La sobrealimentación en los compresores volumétricos de accionamiento mecánico

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Motor Volvo e-Drive sobrealimentado con un compresor volumétrico rotativo de accionamiento mecánico.

Sabemos que la sobrealimentación, está relacionada con el progreso o la evolución del motor de combustión interna, de aplicación aeronáutica, de tipo alternativo. Los beneficios y ventajas, de este recurso mecánico ya fueron aplicados y utilizados desde comienzos del siglo ‘20.
Sin duda, fue en el área de la aviación donde este recurso mecánico, encontró las posibilidades de verdadero desarrollo. La necesidad de contar con motores bien livianos, con concentración de potencia (potencia específica), y con la disminución de dicha potencia debido a las alturas, hicieron de la sobrealimentación un recurso fundamental para la evolución técnica del motor térmico.

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Vista exterior del motor Volvo Drive con compresor volumétrico de desplazamiento positivo.

Respecto en especial al compresor volumétrico mecánico, hemos publicado oportunamente, algunas notas o artículos; que se dividen en 6 partes:

En la Parte 1: Se dió la definición del compresor volumétrico, y su uso en motores de ciclo Otto y Diesel. Se menciona el uso del compresor volumétrico más el turbo, en el motor Volkswagen 1.4 “Twincharger”, y al uso del compresor Roots en el Lancia S-4 Abarth Volumex.

En la Parte 2: Se menciona la aplicación del compresor en los motores Mercedes Benz en Alemania, y en Francia sobre los motores Delage y Bugatti, también en Italia y Estados Unidos. Se usó incluso antes de la Segunda Guerra Mundial, en los comienzos de la Fórmula 1. También fué utilizado en motocicletas deportivas BMW y Gilera.

En la Parte 3: El aspecto de las competiciones, después de la Segunda Guerra Mundial, cuando corrían con motores atmosférico y sobrealimentados con compresor centrífugo (BRM en 1951). Respecto al turbo, se utiliza sobre un motor Cummins Diesel, en las 500 millas de Indianápolis. La primera aplicación comercial, fue en el año 1962, sobre el Chevrolet Corvair “Monza”.

En la Parte 4: El compresor volumétrico y la mejora del “balance energético” se consideró no solo en las competiciones, sino también en los motores normales.

En la Parte 5: Se destaca el uso del compresor volumétrico Roots en el pasado, y se muestra su aplicación en el presente, a través de General Motors en su modelo Chevrolet Corvette ZR1.

En la Parte 6: Se habla del compresor Roots, usado en el año 1921, sobre el Mercedes Benz 6 cilindros de 1 litro y medio de cilindrada total. También se explica el funcionamiento del compresor volumétrico, y sus características mecánicas.

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Módulo de compresor volumétrico Roots aplicado a un motor Audi V6 TFSI de 3,0 litros.

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El compresor volumétrico, encontró desde un principio, verdaderas posibilidades de desarrollo en la aviación.

En la actualidad, son varias las marcas que recurren a la sobrealimentación por compresor volumétrico, incluso con diferentes sistemas, como es el caso de Volkswagen, y el motor 1.4 litros de 4 cilindros en línea, con doble sobrealimentación, es decir con un compresor volumétrico por una parte, y un turbocompresor con intercooler por la otra.
Como lo mencionáramos oportunamente, los compresores tipo Roots. pertenecen al grupo de los denominados compresores rotativos, de desplazamiento positivo, sin compresión interior.
El mismo posee sin duda, una simplicidad mecánica muy interesante, pero por el contrario, el inconveniente se presenta debido a que el efecto de compresión, se logra por un retroceso del flujo desde la zona de alta presión, cuando comienza a abrirse la salida de escape. Esto quiere decir, que no solo ingresa al compresor la carga de aire freso, que arrastra el impulsor en el giro, sino también la porción o parte de aire de retroceso. Todo se descarga contra la presión de salida.
El compresor está basicamente compuesto por una carcasa o cárter, y en su interior giran dos impulsores con forma de ocho. (forma de un engranaje de dos lóbulos). Dichos rotores o impulsores están acoplados a dos ejes, vinculados entre sí por medio de engranajes, siendo uno de ello accionados por el motor.
El contacto de los impulsores o rotores lobulados rotativos, es sólo aparente, ya que la transmisión se efectúa mediante los engranajes exteriores. La separación de los rotores, es decir el juego existente entre ellos y la carcasa, es muy bien estudida, entre valores determinados, ya que espacios muy reducidos o muy justos, puede significar la destrucción del compresor. Por el contrario las luces o juegos muy grandes reducen considerablemente el rendimiento del mismo.

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Las ventajas de este recurso mecánico de sobrealimentación, fueron ya aplicadas desde comienzos del siglo ‘20 - Ford/Whipple.

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Compresor Roots, compuesto basicamente por un cárter que en su interior giran dos rotores de dos o más lóbulos.

Este tipo de compresores, no son realmente aptos para trabajar con altas presiones, debido a que las pérdidas por fugas se incrementan con rapidéz en función de la presión alcanzada. Los mismos son utilizados, generalmente para presiones de alrededor de 1 bar., sin embargo su capacidad y su gama de utilización es muy amplia, y va desde los pequeños modelos usados para sobrealimentar motores de automóviles de seire y deportivos, pasando por los propulsores de vehículos comerciales e industriales.
Las velocidades de rotación usadas varían normalmente entre las 200 y las 2.000 rpm. en forma aproximada, más que nada para modelos pequeños. Los rotores son balanceados dinámicamente con el fin de evitar vibraciones que traerían como consecuencia grandes tensiones mecánicas.
Respecto al compresor Lysholm, el mismo también pertenece al tipo de los compresores mecánicos de desplazamiento positivo. Está basicamente compuesto por dos rotores provistos con impulsores helicoidales, los cuales giran acoplados entre sí, sin ningún contacto mecánico. Los dos rotores, alojados en un cárter exterior, generan la compresión que se efectúa sobre cargas sucesivas de aire, con frecuencias elevadas (5.000 a 15.000 ciclos por minutos), debido a ello, el flujo es por consecuencia practicamente contínuo.
Cabe señalar que, entre los rotores se produce un volúmen que disminuye a medida que el espacio libre progresa desde el ingreso del aire hasta la sección de salida.
Con este sobrealimentador, se logran algunas ventajas como un alto rendimiento, flujo contínuo, etc.). Se pueden alcanzar relaciones de compresión considerables, y altos rendimientos adiabáticos de casi un 0,80 por ciento en forma aproximada. Las velocidades de funcionamiento son de hasta 3.500 rpm.
El compresor mecánico Lysholm, no requiere sistema de enfriamiento, ni lubricación exterior, debido a ello el aire a alta presión suminstrado está exento de impurezas.
En cuanto al desarrollo comercial del mismo, existe el obstáculo de un alto costo de producción.

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El uso del compresor volumétrico se destaca en el pasado, no solo en los motores de alto rendimiento, sino también en motores normales - WEINSTEC. ENG.

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