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Sobrealimentador mecánico Jaguar

Tras una larga espera empezamos con la segunda parte de esta serie dedicada a la sobrealimentación de motores. En solitario o acompañados, los compresores mecánicos fueron la primera manera de sobrealimentar los motores térmicos. Allá por 1885 Gottlieb Daimler adaptó una bomba de aire de tipo Roots que se utilizaba en los hornos metalúrgicos al motor de uno de sus vehículos, era el primer compresor mecánico para sobrealimentar motores del mundo.

Hoy vamos a tratar los compresores que son arrastrados por el motor, ya sea utilizando correas, cadenas o trenes de engranajes. Hay muchos tipos, pero de momento vamos a tratar los considerados como principales, que son a grandes rasgos los volumétricos y los centrífugos, aunque cada uno de los dos tipos tienen subvariantes.

Rotores desmontados compresor Roots

Compresores mecánicos volumétricos

Dentro de este tipo se agrupan muchos subtipos. A grandes rasgos se trata de bombas de aire que en cada ciclo desplazan un volumen determinado de aire. A pesar de ser los compresores con los que se empezó a sobrealimentar motores, su diseño y fabricación son complejos, por lo que antaño eran de manufactura bastante costosa.

Vamos a empezar por los tipos de compresores mecánicos volumétricos, sin ningún orden en especial, aunque sí que vamos a empezar por el tipo que inició la era de la sobrealimentación, los compresores de tipo Roots.

Sobrelimentador mecánico TVS (Roots) Chevrolet Corvette ZR1

Compresor tipo Roots

Los elementos principales de los compresores volumétricos de tipo Roots son la carcasa y los rotores. Los rotores van engranados entre ellos, por lo que a medida que giran, en los huecos formados por los rotores contra la carcasa se forman unas bolsas de aire, que a medida que los rotores giran avanzan hacia la salida del compresor.

Una vez la bolsa de aire queda abierta al hueco de salida del compresor, el aire es forzado a salir por dicho hueco, ya que los lóbulos de un rotor se meten en los huecos formados por los lóbulos del otro, de manera que donde antes había un hueco ya no lo hay y el aire viaja (idealmente) solo en una dirección. Los rotores pueden tener varios lóbulos, siendo los rotores más comunes los tres o cuatro lóbulos. En este enlace a Wikipedia tenéis una imagen esquemática.

El fabricante más conocido de compresores de este tipo es Eaton, que incluso desarrolló una variante del Roots, más eficiente, el compresor TVS (Twin Vortices Series), que equipan modelos como el Corvette ZR1 o los Audi con el motor 3.0 V6 TFSI. Este compresor cuenta con un avanzado diseño con rotores de cuatro lóbulos que lo hace más eficiente que los compresores Roots convencionales.

Motor con compresor Twin-Screw/Lysholm

Compresor Twin-Screw

Aunque el concepto es bastante similar al del compresor Roots, los compresores Twin-Screw (o Lysholm) tienen algunas diferencias notables. Para empezar, los rotores no son iguales ni tienen el mismo número de lóbulos. Uno tiene unos lóbulos que encajan dentro de los lóbulos del otro rotor de forma casi perfecta. Además al contrario que en los compresores Roots, los huecos donde el aire circula desde la admisión del compresor a la salida se hacen más pequeños a medida que avanzan, ya que sus rotores son ligeramente cónicos.

Esto hace que el aire se comprima más. Los compresores Twin-Screw tienen menos pérdidas de aire por holguras entre los lóbulos y la carcasa, por lo que es además más eficiente que un Roots, al dejar escapar hacia la admisión del compresor menos aire. Sin embargo esta mejora en la eficiencia paga un peaje y es la complejidad de fabricación de los rotores y la carcasa, que encarece este tipo de sobrealimentadores mecánicos.

Los fabricantes de compresores Twin-Screw más conocidos son Whipple o HPS, entre muchos otros. Entre los fabricantes que utilizan en la actualidad compresores Twin-Screw están Ford, Mazda y Mercedes, en algunos de sus famosos Kompressor, como el utilizado en el Mercedes SLK 230K o en el SL55 AMG.

Compresor G Volkswagen Corrado G60

Compresor tipo Scroll o compresor G

Otro de los compresores mecánicos volumétricos más conocidos es el compresor G, un complicado (de visualizar al menos) sistema de sobrealimentación de motores. En él existe un circuito fijo en la carcasa y un circuito móvil, ambos en forma de espiral, siendo el móvil el que arrastra la polea del compresor. Es poco visual de explicar con texto, pero intentaré hacerlo lo mejor posible. El aire entra por una toma situada en la zona más externa de la carcasa.

Ahí el aire queda atrapado por el movimiento excéntrico del circuito móvil entre la pared de ese y la pared del circuito fijo. El circuito móvil no gira, oscila de forma orbital, formando sucesivas bolsas de aire entre las paredes de los circuitos, bolsas que a medida que van avanzando por el laberinto del compresor G ven reducido el volumen disponible y aumentando con ello la presión.

G-Lader de un Volkswagen Corrado G60

En este link tenéis un gif de Creative Commons donde se ve perfectamente el funcionamiento de estos compresores. El aire entraría por la parte externa y saldría por el centro. Estos compresores son bastante complejos en su fabricación, aunque tienen pocas partes móviles y en teoría son bastante fiables.

Actualmente ningún fabricante de coches los monta, aunque si que existen fabricantes de este tipo de compresores, como Handtmann. Hace unos años Volkswagen equipaba a algunos de sus motores con estos sobrealimentadores G, como los que montaban los Polo, Golf o Corrado G40 y G60.

Compresor mecánico centrífugo

Compresores centrífugos

Hasta aquí hemos llegado con los compresores volumétricos, existen más tipos, pero actualmente están en desuso, por lo que vamos a pasar al siguiente tipo. Ya hemos salido de los compresores volumétricos y nos metemos en los compresores centrífugos. Estos no llevan la denominación volumétrico porque en cada ciclo no comprimen una cantidad o volumen fijo de aire, son de tipo dinámico.

Consiste en una caracola, muy similar a la de los turbos que veremos en la próxima entrega, en el interior de la cual se aloja un rotor, también denominado compresor. Este compresor es movido por el motor, la diferencia con otros compresores es que el rotor de un compresor centrífugo debe girar a muy alta velocidad para mover una cantidad de aire suficiente, para lo que se recurre a un grupo multiplicador de engranajes que transforma las revoluciones que llegan a la polea impulsora en un mayor número de ellas que permitan al rotor girar a una velocidad cercana a la óptima.

El aire entra en el compresor de forma axial, donde llega al rotor que se encuentra girando, el cual impulsa el aire de forma radial por fuerza centrífuga hacia la caracola y desde ahí hacia el intercooler o la admisión del motor. Son compresores muy eficientes y ofrecen unos incrementos de potencia bastante decentes, además de ser sencillos, lo que hace que existan multitud de fabricantes de componentes que los ofrecen como kits aftermarket para montar en prácticamente cualquier tipo de coches.

Compresión centrífugo montado en un coche

Además al tener entrada y salida por tubos, permite una flexibilidad que otros compresores no ofrecen, como separarlo del bloque para evitar transferencias de calor o mandar el aire por tubos hasta un intercooler situado en una posición más propicia para el enfriamiento del aire.

¿Coches que monten compresores centrífugos mecánicos? Actualmente ninguno, en la práctica a los fabricantes les sale mucho más rentable instalar turbocompresores que son similares a los compresores centrífugos y son bastante más eficientes, ya que recuperan parte de la energía perdida por el escape sin apenas lastrar al motor.

Pero estos son temas que trataremos en la próxima entrega dedicada a los turbos, ¡espero traerlo pronto para no haceros esperar tanto como para esta parte!

Fotografías | Flickr (Jaguar Cars MENA – I, Felix – II,Tonylanciabeta – V y VI, Mitch Barrie – VIII)
Fuentes | Fabricantes, Manual de AutomóvilesArias-Paz, The Automotive HandbookBosch, Wikipedia
En Motorpasión | Sobrealimentación de motores: Concepto y tipos

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