Por Jim Middlebrook
La pregunta que siempre surge es: ¿por qué los fabricantes de automóviles (OE) casi siempre eligen un supercargador tipo roots? La respuesta en una sola palabra es el precio. Claro, puede haber otras influencias, como la exigencia del proveedor de tener un estatus de nivel uno, o los esfuerzos extremos de marketing que ningún fabricante de centrífugos puede igualar, debido a las economías de escala. Pero el precio barato para los OEM es lo suficientemente convincente como para compensar todas las deficiencias asociadas al sobrealimentador de tipo roots. Tenga en cuenta que el tipo de raíces puede ser llamado un supercargador, pero no un compresor, porque no lo es; es un impulsor de aire.
Una idea errónea es acerca de la trayectoria del flujo de aire para estos supercargadores Roots: el aire no fluye a través o entre los rotores, sino más bien alrededor, en los lados de la carcasa dentro de los huecos de los rotores. El supercargador Roots atrapa el aire en una cámara entre el rotor y la carcasa, en el hueco entre los lóbulos del rotor, y transporta este aire atrapado hacia el lado de salida, en el colector de admisión del motor. Al mover el aire hacia el colector a un ritmo superior al que consume el motor, se genera presión. Cada vez que la cámara de aire atrapado se abre hacia el colector, el aire del colector previamente presurizado fluye de forma inversa hacia la cámara hasta que la presión se normaliza, entonces la cámara se cierra y se agota al engranar los rotores. Esta «reversión», más la fuga interna entre cada rotor así como la carcasa, combinada con la tortuosa trayectoria de flujo que debe seguir el aire, es la razón por la que el sobrealimentador de tipo raíz es el menos eficiente de los tipos disponibles. Además, este suministro pulsado da lugar a un chillido fuerte y desagradable a altas velocidades. Mientras que el proceso mencionado puede ofrecer un rendimiento razonable a bajas presiones, digamos de 5 a 6 psig, el funcionamiento a una atmósfera (14,7 psig) y superior, muestra claramente las limitaciones del dispositivo. Al operar un sobrealimentador Roots a presiones más altas, es probable que la mitad de la potencia de entrada se consuma para producir calor en lugar de presión. Esto indicaría, a grandes rasgos, una eficiencia adiabática muy baja, del 50% o menos. Es posible que una centrífuga funcione también de forma tan ineficiente, pero sería debido a una instalación excepcionalmente mal diseñada y dimensionada y ciertamente no es típico.
Cuando utilizamos el término eficiencia del sobrealimentador, nos referimos a la eficiencia adiabática como expresión de lo bien que funciona el proceso de sobrealimentación. Todo este proceso de sobrealimentación consiste en aumentar la densidad del aire (presurizar o comprimir el aire) y un sobrealimentador ineficiente pondrá más calor en el aire durante este proceso, y por tanto reducirá la densidad, que uno eficiente. Además, ese calor no es gratis, fue comprado por un drenaje de energía parásita en el motor.
Algunos fabricantes intentarán engañar o confundir a los compradores utilizando el término eficiencia volumétrica en lugar de adiabática, por lo que pueden mostrar un número muy favorable, por lo general en el rango de noventa por ciento. El término eficiencia volumétrica sólo se refiere a lo bien que se llenan las cámaras y tiene poco que ver con lo bien que funciona el sobrealimentador; este término sólo se aplica a los dispositivos de desplazamiento positivo y no a los centrífugos. Otros, incluso los grandes proveedores de OEM, a veces ofrecen materiales de venta o mapas de compresores que muestran un rendimiento improbable y/o eficiencias de sobrealimentación, (definitivamente tienen una paja en el Kool-Aid).
Algunos están ansiosos por señalar que el sobrealimentador de tipo roots hará boost a muy bajas RPM del motor1. Esto es cierto; hacen más impulso que un centrífugo a baja velocidad y menos a alta velocidad, pero esta característica es mucho menos útil de lo que parece a primera vista. En primer lugar, no se puede utilizar una sobrealimentación excesiva a estos regímenes bajos. En la mayoría de los motores, la sincronización del encendido debe ser significativamente retardada para evitar la detonación destructiva, por lo que es muy probable que no se produzca un aumento neto de la potencia, especialmente si se tienen en cuenta las pérdidas parásitas de la transmisión. En segundo lugar, los nuevos motores de alto rendimiento con sincronización variable de las válvulas y los canales de entrada tienen más que suficiente potencia a baja velocidad para superar la tracción de los neumáticos disponible. Tercero, la potencia no se consigue a bajo régimen. En cuarto lugar, cuando los defensores de las raíces señalan el «área bajo la curva» suelen referirse a una enorme tergiversación de cómo debería ser la curva. Los niveles de sobrealimentación más altos que son comunes hoy en día no se muestran y nadie puede explicar el significado matemático de esta área fantasma. Además, ignoran la absorción de calor y el rendimiento inherente del tipo de raíces a una velocidad más alta del motor, justo cuando un vehículo de alto rendimiento debe tirar más fuerte.
Para una salida similar, un supercargador de tipo de raíces superará a un centrífugo por varias veces, y generalmente requerirá un sistema de refrigeración de carga más grande y más pesado. Además, se coloca necesariamente en la peor ubicación posible: muy arriba y hacia adelante, justo encima de todo el resto del peso. Un conductor de circuito competente puede sentir este peso inoportuno.
Añadir un supercargador de tipo roots a un motor que tiene corredores afinados, o corredores variables, sistema de admisión generalmente requerirá la eliminación del sistema afinado y la pérdida en esos beneficios libres. Un centrífugo no requiere esta eliminación y toda la sintonía de ingeniería todavía se puede apreciar.
La masa giratoria de un típico sobrealimentador de tipo raíces para un V8 es grande, con una inercia muy alta en comparación con la mayoría de los compresores centrífugos. La potencia que se necesita para acelerar esa inercia, para acelerar o ralentizar puede ser enorme y esto es independiente de hacer realmente cualquier trabajo útil.
Así que, con un sobrealimentador de tipo raíces se obtiene:
Un dispositivo ruidoso, pesado, de alta inercia, mal colocado, que mueve el aire y que hace demasiado impulso cuando no se puede utilizar y no lo suficiente cuando se puede, que es tan bueno como un calentador como un sobrealimentador, que muestra incluso un menor rendimiento después de un calentamiento completo. Y cuando los perfiladores muestran ese gran número de caballos de fuerza en You tube, puedes apostar dos cosas, fue un primer «tirón» con un motor enfriado y no mostrarán un segundo «tirón» porque será mucho más bajo, y un tercer tirón, aún más.
Los compresores centrífugos están en una liga diferente. Pueden hacer fácilmente más presión y flujo que un tipo de raíces y son mucho más eficientes, especialmente en las relaciones de presión más altas.
De la edición de febrero de 2012 de Car and Driver «My Not-So-Little Pony» el ingeniero jefe de Ford SVT Jamal Hameedi fue citado «Ya teníamos más par de primera velocidad de lo que necesitábamos, por lo que esto hace que sea más fácil de lanzar el coche». Esto en referencia a elevar la relación de transmisión final en el Mustang GT500.
Los números
Punto de prueba:
Caudal: 71,2 M/min (960 CFM)
Presión: 21,72 PR (10,6 psig)
Ambiente:
Tem. 70°F
Presión: 29.83 In. Hg. (14.65 psia)
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La información anterior se obtuvo del mapa de compresores impreso de un importante fabricante de tipo roots y del mapa de compresores de Vortech para un compresor V-3 Si. El punto de prueba anterior se utilizó para ser consistente con una instalación de GM LS7 como se utiliza en el artículo. Una instalación normal de sobrealimentación centrífuga utilizaría el 78% de eficiencia máxima superior del compresor V-3 Si.
Pero espera, ¡hay más!
En el artículo de Road & Track («Corvette Fever», abril de 2012), se comparó un Corvette Z06 de aspiración natural con un ZR1 sobrealimentado de raíz. Aparte del motor, los coches eran prácticamente idénticos, (neumáticos, ruedas, frenos, opciones, etc.). El ZR1, debido a la sobrealimentación, pesaba 95 libras más que el Z06, pero también tenía un splitter delantero más grande. Los coches fueron conducidos en la misma pista, por el mismo conductor, el mismo día. Se supone que el ZR1 tiene 133 CV más que el Z06 (638 frente a 505), pero creo que esta «calificación» debe ser antes de que las cosas se calienten. En el artículo: «…Tommy Milner fue cerca de 1 seg. más rápido alrededor de Spring Mountain en el Z06 que en el ZR1». Bueno, eso lo dice todo. Oh, espera, el análisis de vueltas en el artículo muestra que el Z06 fue más rápido en la parte más recta de la pista, y eso lo dice todo. El supercargador de raíces en realidad hizo que el coche fuera más lento que el de aspiración natural debido a la absorción de calor. Un supercargador centrífugo no sufre ninguno de estos defectos.
Así que, al elegir un sistema de supercarga: ¿Quieres potencia, o quieres una decoración?