Sobrealimentación, más aire, más combustible, más potencia

Un motor atmosférico tiene un límite de potencia que depende de factores como la cantidad de aire y combustible. Para aumentar la potencia se debe aumentar la cantidad de aire y por ende inyectar más combustible.

La relación ideal entre aire y combustible se establece con la relación estequiometrica. Esta relación entre el aire y combustible se dice que es ideal, cuando el λ=1. Es una relación fija establecida en 14,7 gramos de aire por cada gramo de gasolina y 14,5 gramos de aire por cada gramo de diesel.

Sobrealimentación

La sobrealimentación de un motor utiliza medios mecánicos o aprovecha la dinámica de los gases, ya sea de escape o de la propia admisión para aumentar la cantidad de aire que entra en los cilindros. De esta manera los motores tienen más potencia y normalmente son más eficientes.

Cuando se sobrealimenta un motor, es importante también que el sistema de alimentación de combustible esté preparado para aumentar el caudal de combustible que fluye al interior de los cilindros, si no el motor funcionará con una mezcla pobre λ>1, sobrecalentándose y sin entregar toda la potencia requerida.

Tipos de sobrealimentación

La alimentación forzada de aire a los motores tiene historia y  con el paso de los años han aparecido diferentes tipos y cada uno tiene bastantes subtipos. La complejidad y efectividad ha ido en aumento en estos años, hablaremos de los más importantes.

Alimentación forzada dinámica

La sobrealimentación utiliza las propiedades dinámicas de los gases de escape para poner en funcionamiento la inercia de los gases y resonadores para introducir más aire dentro de los cilindros. Su efectividad es media, algunos utilizan admisiones de aire variables que se aprovechan de estas propiedades para mejorar ligeramente la capacidad para ingresar aire en sus cilindros.

Los sistemas de este tipo se destacan de aquellos que orientan su admisión en dirección de la marcha, haciendo que una mayor cantidad de aire entre en la admisión aumentando muy ligeramente la potencia del motor.

Este sistema se utilizó en varios autos de los sesenta, pero actualmente no se utiliza, en parte por la dificultad de instalación y la influencia en la aerodinámica que tendría una boca abierta en dirección de la marcha.

Compresores mecánicos volumétricos y centrífugos

Los compresores mecánicos son aquellos que utilizan un sistema de tracción mecánica, normalmente una correa, engranajes o una cadena, para operar un sistema que en pocas palabras, bombea aire al interior de los cilindros de tal manera que al aportar más combustible el motor tenga mayor potencia.

Existen varios subtipos de los cuales hablaremos en otra oportunidad y se utilizan actualmente en bastantes vehículos, como única opción o acompañados de un turbo para mejorar las

Turbocompresores

Los turbos aprovechan la energía cinética de los gases de escape para ingresar aire a través de la admisión, a través de una turbina ubicada en la línea de escape y conectada a través del eje a un compresor interpuesto a la tubería de emisión de aire.

El ingreso de aire genera un aumento de potencia y de eficiencia en el motor. En la práctica la mayoría de los motores diesel tienen incorporado un turbocompresor. También los motores gasolina de la tecnologíadownsizing tienden a montarlos, ya que con una cilindrada pequeña y la aplicación de un turbo se pueden obtener grandes resultados en cuanto a potencia, eficiencia y consumo de combustible. Y por obvias razones también lo montan los motores de autos de altas prestaciones.

Uno de los problemas que se derivan de estos sistemas es que al comprimir el aire, por leyes físicas este se calienta, generando una reducción en la densidad del aire que entra al motor.

Habíamos quedado en que lo que queremos es meter más aire y lo más denso posible, que en este caso es aire frío. Para ello se utiliza un dispositivo que nos ayude a reducir la temperatura, que para el caso es un intercambiador de calor o intercooler. El intercooler es  un radiador por el cual se hace pasar el aire comprimido previamente por el sobrealimentador para enfriarlo, ya sea cediendo calor al aire atmosférico o a un circuito de agua.

Luego de pasar por el intercambiador de calor el destino es el motor, y aunque el intercooler supone una restricción al paso del aire, la ventaja del aire frío compensa cualquier restricción. Ya tenemos la carga fría en los cilindros.

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