viernes, 27 de septiembre de 2019

G-LADER, UN "TURBO" UN TANTO ESPECIAL

Esquema motor Volkswagen Corrado 4 c 1800 cc GLader G60

LA NECESIDAD ACTUAL DE LA SOBREALIMENTACIÓN
La utilización de los beneficios de la sobrealimentación de motores de combustión interna se realiza desde los inicios de la automoción (Daimler en 1885). Con más motivo, la sobrealimentación también llegó al mundo de los motores para transporte pesado, camiones, maquinaria de obras públicas, incluso aviación, y, por supuesto, a los motores de tractores, cosechadoras, vendimiadoras…
En los últimos años ha llegado una “moda” que a mi particularmente no me gusta, pero… Me refiero a los motores de baja cilindrada. No nos engañemos porque esa “moda” ha venido impuesta por las necesidades originadas por las restricciones del nivel de emisiones. Así que con estos “mini motores” con “pocos cm3 para tanto caballo” están aún más necesitados de la sobrealimentación.
La ecuación debe ser motores más limpios, con menos consumo y mismas prestaciones. Ecuación cuya solución pasa, casi si o si, por la sobrealimentación.
En la sobrealimentación confluyen varios “inventos” que difieren entre sí, aunque la idea es la misma. En estas mismas páginas ya he dedicado algunas entradas a la sobrealimentación mediante turbocompresor: El turbocompresor, la vieja novedad, y El turbocompresor, eficiencia o marketing 
La entrada de hoy va encaminada a entender otro método de sobrealimentación, más en línea con los compresores que con los “turbo”.

¿QUÉ ES LA SOBREALIMENTACIÓN?
Despiece G-Lader
A motores iguales, la potencia de un motor es función de la cantidad de aire y combustible que se pueda inyectar en sus cilindros en un tiempo determinado. La cantidad de combustible es “sencilla”, depende de mejorar la presión de inyección, el número de toberas de inyección e incluso las micro y multi inyecciones en un mismo ciclo.
En cuanto al aire inyectado, ya es otro “cantar”. Para empezar, hay que respetar la relación estequiométrica aire-combustible. Un sistema de admisión común tomará el aire directamente del exterior, pero si queremos meter más aire hay que recurrir a la sobre alimentación y que es utilizar algún elemento que aumente la cantidad de aire que llega al motor durante la admisión.
Compresor
Suelen ser bombas de aire que reciben el movimiento desde el motor (con correa o cadena o incluso engranaje) y bombea el aire hacia la admisión.
Los primeros desarrollos se hicieron desde la aeronáutica puesto que los motores de aviones perdían mucho rendimiento según ascendían por la falta de oxígeno en altura. Aquellos primeros desarrollos se encaminaron a desarrollar tecnología de compresores. No fue hasta la década de los 70 cuando los ingenieros empezaron a mirar más hacia el turbocompresor dejando de lado el desarrollo de los compresores.
El problema es que existe una conexión mecánica con el motor y por lo tanto hay más fricción.
Compresor-turbocompresor: La diferencia está en el funcionamiento. Un turbocompresor utiliza los gases de escape como fuente de energía. En el caso de un compresor se impulsa mecánicamente por el motor. La ventaja del compresor es que siempre funciona, sin el típico retraso de respuesta de un turbo convencional. Incluso a baja velocidad y baja carga el compresor ya está funcionando.
COMPRESOR G
El tipo de compresor que se analiza en esta entrada se llama compresor G o también G-lader. (Ver esquema I)
El compresor G es un compresor mecánico pero volumétrico. Son compresores que en cada ciclo insuflan un volumen determinado de aire. El funcionamiento del compresor G no es sencillo de entender. El fabricante que más los ha usado, sobre todo en la década de los 90, ha sido Volkswagen en modelos tan populares como Polo, Golf, Passat y Corrado.
Funcionamiento: El G-lader recibe el movimiento desde el cigüeñal. El aire atmosférico pasaba desde el exterior hacia una carcasa con unos canales en paralelo con forma de espiral, de ahí su nombre, “G”. En el interior se ve otra doble espiral que va montada en un eje excéntrico. Esta segunda espiral por tanto se mueve cuando se mueve el motor (es “similar” al rotor de un motor Wankel) Estas espirales en un compresor G de Volkswagen tenían una profundidad (altura del canal) entre los 40 y los 60 mm según versión (por eso el fabricante alemán llamaba compresor G40 y G60) (Ver esquema II)
Ese movimiento excéntrico de la espiral móvil dentro de la fija genera una especie de “ondas” de aire que van avanzando dentro del laberinto (desde fuera hacia dentro) a la vez que se va reduciendo el volumen disponible, es decir, aumentando la presión que es lo que se buscaba. La sobrepresión ronda los 0,8 bar. Puede haber un exceso de sobrepresión, si así ocurre, el exceso se desvía a una válvula de escape.
¿Se sigue montando?: Aquellos coches del grupo Volkswagen que lo montaban rápidamente tuvieron una “leyenda negra” que los gravaba. Se trataba de los problemas técnicos que el G-lader tenía y que necesitaba reparación frecuente; eso unido a su fama de “gastón” obligó al fabricante a dejar de montarlo.
Handtmann compressor
Que yo sepa, en estos momentos, no hay ningún coche ni tractor que monte este tipo de compresor, pero se usa mucho, por ejemplo, en los equipos de aire acondicionado (un fabricante que los hace es Handtmann Ver vídeo del G-Lader en compresor de AA)
Patente de EEUU 801.182: El sistema fue patentado hace ya más de 1 siglo. Lo hizo Léon Creux en 1905 pero la necesidad de métodos de fabricación que exige tolerancias de décimas de milímetro entre ambas espirales sin contactar entre ellas retrasó su puesta en fabricación hasta que hacia 1990 ya fue posible su producción.

Bibliografía:
  • Development of Volkswagen's Supercharger G-Lader; B. Wiedemann, H. Leptien, G. Stolle and K.-D. Emmenthal. SAE Transactions. Vol. 95, Section 1 (1986), pp. 522-538
  • Manual de Automóviles – Arias-Paz

4 comentarios:

  1. Recuerdo el anuncio del Golf G60, salia uno con una raqueta y una pelota de tenis, y decía: esto es un Golf (la pelota), y esto el compresor G60 (la raqueta), y hacía un saque de tenis.
    En cuanto al downsizing, solo hay que ver como hace 30 años un trator de 100 cv ya era grande y solía montar un motor de 6 cilindros, ahora los Deutz sacan mas de 120 cv de un 3,6 litros (y gracias que es 4 cilindros), y los bloques NEF de 4,5 llegan a los 150cv.

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    1. Guau Roberto, no recordaba el anuncio, pero ahora que lo dices por supuesto que me ha venido a la memoria... ¡si señor, aquel era el anuncio!
      Efectivamente yo tampoco soy "amigo" de sacar tanta potencia de tan poca cilindrada, llámame antiguo o llámame lo que quieras, pero no me creo que los ingenieros de motores de hace 20 años fuesen tan malos ni que los de ahora sean tan buenos. Todavía recuerdo una entrevista a un dirigente de Ferrari F-1 (no digo su nombre pues ya ha fallecido) Entonces se hablaba de reducir la cilindrada de la F-1 (era la época de los V12) Aquel hombre dijo, algo como: "nos da igual, si quieren poner como límite 1500 cm3 los aceptaremos, y en 2 o 3 años estaremos de nuevo dando 1000 CV... Eso si, los motores se deberán cambiar cada carrera"
      Saludos

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  2. Hola, creo que tambien es del mundo de las carreras la cita "La cilindrada no puede sustituirse por nada excepto por mas cilindrada".

    El G-Lader tenía las virtudes y defectos típicos de los sobrealimentadores mecánicos como el compresor tipo Roots: Respuesta inmediata desde el ralentí y buena elasticidad (curva de par plana), contra complejidad, peso, volumen y consumo de potencia (que no necesariamente se traduce en un aumento del consumo relativo de combustible).
    El G-Lader pesa 6 kg y girando a 10.000 rpm saca 115cv de un motor de 75 cv consumiendo 10 cv.

    Hay un interesante compresor mecánico-a gases que emplea los gases de escape y su onda de choque para comprimir directamente el aire de admisión mediante unas cámaras rotativas y que apenas consume potencia; El Comprex, desarrollado por BBC de Suiza se instaló por 1985 en pequeñas series de Opel Senator VW Passat y Mazda.

    El fantástico y muy compacto motor 5TDF de pistones opuestos (no cilindros opuestos) empleaba un gran turbocompresor acoplado al cigüeñal mediante una carísima reductora fabricada con tolerancias aeronáuticas, de forma que a bajas rpm el motor tira del turbocompresor y a altas rpm la potencia sobrante empuja al cigüeñal. Esto era obligado por ser un motor de dos tiempos que necesita un barrido de los gases de escape por los gases frescos.
    Aquí un video subtitulable en Español:
    https://www.youtube.com/watch?v=cxIgVPwwpTk

    Es una lastima que en el video no salga el sofisticado sistema de filtrado de aire y refrigeración que emplea el efecto venturi con los gases de escape en un módulo compacto sin ventiladores "escape-filtro de aire-radiador" que hace de tapa del motor. Abriendo la tapa, el motor puede desmontarse en pocos minutos como si fuera una maleta. Tambien tiene capacidad policarburante (siendo de ciclo diesel) pudiendo funcionar con gasolina, aceite etc. gracias entre otras cosas a unos refuerzos en la cabeza de los pistones con amortiguación.
    Esta joya era parte del sistema de armas T-64, un tanque de 1964 en cuyo desarrollo la Unión Soviética empleó una enorme cantidad de recursos, y que hoy día nadie discute que la competencia tardó al menos diez años en ponerse a su altura.

    Hoy Scania emplea un turbocompound que consiste en un segundo turbo detrás del normal para aprovechar la energía que aún queda en los gases de escape, este es de mayor tamaño y gira más lento, y en lugar de tener un compresor, tiene una reductora, creo que con un pequeño convertidor de par, que engrana en el cigüeñal.

    Respecto al downsizing o empequeñecimiento de los motores pienso que la idea es que al reducir volumen y peso en los coches, estos mejoran su rendimiento. Puede que la sobrealimentación permita reducir o aumentar la carga del motor con facilidad para mantener una combustión ideal según los parámetros deseados para "no contaminar".
    Pero creo que estos motores complejos llenos de materiales caros no están pensados para ser mantenidos a largo plazo, a la hora de meterles mano oiremos el "Mejor comprate uno nuevo".
    Aqui un video subtitulable en español de un canal de YouTube que explica procedimientos de obsolescencia programada en algunos motores típicos:
    https://www.youtube.com/watch?v=04DyYeMQmxU

    El caso es que estos motores aumentan el consumo de recursos naturales para perfumar los gases de escape y nadie se quiere enterar de que el problema de la contaminación es el CO2, que no se puede reducir ni camuflar y es proporcional al consumo y que es el principal causante del efecto invernadero, que animales y plantas capturaron durante millones de años y que estamos liberando en tan solo doscientos años al quemar sus restos fósiles. La industria ha sabido convertir un problema en una oportunidad, vendiendonos oro y platino para que lo luzcamos en el culo de escape. La gente, que ahora ve el mundo a través del teléfono móvil, solo puede ver lo que les muestran y así los "mejor informados" compran Toyota híbridos,coches de gasolina o eléctricos por que "contaminan menos".



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    1. Miguel enhorabuena por tu trabajo y tu tiempo para hacer un comentario tan extenso y documentado. Miraré los vínculos que pones así como los vídeos.
      Saludos.

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