Seleccionar un intercooler para un sistema de inducción forzada puede parecer sencillo, pero hay varios factores que debemos tener en cuenta si queremos obtener el mejor resultado para nuestro coche en particular.
Las dos opciones principales son los intercoolers aire-aire y agua-aire. Ambos pueden funcionar bien, pero cada uno tiene sus propias ventajas, desventajas y consideraciones de instalación. Dado que construir un sistema de intercooler puede ser costoso, sin duda vale la pena comprender las diferencias antes de decidirse por una opción.
En este artículo: Por qué necesitamos un intercooler | Intercoolers aire-aire | Intercoolers agua-aire | Eficiencia y caída de presión | Embalaje e instalación | Resumen
¿Por qué necesitamos un intercooler?
Cuando comprimimos aire con un turbocompresor o un sobrealimentador, la temperatura de ese aire aumenta. Esto se agrava si el compresor se fuerza fuera de su rango de funcionamiento eficiente, donde generará aún más calor para la misma presión de sobrealimentación.
El aire caliente es menos denso, lo que significa que contiene menos oxígeno en el mismo volumen. La cantidad de oxígeno atrapado en el cilindro es uno de los principales factores que limitan la eficiencia de la combustión del combustible; por lo tanto, un aire de admisión más caliente y menos denso reduce la potencia. En resumen, el calor es el enemigo de la potencia.
La función del intercooler es reducir la temperatura del aire de admisión antes de que entre en el motor. Esto aumenta la densidad del aire y permite que el motor genere más potencia con la misma presión en el colector de admisión.
Una temperatura de carga más baja también ayuda a reducir el riesgo de detonación. Si la temperatura del aire es demasiado alta y las tablas de compensación de la ECU no están ajustadas correctamente, el motor puede volverse más propenso a la detonación, lo que puede causar daños rápidamente.
Intercoolers aire-aire
El tipo de intercooler más común es el intercooler aire-aire. Estos suelen montarse en la parte delantera del coche, donde están expuestos al flujo de aire ambiente.
El aire de admisión pasa por los conductos internos del intercooler, mientras que el aire ambiente fluye por la parte externa del núcleo. El calor se transfiere del aire de admisión al aluminio y, posteriormente, al flujo de aire que atraviesa el núcleo.
Los intercoolers aire-aire son relativamente sencillos, eficaces y ampliamente conocidos. En un vehículo convencional con motor delantero, la instalación de un intercooler aire-aire suele ser sencilla, y no existen muchas aplicaciones en las que no se pueda instalar.
Los intercoolers aire-aire suelen clasificarse en dos tipos: de barras y placas o de tubos y aletas.
Los intercoolers de barras y placas, que son los que usamos en nuestros proyectos en High Performance Academy, suelen ser más pesados porque contienen más aluminio. Este material adicional aumenta la masa térmica, lo que ayuda a absorber picos de calor puntuales, aunque una vez que alcanzan una temperatura elevada, también tardan más en enfriarse. Los intercoolers de tubos y aletas son generalmente más ligeros, pero tienen menor capacidad de absorción de calor debido a esa menor masa térmica.
Ambos estilos pueden funcionar bien, y ninguno es automáticamente la mejor opción. La construcción interna del núcleo suele ser más importante que si es de barras y placas o de tubos y aletas.
Las aletas internas son fundamentales porque crean una superficie que permite al aire de admisión transferir calor al núcleo. Una densidad de aletas internas demasiado baja reduce la transferencia de calor. Una densidad excesiva puede crear una restricción y aumentar la caída de presión.
Un núcleo de calidad necesita el equilibrio adecuado. No todos los intercoolers son iguales, y algunos núcleos más económicos pueden tener conductos internos muy abiertos con aletas limitadas, lo que puede provocar un control deficiente de la temperatura y una reducción de la potencia.
Los núcleos tubulares y de aletas también son más propensos a sufrir daños por escombros debido a que sus conductos son más delgados. Si una piedra los perfora, su reparación adecuada puede resultar difícil o prácticamente imposible.
Intercoolers de agua a aire
Un intercooler de agua a aire funciona con un principio similar, pero en lugar de utilizar el flujo de aire ambiente directamente como medio de refrigeración, utiliza un líquido que fluye a través del núcleo del intercooler.
En las carreras de aceleración, esto puede ser extremadamente efectivo. El sistema puede comenzar con agua helada o una mezcla de hielo picado, llevando el medio refrigerante a una temperatura cercana a los 0 grados Celsius. Dado que el auto solo funciona por un corto período a alta presión, el sistema no necesita necesariamente disipar el calor del agua durante la carrera.
Un sistema de agua a aire que utilice únicamente hielo o un depósito, sin una disipación de calor suficiente, no es adecuado para su uso prolongado en carretera, circuitos o contrarreloj. Para estas aplicaciones, un sistema de agua a aire requiere una bomba, un intercambiador de calor, un depósito, tuberías y un conducto de aire del tamaño adecuado para disipar el calor de forma continua.
Los sistemas de refrigeración por agua-aire pueden ser muy útiles cuando el espacio disponible dificulta la instalación de un intercooler aire-aire. Esto incluye algunas aplicaciones con motor central o trasero, donde el flujo de aire hacia un núcleo aire-aire es difícil de lograr, así como configuraciones de compresores en motores en V, donde el intercooler puede ubicarse en la parte inferior del compresor.
La desventaja es la mayor complejidad, el peso, el coste y, sencillamente, que hay más cosas que pueden fallar.
Eficiencia del intercooler y caída de presión
La eficiencia del intercooler se mide por su capacidad para reducir la temperatura de la carga. En términos sencillos, queremos saber qué tan cerca puede llegar la temperatura del aire de salida a la temperatura ambiente, o, en el caso de un intercooler de agua a aire, a la temperatura del fluido refrigerante.
Para aplicaciones de corta duración, como las carreras de aceleración, los intercoolers de agua a aire pueden ser extremadamente efectivos. El agua absorbe el calor de manera muy eficiente y, al combinarse con un depósito de hielo, las temperaturas de admisión pueden reducirse drásticamente en una sola pasada.
Para un funcionamiento continuo, como la conducción en carretera, las carreras en circuito o las pruebas contrarreloj, un intercooler aire-aire bien diseñado suele proporcionar temperaturas de admisión más bajas y estables a lo largo del tiempo.
Esto se debe a que un intercooler aire-aire elimina el calor directamente al flujo de aire ambiente en un solo paso. Un sistema agua-aire tiene dos etapas de transferencia de calor: primero del aire de admisión al refrigerante y luego del refrigerante a la atmósfera a través de un intercambiador de calor independiente.
Dado que el propio refrigerante acabará poniéndose más caliente que el aire ambiente durante un funcionamiento prolongado, las temperaturas de carga en un sistema de agua a aire generalmente se estabilizarán a un nivel más alto que en una configuración equivalente de aire a aire.
La caída de presión también es un factor importante a tener en cuenta, independientemente del tipo de intercooler.
La caída de presión es la diferencia entre la presión que entra al intercooler y la que sale de él. Por ejemplo, si el turbocompresor suministra 20 psi al intercooler, pero solo 18 psi llegan a la salida, entonces el intercooler tiene una caída de presión de 2 psi.
Lo que importa es la presión que entra al motor. Una caída de presión importante significa que el turbocompresor está trabajando más de lo que indica la presión de sobrealimentación del colector. Como regla general, si la caída de presión supera los 2 o 3 psi, es posible que se esté perdiendo una cantidad significativa de rendimiento.
Embalaje e instalación del intercooler
El embalaje es una de las primeras consideraciones a la hora de elegir un tipo de intercooler.
En muchos vehículos con motor delantero, un intercooler aire-aire frontal es la solución obvia. En vehículos con motor central o trasero, conseguir que el aire llegue a un intercooler aire-aire puede ser mucho más difícil, por lo que un intercooler agua-aire puede ser una mejor opción.
En las instalaciones de aire-aire, el estilo de montaje también es importante. Un intercooler de montaje frontal es común, pero un montaje en V puede ser útil en vehículos con espacio frontal limitado. El montaje AV permite un núcleo más grande al inclinar el intercooler hacia atrás, pero requiere una canalización cuidadosa.
El aire es perezoso y siempre busca el camino de menor resistencia. Ya sea con un intercooler frontal o en V, el flujo de aire debe ser forzado a través del núcleo mediante deflectores, placas guía y un sellado adecuado. También es importante proporcionar una vía de salida para el aire detrás del núcleo.
Un intercooler frontal de gran tamaño también puede afectar el flujo de aire hacia el radiador. Si el sistema de refrigeración del motor ya es deficiente, colocar un intercooler grande justo delante del radiador puede generar problemas adicionales. Es necesario considerar todo el sistema de refrigeración, no solo el intercooler.
También existe una preocupación común en torno al volumen del intercooler, la longitud de las tuberías y la respuesta del acelerador. Si bien es lógico no usar tuberías más grandes o largas de lo necesario, en la práctica, el aumento del retardo o la pérdida de respuesta del acelerador no siempre es tan drástico como algunos sugieren.
¿El mayor error en un intercooler?
El mayor error al elegir un intercooler es suponer que un tipo, diseño de núcleo o tamaño en particular es automáticamente la mejor opción.
Tanto los intercoolers aire-aire como los agua-aire pueden ser eficaces, pero la elección correcta depende del vehículo, la aplicación y las limitaciones de espacio.
Los intercoolers aire-aire son sencillos, comunes y, por lo general, la mejor opción para vehículos convencionales con motor delantero. Los sistemas agua-aire añaden complejidad y coste, pero pueden ser una solución eficaz para coches de carreras de aceleración, configuraciones con motor central o aplicaciones con motores en V sobrealimentados, donde resulta difícil integrar un intercooler aire-aire.
La eficiencia, la caída de presión, la calidad del núcleo, los conductos y la gestión del flujo de aire son factores importantes. La mejor configuración de intercooler es la que se adapta al vehículo, controla la temperatura de admisión, minimiza la caída de presión y permite el uso previsto del mismo.
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