4 tipos diferentes de supercargadores (y cómo funcionan)
Última actualización el 27 de octubre de 2022
Los motores de combustión interna, como bien sabe, necesitan combustible y aire para funcionar. El combustible se almacena en el depósito de combustible y debe reponerse periódicamente. El aire es abundantemente proporcionado por la atmósfera que nos rodea y llega a nosotros a una presión a nivel del mar de 14,7 libras/pie cuadrado.
Esto funciona muy bien, pero esa es toda la presión que obtendrá para empujar el aire hacia el motor. Obtendrá aún menos (acompañado de una potencia igualmente menor) cuando supere la divisoria continental en un paso de alta montaña en cualquiera de varios estados del oeste.
Si tan solo pudiéramos aumentar esa presión. Ojalá pudiéramos introducir más aire en el motor de nuestro vehículo junto con más combustible. Ahhh . . el supercargador Estos notables dispositivos pueden comprimir más aire en el sistema de admisión del motor de su automóvil y, con la cantidad adecuada de combustible, aumentarán la potencia del motor hasta en un 50 a 75%.
¿Qué es un supercargador? ¿Cómo surgió el supercargador (a veces llamado soplador o compresor)? ¿Cuántos tipos de supercargadores hay? Respondamos estas preguntas.
¿Qué es un supercargador?
Un sobrealimentador es un dispositivo accionado por 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 supercargadores han sido parte de la historia.
La razón de esto es bastante obvia. La sobrealimentación es una forma relativamente sencilla de aumentar sustancialmente la potencia para casi cualquier diseño de motor de combustión interna, ya sea de dos o cuatro tiempos, gasolina o diésel. ¿Qué ingeniero práctico o dueño entusiasta de un automóvil 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.
Tipos de supercargadores
#1 – Soplador de raíces
Regresemos en la historia a una época en la que los vehículos de la mayoría de la gente requerían grandes cuadrúpedos para caballos de fuerza. En 1860, los hermanos Roots diseñaron y patentaron un motor de aire mecánico para su uso en altos hornos y 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 montados en ejes paralelos. Demostró ser muy efectivo 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 automóviles de lujo alemanes fabricados por Mercedes.
Estos primeros supercargadores demostraron ser capaces de aumentar entre un 30 y un 40 % la potencia del motor con pocos cambios en los motores de esa época.
Los diseños de Daimler rápidamente se hicieron populares para los vehículos de calle y de carreras. Mercedes, Alfa Romeo y Bugatti vienen a la mente por los éxitos en las carreras que utilizan esta tecnología.
El diseño del soplador Roots fue mejorado por General Motors (Detroit Diesel) principalmente para motores de camiones diésel de dos ciclos a fines de la década de 1930. Posteriormente, estos sopladores se aplicaron a menudo a los motores de carreras de automóviles.
Tales aplicaciones todavía prevalecen en la actualidad. En la pista de arrancones, por ejemplo, es común ver autos de carrera que utilizan supercargadores tipo Roots colocados 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 a través de la forma de tornillo de sus rotores.
Sin embargo, la complejidad de la fabricación retrasó su amplio uso industrial y automotriz durante varias décadas.
Un ingeniero sueco, Alf Lysholm, a mediados de la década de 1930 trajo tecnologías de fabricación esenciales que redujeron el costo del diseño del tornillo. Este tipo de compresor pronto encontró un nicho en el mundo del aire acondicionado y en otras industrias donde se requerían salidas de alta presión muy eficientes.
En el mundo de la automoción, los compresores de tornillo se denominan hoy en día 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 supercargador centrífugo para uso automotriz. En unos tres años, el constructor estadounidense de autos de carreras, Lee Chadwick, tomó el diseño de Renault, apiló tres etapas (tres rotores) y comenzó una exitosa carrera compitiendo con poderosos autos para escalar colinas.
Los supercargadores centrífugos de hoy en día usan 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 la carcasa. El impulsor giratorio lo lanza al pasaje exterior de la carcasa aumentando la velocidad del aire.
Luego, el aire se alimenta 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 de las principales ventajas de este tipo de supercargador 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 costo de fabricación sea razonablemente bajo.
Todos estos tipos de sobrealimentadores son accionados 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, aumente en proporción al aumento de la velocidad del motor.
La presión de salida al motor se puede variar según 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. El módulo de control del tren motriz (PCM) del vehículo modula las salidas de flujo de aire de estos sobrealimentadores junto con el flujo de inyección de combustible.
Los automóviles de producción que se han beneficiado de la tecnología de supercargadores incluyen los históricos Studebakers a principios de los años cincuenta que usaban sopladores Paxton, los Ford Shelby Mustangs y los populares automóviles con motor semi Dodge.
Usando compresores de tornillo compactos, algunos de los vehículos de calle Dodge producen fácilmente más de 800 BHP. Un pie derecho cauteloso está en orden con cualquiera de estos increíbles autos.
#4 – Supercargador impulsado eléctricamente
Un cuarto tipo de supercargador que está surgiendo actualmente es el de accionamiento eléctrico. Cualquiera de las tres configuraciones de ventilador discutidas anteriormente puede ser impulsada por un motor de CC (corriente continua) de imanes permanentes altamente eficiente. Este arreglo permite que las velocidades del sobrealimentador se ajusten continuamente a la necesidad de aire del motor mediante el PCM del vehículo.
Un motor eléctrico para hacer girar las partes internas del sobrealimentador es un sistema de transmisión mucho más simple que las complejas correas o engranajes que se usan en las transmisiones mecánicas. Esto podría suponer una reducción de costes y una mejora de la fiabilidad con respecto a los supercargadores mecánicos más antiguos.
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Cómo la sobrealimentación benefició a la industria aeronáutica
Aunque son costosas en términos de dólares y trágicas por la terrible pérdida humana, las guerras han sido el campo de pruebas para muchos avances tecnológicos. Esto también es cierto con la sobrealimentación.
La Segunda Guerra Mundial vio la creciente necesidad de aviones que pudieran alcanzar grandes altitudes. Los aviones con motor de pistón normalmente aspirados no podían operar de manera efectiva en el aire muy por encima de los 20,000 pies.
Los supercargadores se volvieron comunes en esos 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 la aeronave también se mejoraron enormemente.
Los motores debajo de los supercargadores
La sobrealimentación puede aumentar las presiones de combustión y la potencia de muchos tipos diferentes de motores. Esos aumentos de presión y potencia siempre estarán acompañados de temperaturas del motor significativamente más altas y cargas estructurales internas.
Los diseñadores han tenido que compensar esto con una mejor refrigeración y lubricación del motor, una metalurgia mejorada para las carcasas del motor y las piezas internas, además de mejores grados de combustible. Estos avances tecnológicos se han transmitido a los automóviles y camiones que manejamos hoy.
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