Los compresores y los turbos

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Podemos definir al compresor volumétrico, como un dispositivo de sobrealimentación, conectado al cigüeñal a través de una correa o una cadena de transmisión, que comprime al aire en el múltiple o colector de admisión por medio de lóbulos, paletas, tornillos o perfiles en espiral.

Muy usados en el pasado, los compresores volumétricos absorben potencia mecánica y debido a ello tienen un rendimiento inferior, por ejemplo que un turbosobrealimentador, actualmente muy utilizado sobre vehículos con motores nafteros (de ciclo Otto), o gasoleros (de ciclo Diesel). Como ventaja o en compensación, elimina el retardo de entrega de potencia, y mejora también la disponibilidad de potencia a regímenes de velocidad más reducidas. Sin duda, la multiplicidad de los caminos relacionados con la sobrealimentación es amplia. Tal es el caso del motor Volkswagen, de 1,4 litros y 4 cilindros en línea, denominado TSI “Twincharger” con sobrealimentación doble (turbocompresor TGV y compresor centrífugo) montado en un modelo Golf de la marca alemana, del año 2007.

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Con este sistema de “sobrealimentación doble“, se logra que un motor “1.400“ entregue una potencia de 170 CV. Este motor es un ejemplo del “downsizing“, es decir chico y de baja cilindrada. Otro ejemplo de sobrealimentación doble, es el caso de la Lancia Delta S4 de competencia, de la década del ’80, también usando un turbocompresor y un compresor volumétrico del tipo Volumex, comandado en este caso por una cascada de engranajes desde el cigüeñal. El propulsor del Lancia Delta S4 fue potenciado por Abarth, con 4 cilindros en línea y 1.800 cm3 de cilindrada total, entregaba 400 CV. De potencia máxima a 8.000 rpm.

Con un par motor de 40 mkg. a 5.000 rpm (T por Twincharger), es decir “doble sobrealimentación”, el compresor volumétrico tipo Roots de rotores lobulados, movido por una correa desde el cigüeñal posee un embrague electromagnético de acople, integrado con la bomba de agua del sistema de enfriamiento. Cuando aumenta el régimen, el turbo de tipo TGV. de geometría variable (álabes de la turbina regulables), se integra preparado para funcionar con 1.050 grados C. de temperatura. Cabe destacar que el turbo es solidario con el colector de escape, en este caso. El aire comprimido ingresa a un intercambiador de calor o “intercooler”, antes de entrar al múltiple de admisión y a los cilindros del motor.

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La máxima presión de sobrealimentación de este motor denominado “Twincharger”, es de 12,5 bares a 1.500 rpm., y la mínima de 1.8 bares. Cabe puntualizar que hasta las 2.400 rpm. es de importancia el trabajo del compresor volumétrico, en donde empieza la etapa denominada “funcionamiento dinámico”. A los 3.500 rpm., solamente actúa el turbosobrealimentador, ya que el compresor volumétrico entra en “by pass”, a través de una válvula. Volviendo al Lancia S4 –Abarth, el compresor Volumex tenía dos rotores, que se conjugan entre sí, de manera de ir formando cámaras de volumen variable, aumentando en su giro, el volumen aspirado, y disminuyendo el comprimido, en este caso los rotores poseían dos lóbulos rectos.

El compresor volumétrico El compresor volumétrico es accionado por un movimiento rotativo que se desdobla, según dos ejes paralelos. El compresor de rotores lobulados, funciona de acuerdo al principio de una bomba de aceite a engranajes. Un cárter contiene dos rotores lobulados que pueden engranar entre sí. Los gases de admisión, llegan por un lado del cárter, y son contenidos ente los rotores, recorriendo un camino periférico que está siempre entre el espacio de los rotores, y la pared interior del cárter. Finalmente los dos volúmenes de gases, se unen y son presionados hacia la salida del compresor. En la práctica, existen rotores de dos lóbulos o tres lóbulos, y más (bicuerpo, tricuerpo, etc.), generalmente equilibrados en diámetro y largo. Antes de la Segunda Guerra, los compresores volumétricos a lóbulos competían con los compresores a paletas excéntricas de la primera generación, los más conocidos entre ellos son los compresores Roots aparecidos en el siglo 19, compuestos por dos rotores con dos lóbulos cada uno.

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Una de las variantes, es el compresor Lysholm donde los lóbulos no responden a una generatriz paralela al eje de rotación, en forma de tornillo sinfín. De esta manera, el movimiento de rotación es otro, las masas gaseosas de admisión, poseen un movimiento de traslación que contribuye a dar un efecto suplementario. El compresor Roots es una referencia en el tema sobrealimentación, y seguramente, se debe en parte a su uso en las carreras en el pasado.

Las investigaciones realizadas sobre el compresor, permitió preparar el terreno para el desarrollo del turbocompresor. En realidad, mecánicamente cuando es usado solo, el compresor Roots puede ser considerado como un “soplador” más que como un “compresor”. La presión de sobrealimentación era de 0,8 bares en la Mercedes Benz W 125,. y para esto era suficiente un solo compresor. Más tarde fue necesario un aumento en el valor de la presión, y fue pasar a 1,2 bares en el año 1939, en Mercedes Benz y Auto Unión, usando dos compresores Roots montados en serie. En el BRM V16 de 1950 se buscaba una presión de alimentación de 3 bares, usando dos compresores centrífugos en esa oportunidad.

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Lógicamente, con el cambio de reglamento de la F1, el compresor Roots se utilizó nuevamente –con el turbo en el modelo de Rally Fiat Lancia S4S (compresor + turbo), que mencionamos anteriormente. Respecto al compresor a tornillo, este se caracteriza por tener dos rotores paralelos de perfil helicoidal, y la entrada de aire se realiza axialmente del lado opuesto a la transmisión mecánica, y la salida se hace lateralmente. Los cárteles y los rotores están en aleación de aluminio, los ejes son construidos en acero, y el peso total es razonable.

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