de potencia, pero tiene sus inconvenientes. La sobre alimentación fue por algún tiempo la forma normal de elevar la potencia de los vehículos de carreras y de otros vehículos de alto rendimiento, pero en la actualidad se utiliza muy poco. Por el contrario, el Turbocompresor que es el que aprovecha los gases de escape, esta en alza.
Breve Historia
Los diseñadores de motores de combustión interna siempre han querido aumentar la potencia de sus motores. Una respuesta para ellos sería aumentar el cubicaje, pero este método deja pronto de resultar práctico por razones de espacio. Ya desde los comienzos de la historia, los ingenieros han venido intentando obligar al motor a quemar más combustible del que normalmente ellos aspiraban, para aumentar su rendimiento en potencia. El sobrealimentador o compresor, es un mecanismo creado con este fin.
La sobrealimentación es un medio para incrementar la densidad de la mezcla que penetra en los cilindros hasta más allá del nivel posible cuando se emplea la simple inducción atmosférica. Esto se logra imprimiendo mecánicamente más aire y combustible en el colector de admisión por medio de una bomba que a su vez es movida por el motor.
En teoría, cuanto mas combustible utilice el motor mayor será la producción de potencia; y con esa idea Duglad Clerk comenzó sus experimentos con el sobre alimentador. Clerk era un brillante ingeniero escocés que inventó el Ciclo de los Dos Tiempos en 1890, e investiga la sobre alimentación en 1901, utilizando un cilindro de bombeo en pareja con el cilindro de explosión de uno de sus modelos iniciales de motor de Dos Tiempos.
En 1904 poco después de los trabajos originales de Clerk, el Dr. Alfred Buchi, de la compañía suiza de motores Sulze, estudió las posibilidades de la inducción forzada desde un punto de vista ligeramente diferente, creando el segundo método comúnmente conocido como Turbo-alimentación. Buchi obtuvo una patente que abarcaba la utilización de una turbina movida por el escape, en pareja con el compresor de flujo axial. Y ya en 1915 había avanzado lo suficiente como para registrar una patente que describe los principios de funcionamiento del turboalimentador, que son casi exactamente los mismos que conocemos actualmente.
A partir de este momento se pusieron en marcha una serie de acontecimientos en los cuales cada uno de los defensores de los dos sistemas, experimentaron para obtener los resultados más productivos.
El sistema Buchi funcionaba tan bien, que fue rápidamente adoptado por varios fabricantes de motores Diesel de grandes dimensiones. En el transcurso de la Primera Guerra Mundial, el Dr. Auguste Rateau, un eminente diseñador de motores franceses se interesó en la aplicación del diseño de Buchi en aviones. Después de la guerra el desarrollo de turbo alimentadores para aviones continuó vigorosamente en EE.UU. y luego de todo esto, finalmente las unidades se empezaron a implementar en automóviles. Contrariamente a otros avances en la industria automovilística, la sobrealimentación llego relativamente tarde al terreno del automóvil encomparación sus contrapartidas aeronáuticas. Los primeros ingenieros veían al turboalimentador tan solo como un medio para elevar el rendimiento del motor por encima del nivel de aspiración natural; es decir, para compensar la pérdida de potencia que experimenta un avión a consecuencia de la altitud, que rara vez era suficientemente notable en carreteras o pistas de carreras como para constituir un problema digno de atención.
EL SOBREALIMENTADOR
EL SOBREALIMENTADOR O COMPRESOR es en esencia un compresor impulsado por el mismo motor mediante una correa o cadena. Dicha correa o cadena une el cigüeñal con el cloche magnético del Sobrealimentador. Este cloche trabaja de la misma manera que el del aire acondicionado e igualmente se puede encender y apagar en cualquier momento.
Este hace entrar a las cámaras de combustión mas combustible (mezcla de aire y gasolina) del que normalmente llegaría.
Cuando se comenzó a experimentar con automóviles solo existía un diseño comercial adecuado. Era el compresor de rotores gemelos engranantes inventado nada menos que en 1866 por J. D. Roots en Connorsville, EE.UU., y diseñado para trabajos industriales.
En esencia, el compresor Roots básico comprende de una pareja de engranajes gemelos en rotación contraria. Dado que sus lóbulos son de forma cicloidal, y que ambos rotores son movidos positivamente para mantener la fase, engranan sin llegar a tocarse, de modo que la fricción interior es escasa. Los dos rotores van montados sobre ejes que giran en cojinetes anti-fricción alojados en las cubiertas extremas de una carcasa estacionaria, con un vaciado de forma aproximada a la de un ocho, que se adecua al área batida por los extremos de los lóbulos, que disponen de una pequeña holgura en el interior de la carcasa. En ésta hay conductos de admisión y salida, situados cada uno a un lado del estrechamiento de la carcasa. De esta forma la rotación aspira aire que se ve arrastrado, entre sus lóbulos y luego al conducto de salida. Dado que obviamente no existe compresión interna alguna, el compresor debería tener un mayor desplazamiento que el motor, o girar a mayor velocidad que este para producir el efecto de sobrealimentación.
* Ventajas:
1. Aumento significativo en la potencia.
2. Más eficaz que el compresor normal.
3. Se puede obtener gran cantidad de energía de un motor pequeño.
4. El consumo adicional de combustible es modesto.
5. Las emisiones de gas emanadas al ambiente son menores,
6. Se pude encender y apagar en cualquier momento a través de un switche.
7. No hay presencia de tubolag.
* Desventajas:
1. Tendencia al sobrecalentamiento. Por ello, este tipo de vehículos tienen sobre dimensionados los conductos del motor por donde fluye el refrigerante así como también el radiador.
2. Aumento de consumo de combustible.
3. La principal desventaja del Sobrealimentador esta en el hecho de que absorbe gran parte de la potencia que crea. La correa o cadena de accionamiento del soplador puede llegar a consumir hasta un treinta por ciento del incremento de la le potencia.
EL TURBO-COMPRESOR
El rendimiento térmico de los motores de combustión interna es muy bajo en general: solo el 25%. La mayor parte de la energía producida por la gasolina se pierde por el tubo de escape, pero el Turbo-compresor la aprovecha.
EL TURBO-COMPRESOR es en esencia un compresor impulsado por los gases de escape. Este, al igual que el sobrealimentador, hace entrar a las cámaras de combustión más combustible (mezcla de aire y gasolina) del que normalmente llegaría.
Funcionamiento
Este se acciona a través de una pequeña turbina ubicada dentro del Turbo-Compresor, el cual se coloca justo después del múltiple de escape, a través del cual pasan los gases de escape haciendo que gire a gran velocidad (comúnmente llega a girar hasta 100.000 rpm). Dicha turbina está unida mediante un eje al compresor, que es una rueda que tiene normalmente una docena de paletas curvadas. Cuando gira la turbina también gira el compresor recogiendo aire que viene desde la lumbrera de admisión impulsándolo a mucha velocidad. En el siguiente paso el aire llega al difusor que suele estar situado en el mismo alojamiento del compresor, este tiene forma de embudo pero al revés y su función es frenar la velocidad del aire para aumentar la presión considerablemente. Esta presión de aire penetra en el sistema de admisión a través del cuerpo de aceleración y llega a la cámara de combustión para seguir su ciclo normal de los cuatros tiempos. En vehículos donde la alimentación es a través de inyección de gasolina se deben sustituir los inyectores por otros que permitan mayor paso de gasolina en proporción directa con la presión de aire a la cual graduemos el turbo compresor. Al penetrar mas combustible en el motor este desarrolla mayor energía, de esta forma el turbo-compresor aumenta significativamente el rendimiento energético del motor. Este aumento del rendimiento energético viene regulado por los gases de escape que impulsan al Turbo Compresor, por ello el tubo de escape debe tener el menor número de restricciones y el grosor de la tubería se sobre dimensiona y el algunos casos se acorta. Al aumentar el flujo de los gases de escape la velocidad de la turbina y la eficiencia del motor aumenta en la misma proporción.
Intercooler
Es un refrigerador para el aire que respira el motor. Muchos de los vehículos equipados con turbo compresor llevan un Intercooler, que no es mas que una especie de radiador. Este dispositivo se encarga de enfriar el aire que entra al motor a través del filtro de aire y que luego se mezcla con el combustible. De esta manera las moléculas del aire ocuparan menos espacio en la cámara de combustión y así aumenta el volumen de combustible que puede entrar en las cámaras de combustión, en este momento la mezcla se hace mas densa. De esta manera se obtienen ventajas evidentes en el redimiendo energético, logrando en muchos casos ganar hasta un 20%. Además el motor se desgasta menos ya que la combustión de la mezcla es de menor temperatura. Con lo que se reduce el riesgo de quemar las válvulas, por cuanto el motor trabaja en general mucho más fresco. Cuando el Intercooler hace mas densa la mezcla también reduce la presión de la misma en el colector de admisión. Esto constituye una ventaja, pero a la vez una desventaja. Al reducir la presión se consigue que el trabajo del motor, una vez que la mezcla entra en el motor, se reduzca y también contribuye a evitar la detonación o combustión espontánea en las cámaras de combustión, que puede ocurrir cuando la relación de compresión es demasiado alta para el tipo de combustible que se usa. Pero la reducción de presión en el colector de admisión significa también que la presión de los gases de escape va a ser menor y que hay menor energía disponible para mover la turbina. Esta no es la única desventaja del intercooler (cuando son demasiado grandes), además de ser otro componente más el cual puede averiarse, debido a las altas presiones con las que trabaja, lo cual añade un riesgo más de falla mecánica.
Sistema de Escape
El último componente del Turbo Compresor es el Sistema de Escape. Que tiene dos partes: El colector o múltiple de escape, que se haya antes del Turbo-Compresor y a continuación el tubo de escape.
Antes de llegar a la turbina el gas de escape debe retener tanto como sea posible su calor, velocidad y presión a fin de que pueda mantener a la turbina en un giro eficaz, en consecuencia las toberas del múltiple de escape son relativamente estrechas. Pero después de la turbina se tienen otras consideraciones muy distintas. Una vez que el gas pasa a través de la turbina es esencial que salga del sistema tan rápidamente como sea posible de modo que no entorpezca el la salida del mismo y en consecuencia restrinja el flujo a través de la turbina. Cuando el gas de escape sale de la turbina, mantiene el movimiento giratorio, por lo que recorre un camino mas largo de lo necesario. Para solucionar este problema lo que se hace es un ensanchamiento repentino en la tubería de escape desde la salida de la turbina. Con esto se consigue interrumpir el movimiento giratorio y se acelera su salida al exterior.
Turbolag
Es una especie de "falla" o falta de fuerza, que presentan solamente los vehículos que tienen incorporado un Turbo-Compresor, que se podría confundir con una especie ahogamiento. Este se produce cuando se acelera violentamente justo antes de que se accione el compresor. La causa de este ahogamiento es que, a bajas revoluciones, la turbina se encuentra detenida interrumpiendo el flujo de los gases de escape. Luego de que el motor se encuentre a un régimen medio de revoluciones la turbina empezará a girar y el sistema funcionara normalmente.
* Ventajas:
1. Normalmente los gases de escape se desperdician completamente, pero el Turbo Compresor los aprovecha al 100% para poder funcionar.
2. Aumento significativo en la potencia pero no en el peso
3. Es muy ligero aproximadamente 11 Kg.
4. Más eficaz que el compresor normal.
5. Se puede obtener gran cantidad de energía de un motor pequeño.
6. El consumo adicional de combustible es modesto.
7. Se utiliza una fuente de energía la cual todos los demás vehículos desperdician.
8. Las emisiones de gas emanadas al ambiente son menores, ya que el turbo compresor proporciona mejor mezcla del combustible y mejor distribución de este dentro del motor.
10. Los motores equipados con Turbocompresor son más silenciosos que los normales.
* Desventajas:
1. Tendencia al sobrecalentamiento, por ello este tipo de vehículos tienen sobre dimensionados los conductos del motor por donde fluye el refrigerante así como el radiador.
2. Aumento de consumo de combustible.
3. Presencia de “TURBOLAG”.
Un dispositivo para todos…
Si los Turbo compresores hacen que un motor sea más eficaz, ¿por que no lo usan todos los automóviles junto con motores más pequeños para conseguir el mismo resultado? Por ejemplo: un motor de 1300 cc. con turbocompresor puede hacer el trabajo de un motor 2.1 cc. y probablemente con menor consumo de combustible.
Sin embargo en la práctica la cosa no es tan sencilla. Añadir un turbo compresor a un motor ya existente es muy costoso.
La mayoría de los conductores deberán esperar hasta que el turbo compresor salga de fabrica en los vehículos de serie. Algunas marcas que tienen vehículos con turbo-compresor de serie: SAAB, SEAT, VW, GM, FORD, RENAULD, y muchas otras compañías trabajan en la misma dirección.
Enviame tus comentarios: eeraso12@gmail.com
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