Sobrealimentación en un motor de combustión interna

Durante este mes estamos asistiendo a la campaña publicitaria de la Kawasaki Ninja H2 y. tras unos cuantos vídeos, parece que ha quedado bastante claro que el sistema de sobrealimentación estará encomendado a un compresor volumétrico en lugar de a un turbocompresor.... Espera, espera, que me he perdido en el primer “palabro” ¿sobrealimentación, compresor volumétrico, turbocompresor? ¿Y si explicamos un poco mejor, y con algo de detalle, lo que implica cada una de estas palabras y la tecnología que esconden? Vamos a ello.

El primer paso es entender que en un motor la mezcla de combustible con aire entra por el efecto de succión del pistón (o pistones), esta succión se hace a la presión atmosférica porque el aire de la calle empuja a través del carburador para rellenar el interior del cilindro. Este llenado suele hacerse a una velocidad algo menor de la ideal para conseguir rellenar el cilindro, pero el resultado no es malo del todo y el motor acaba funcionando. Ahora, si queremos aumentar el rendimiento de ese motor sin aumentar su cilindrada, la única opción que existe es sobrealimentarlo. Y esto se consigue con un mecanismo que comprima el aire a través de los conductos de admisión del motor. Así podremos mezclar más gasolina con ese aire “extra” y conseguiremos un mayor rendimiento. ¿Y cómo “empujamos” ese aire? Podemos utilizar un Ram-air, que cuanto más deprisa va la moto más aire entra en la caja del filtro del aire o usar un compresor. ¿Pero cómo movemos ese compresor? Ahí radica la mayor diferencia en los distintos sistemas de sobrealimentación.

Turbocompresor, turbina y compresor conectados

La explicación más sencilla es que un turbocompresor es un sistema en el que por un lado pasan los gases del escape incidiendo sobre una turbina que a su vez gira solidaria con un compresor centrífugo, este comprime aire en el sistema de admisión, ¿sencillo no? La presión y la cantidad de aire aspirada dependen directamente de la velocidad de giro del compresor. De esta manera a más revoluciones del motor tendremos más gases de escape y más revoluciones en el compresor que aumentará la presión en la admisión. Para evitar que esta presión sea excesiva se dispone de una válvula reguladora que deriva los gases del escape para que no sigan pasando por la turbina y así dejen de aumentar la presión. Esta válvula se llama waste-gate en inglés.

Uno de los principales problemas de un compresor es que el aire sale de él a una temperatura relativamente alta, con lo que de un plumazo perdemos la ventaja de tener un aire a más presión. Si este está demasiado caliente baja su densidad y se expande, con lo que no tendremos la cantidad necesaria para mezclarlo con nuestro combustible. La solución consiste en instalar un intercambiador de calor. Lo que se conoce como intercooler no es más que un radiador por el que pasa el aire para que se enfríe. El sistema puede ser aire-aire o aire-líquido, siendo este último el que más efectividad proporciona.

Otro detalle que hay que tener en cuenta es cómo se regula la presión de aire que entra en el motor. Esto se hace mediante una válvula de alivio. Mientras el motor está a pocas revoluciones el circuito va ganando presión conforme aumenta el régimen de giro del motor. Esta válvula funciona cuando soltamos de golpe el acelerador, para evitar una presión demasiado grande los gases se re-circulan de nuevo hacia el compresor en vez de hacia el motor. Quizá sea eso lo que oímos en el vídeo en el que disfrutamos del sonido del motor de la Kawasaki Ninja H2.

En la automoción también se utilizan turbocompresores de geometría variable, que no son más que compresores con los alabes (las paletas que empujan el aire) móviles en vez de fijos. Así, según sea el régimen, estos impulsan más o menos cantidad de aire al circuito. La pega es que estos sistemas son muy complicados y pesados como para acabar instalados en una moto. Pero como últimamente no acierto muchas predicciones, lo mismo los vemos dentro de nada.

Compresor volumétrico, accionado por el movimiento del motor

Ya hemos explicado que un turbocompresor utiliza la energía de los gases de escape para mover una turbina que a su vez mueve un compresor. Si simplificamos el sistema, quitamos la turbina del escape y movemos el compresor mediante engranajes, cadena o cualquier otro sistema conectado al cigüeñal o a otro mecanismo que gire en el motor, lo que tenemos se denomina compresor volumétrico.

El principal inconveniente de estos sistemas es que necesitan energía para moverse, con lo que disminuyen ligeramente el rendimiento final del motor. Si su aportación está por encima de esa pérdida conseguiremos incrementar las prestaciones. Como ventaja podemos indicar que no cuentan con el retardo de un turbocompresor, ya que en este el giro de la turbina depende de los gases del escape y la inercia que tiene la propia turbina y el compresor cuando empiezan a girar o tienen que dejar de girar. Aquí, con un compresor volumétrico, a bajas revoluciones hay una presión, y esta va aumentando linealmente conforme aumentan las revoluciones del motor.

Si atendemos a los vídeos que nos ha presentado Kawasaki, este tipo de compresor es el que irá montado en el motor de la Kawasaki Ninja H2, aunque no será la primera vez que se instala en una moto, si que será el primero en hacerlo en un motor actual con gestión electrónica. Estoy seguro que esto hará que tanto la entrega de potencia, como su funcionamiento, sea algo nunca visto hasta la fecha. Si hace unos años ya pusieron al alcance de nuestra mano los sistemas de presurización dinámica como el Ram-Air, ahora con un compresor volumétrico las potencias seguro que escalaran un par de peldaños.

De ahí a que esta tecnología llegue a la competición no creo que pase demasiado tiempo. Aunque muchos se empeñan en decir que no llegarán por los actuales reglamentos, si las demás fábricas ven que Kawasaki empieza a vender muchas de estas Kawasaki Ninja H2 no creo que tarden en aplicar la misma tecnología a sus motos. De ahí a los circuitos hay muy poca distancia.

Espero haber sido lo suficientemente claro con las explicaciones. Y ruego a los más entendidos y técnicos que tengan piedad conmigo, porque un tema así da para mucho, pero hay que condensarlo de manera que sea asequible para todo el mundo aunque no tengan una base técnica muy amplia. A continuación podéis ver un vídeo explicativo sobre cómo funciona un turbocompresor.

Por último, y por si alguien quiere leer más sobre el tema, os dejo el enlace a los artículos que publicaron en Motorpasión hace unos meses.

Fotos vía | Wikimedia 1 y 2
Vídeo vía Youtube | Take Off Briefing
Datos técnicos | Sistemas auxiliares del motor por J. Pardiñas, Editex