Sopladores mecánicos. Qué son
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En el proceso de producción de automóviles, los ingenieros no solo piensan en la introducción de tecnología de punta, apariencia moderna y seguridad de primera clase. Hoy en día, los motores de combustión interna de automóviles intentan hacer menos y obtener más eficiencia. La introducción de un sobrealimentador mecánico es una de esas formas: "exprimir" al máximo, incluso de un pequeño motor de 3 cilindros.
¿Qué es un compresor mecánico, cómo está organizado y funciona, cuáles son sus ventajas y desventajas? Hablemos de esto más adelante.
¿Qué es un sobrealimentador mecánico?
Un soplador mecánico es un dispositivo que suministra aire a la fuerza a alta presión para aumentar la masa de la mezcla de aire y combustible. El compresor es impulsado por la rotación de la polea del cigüeñal, por regla general, el dispositivo se comunica a través de una correa. La compresión de aire forzada con un turbocompresor mecánico proporciona un 30-50% adicional de la potencia nominal (sin compresor).
Cómo funciona la presurización mecánica
Independientemente del tipo de diseño, todos los ventiladores están diseñados para comprimir aire. El compresor de accionamiento comienza a funcionar tan pronto como arranca el motor. El cigüeñal, a través de una polea, transmite par al compresor, y que, a su vez, al girar las palas o rotores, comprime el aire de admisión, lo suministra a la fuerza a los cilindros del motor. Por cierto, la velocidad de funcionamiento del compresor es muchas veces mayor que la velocidad del cigüeñal del motor de combustión interna. La presión generada por el compresor puede ser interna (creada en la propia unidad) y externa (la presión se crea en la línea de descarga).
Dispositivo de presurización mecánica
Un sistema de propulsión de soplador típico consta de lo siguiente:
- directamente el compresor;
- la válvula del acelerador;
- válvula de bypass con amortiguador;
- filtro de aire
- medidor de presion;
- un sensor de temperatura del colector de admisión y un sensor de presión absoluta.
Por cierto, para los compresores cuya presión de funcionamiento no supere los 0,5 bar, no se requiere la instalación de un intercooler; basta con mejorar el sistema de refrigeración estándar y proporcionar una entrada fría en el diseño.
El soplador de aire está controlado por la posición del acelerador. Cuando el motor está al ralentí, existe la posibilidad de sobrepresión en el sistema de admisión, lo que pronto provocará un mal funcionamiento del compresor, por lo que aquí se proporciona un amortiguador de derivación. Parte de este aire regresa al compresor.
Si el sistema está equipado con un intercooler, el grado de compresión del aire será mayor debido a una disminución de su temperatura de 10 a 15 grados. Cuanto menor sea la temperatura del aire de admisión, mejor será el proceso de combustión, se excluye la detonación y el motor funcionará de manera más estable.
Tipos de accionamiento de presurización mecánica
Durante décadas de uso de un compresor mecánico, los fabricantes de automóviles han utilizado varios tipos de propulsión, a saber:
- transmisión directa: directamente desde el acoplamiento rígido con la brida del cigüeñal;
- cinturón. El tipo más común. Se pueden utilizar correas dentadas, correas lisas y correas acanaladas. La transmisión se nota con un rápido desgaste de la correa, así como con la probabilidad de deslizamiento, especialmente con el motor frío;
- cadena: similar a un cinturón, pero tiene la desventaja de un mayor ruido;
- engranaje: también hay un ruido excesivo y grandes dimensiones de la estructura.
Tipos de compresores mecánicos
Cada uno de los tipos de sopladores tiene una propiedad de rendimiento individual y hay tres tipos de ellos:
- compresor centrífugo. El tipo más común, que se parece mucho a un turbocompresor de gases de escape (caracol). Utiliza un impulsor cuya velocidad de rotación alcanza las 60 rpm. El aire ingresa a la parte central del compresor a alta velocidad y baja presión, y en la salida la imagen se invierte: el aire se suministra a los cilindros a alta presión, pero a baja velocidad. En los automóviles modernos, este tipo de supercargador se usa junto con un turbocompresor para evitar el retraso del turbo. A bajas velocidades y condiciones transitorias, el variador “caracol” suministrará aire comprimido de manera estable;
- tornillo. Los principales elementos estructurales son dos tornillos cónicos (tornillos) instalados en paralelo. El aire que ingresa al compresor primero pasa por la parte ancha, luego se comprime debido a la rotación de dos tornillos que giran hacia adentro. Se instalan principalmente en automóviles caros, y el precio de un compresor de este tipo es considerable: la complejidad del diseño y la eficiencia afectan;
- cam (raíces). Es uno de los primeros sobrealimentadores mecánicos que se instalará en motores de automóviles. Las raíces son un par de rotores con una sección de perfil compleja. Durante el funcionamiento, el aire se mueve entre las levas y la pared de la carcasa, comprimiéndose así. La principal desventaja es la formación de una presurización excesiva, por lo tanto, el diseño prevé un embrague electromagnético para controlar el compresor o una válvula de derivación.
Los compresores mecánicos se pueden encontrar en las máquinas de fabricantes conocidos: Audi, Mercedes-Benz, Cadillac y otros. Se instalan en motores de gran volumen o en un automóvil pequeño junto con una turbina alimentada por energía de gas.
Ventajas y desventajas de un circuito de supercargador mecánico
En cuanto a las desventajas:
- accionar el compresor por medio de un accionamiento desde el cigüeñal, por lo que el sobrealimentador quita parte de la potencia, aunque la compensa con éxito;
- alto nivel de ruido, especialmente a velocidades medias y altas;
- a una presión nominal superior a 5 bar, es necesario cambiar el diseño del motor (instalar pistones fuertes con bielas, reducir la relación de compresión instalando una junta de culata gruesa, montar un intercooler);
- mala calidad de los compresores centrífugos no estándar.
En cuanto al fondo:
- par estable ya desde el ralentí;
- la capacidad de operar el automóvil sin la necesidad de aumentar la velocidad del motor por encima del promedio;
- trabajo estable a alta velocidad;
- en relación con un turbocompresor, los ventiladores son más baratos y fáciles de mantener, y no es necesario rediseñar el sistema de aceite para suministrar aceite al compresor.
Preguntas y respuestas
¿Cómo funciona un soplador mecánico? La carcasa del ventilador tiene un difusor. A medida que gira el impulsor, se aspira aire y se dirige hacia el difusor. Desde allí, ingresa a la cavidad que consume este aire.
¿Para qué está diseñado un soplador mecánico y cómo funciona? Esta unidad mecánica comprime el gas sin enfriarlo. Dependiendo del tipo de soplador (el diseño del mecanismo de recolección de gas), puede crear una presión de gas superior a 15 kPa.
¿Qué tipo de sopladores hay? Los ventiladores más habituales son los centrífugos. También hay tornillo, leva y pistón rotativo. Cada uno de ellos tiene sus propias peculiaridades de trabajo y la presión generada.
