MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA. Historia de la sobrealimentación. El turbocompresor

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL[pic 1][pic 2]

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Índice.

Introducción.

El uso de elementos cuya función es sobrealimentar motores viene dado por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que incrementar la cilindrada. El aumento de la potencia depende de la cantidad de combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del número de revoluciones. Sin embargo, tanto en los motores diésel como en los de gasolina, por mucho que se incremente la cantidad de combustible que se introduce en la cámara de combustión, no se conseguirá aumentar su potencia sino se cuenta con la cantidad de aire (oxígeno) para poder quemarse

Así pues, sólo conseguiremos aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el régimen del motor, si conseguimos colocar en el interior del cilindro un volumen de aire o de mezcla de aire y gasolina mayor que la que hacemos entrar en una "aspiración normal" (motores atmosféricos) para así poder conseguir una combustión más eficiente.

En la actualidad estos sistemas no sólo son importantes por ayudar a incrementar la potencia, pues al proporcionar también una mejora en la eficiencia de combustión su aportación al cuidado del ambiente es innegable.

Es por esto que en este trabajo hablaremos precisamente de aquellos elementos o sistemas que se encargan de realizar el trabajo de sobrealimentar motores (en específico los de gasolina, debido a lo extenso del tema) como los son los compresores conocidos también como turbocompresores y supercargadores.

Historia de la sobrealimentación. El turbocompresor.

La sobrealimentación ha acompañado a los motores desde los principios de la automoción. El primer diseño de un compresor para ser aplicado a un motor de combustión interna fue de Gottlieb Daimler y lo hizo en el año 1885. Desde entonces y hasta el día de hoy, la historia de la sobrealimentación ha ido fluyendo a la par que los motores de combustión interna.

A pesar de sobrealimentar motores de tiempos inmemoriales, la industria donde mayor evolución e implantación tuvo la alimentación forzada fue la aeronáutica. Los motores de pistones que utilizaban los aviones perdían rendimiento a medida que aumentaban la altura a la que volaban al bajar la presión y densidad del aire, por lo que para compensar, se optó por montar compresores mecánicos y turbocompresores a aquellos motores.

De ahí a pasar a los motores de la automoción como manera de extraer más potencia de los motores existentes, no hubo nada más que un corto paso. Este paso fue dado por el ingeniero suizo Alfred J. Buchí a principios del siglo pasado, al ser el primero en tener la idea de aprovechar la energía de los gases de escape del motor para mover un compresor. Este pensamiento llevó al ingeniero graduado con honores en el Colegio Cantonal de Tecnología de Zúrich a patentar el primer compresor el 16 de noviembre de 1905. Entre 1911 y 1914, el Buchí suizo trabajó febrilmente con el compresor aplicado a mecánicas diésel, y en 1915 ya había avanzado lo suficiente como para registrar una patente que describe los principios de funcionamiento del turbocompresor y que son casi exactamente los mismos que conocemos en la actualidad.

No obstante, pese a que Büchi es el incuestionable inventor de la sobrealimentación, no debemos olvidar que tanto el propio Daimler como Louise Renault ya habían patentado con anterioridad sistemas de compresión del aire de admisión mecánicamente por el propio motor, pero hasta entonces nadie se había planteado extraer la energía necesaria "robándosela" a los gases de escape. 

En años posteriores, el desarrollo del turbo se vio alentado gracias a las competiciones de vehículos deportivos, en estas competencias las rigurosas restricciones limitaban el volumen interno del motor, por lo que nació el afán por lograr que los modelos deportivos fueran más potentes sin saltarse por ello las reglas en cuanto al volumen, con esto se condujo a las marcas a reforzar sus esfuerzos en la experimentación con tecnología nueva. De esta manera, los tradicionales motores con válvulas en culata y varillas de empuje dieron paso a los propulsores con árboles de levas en cabeza. Los ingenieros trabajaron a toda marcha para que los motores pequeños fueran más rápidos, al tiempo que investigaban la manera de que los sistemas de alimentación de combustible fueran más eficientes. Este objetivo se tradujo en la consecución de un nuevo avance: el antiguo carburador cedió terreno ante la llegada de nuevos sistemas de inyección de combustible. Paralelamente a esta innovación, el concepto "turbo" empieza a extenderse, y con él la oferta de numerosas compañías especializadas en su fabricación, como Garrett (Honeywell), KKK, Holset, IHI, MHI (Mitsubishi) y BorgWarner, entre otras.

Sobrealimentación en la actualidad. Vistas al futuro.

En 1962 el primer automóvil de producción en masa fabricado en EEUU en tener un turbocargador de fábrica (el Oldsmobile Jetfire Turbo Rocket).

El desarrollo de los sobrealimentadores ha ido en aumento, además de que se han desarrollado nuevos métodos (por ejemplo, la inyección de agua desarrollado por BMW) para lograr el tan deseado aumento de potencia, logrando así motores mucho más pequeños y más eficientes.

En el caso de los turbocompresores, se desarrolló de forma relativamente reciente el turbocargador de geometría variable (TGV), con el nacimiento de este turbocompresor se pudieron resolver algunas problemáticas que los turbos tenían en el pasado, sobre todo la del llamado turbo-lag  que consiste en una pequeña demora en el uso pleno de la potencia debido a la cantidad de los gases en el escape.

Además del TVG se han desarrollado otros tipos de turbo que tratan de evitar los problemas relacionados con los turbocargadores anteriores. Algunos de estos sistemas son: el sistema biturbo, el twin turbo, el turbo cargador asimétrico y el biturbo secuencial (generalmente utilizado en motores Wankel). Recientemente con el surgimiento de vehículos híbridos y eléctricos se comenzó con el desarrollo de un turbo eléctrico, que aunque para coches de calle sigue en desarrollo, en vehículos competitivos como los de Formula-E ya es una realidad.

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