Qué es el compresor volumétrico, la alternativa al turbocompresor

José Luis Gómez  | 
Compresor Supercargador Lysholm Cobra

Seguramente, a estas alturas de la película ya estarás más que familiarizado con el turbocompresor, y sabrás más o menos cual es función, independientemente de lo experto que seas o de lo que te apasiones el mundo de los coches y los motores. Pero hay otra alternativa en cuanto a sobrealimentación se refiere, y esa gran alternativa son los compresores volumétricos (o de desplazamiento positivo), también conocidos, sobretodo en Hispanoamérica, como supercargadores.
 

Compresor volumétrico vs. Turbocompresor

230 Kompressor Null
El compresor tiene por objetivo, al igual que el turbo, introducir una mayor cantidad de aire en los cilindros, para así obtener una mayor potencia. Ello se consigue comprimiendo el aire de admisión y elevando su densidad (en un mismo espacio hay más aire). Sin embargo, fruto de esa compresión, el aire aumenta su temperatura, lo que da lugar a un leve descenso de su densidad (esta sigue siendo mucho mayor que antes de ser comprimido), además de dificultar la combustión en el motor. Así pues, para solucionar este problema, se añade en ciertas ocasiones un intercooler entre la salida del compresor y la admisión al motor, que no es más que un radiador que enfría el aire de admisión, por medio del propio circuito de refrigeración o del aire exterior.

Hasta aquí todas las similitudes del compresor con el turbo. La principal gran diferencia entre ambos es que el compresor está accionado por el cigüeñal del motor mediante una correa, aunque también es posible usar una cadena o conjunto de engranajes, al contrario del turbo que aprovechaba la energía de los gases de escape.

Este sistema de accionamiento tiene sus pros y sus contras. Por un lado, al estar impulsado por el propio motor (al igual que, por ejemplo, el aire acondicionado o el compresor), consume cierta cantidad de potencia, aunque evidentemente la potencia que se gana usando el compresor es mayor a la que consume. Es por ello que algunos fabricantes han desarrollado sistemas capaces de conectar o desconectar el compresor mediante un embrague electromagnético (similar al del compresor del aire acondicionado), el cual es comandado por la ECU, que también opera la válvula de by-pass.

Sin embargo, esta forma de accionamiento también plantea varias ventajas. La primera de ellas es un comportamiento más lineal del propulsor, sin ese lag típico de los motores turbos, además de un mayor par motor a bajas revoluciones. Esto se debe a que el compresor siempre está en funcionamiento, al contrario del turbocompresor, que se mueve según la energía con la que salen los gases de escape, y es por ello que generalmente tienen un intervalo útil en todo el régimen de giro del motor. Para paliar ese problema se desarrollaron los turbos de geometría variable, los cuales, por diversas cuestiones relativas a la temperatura de salida de los gases de escape, no son viables ni interesantes en motores gasolina, surgiendo ahí la gran oportunidad de los compresores volumétricos.

A diferencia de un turbo, el compresor es accionado por el propio motor, dando lugar a un comportamiento más lineal y sin lag, pero a costa de consumir una pequeña cantidad de potencia.

La otra gran ventaja es el régimen de giro la temperatura de trabajo. El régimen de giro de un compresor es bastante menor que el de un turbo, típicamente unas 10.000 o 15.000 r.p.m. frente a unas 100.000 r.p.m. Gracias a esto, y a que su temperatura de trabajo es menor, al no pasar por ellos los gases de escape, la lubricación juega un papel no tan importante como en los turbocompresores, de hecho, muchos de ellos utilizan aceites de engranajes SAE 90 (el mismo que el que podemos encontrar en una caja de cambios o en un diferencial). Tampoco debemos de olvidar que el estrés térmico al que son sometidos los diferentes elementos del compresor es menor, por lo que el riesgo de rotura también lo es.
 

Historia

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En 1860 los hermanos Philander y Francis Marion Roots, fundadores de la Roots Blowers Company, patentaron el compresor volumétrico tipo root para su uso en altos hornos y otras aplicaciones industriales.

Unos cuarenta años más tarde, en 1900, Gottlieb Daimler patentó la sobrealimentación en motores de combustión interna para automóviles basada en una bomba de aire de doble rotor muy similar al compresor volumétrico de los hermanos Roots.

En el Salón del Automóvil de Berlín de 1921 Mercedes-Benz los 6/25/40 hp y 10/40/65 hp Kompressor, los primeros coches de producción en contar con sobrealimentación por compresor volumétrico, en concreto un compresor tipo root. Posteriormente, a ellos se le unieron Fiat con los 805-405 en 1923, el Alfa Romeo P4 en 1924, el Bugatti Type 35C en 1926 o el Bentley 4 ½ Litro a finales de la década.
 

Compresor tipo Root

2015
El compresor tipo Root es el más utilizado y extendido en la industria. Está formado por la carcasa y por dos rotores que giran en sentido opuesto (están conectados por dos engranajes) pero sin llegar a tocarse, a pesar de estar muy juntos. Estos rotores tienen una serie de lóbulos o protuberancias, dando lugar a una sección recta en forma de ocho los más simples, o incluso en forma de spinner (con tres lóbulos) de sección helicoidal, los más complejos.

Al girar los rotores, entre los lóbulos y la carcasa se crean una serie de bolsas de aire que van avanzando desde la entrada a la salida. Así, a las válvulas de admisión de los diferentes cilindros llega más aire de lo que el motor consume, acumulándose ahí. Como el aire sigue llegando y acumulándose, no tiene más remedio que comprimirse y elevar du densidad para dar cabida a más aire, puesto que el motor no es capaz de consumirlo al ritmo que llega.

Eaton, unos de los principales fabricantes de compresores, desarrolló el Eaton TVS (Twin Vortices Series), con rotores de cuatro lóbulos helicoidales. Este compresor posee una eficiencia y diseño mejorados, y puede encontrarse en vehículos como el Audi S4, Corvette ZR1 o Jaguar XKR.
 

Compresor Lysholm o Twin-Screw

Compresor Supercargador Lysholm
A simple vista un compresor Lysholm puede parecer muy similar a uno tipo Root, pero no lo es. Dispone de dos rotores que no son iguales, con lóbulos helicoidales que encajen unos con otros, y con sección ligeramente cónica. Estos rotores giran engranados uno con otro, de forma que la holgura entre los lóbulos es mínima.

Por un lado, debido a la conicidad de los rotores, la cámara de aire entre lóbulos va disminuyendo de volumen a medida que avanza, por lo que se comprime el aire. A diferencia de un tipo Root, el aire además de avanzar, también sale comprimido. Por otro lado, girar engranados, el juego u holgura entre rotores es ínfimo, por lo que hay menor pérdida de aire de admisión entre los lóbulos.
 

Compresor tipo G o Scroll

El compresor tipo G está formado por dos sus correspondientes carcasas que hacen las veces de cártel y por dos circuitos o acanaladuras por donde circula el aire y que tienen forma de espiral. Una de ellas está fija, y recibe el nombre de estator, mientras que la otra se mueve de forma oscilante dentro de ella, llamándose rotor. Este complicado movimiento difícil de visualizar da lugar a una serie de bolsas o cámaras de aire, que entran por la parte externa y salen por el centro (de ahí que este compresor sea de tipo centrífugo – el aire fuga o escapa por el centro -). A medida que estas cámaras avanzan por el recorrido, debido al movimiento oscilante del rotor, van disminuyendo su volumen, y por tanto, comprimiendo el aire. En este enlace puedes ver un gift de cómo es ese movimiento.

Este tipo de compresores se dejó de utilizar en los 90 debido a los problemas de estanquidad y lubricación que presentaba. Los compresores Scroll los podemos encontrar, por ejemplo, en los VW Polo, Golf y Corrado G40 y G60.

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  • Leonmafioso

    Los fabricantes ofrecen normalmente sobrealimentadores volumétricos, sin embargo en el aftermarket existen también los sobrealimentadores del tipo centrífugo, cuyo diseño recuerda a un turbo, pero con las ventajas de tener presión de soplado desde bajas rpm.