Hemos estado persiguiendo caballos de fuerza desde que el motor de combustión interna cobró vida por primera vez. La solución de fuerza bruta es simple: agrandar el motor. Pero los grandes desplazamientos vienen con equipaje. Agrega peso. Quema más combustible. Cuesta más construir y seguir funcionando. A veces, más grande no es mejor.
La jugada más inteligente es la eficiencia. Se toma un motor de tamaño estándar y se lo obliga a respirar más fuerte. Introduces más aire en la cámara de combustión. Más oxígeno le permite inyectar más combustible. Más combustible significa una explosión más violenta. Más explosión significa más caballos de fuerza.
Ingrese el sobrealimentador.
Este dispositivo es la herramienta principal para la inducción de aire forzado. No es sólo un truco. Es una necesidad mecánica para los conductores que desean una respuesta inmediata del acelerador sin esperar a que los gases de escape hagan girar una turbina. En este artículo, desglosamos exactamente qué es un sobrealimentador, cómo manipula la presión y en qué se diferencia de su primo impulsado por escape.
Un sobrealimentador es cualquier dispositivo que presuriza la entrada de aire por encima de la presión atmosférica.
Técnicamente, tanto los sobrealimentadores como los turbocompresores realizan esta misma función. De hecho, la palabra “turbo” es sólo una abreviatura de “turbosobrealimentador”. Comparten un objetivo. Difieren en la ejecución.
La diferencia fundamental radica en la fuente de energía. Un turbocompresor es pasivo. Utiliza la energía residual de los gases de escape para hacer girar una turbina, que luego comprime el aire entrante. Un sobrealimentador está activo. Está vinculado mecánicamente al cigüeñal del motor mediante una correa o cadena. El motor lo impulsa. El motor extrae la potencia de su propia salida para impulsar más aire hacia su interior.
Es una compensación directa. Obtiene una respuesta instantánea, pero la paga con una pérdida parasitaria.
Antes de profundizar en la mecánica de cómo estos impulsores y tornillos realmente mueven el aire, una rápida aclaración. Cuando hablamos de sobrealimentadores, nos referimos al sistema mecánico de inducción forzada para motores de gasolina. No estamos hablando de la red de carga patentada de Tesla. Ese es un tipo de “súper” completamente diferente.
Conceptos básicos del sobrealimentador
El golpe de admisión es engañosamente simple. Un pistón cae. Se forma un vacío dentro del cilindro. La presión atmosférica, hambrienta de igualarse, fuerza el aire hacia la cámara de combustión. Ese aire sólo está esperando a su compañero. El combustible ingresa a la mezcla, creando la carga. Esa es energía potencial. Se queda ahí, inerte, hasta que se dispara la bujía. Comienza la combustión. La oxidación atraviesa el combustible y libera energía térmica. La presión aumenta por encima de la culata. El pistón se golpea hacia abajo. Ese movimiento lineal viaja a través del cigüeñal y eventualmente hace girar las ruedas.
Más potencia requiere una explosión mayor. Las explosiones más grandes necesitan más combustible. Pero no se puede simplemente echar más gasolina al cilindro. La estequiometría importa. Necesitas oxígeno para quemar el combustible. En ralentí o crucero en carretera, el motor funciona con una relación aire-combustible pobre de 14,7:1. Una parte de combustible, catorce coma siete partes de aire. Cuando pisas el acelerador, esa relación cae. Quizás 12:1. Te estás haciendo rico para maximizar el poder.
¿Quieres ejecutar esa rica mezcla? Necesitas más oxígeno. Necesitas más aire. Eso es exactamente lo que hace un sobrealimentador.
Comprimir aire para obtener más potencia
Un sobrealimentador fuerza la entrada de aire al motor a presiones más altas que la atmósfera circundante. No se requiere vacío. Es un desplazamiento positivo. El resultado es una carga más densa. Una carga más densa significa que puedes inyectar más combustible. Más combustible y más aire significan más torque y caballos de fuerza. Las ganancias son mensurables. En promedio, estás viendo un aumento del 46 por ciento en caballos de fuerza y un aumento del 31 por ciento en el torque.
Esto es particularmente útil en entornos de gran altitud. El aire enrarecido significa menos oxígeno. Los motores se ahogan. Un sobrealimentador compensa comprimiendo ese aire fino, entregando una carga densa y de alta presión a los cilindros. El rendimiento se mantiene constante independientemente de la elevación.
El enlace mecánico
Aquí es donde se diferencia de un turbocompresor. Los turbos utilizan gases de escape para hacer girar una turbina. Los sobrealimentadores son accionados por correas. Obtienen energía directamente del cigüeñal del motor. Una correa accesoria se enrolla alrededor de una polea conectada a un engranaje impulsor. Ese engranaje hace girar el engranaje del compresor. En el interior, rotores o tornillos atrapan el aire, lo exprimen en un volumen menor y lo vierten en el colector de admisión.
Las matemáticas son implacables. Para presurizar el aire de forma eficaz, el compresor debe girar más rápido que el propio motor. El engranaje impulsor es más grande que el engranaje del compresor. Esta relación de transmisión crea velocidad. El compresor puede alcanzar entre 50.000 y 65.000 RPM. Lo suficientemente rápido como para nublar tu visión.
A 50.000 RPM, estás viendo un aumento de 6 a 9 psi. Eso son libras por pulgada cuadrada por encima de la presión atmosférica. Al nivel del mar, la presión atmosférica es de 14,7 psi. Agregue 9 psi de impulso y estará ingresando aproximadamente un 50 por ciento más de aire al motor del que normalmente ingeriría.
El problema del calor
La compresión genera calor. La física no negocia. El aire caliente se expande. Es menos denso. El aire menos denso contiene menos moléculas de oxígeno por pulgada cúbica. Menos moléculas de oxígeno significan una explosión más débil. Si alimenta aire caliente y sobrealimentado directamente al motor, pierde eficiencia. Desperdicias el trabajo de compresión que acabas de hacer.
La solución es el intercooler. Enfría el aire comprimido antes de que llegue al colector de admisión. Hay dos tipos principales: aire-aire y aire-agua. Ambos funcionan como radiadores. El refrigerante o el aire ambiente fluye a través de una matriz de tubos. El aire caliente del sobrealimentador pasa por encima o a través de estos tubos. Transferencias de calor. El aire se enfría.
El aire frío es más denso. Un aire más denso significa más oxígeno. Más oxígeno permite más combustible. Más combustible crea una explosión más caliente y poderosa. El ciclo se completa. El motor genera potencia.
Supercargadores de raíces
El diseño más antiguo. El soplador de raíces. No comprime el aire dentro de la carcasa. Lo atrapa. Dos rotores lobulados giran en direcciones opuestas. Llevan el aire desde la entrada hasta la salida. La compresión se produce aguas abajo, en el colector de admisión. Es sencillo. Confiable. Barato de hacer. Pero es ineficiente. Empuja mucho aire, pero gran parte de esa energía se destina a calentar la carga en lugar de aumentar la presión. Aún así, proporciona una respuesta instantánea del acelerador. Sin retraso. Sólo poder.
Roots: el soplador de aire original
Las unidades Roots son la opción clásica por su apariencia, no por su eficiencia. Los ves por todas partes en hot rods y muscle cars porque exigen atención. Se ubican en lo alto del compartimiento del motor, lo que a menudo obliga al capó a permanecer abierto. Pero detrás de esa postura teatral se esconde un diseño que es más antiguo que el auto de tu abuelo. Philander y Francis Roots patentaron el concepto en 1860. No era por la velocidad. Era para ventilación del pozo de la mina. Avance rápido hasta 1900, y Gottleib Daimler colocó uno en el motor de un automóvil. El técnico había llegado.
La mecánica es sencilla. Dos rotores lobulados giran dentro de una carcasa. Se entrelazan pero no se tocan. A medida que giran, el aire queda atrapado en los espacios entre los lóbulos. Los rotores transportan ese aire desde el lado de admisión al lado de escape. No se produce compresión dentro de la propia unidad. El aire simplemente ingresa en trozos al colector de admisión. Esa afluencia repentina crea una presión positiva. Es un soplador de desplazamiento. Por eso se quedó el término “soplador”. Es esencialmente una bomba de aire con un nombre elegante.
Hay un problema. Son pesados. Y son ineficientes. Debido a que mueven el aire en ráfagas discretas en lugar de una corriente suave, desperdician energía. Un sobrealimentador Roots es el tipo menos eficiente disponible. Si busca caballos de fuerza por dólar, busque en otra parte. Si quieres el sonido y la postura, es difícil de superar.
Doble tornillo: eficiente y compacto
Los sobrealimentadores de doble tornillo resuelven el problema de la eficiencia. Parecen dos tornillos unidos. Los lóbulos entrelazados comprimen el aire a medida que giran. A diferencia del diseño Roots, la compresión se produce dentro de la carcasa. Esto significa menos peso, menor huella y una eficiencia térmica significativamente mejor.
Son más complejas que las unidades Roots. Los rotores deben estar perfectamente sincronizados. Pero el resultado es una entrega de potencia más suave. No más ráfagas. Sólo un impulso constante y continuo. Esto los hace ideales para vehículos de calle donde la facilidad de conducción es importante. No sobresalen del capó como una unidad Roots. Se guardan cuidadosamente y, a menudo, se integran directamente en el colector de admisión.
¿Cuál es mejor? Para pura potencia en la pista, una unidad Roots grande podría ganar en volumen. Para un tranvía equilibrado, el doble tornillo es la opción de ingeniería más inteligente. Es el término medio entre la fuerza bruta y la precisión.
Cómo funcionan realmente los sobrealimentadores de doble tornillo
A diferencia del soplador Roots que simplemente empuja aire hacia la entrada, un sobrealimentador de doble tornillo comprime la carga dentro de la carcasa. Utiliza dos rotores engranados con lóbulos helicoidales que se giran entre sí. Mientras giran, atrapan bolsas de aire. Pero aquí está la diferencia. Los rotores son cónicos. Se estrechan desde la entrada hasta la salida. Esto significa que el espacio dentro de cada bolsillo se reduce a medida que el aire se mueve a través de la unidad. El volumen disminuye. La presión aumenta. Es una compresión de desplazamiento positivo que ocurre en tiempo real.
Este diseño es mecánicamente superior en términos de eficiencia. Mueve más aire con menos pérdida parasitaria que un sistema Roots. Pero la fabricación de precisión los encarece. Las tolerancias entre los rotores y la carcasa son más estrictas que en casi cualquier otro componente de inducción forzada. Si las piezas no son perfectas, el sobrealimentador falla. O hace un sonido como el de un motor a reacción.
A menudo se encuentran encima del compartimento del motor. El diseño se asemeja a un soplador Roots. Pero el perfil de ruido es diferente. La descarga de alta presión crea un chirrido distintivo. Es un grito agudo que atraviesa la cabina. Los constructores tienen que luchar con este sonido. Necesitas aislamiento. Es necesario un encaminamiento cuidadoso de la tubería de entrada para amortiguar la frecuencia. Sin él, la cabina se convierte en un lugar incómodo para viajes largos.
Sobrealimentadores centrífugos
La lógica cambia cuando nos fijamos en los sobrealimentadores centrífugos. No atrapan aire en bolsas. Lo tiran. Dentro de la carcasa se encuentra una rueda de compresor. Parece una turbina. Gira a miles de RPM. A medida que la rueda gira, atrae aire hacia el centro. La fuerza centrífuga empuja el aire hacia las paredes de la carcasa. El aire se acelera. La presión aumenta. La velocidad aumenta.
Esta es la compresión dinámica. Funciona más como un turbocompresor que como un soplador. No existe conexión mecánica entre el eje y la rueda. Una correa impulsa el eje de entrada. La reducción de engranajes dentro de la unidad hace girar la rueda del compresor mucho más rápido que el motor. Las proporciones típicas son 3,3:1. Algunas unidades llegan hasta 8:1 o más. Cuanto más rápido gira la rueda, más aire arroja.
La curva de eficiencia es donde brilla este diseño. A bajas RPM, un sobrealimentador centrífugo produce poco o ningún impulso. Se siente como un motor de serie. Obtienes una aspiración natural. A medida que aumenta la velocidad del motor, el impulso aumenta linealmente. Alcanza su punto máximo en la parte superior del rango de revoluciones. Esto coincide con el comportamiento de los motores de aspiración natural. Muchos entusiastas prefieren esta sensación. No te golpea en el pecho al ralentí. Se desarrolla a medida que abres el acelerador.
Hay una compensación. La entrega de energía está retrasada. Tienes que esperar a que las RPM aumenten antes de que se active el impulso. Carece de la respuesta instantánea del acelerador de una unidad de raíz o de doble tornillo. Puedes sentir el retraso. No es retraso del turbo. No hay gases de escape que acumular. Es simplemente inercia. El pesado volante y la rueda del compresor tardan en acelerarse. Hasta que lo hagan, sólo estarás hilando metal.
El ruido también aquí es diferente. Es un gemido de alta frecuencia. Suena como un motor a reacción despegando. Es menos un gemido mecánico y más un aullido aerodinámico.
La mecánica del impulso
Dentro de la carcasa, un impulsor con forma de rotor gira a velocidades aterradoras, a menudo alcanzando entre 50.000 y 60.000 RPM. Aspira aire a través del cubo central. La fuerza centrífuga lanza ese aire hacia afuera contra las paredes de la carcasa del compresor. ¿El resultado? El aire sale del impulsor a una velocidad vertiginosa pero a una presión relativamente baja.
Eso cambia inmediatamente en el difusor. Este anillo de paletas estacionarias rodea el impulsor giratorio. Cuando el aire a alta velocidad golpea estas palas fijas, se ralentiza. La física toma el control: a medida que la velocidad cae, la presión aumenta. El difusor convierte la energía cinética en presión estática, suministrando aire comprimido denso al motor.
Por qué la centrífuga gobierna la calle
Entre todos los métodos de inducción forzada, los sobrealimentadores centrífugos se consideran ampliamente los más eficientes. Son compactos, livianos y se atornillan en la parte delantera del motor en lugar de estar encima. Este diseño mantiene el centro de gravedad bajo y la línea del capó elegante.
También tienen una personalidad distinta. El chirrido a altas RPM es inconfundible. Suena como el motor de un avión en marcha, un sonido que llama la atención ya sea que estés en un semáforo o en una reunión de autos.
Los fabricantes conocen este atractivo. Varios modelos 2021 vinieron equipados con estas unidades directamente de fábrica. El Jaguar XF, el Dodge Charger, el Volvo S90 y el Ford Mustang cuentan con sobrealimentadores centrífugos OEM. Ofrecen ese golpe de inducción forzada sin el volumen de un soplador tradicional.
DIY Boost y Drag Racing
No es necesario comprar un automóvil nuevo para obtener este rendimiento. Los kits del mercado de accesorios están disponibles para una amplia gama de vehículos. Muchas empresas venden paquetes de instalación completos que incluyen todo el hardware necesario. Es un proyecto factible de hacerlo usted mismo para quienes tienen aptitudes mecánicas.
Esta personalización es fundamental en el mundo de los coches divertidos y los corredores de combustible. Los entusiastas modifican los motores originales para sobrevivir a presiones extremas. No se trata sólo de velocidad; se trata de ingeniería de confiabilidad bajo estrés.
Mientras que algunos fabricantes los instalan en la fábrica, otros dejan que la comunidad del mercado de repuestos impulse la innovación. La barrera de entrada nunca ha sido tan baja. Puedes entrar a una tienda, apuntar a un automóvil y salir con mucha más potencia.
El poder de la presión
¿Por qué los entusiastas prefieren este método a los turbocompresores? La respuesta está en la entrega. Un sobrealimentador centrífugo proporciona energía lineal. A medida que presiona el acelerador, el impulso aumenta progresivamente. No hay retraso. No hay que esperar a que los gases de escape hagan girar una turbina. Cuando quieres poder, lo tienes ahí.
Esta conexión directa cambia tu forma de conducir. Sientes cada gramo de compresión. El motor respira mejor a altas RPM, liberando caballos de fuerza a los que las tomas originales simplemente no pueden acceder. Es un vínculo mecánico entre el pie y el pistón.
¿Es la única forma de agregar impulso? No. Los turbos son térmicamente más eficientes en muchos escenarios. Pero para una respuesta inmediata del acelerador y ese gemido característico, el sobrealimentador centrífugo sigue siendo la mejor opción.
¿La compensación? Obtiene energía del cigüeñal. Hay una pérdida parasitaria. Estás gastando parte de esa potencia ganada sólo para hacer girar el soplador. Pero para muchos conductores, la compensación vale la pena. La instantánea oleada de poder se siente cruda. Se siente real.
solo estamos rascando
¿Por qué el impulso atornillado supera al carrete impulsado por escape?
El beneficio principal de colocar un sobrealimentador en un motor original es la potencia instantánea y tangible. Transforma a un conductor cotidiano y mundano en una máquina que parece esconder un V8 o V6 mucho más grande y potente debajo del capó. Pero cuando estás parado en el pasillo de una tienda de repuestos, dividido entre una configuración de supercargador o turbocompresor, la decisión se vuelve complicada. Los entusiastas discuten hasta que les sangran los nudillos. Los ingenieros se encogen de hombros. ¿La verdad? Los sobrealimentadores ofrecen distintas ventajas que los turbocompresores simplemente no pueden igualar en escenarios específicos.
La victoria más evidente es la ausencia de retrasos.
Los turbocompresores sufren retrasos porque dependen de la velocidad de los gases de escape para hacer girar una turbina. Eso lleva tiempo. Presionas el pedal. El motor respira. El escape genera presión. La turbina gira. Entonces obtienes poder. Los sobrealimentadores evitan por completo este retraso. Son accionados directamente por el cigüeñal mediante una correa o cadena. Presiona el gas, el compresor gira, el aire ingresa a la cámara de combustión, boom. Respuesta instantánea del acelerador.
Sin embargo, no todos los supercargadores actúan igual. Las raíces y las unidades de doble tornillo dan su potencia a bajas RPM, lo que los hace sentir viscerales en el tráfico urbano o durante los pases a baja velocidad. Los sobrealimentadores centrífugos, por otro lado, imitan el comportamiento del turbo al volverse más eficientes a medida que el impulsor gira más rápido, alcanzando su potencia máxima a mayores RPM. Tú eliges tu personalidad.
Verificación de la realidad de instalación y mantenimiento.
Piense en la mano de obra involucrada. La instalación de un turbocompresor a menudo requiere soldadura, tuberías de escape personalizadas y modificaciones extensas en el sistema de escape. Es un proceso complicado e invasivo. ¿Un sobrealimentador? A menudo, se trata de un asunto complementario. Lo montas en la parte superior o lateral del motor, conectas la correa y listo. Esto los hace significativamente más baratos de instalar y mucho más fáciles de mantener.
Los hábitos de mantenimiento también han cambiado a lo largo de las décadas. Los propietarios de turbos de la vieja escuela tenían que dejar sus motores en ralentí durante 30 segundos antes de apagarlos para evitar que el aceite se coque en los cojinetes del turbo. Los turbos modernos tienen sistemas automatizados de circulación de aceite que se encargan de eso por usted, permitiéndole apagar el encendido en el momento en que estaciona. Los sobrealimentadores no tienen ese problema específico de choque térmico, pero sí exigen un calentamiento adecuado. Funcionan de manera más eficiente a temperaturas de funcionamiento normales, por lo que arrancar en frío y colocarlos inmediatamente en el suelo es una receta para el desgaste prematuro.
Curiosamente, esta simplicidad mecánica es la razón por la que los sobrealimentadores son equipo estándar en muchos motores de avión. Los aviones vuelan a altitudes donde el aire es escaso y el oxígeno escaso. Un sobrealimentador fuerza mecánicamente ese aire fino hacia la cámara de combustión, lo que permite que el avión ascienda más sin perder el rendimiento del motor. El principio es idéntico al de la versión para automóviles: compresión accionada por manivela, sin dependencia del flujo de escape.
El costo del aire libre
Aquí está el truco. Todo tiene un precio. La mayor desventaja del debate sobre sobrealimentador versus turbocompresor es también su característica definitoria. Debido a que el sobrealimentador está vinculado mecánicamente al cigüeñal, consume energía para girar. Roba caballos de fuerza del motor para generar impulso.
Estamos hablando de un importante impuesto a la energía. Un sobrealimentador puede consumir hasta el 20 por ciento de la potencia total de un motor sólo para funcionar por sí solo. Quizás se pregunte si esta compensación tiene sentido. Considere la compensación: un sobrealimentador típico puede generar un 46 por ciento de caballos de fuerza adicionales. Incluso después de pagar ese “impuesto” del 20 por ciento, todavía estás obteniendo una ganancia enorme. La mayoría de los entusiastas deciden que la compensación vale la pena.
Pero la tensión no se detiene en la transmisión. La sobrealimentación ejerce una inmensa presión sobre los componentes del motor. Las explosiones dentro de los cilindros son más grandes, más duras y más calientes. Si atornilla un sobrealimentador a un bloque de motor original débil, también podría estar tirando dinero por la ventana. Es probable que el motor falle.
Los fabricantes lo saben. Es por eso que los motores sobrealimentados vienen con componentes internos de alta resistencia: pistones más fuertes, cigüeñales reforzados y sistemas de refrigeración mejorados. Esta durabilidad tiene un precio. Los vehículos sobrealimentados cuestan más para comprar. Cuestan más de mantener. Y exigen combustible premium de alto octanaje para evitar la detonación, que se acumula en el surtidor.
¿Vale la pena el impulso?
A pesar del mayor costo inicial y los requisitos de mantenimiento, los sobrealimentadores siguen siendo una de las formas más rentables de aumentar drásticamente la potencia. Estamos hablando de aumentos de potencia que van del 50 al 100 por ciento dependiendo de la configuración. Para competir, remolcar cargas pesadas o simplemente querer una descarga de adrenalina cada vez que ingresa a la autopista, el retorno de la inversión es difícil de ignorar.
Un sobrealimentador no necesariamente hará que su automóvil sea más rápido en un cuarto de milla en línea recta en comparación con un turbo bien ajustado (que puede alcanzar presiones inmensas), pero hace que el automóvil se sienta más rápido. La aceleración es lineal, inmediata y brutal.
Entonces, ¿vale la pena lo que cuesta un sobrealimentador? Depende de lo que valores. Si desea máxima potencia máxima y eficiencia de combustible a velocidades de crucero, un turbo podría ganar. Si desea una respuesta instantánea del acelerador, una instalación más sencilla y una curva de potencia lineal que se siente como la de un motor más grande, el sobrealimentador es el rey. Pero recuerde, usted está pagando por esa inmediatez con más caballos de fuerza robados de la manivela y más dinero gastado en gasolina premium.
El fallo técnico
¿Cómo funciona un sobrealimentador?
Presuriza la entrada de aire a niveles superiores a la presión atmosférica. A diferencia de un turbo, que utiliza el flujo de escape, un sobrealimentador funciona mecánicamente mediante una transmisión por correa o cadena conectada al cigüeñal del motor.
¿Cuántos caballos de fuerza agrega un sobrealimentador?
Espere un aumento en la potencia del motor de entre un 30 y un 50 por ciento en promedio. Si bien el sobrealimentador consume alrededor del 20 por ciento de la energía para funcionar, la ganancia neta generalmente ronda el 46 por ciento de aumento en la potencia total.
¿Valen la pena los sobrealimentadores?
Ofrecen una compensación directa. Obtienes mayor potencia y una experiencia de conducción que imita un motor más grande. Pero se acepta un mayor consumo de energía para impulsar la unidad y una mayor tensión en los componentes del motor, lo que requiere mayor mantenimiento y mejor combustible.
