Sobrealimentación: los compresores dinámicos y volumétricos

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Compresor volumétrico rotoorbital “G” de perfiles en espiral desarrollado por Volkswagen.

Como lo mencionáramos oportunamente, el “compresor” es una maquina destinada a producir un aumento de la presión de un fluido gaseoso. Los compresores pueden dividirse en dinámicos y volumétricos.
Los primeros actúan de forma continua sobre la corriente gaseosa, a la que ceden energía cinética, y comunican presión al mismo tiempo.
Los volumétricos, actúan sobre cargas de fluido determinadas, y su presión aumenta en forma independiente de la velocidad de funcionamiento del compresor. Estos compresores se dividen en alternativos o a pistón, en rotativos, que son los de amplia difusión como los sobrealimentadores en los motores de combustión interna.
Los mismos están acoplados al cigüeñal a través de una cadena o de una correa de transmisión, y se encarga en el colector de admisión de presurizar al aire aspirado, a través de rotores lobulados, de paletas excéntricas, de tornillos o de perfiles en espiral. Muy utilizados en el pasado, este dispositivo absorbe potencia mecánica del motor para ser accionado, y debido a esto tienen un rendimiento menor a un turbocompresor por ejemplo, de mayor utilización en los vehículos actuales nafteros y gasoleros.
En el presente, se va incrementando su uso, debido a que en compensación se elimina el retardo o suministro de potencia. Típico del turbo básico (turbo lag), y optimiza la disponibilidad de potencia en los regímenes inferiores (velocidades más reducidas).

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Motor de 4 cilindros de 1.3 litros, sobrealimentado con un compresor denominado “G” en espiral - Volkswagen.

El compresor “G” de Volkswagen. El principio de este sobrealimentador “G” data del año 1905, a través de una patente desarrollada por un técnico francés.

Se trataba de u compresor con nervaduras en forma de “espiral”, que pone en movimiento unas cámaras, también con forma de espiral. El compresor de tipo “G”, presenta algunas “ventajas” respecto al turbocompresor movido por los gases escape. El tiempo de respuesta, desde que se le exige al motor una entrega rápida de potencia, es menor que en el turbo convencional, puesto que es capaz de suministrar- en bajas velocidades- un caudal mayor de aire, ya que no depende de la velocidad de los gases de escape comparativamente.

Por este motivo, puede generar una considerable presión de sobrealimentación, en el momento del cierre de la válvula de retorno de aire sobrante. Este compresor, esta compuesto por un cárter fijo en aluminio, y una parte móvil denominada “desplazador”, componente delicado construido en aleación de aluminio- magnesio.

Es decir que, tanto el cárter como el “desplazador”, poseen forma de “espiral” y están posicionados excéntricamente.

Cabe señalar que la presión de sobrealimentación, se genera por medio de la disminución del volumen del aire inspirado. Puede observarse que en cada vuelta del eje excéntrico que mueve al “desplazador”, se producen dos ciclos; el de la parte interna, y el de la externa, divididos por el desplazador. A continuación se detallan las diferentes fases: Fase1- Las cámaras interior y exterior están abiertas al medio ambiente y se llenan de aire. La cámara exterior está casi llena al cien por ciento.
Fase2- Después de un giro de 90 grados, se cierra la cámara exterior y comienza la compresión del aire ambiente.

La cámara interior está en proceso de llenado.
Fase3- Después de otro giro de 90 grados, la cámara se abre en su parte interna, y el aire comprimido es dirigido al colector de admisión por otra parte, está comenzando a tomar el aire del medio ambiente. La cámara interior sigue llamándose de aire exterior.
Fase4- Después de un giro de 270 grados, está por finalizar la expulsión de aire en la cámara exterior. La interior está en el momento de compresión máxima y a punto de salida del aire existente.

Es decir entonces que, el compresor volumétrico “G” de Volkswagen, está basado en la variación del volumen de un conducto de sección rectangular, desarrollado en forma de espiral, donde una de las paredes es móvil (movimiento orbital) con respecto a la otra.

Este movimiento puede teóricamente descomponerse en dos desplazamientos planos; uno horizontal y otro vertical. Esta es mecánicamente realizable, montando la parte móvil sobre dos excéntricos de ejes paralelos, accionados por una correa dentada.

Prácticamente, este compresor se compone de cuatro espirales fijos en forma de “G” repartidos respectivamente 2 y 2, en donde los dos semi-cárters forman la parte externa del dispositivo. Cada semi-cárter posee dos conductos, y entre los dos semi-cárters fijos hay una placa móvil. Sobre cada una de las caras, hay dos espirales idénticos a los precedentes, cubriendo cada uno 360 grados, y desfasadas 180 grados, que van a actuar en los conductos fijos.

El eje de accionamiento posee una excéntrica, que gira en el alojamiento principal de la placa, con la interposición de un rodamiento de agujas, y de dos contrapesos de equilibrados.

El segundo eje denominado “eje o árbol de sincronización orbital”, posee también una excéntrica. La combinación de las rotaciones sincronizadas de las dos excéntricas, le imprime a la placa el movimiento ondulatorio deseado.

El caudal es directamente función de la velocidad de rotación del eje de accionamiento, que puede llegar a los 10.000 rpm.

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Diferentes fases de funcionamiento del compresor, y detalle de las cámaras de trabajo externa e interna.

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Principio de funcionamiento del compresor Roots. 1- El rotor. 1 transporta los gases a la presión P1, el rotor 2 gira en sentido inverso y deja una parte del aire a presión en R. 2- Comienzo de la sobrepresión por el rotor 1, la cámara de admisión aumenta de volumen y aspira los gases en A. 3- Los dos rotores, se aproximan uno al otro, el volúmen de la cámara de salida disminuye, la presión de los gases aumenta P2. El valor de esta presión depende de la diferencia entre el caudal enviado por el compresor, y el caudal absorbido por el motor.

La relación de presiones, que depende del diseño de los espirales y de sus volúmenes, pueden alcanzar los 1.8 bares. Utilizado por motores nafteros de 100 Kw. de potencia máxima, pesa 6 Kg. aproximadamente.

El compresor volumétrico tipo Roots.
Este compresor tiene su origen en el año 1860, y se aplico de forma industrial. En el automotor, el compresor Roots reemplaza al compresor de paletas excéntricas, menos aptos de soportar altos regímenes debido al nivel importante de frotamientos o fricciones. Por ejemplo, la famosa MBenz W165 de 1939, tenía un motor V8 equipado con un compresor “Roots” de 2 etapas, que presuriza el aire a una presión absoluta de 3.9 bares, y desarrollaba una potencia efectiva de 483 CV.

Es decir que se debe considerar, que el compresor Roots en servicio le resta al motor 160 CV., y que la potencia bruta del motor es de 643 CV. realmente.

El compresor volumétrico posee un gran inconveniente de consumo de energía, que ya es accionado mecánicamente por el motor.

Las velocidades nominales de los diferentes tipos de compresor volumétrico están entre los 10.000 y los 15.000 rpm.

Los compresores a rotores lobulados, tiene un buen rendimiento mecánico y volumétrico, y un caudal independiente de la presión.

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Compresor volumétrico tipo Roots de 2 rotores lobulados accionado por correa dentada – Volumex Fiat.

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