Evolución del carburador.


El motor de combustión interna de gasolina, utiliza ésta como combustible y el aire, o mejor dicho, el oxígeno contenido en él, como comburente. La proporción entre ambos es primordial para que la combustión del combustible, se produzca de forma adecuada y con ello, obtener el máximo rendimiento (ya muy bajo de “per se”) y para conseguirlo, debe cumplir en todo momento, una determinada relación estequiométrica. Por regla general, esta relación deberá ser en todo momento, sobre 15:1, siendo 15 las partes de aire y 1 la de gasolina.

También, para poder garantizar que todo el combustible introducido en los cilindros, se utilice por completo y obtengamos el máximo rendimiento, la combustión debe producirse lo más rápidamente posible. Para ello, el combustible deberá estar lo más en contacto posible con el comburente, que ya hemos dicho que es el oxígeno que contiene el aire. Para conseguirlo, el combustible deberá estar lo más “fraccionado” posible, para que tenga la máxima superficie en contacto con el aire. Eso se consigue, pulverizándolo o mejor aún, atomizándolo. Cuanto más pequeñas sean las partículas de combustible, más superficie tendrá en contacto con el oxígeno. Esto es algo evidente, los combustibles en estado líquido, entran en combustión de forma más o menos suave, a diferencia de cómo lo hacen cuando lo están en forma de vapor, en este caso, haciéndolo violentamente.

Para conseguirlo, los primeros motores de gasolina, utilizaban un surtidor que, debido al afecto de succión (Venturi), que se genera al hacer pasar un flujo de aire, por una sección estrecha. Al obligar a pasar un flujo de aire por una sección no constante que disminuye en un punto, éste aumenta de velocidad y disminuye la presión. Esto se aprovecha para, succionar el combustible, que se sitúa en un surtidor colocado estratégicamente en ese punto. Es el principio físico por el cual funcionan los antiguos pulverizadores de perfume, botes de insecticida o algunas pistolas de pintura. El aire es impulsado y obligado a pasar por un cambio de sección, cuyo flujo pasa de forma tangencial a la sección del conducto dónde se contiene el líquido que se desea pulverizar.



En el caso de los motores, ésto se consigue a través del carburador. Dentro de él, se prepara una pequeña cantidad de combustible, en un depósito de reducidas dimensiones, situado dentro del cuerpo del carburador, llamado “cuba”. El o los pistones del motor, en la fase de admisión, en su desplazamiento de alejamiento del Punto Muerto superior, crean una depresión (succión) en los conductos de admisión, dónde se encuentra el carburador. El flujo de aire generado, secciona a su vez el combustible que se encuentra en la cuba del carburador, a través de un conducto, llamado surtidor.


 En la imagen, podemos ver que cuando el pistón desciende y se encuentra en fase de admisión (válvula “V” abierta), se genera un flujo de aire a través del conducto de la admisión “T”. El caudal de aire que circula a través de “T”, se puede regular por medio de la mariposa “M”, que controlamos a través del pedal del acelerador. El flujo de aire atraviesa la reducción de sección “D”, dónde aumenta su velocidad y disminuye la presión, por el citado efecto Venturi. En ese punto, se sitúa un surtidor “S”, que es alimentado por la gasolina que se encuentra en el depósito “C”, llamado cuba, gracias al efecto de los vasos comunicantes. La gasolina accede desde el depósito, impulsada por una bomba mecánica, a la cuba “C”, a través del conducto “E”. Para que la succión del combustible a través del surtidor “S”, se produzca de forma óptima, el nivel de combustible en “S” debe ser uno muy determinado y por ende, el de la cuba “S”. Para mantenerlo, se dispone un elemento flotante, “F”, llamado flotador, que abre o cierra el paso de combustible, por medio de una pequeña válvula llamada aguja mantener el nivel en todo momento.

Bien, pues este es el principio básico de un carburador. Ahora la gasolina se mezcla de forma correcta y uniforme, tal y como se necesita… pero todo esto no podía ser tan sencillo. Así funcionaban los primeros motores de gasolina, pero el rendimiento era paupérrimo. El problema es que, la presión negativa (depresión, succión) generada en el surtidor, varía en función de la velocidad del flujo de aire y como la gasolina y el aire, tienen muy diferentes valores de densidad, la relación entre ambas en la mezcla obtenida, ya no es la misma. Así que, con esto ya tenemos el primer problema: según la velocidad lineal del pistón y por ello, la velocidad de giro del motor, obtendremos diferentes velocidades del flujo de aire, y por lo tanto, diferentes presiones, con ello, diferentes cantidades de gasolina “aspirada” y como resultado, diferentes relaciones estequimétricas, cosa que no debería suceder, para que el motor funcione bien y obtenga su mayor rendimiento.

Así que, el primer problema que tenemos es que a mayor velocidad de giro del motor, más cantidad de gasolina tiene la mezcla que alimenta los cilindros, y por lo tanto, no se respeta la proporción estequiométrica necesaria. Esto se solucionó incorporando un sistema doble de alimentación, con diferentes calibres. Uno de ellos, de mayor sección, para los regímenes bajos y otro, para los altos. Para ello, el primero se alimenta del combustible que se almacena en un pequeño depósito, llamado pozo de
compensación. Durante el funcionamiento del motor a regímenes bajos, el motor se alimenta de la gasolina almacenada en el pozo de compensación, pero cuando el régimen aumenta, ésta se termina y el motor se alimenta directamente del combustible de la cuba, a través de un calibre de menor sección.



Ahora que parece que está todo bajo control, la larga lista de inconvenientes, solo ha hecho que empezar. Como bien hemos visto, la relación estequiométrica de la mezcla, comburente-combustible, ha de mantenerse dentro de unos valores. Para ello, influyen, y mucho, las densidades de ambos elementos, variarla implica cambiar la proporción de cada uno. La física nos enseña que, los cambios de temperatura y presión, afectan a la densidad. Con ello deducimos que, la mezcla será más “pobre” (menos combustible), cuanto más baja sea la temperatura del aire, y a la inversa. Se nos presenta otro de los problemas a resolver.

Después de mucho tiempo de inactividad, en el momento del arranque, el motor está frío (a temperatura ambiente), muy por debajo de la temperatura de trabajo, para la cual se han calculado los componentes, y el combustible que circula por los conductos de la admisión, tiende a condensarse, en forma de pequeñas gotas sobre las paredes internas de los conductos, y esa parte del combustible, no llegará a la cámara de combustión. Para solucionarlo, se le adopta al carburador, un dispositivo capaz de enriquecer la mezcla, de forma transitoria hasta que el motor alcance cierta temperatura y no se produzca el fenómeno de la condensación. A este dispositivo se le suele llamar estrangulador (por el efecto que produce, en la boca de admisión) o starter. Un mecanismo a modo de válvula, reduce la sección de la boca de admisión del carburador y reconduce el aire, obligándolo a pasar por el surtidor principal, para que cree una mayor succión de combustible (por efecto de la depresión generada) en ese punto.

A la izquierda, podemos ver en sección, un carburador Cárter. Como se puede apreciar, el aire accede al carburador a través de “A” y acto seguido, se dispone la válvula “V”, encargada de aumentar las pérdidas de carga en el camino del flujo del aire de admisión. Cuando “V” se cierra parcialmente, girando en sentido antihorario, gran parte del flujo de aire entrante, es conducido fuera del alcance del surtidor principal, que como hemos visto, es el encargado de aportar aportar el combustible. Podemos ver también que en este caso, se disponen dos elementos, con secciones diferentes, para potenciar el efecto Venturi.
Aprovechando la imagen, comentar también que, cuando la mariposa del acelerador “M” está cerrada, se adopta una alimentación, a modo de “by-pass”, representada por “L” y “J”, para alimentar el filo de mezcla aire-gasolina que necesita el motor en ese momento, que es mínimo. El motor, cuando permanece al ralentí, necesita de una flujo de alimentación muy reducido, pero extremadamente constante, puesto que, cualquier pequeña variación, tiene efectos muy negativos en el buen funcionamiento del motor. Para poderlo controlar y regular, se le dispone al “by-pass” una válvula de ajuste muy fino, a modo de aguja, representada por “H”.

Como ya hemos comentado antes, la presión es otra de las magnitudes físicas que alteran la densidad de un fluido y también que ésta, afecta a la estequiometría. Bien, pues se nos presenta otro importante problema. Cada vez que se mueve el pedal del acelerador, para aumentar o reducir la marcha del vehículo, la presión en la admisión, oscila. Con la mariposa del acelerador cerrada, la presión entre ésta y el motor es muy baja (depresión) y la mezcla aire-gasolina es rica en combustible, en el momento de abrir la mariposa, es decir, al acelerar, la presión aumenta sustancialmente y por lo tanto, cambia la densidad del aire y la proporción estequiométrica vuelve a cambiar, empobreciéndose. Para solucionarlo, a los carburadores se les proporciona un enriquecedor instantáneo, a modo de válvula inyectora, representada en la figura como “E”, que con la ayuda de un pequeño pistón “B”, inyecta una cantidad extra de combustible, para equilibrar, en la medida de lo posible, el desaguisado producido al abrir la mariposa del acelerador. En la imagen, podemos apreciar también las válvulas unidireccionales “m” y “n”, que permiten la carga y descarga del depósito del dispositivo inyector.

Como es evidente, la variación de la presión atmosférica, debido por ejemplo a la altura, influyen también, y no poco, a la proporción de la mezcla. En este caso, solo los carburadores de última generación, disponían de un mecanismo compensatorio para paliar la problemática. De hecho, los motores de los vehículos, hasta finales del S-XX, eran muy susceptibles a notar evidentes variaciones de rendimiento, en función de la altitud a la que se les hacía funcionar.

Con el objetivo de garantizar una óptima proporción estequimétrica, haciendo frente a todas las problemáticas que ofrece el mezclar dos fluidos de diferentes densidades, los carburadores, aunque muchos así no lo parezcan, cuentan con múltiples conductos y dispositivos mecánicos en su interior, para tratar de paliar la problemáticas expuestas, que para tratarlos en profundidad, seria necesario un artículo, mucho más extenso que el presente y éste, tan solo ha pretendido ser una pincelada elemental, para comprender este elemento, de gran trascendencia en la historia de la automoción.