automotriz

1. SOBREALIMENTADORES E INTERCOOLER
INTRODUCCIÓN A LA SOBREALIMENTACIÓN.
La sobrealimentación nace en un intento por aumentar la potencia efectiva del motor
sin aumentar la cilindrada. Aumentar la potencia depende de la cantidad de
combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del número de revoluciones.
Pero tanto en motores de explosión por compresión (MEC o Diésel) como en los
motores de explosión provocada (MEP o de gasolina), por mucho que se aumente el
combustible que se hace llegar al interior de la cámara de combustión, no se consigue
aumentar su potencia si este combustible no encuentra aire suficiente para ser
quemado. Así pues, solo se consigue aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el
régimen del motor, mediante la colocación en el interior del cilindro de un volumen de
aire (motores Diésel) o de mezcla (aire y gasolina para los motores de gasolina) mayor
que la que se hace entrar en una "aspiración normal" (motores atmosféricos1).
Las relaciones entre las distintas variables que determinan la potencia de un motor se
pueden ver en la ecuación
E
Su uso en vehículos genera ciertos inconvenientes como son un aumento de las cargas
sobre el motor tanto mecánico como térmico y una disminución de la fiabilidad debida
a los fallos propios de este sistema. A pesar de ello en la actualidad está muy
extendido su uso tanto en motores MEP como en los MEC (donde resultan
“imprescindibles”) debido al considerable aumento de la potencia y la disminución del
peso y volumen específico del motor.

2. Definición: El supercargador, también conocido como sobre alimentador, es el
nombre con el que se denomina al compresor instalado a un motor de combustión con
el objetivo de generar una sobrealimentación para aumentar su potencia específica.
También se le llama Sobrecompresor cuando se instalan varios de ellos en serie, con
varias etapas, o por encima del sistema de carburación, para que el ciclo se cumpla
con un aire más denso y rico en oxígeno que a presión atmosférica.
Su funcionamiento consta básicamente en introducir aire a presión dentro del motor
utilizando la fuerza del mismo, (utilizando el cigüeñal para la transmisión de potencia)
para que el aire entre a los pistones y exista una mezcla de oxígeno y combustible más
rica y el pistón pueda trabajar más rápido.
HISTORIA DEL SUPERCARGADOR:
 En 1860 los hermanos Philander y Francis Marion Roots, fundadores de Roots
Blower Company de Connersville, Indiana, patentaron el diseño de un motor de
aire, para el uso en hornos y otras aplicaciones industriales.
 El primer motor de sobrealimentación del mundo puesto a prueba, totalmente
funcional, fue hecho por Dugald Clerk, utilizado en el primer motor a dos
tiempos en 1878.
 Gottlieb Daimler recibió la patente en Alemania para motores con
sobrealimentación con combustión interna en el año 1885.
 Louis Renault patentó un compresor centrífugo en Francia en 1902.
 Un gran auto de carreras fue construido por Lee Chadwick de Pottstown,
Pennsylvania en 1908 que, al parecer, alcanzó una velocidad máxima de
100mph (160km/h) utilizando el sistema de sobrealimentación.

3.  El primer carro producido en serie con supercargadores fue el Mercedes
6/25/40 hp y el Mercedes 10/40/65 hp. Ambos modelos fueron introducidos
en el año
 1921. Eran distinguidos como modelos "Kompressor", el cual fue el origen de
dicha línea que continúa hoy en día
 En el año 1878, Heinrich Krigar de Germany obtuvo la patente del primer
compresor tipo tornillo. Más tarde ese mismo año, obtuvo la patente de su
mismo diseño mejorado, en el que igualó la geometría de ambos componentes
giratorios del supercargador (aunque la tecnología del momento no permitía la
construcción de estas piezas).
 En 1935, Alf Lysholm patentó un diseño con 5 hembras y 4 machos rotores.
También patentó el método para mecanizar los rotores del compresor.
RELACIONES BÁSICAS DE LA TURBOALIMENTACIÓN
Entre motor y turbocompresor se plantean las siguientes ecuaciones de continuidad:
ma _ c ma _ em
mg _ sm mg _ t me _ wg
siendo:
Del acoplamiento mecánico y balance energético entre compresor y turbina podemos
obtener 2 relaciones:

4. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE SOBREALIMENTACIÓN.
Los sobre alimentadores se pueden clasificar según el procedimiento para mover el
compresor encontrándose diversos modelos.
Sobrealimentación mecánica.
fig. 1 Sobrealimentación mecánica.
En esta configuración el compresor es accionado por el motor al unir los ejes ya sea
directamente o mediante poleas o engranajes. La diferencia entre disponer de

5. sobrealimentación o no reside en que con sobrealimentación se obtiene una mayor presión.
En esta configuración el compresor ( C) absorbe el aire de la admisión y lo comprime.
Según las características técnicas requeridas puede disponer de un sistema enfriador (IC, un
intercambiador de calor) o no. De aquí el aire es llevado al motor(M). El compresor puede
ser de varios tipos1:
 Roots (lóbulos).
 Lysholm (tornillo).
 Alternativos (de pistones).
 Paletas deslizantes.
 Centrífugo.
fig. 2 Ciclo termodinámico en motores atmosféricos.
Si se comparan los ciclos termodinámicos de un motor sobrealimentado y uno atmosférico
se puede observar que hay una ganancia de trabajo sobre el pistón. De las fig. 2 Ciclo
termodinámico en motores atmosféricos. y fig. 3 Ciclo termodinámico en un motor
sobrealimentado 4T. el trabajo 4’’-0-0’-1’ es trabajo motor sobre el pistón y el trabajo para
comprimir es 0-1-1’-0’. El área rayada (4’’- 1-1’) es el trabajo teórico que absorbe el
compresor. En la realidad este es mayor pues se ve afectada por el rendimiento del
compresor. Por otro lado el trabajo absorbido es menor que 4’’00’1’ y la potencia necesaria
para comprimir es mayor que 0-1-1’-0’ debido, como se ha indicado, al efecto de los
rendimientos.

6. fig. 3 Ciclo termodinámico en un motor sobrealimentado 4T.
Al aumentar la presión máxima (P3) aumenta la presión media y se da una disminución del
η. Para valores bajos de presión la sobrealimentación mecánica es favorable pues aumenta
la potencia por unidad de masa sin alterar drásticamente las condiciones térmicas del motor.
En cambio para valores más altos esto cambia debido a una fuerte caída del rendimiento.
Arrastrados por los gases de escape.
En esta configuración se obtienen la energía por medio de una turbina que aprovecha la
entalpía de los gases de escape. Las diferencias fundamentales con la sobrealimentación
mecánica residen en que:
Al aumentar la presión de alimentación también aumenta la presión de escape.
Aparece el área de trabajo de la turbina en el ciclo termodinámico.
fig. 4 Esquema de un sistema de sobrealimentación arrastrada por los gases de escape.

7. fig. 5 Ciclo termodinámico de un motor con sobrealimentación arrastrada por los gases de
escape.
En esta configuración el compresor es centrífugo. Esta unido por un mismo eje a la turbina
(T) que es movida por los gases de escape del motor. El conjunto turbina compresor gira a
alta velocidad. Otra vez, el enfriador puede estar o no.
El ciclo termodinámico del motor varía pues se pueden alcanzar mayores volúmenes
específicos en el pistón. Las etapas del ciclo termodinámico son:
1-2: Compresión adiabática.
1-1’: En el compresor.
1’-2: En el cilindro.
3’-5: Expansión adiabática.
3’-4: en el cilindro.
4-5’’: en el escape a través de las válvulas.
5’’-5: en la turbina.
La presión a la entrada del compresor (P0) no es muy superior a la presión a la salida de la
turbina (P0’’) por lo que se puede despreciar el trabajo de bombeo sobre el pistón lo que
permite realizar la siguiente simplificación:

8. Mixtos.
fig. 6 Esquema de la configuración turbo-compound.
fig. 7 Esquema de la configuración gas potencial.
Si se requiere de mayores presiones el trabajo de la turbina crece mucho y se hace uso de
configuraciones turbo-compound y motor de gas potencial. En estas se aprovechan tanto los
gases de escape como el par motor.
CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES EN EL MERCADO
La forma de conseguir un aumento de la presión del aire necesario para la sobrealimentación
de motores es mediante la utilización de unas máquinas llamadas compresores. Se clasifican
en tres grupos:
fig. 8 Tipos de compresores para sobrealimentar un compresor.

9. *Volumétricos o de desplazamiento positivo. Son aquellas que cumplen el principio de
desplazamiento positivo, esto es, bajo las hipótesis de fluido incompresible, contorno de
volumen fluido rígido y ausencia de fugas entre las partes móviles, el caudal que la atraviesa
esta exclusivamente relacionado con el ritmo de variación de su cámara volumétrica. A este
grupo pertenecen los compresores de mando mecánico (accionados por el cigüeñal mediante
piñones o correa), ejemplos son los Roots o de lóbulos, Lysholm y el compresor G.
*Dinámicos o de no desplazamiento positivo. Se rigen por la denominada Ecuación de Euler
basada en la variación del momento cinético que experimenta el fluido a su paso por la
máquina Son los más importantes en la industria del automóvil por sus grandes prestaciones
y reducido tamaño. Son conocidos también como turbocompresores.
*Onda de presión. El único de este tipo es el comprex de la empresa Brown Boveri.
Los tipos de compresores existentes en el mercado son:
Compresor Lysholm.
fig. 9 Compresor Lysholm.
Se clasifica dentro de los compresores volumétricos o de desplazamiento positivo. Esta
compuesto por dos piezas helicoidales que giran engranadas. El aire entra entre estas dos
piezas que al girar disminuyen el volumen de las cavidades donde está alojado el aire y
aumentan su presión. Normalmente es movido por el cigüeñal a través de una correa y
presentan rendimientos del 80%. Se suele usar en motores gasolina (Mercedes).

10. Compresor “G”.
Se trata de in compresor de desplazamiento positivo compuesto por dos piezas que forman
un canal helicoidal. Una de las piezas es fija y la otra describe un movimiento circular (no
rotativo) mediante una excéntrica. El movimiento de la parte móvil va reduciendo el volumen
del canal espiral de manera que se fuerza al aire a salir por un extremo.
fig. 10 Funcionamiento de un compresor "G".
Son movidos por el árbol de levas y presentan rendimientos del 60%. Fueron usados por
Volkswagen pero presentaban problemas de lubricación y estanqueidad.
2.2.4.3. Compresor Wankel.
Se trata de una máquina pura de circulación, en las que no se comprime el aire internamente.
Genera una sobrepresión sin mucho aumento de la temperatura. Esta arrastrado por el motor.
Se obtienen rendimientos entorno al 50%.
fig. 11 Compresor Wankel.
Compresor Comprex.
De tipo mixto, es movido por el cigüeñal pero aprovecha los gases de escape para comprimir
mediante ondas de presión generadas entre las finas paredes radiales de un tambor. Presenta
la ventaja de su rapidez de respuesta al tomar energía del motor y su accionamiento sólo
requiere una parte muy pequeña de la potencia total. Por ello es un tipo de compresor que

11. funciona muy bien con los motores Diesel pero presenta desventajas como su complejidad
mecánica, funcionamiento ruidoso y costes de fabricación.
fig. 12 Compresor Comprex.
Compresor Roots o compresor de lóbulos.
Es el compresor de desplazamiento positivo más popular. Consta de un par de rotores en
forma de "ochos" conectados a ruedas dentadas que giran a la misma velocidad pero en
sentidos contrarios. Con esto se consigue bombear (aunque más correctamente lo impulsar)
y comprimir el aire conjuntamente. Los rotores se apoyan en unos cojinetes que nunca se
tocan entre si (por lo que no se desgastan).
El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y además empeora con el aumento del
régimen de giro. También el aire comprimido se calienta extraor-dinariamente. Y a altas
revoluciones mover el compresor le supone al motor una gran perdida de potencia. Para
reducir este esfuerzo marcas como la japonesa Mazda utiliza un compresor con polea de
accionamiento de diámetro variable.
Esto se consigue por medio de una polea que es acoplada al compresor por medio de un
sistema de electroimán .Por medio de un botón se pone en funcionamiento el compresor a
voluntad del conductor.

12. fig. 13 Fases de funcionamiento de un motor Roots.
INTERCOOLER.
El intercooler es un intercambiador de calor compacto de flujo cruzado, que puede ser aire
aire o aire-agua, este se encarga de enfriar el aire comprimido por el turbocompresor o
sobrealimentador de un motor de combustión interna, para que luego ingrese con una
mayor densidad, lo que aportara favorablemente a la combustión del mismo.
Fig. 2. 10 Sistema de admisión sobrealimentado.
Para evitar el problema del aire calentado al pasar por el rodete del compresor turbo se han
tenido que incorporar sistemas de enfriamiento del aire a partir de intercambiadores de
calor. El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en
su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire (a diferencia
del sistema de refrigeración del motor que se trataría de un intercambiador agua/aire).

13. Con el intercooler se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% (desde 100°C-
105°C hasta 60°C- 65°C) teniendo como resultado una notable mejora de la potencia y del
par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%).
Además se reduce el consumo y la contaminación.
Tipos de intercooler.
Regularmente los intercooler se clasifican por los fluidos que intervienen en su
funcionamiento, es así que los hay:
Aire a Aire:
En este caso, los fluidos que interactúan son, el aire de admisión que sale del compresor
del turbo con elevada temperatura y pasa por los ductos interiores, el mismo que cederá
calor por conducción y convección al segundo fluido que es aire igualmente, el mismo que
se desplaza por las aletas y ranuras del exterior de la carcasa del intercooler, este a menor
temperatura (temperatura ambiente).
Fig. 2. 11 Esquema. Turbo-Intercooler: Aire-Aire
 Son los más usados en competencia ya que tienen mejores prestaciones y alto
desempeño.
 Son menos costosos y más sencillos.
 Regularmente se colocan frente al radiador, aunque también se colocan por encima
del motor, con una toma de aire en el capó.
 Son más eficientes, dependiendo de su adecuado tamaño.
 Depende de la temperatura ambiente.

14.  Dependiendo de su ubicación podrían llegar a disminuir la presión de
sobrealimentación. Son prácticamente libres de mantenimiento.
 Son prácticamente libres de mantenimiento.
Fig. 2. 12 Intercooler. Aire-Aire.
Existen algunas variantes con respecto al funcionamiento de estos intercooler, por ejemplo
se suele colocar un dispositivo que rocíe de agua al exterior del intercooler para así
humedecerlo y lograr que enfríe más el aire de admisión
Fig. 2. 13 Esquema de flujos. Intercooler Aire/Aire.
También últimamente se ha desarrollado, con el uso más extenso de los intercooler, los
llamados intercooler criogénicos o sistemas CRYO2, estos usan la evaporización del
dióxido de carbono líquido CO2 sobre la parte exterior frontal del intercooler aire-aire,
mejorando su rendimiento hasta un 50%; se puede llegar a bajar la temperatura de la carga
en un 60%, con el uso del kit de CryO2.
Fig. 2. 14 Sistema de enfriamiento CRYO2. Kit.

15. Fig. 2. 15 Sistema de enfriamiento CRYO2. Kit.
El agua ingresa al cuerpo del intercooler, en su interior van dispuestos los conductos por
donde pasa el aire a enfriar, los mismo que están rodeados por el fluido refrigerante
teniendo así interacción térmica.
 Estos son más compactos, aunque algo más complejos.
 Tienen mayor costo.
 Se usan cuando no se dispone de mucho espacio en el habitáculo del motor.
 Eficiencia más homogénea (no depende de la temperatura ambiente).
 Reducen las pérdidas de presión por fricción.
 Son más susceptibles a fallos ya que para su funcionamiento intervienen más
elementos (bomba, válvulas, depósito, cañerías etc.)
Fig. 2. 17 Intercooler. Aire - Agua.

16. SELECCIÓN DEL INTERCOOLER.
PARÁMETROS PARA LA SELECCIÓN DEL INTERCOOLER.
Para elegir el intercooler apropiado, se tienen que tomar en cuenta algunas consideraciones,
entre las cuales están:
La temperatura a la que se necesita reducir la carga de aire.
La presión de sobrealimentación a la que será sometido (presiones de hasta 20 psi son
seguras)
Además de que se requiere reducir en lo mínimo las pérdidas de presión de
sobrealimentación.
Reducir al mínimo el gasto másico de aire de admisión Ga [kg/s].
El montaje del intercooler dentro del habitáculo del motor.
El tamaño y por último el costo total de implementación.
CONCLUSIÓN
 Se puede concluir del presente trabajo que el turbocompresor da a los motores de
combustión interna mejores características que permiten mejorar en forma
sustancial, al incrementar en formar determinante el aumento de la masa de mezcla
combustible requerida para el proceso de combustión en la cámara.
 El trabajo ha dejado suficientemente claro la relación PV y TS en la cual al
incrementar los valores de presión y temperatura, el valor del rendimiento aumenta
como consecuencia del equilibrio termodinámico.
 Se han visualizado los diferentes tipos de compresores que formar parte del
turboalimentador destacando de ello sus ventajas, desventajas y principales
características.
 El inconveniente presentado con el material bibliográfico posiblemente no he
permitido ahondar más profundamente en el tema.
BIBLIOGRAFIA
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos6/turbo/turbo2.shtml#ixzz4DYFNQfXK
https://es.scribd.com/doc/51927926/SOBREALIMENTADORES
http://www.buenastareas.com/ensayos/Sobrealimentadores/40153519.html
http://es.slideshare.net/maquinistanaval/sobrealimentacion
http://mecanicavirtual.iespana.es/
“Del Motor Sobrealimentado a la Propulsión a Chorro” Autor: Ing. Félix de Medina