Sobrealimentación (viene de motores)

Cuando el motor de combustión interna realiza la carrera de admisión puede hacer la aspiración de dos formas:

Aspiración natural donde la propia succión natural del pistón sirve para llenar el cilindro.
Aspiración forzada donde la succión del pistón es asistida por un compresor.

Esta aspiración forzada se conoce como sobrealimentación.
En los motores sobrealimentados, la presión dentro del cilindro al terminar la carrera de admisión es mayor que la presión atmosférica. Esta sobre-presión supone que hay mas aire dentro del cilindro que el que hubiera podido almacenarse en la aspiración natural, lo que significa a su vez, que la presión final del ciclo de compresión será también mayor. Como la eficiencia del proceso termo dinámico de conversión de energía térmica a mecánica del ciclo de trabajo del motor crece con el aumento de la presión final de la compresión, la sobrealimentación supone un incremento de la eficiencia del motor, es decir, un mejor aprovechamiento de la energía del combustible como trabajo útil.
Además de la ventaja del incremento de la eficiencia, la mayor cantidad de aire aspirada permite el quemado de mayor cantidad de combustible, por lo que para un mismo motor, la sobrealimentación supone la posibilidad de lograr un aumento notable de la potencia entregada por el motor.
Si nos atenemos al simple análisis de estas ventajas manifiestas de la sobrealimentación, podríamos pensar que mientras mas se sobrealimente un motor será mejor, pero en la realidad la sobrealimentación tiene un límite a partir del cual lejos de representar ventajas empieza a ser desventajoso en el funcionamiento del motor, veamos.
Hay dos factores que hay que tener en cuenta en este asunto:

Cargas sobre las piezas. A medida que se sobrealimenta mas el motor, y debido al incremento del combustible que puede quemarse y con ello las presiones de trabajo, la carga sobre las partes involucradas en el ciclo de trabajo (pistones, bielas y cigüeñal) se incrementan. Este incremento tiene un límite razonable a partir del cual la durabilidad de los mecanismos se reduce notablemente.
Consumo del compresor. El dispositivo que inyecta de manera forzada la carga al motor durante la carrera de admisión se mueve desde el motor consumiendo parte de la energía producida por este, la energía consumida por un compresor depende tanto del flujo de aire que induce así como de la presión a que lo hace. A partir de cierto grado de sobrealimentación, las ventajas en eficiencia energética que supone, serán consumidas por el propio compresor y el resultado final será nulo e inclusio negativo.

La sobrealimentación es realmente útil en los motores Diesel, donde la aspiración es solo de aire, mientras que su uso en los motores de gasolina, donde se aspira la mezcla de aire con combustible, no representa ventaja práctica debido a la elevada posibilidad de la auto inflamación de la mezcla durante el ciclo de compresión por la elevada presión y temperatura generadas. Solo en motores de gasolina de aplicaciones especiales como en los automóviles de competencia donde se usan combustibles de muy elevado octanaje se justifica tal práctica.

Mecanismos de sobrealimentación

En la práctica se utilizan dos formas de sobrealimentar los motores:

Utilizando un compresor helicoidal accionado mecánicamente desde el motor.
Utilizando turbo-compresores accionados por los gases de escape del motor.

Compresor helicoidal

Conocidos como compresores roots, estos sopladores se utilizan con frecuencia para sobrealimentar a los motores de combustión interna y son accionados desde el motor a través de correas o por medio de engranajes. La figura 1 muestra uno de estos compresores montado en el motor.
Básicamente están constituidos por dos rotores lobulados construidos con gran precisión que giran sincronizados a través de un engranaje interno como puede apreciarse en la vista semi desmontada de la figura 2. Estos rotores entran en el cuerpo con mucha exactitud de manera que al girar atrapan el aire del exterior por un lado y lo transportan al lado de salida forzado por los lóbulos de los rotores. En la figura 3 se muestra un esquema del trabajo.
La forma helicoidal de los lóbulos, hace que la transferencia de aire del lado de la succión al lado de descarga se haga de manera continua y no por impulsos como sucedería si los lóbulos fueran rectos.
En la figura 3 se muestra de manera esquemática como es que se bombea el aire en estos compresores.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Turbo-compresores

La otra vía para sobrealimentar los motores es utilizando los llamados turbo-compresores, estos dispositivos aprovechan la energía de los gases de escape para mover una turbina en cuyo eje está acoplado un compresor de hélice tal y como se muestra en la figura 4.
En principio este método es mas eficiente que el de compresor roots ya que no se alimenta de la energía mecánica del motor si no que aprovecha parte de la energía que de todas formas se desecha al exterior con los gases de escape.
Los problemas tecnológicos inherentes a las altas temperaturas de los gases de escape y las altas velocidades de rotación de estos aparatos hacen que los turbo-compresores sean dispositivos caros y sensibles.
La figura 5 muestra un esquema del uso de un turbo compresor en el motor, observe el uso de una válvula limitadora de la velocidad de giro, esta válvula del tipo de diafragma recibe la presión desde el conducto de admisión, si la velocidad de la turbina y con ella la del compresor crece mucho, la presión en el conducto de admisión se hace alta, esta alta presión mueve el diafragma y levanta una válvula que deriva parte de los gases de escape a la salida sin pasar por la turbina, de esta forma se logran dos cosas; primero se mantiene la presión en el conducto de admisión al valor máximo óptimo y segundo se impide que la velocidad de giro llegue a valores peligrosos para el turbo-compresor.

Figura 4

Figura 5