Sobrealimentación y rendimiento volumétrico o llenado de los cilindros

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Motores multicilindros con elevadas cilindradas totales - Vista exterior del motor V10 - BMW.

Hemos visto oportunamente los motores multicilindros, es decir con 6, 8, 10 y 12 cilindros, con diferentes disposiciones y con elevadas cilindradas totales. Estos motores generan potencias elevadas, pero son pesados y grandes generalmente. Peso y dimensiones, dos importantes desventajas, en cuanto a la potencia suministrada, esta se desarrolla en función del número de rpm., pero para los fabricantes de motores aumentar el régimen significa, incrementar el ruido (contaminación acústica) y crear más fatiga  para las partes mecánicas, sobre todo las alternativas rotativas.
Otra de las formas para aumentar la potencia, es aumentar el diámetro de los cilindros, o la carrera, pero en oportunidades, el espacio disponible en los blocks o en los carters es limitado.

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Los motores multicilindros, en donde el peso y las dimensiones son importantes - Motor Diesel V12 TDI - Audi.

Se cree que la mejor solución es aumentar la “energía potencial” en cada uno de los cilindros, y que dicha energía aspirada para cada cilindro no se limita por la cantidad de “combustible” aportado, sino por el oxigeno “comburente” es decir al aire de admisión.

Cabe señalar que dicha energía generada, se calcula a partir de la “masa o peso” de oxigeno que ingresa y no del volumen. Para logara introducir una masa mayor de oxígeno “comburente” (relación de llenado), se recurre a la sobrealimentación.
La misma puede ser definida como todo proceso que aumente el llenado de los cilindros, en función de mejorar la potencia especifica (CV. por litro de cilindrada).
El llenado de los cilindros, con mezcla aire/combustible, está lejos de alcanzar su máxima expresión, y para un motor determinado, de tipo atmosférico, el llenado en la carrera de admisión depende del régimen de velocidad en rpm.
El llenado de los cilindros por aspirasión natural nunca llegan al 100 por ciento, por las siguientes causas: A- existen pérdidas de carga, en el múltiple de admisión, cuando el flujo, pasa por el conducto de admisión, por el filtro de aire, y a través de la válvula de admisión. B- se da una disminución de la densidad del aire, debido al aumento de la temperatura, en el múltiple de admisión. C- hay remanentes de gases de escape en la cámara de combustión.

Limitando las pérdidas de carga, aprovechando especialmente los efectos aerodinámicos en el conducto de admisión, se origina una presión al final de la carrera de admisión, pero en el mejor de los casos no llega al 100 por ciento, solamente llega a este valor en un determinado régimen.

De otra manera, elevando de presión o comprimiendo el aire, antes de  que ingrese a los cilindros, se pueden superar dichos obstaculos y alcanzar al 100 por ciento de llenado.

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El llenado de los cilindros se optimiza con la aplicación de la sobrealimentación con compresor volumétrico.

Con la finalidad de aclarar el concepto de “sobrealimentación”, la misma se trata de un sistema para aumentar la potencia de un motor, cuando por diferentes motivos, no es posible aumentar la cilindrada. Por medio de la sobrealimentación, se ingresa a la cámara de combustión una cantidad – en peso – de mezcla aire/combustible, o de aire solamente en el caso de motores de ciclo Otto con inyección directa, o de motores de ciclo Diesel. Dicha cantidad (que anteriormente denominamos “masa”) es mayor que la aspirada por un motor normal, es decir del tipo atmosférico o de aspiración natural.

Es sabido que existen dos tipos de sobrealimentación:
La dinámica: que es la que aprovecha la energía contenida en los gases de escape (el turbocompresor) La mecánica: que utiliza un compresor volumétrico, por lo general de rotores lobulados, accionado por el mismo motor a través de una correa o de una cadena metálica.
Si hablamos de la sobrealimentación volumétrica, la ventaja es que con esta se logra un elevado “par motor”, tambien en bajas velocidades o rpm., y se elimina además el retardo o la lentitud del accionamiento del acelerador, debido a la conexión o al acoplamiento directo con el motor.
Cabe destacar que dicha conexión, le resta considerable energía al motor, o altas velocidades, disminuyendo de manera importante el rendimiento del sistema.
Como es sabido, el turbosobrealimentador aprovecha la energía latente en los gases de escape. La energía térmica, relacionada con la temperatura, más la energía mecánica, la relacionada con la presión, es decir que los gases de escape tienen una temperatura entre 500 y 700 grados C. y presiones de 5 bares aproximadamente. El rotor de la turbina del turbo, es propulsado por dichos gases a elevadas gaese a elevados velocidades, y más lentamente a bajos regímenes (turbo lag).

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El turbo resulta ser muy eficáz para la sobrealimentación, e ingresa a la cámara una cantidad en peso de aire o mezcla - Borg Warner EFR.

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