Compresor volumétrico: cómo funciona y por qué el Roots no comprime

En el capítulo anterior quedó claro el límite del motor atmosférico: respira lo que la atmósfera quiera empujarle dentro, ese bar escaso de presión que no podemos cambiar. Puedes afinar la resonancia, poner cuatro válvulas, mariposas individuales… pero sigues jugando con la baraja que te dio la naturaleza. Y entonces, hace más de un siglo, a alguien se le ocurrió la herejía: dejar de esperar a que el aire entre solo y meterlo a la fuerza con una máquina. Ahí nació la sobrealimentación, y la primera máquina que el hombre atornilló a un motor para lograrlo no fue el turbo. Fue el compresor volumétrico.

El turbo llegaría después y se llevaría casi toda la fama. Pero el compresor es el abuelo, el que abrió el camino, y tiene una ventaja que el turbo jamás tendrá: responde al instante. No espera a nada. Donde el turbo necesita que los gases de escape lo pongan a girar, el compresor va pegado al cigüeñal por una correa, de modo que en cuanto el motor gira, él gira, y en cuanto pisas, hay presión. Esa inmediatez es su esencia, y también la raíz de su mayor defecto, como veremos.

Pero antes de nada hay que resolver una mentira. Si has leído sobre esto en internet, lo más probable es que casi todo lo que creas saber del compresor más famoso de la historia —el Roots— esté mal. Empezamos por ahí, porque desmontarlo es la mejor forma de entender cómo funciona esto de verdad.

Las cuatro familias: lóbulos, tornillos, rodete y voluta

Antes del mito, el mapa, y conviene empezarlo bien porque aquí mucha divulgación mete la pata a la primera. Lo que tienen en común todas estas máquinas es que las mueve el propio motor, normalmente por una correa desde el cigüeñal: son compresores mecánicos, por cómo se accionan. Pero por dentro no comprimen el aire igual, y ahí se dividen en dos ramas. Una es la de los compresores de desplazamiento positivo, también llamados volumétricos: atrapan un volumen concreto de aire y lo manejan a lo bruto. La otra es la de los compresores dinámicos, que aceleran el aire a toda velocidad y luego convierten esa velocidad en presión. Hay cuatro grandes familias repartidas entre esas dos ramas, y confundir una rama con la otra es el error de base del que salen casi todos los demás.

La primera es el Roots: dos rotores con lóbulos que giran engranados dentro de una carcasa. Desplazamiento positivo. La segunda es el tornillo o Lysholm: también dos rotores, pero con forma de husillo helicoidal, uno macho y otro hembra, que se enroscan entre sí. También desplazamiento positivo. La tercera es el centrífugo: un rodete con álabes que lanza el aire hacia afuera por fuerza centrífuga, exactamente igual que el lado frío de un turbo, pero movido por correa en vez de por los gases de escape. Este es el raro de la lista, el único dinámico, la otra rama. Y la cuarta vuelve al desplazamiento positivo: la joya de culto que todo amante de Volkswagen lleva tatuada, el compresor de voluta o scroll, que en VAG tuvo nombre propio, G-Lader, y al que dedicamos su propia sección porque se lo ha ganado.

La diferencia entre las dos primeras es precisamente el mito que vamos a desmontar, y es la diferencia más importante de todo el capítulo.

El mito del Roots: no comprime nada por dentro

El Roots no va encogiendo la bolsa de aire para comprimirla por dentro. La transporta tal cual y la enfrenta de golpe a la presión que ya hay a la salida. Los técnicos lo llaman compresión externa, por oposición a la interna del tornillo que veremos luego, y no quiere decir que el aire se comprima literalmente fuera de la máquina, sino que el Roots no hace el trabajo de apretarlo progresivamente dentro: deja que la presión aparezca de golpe en la descarga.

Suena a contradicción —se llama compresor y no comprime—, pero es exactamente así, y lo describen las propias patentes del mecanismo. Imagina los dos rotores girando. Entre un lóbulo y la pared de la carcasa se forma una bolsa de aire. Esa bolsa atrapa un volumen de aire a la presión que había a la entrada, la presión atmosférica normal, y lo arrastra en su giro desde la boca de entrada hasta la boca de salida. Durante todo ese viaje, el aire de la bolsa sigue a presión atmosférica. No se le aprieta. No se le reduce el volumen. Solo se le pasea de un lado a otro de la máquina.

¿Y entonces de dónde sale la presión? De un golpe. Cuando la bolsa llega a la salida y se abre, se encuentra de cara con el aire que ya está amontonado y a presión en el colector, porque el motor no traga tan rápido como el compresor empuja. En ese instante hay un reflujo brutal: el aire presurizado del colector se mete de vuelta en la bolsa recién abierta —que todavía está dentro de la carcasa—, la iguala de golpe a la presión alta, y solo entonces el conjunto es empujado hacia el motor. La compresión es ese choque, esa igualación violenta en la descarga, y no una reducción progresiva del volumen entre los rotores. Esa es la diferencia que importa.

Por eso los técnicos más puristas dicen que el Roots, en rigor, no es un compresor sino una soplante: una bomba de desplazamiento que mueve aire, no que lo aprieta. Y por eso tiene ese aullido tan característico, ese zumbido metálico que identifica a un coche con Roots a cien metros. En ese sonido pesan mucho los pulsos de la descarga: cada vez que una bolsa se abre a la salida y el aire de alta presión se precipita de vuelta a igualarla, se produce un golpe de presión, y a miles por segundo dan ese timbre grave inconfundible. No es el único ingrediente del ruido —ahí hay también vibración de engranajes y de rotores—, pero el vaivén de la descarga es buena parte de lo que oyes.

Y esa forma de generar presión a golpes tiene un precio: pierde eficiencia a medida que le pides más presión, porque igualar el aire de golpe en vez de apretarlo progresivamente desperdicia energía en calor y turbulencia, y las holguras fijas entre piezas dejan escapar cada vez más aire conforme sube la presión. No hay que exagerarlo en una cifra redonda, eso sí: un Roots clásico de los antiguos se ahogaba pronto, pero los Roots modernos de alto rendimiento, como los Eaton TVS, trabajan con relaciones de presión de hasta 2,5 —más o menos bar y medio de sobrepresión— y rozan eficiencias por encima del 70%. La regla de bolsillo es que el desplazamiento positivo paga peaje creciente con la presión, no que haya una pared infranqueable en un número concreto.

El tornillo: aquí sí se aprieta

El compresor de tornillo o Lysholm parece un primo del Roots —también son dos rotores en una carcasa—, pero hace algo radicalmente distinto, y esa diferencia lo cambia todo. En vez de lóbulos romos que solo transportan, el tornillo tiene rotores helicoidales que se enroscan entre sí, y el espacio que queda entre ellos se va haciendo más y más pequeño a medida que el aire avanza hacia la salida.

Eso es compresión interna de verdad. El aire no se pasea a presión constante para recibir un golpe al final: se va apretando progresivamente durante todo el recorrido, encajonado en un espacio que mengua, exactamente como la idea intuitiva que todos tenemos de lo que es comprimir. Cuando sale, ya viene con buena parte de la presión hecha desde dentro, sin el choque violento del Roots. Con un matiz: el tornillo tiene una relación de compresión interna fija de fábrica, así que solo sale justo a la presión de la descarga cuando esa presión coincide con la que trae; si el motor pide menos, el aire sale pasado de vueltas y hay que soltarlo; si pide más, aún le falta un empujón a la salida. Es menos brusco que el Roots, pero tampoco acierta siempre a la primera.

Aun así, la consecuencia general es que el tornillo suele ser más eficiente cuando se le piden presiones altas, y calienta menos el aire que un Roots a igualdad de soplo. Por eso es una elección frecuente para coches de altas prestaciones cuando se quiere compresor y no turbo. Tiene un pero: es mucho más caro de fabricar, porque tallar esos husillos helicoidales con las tolerancias finísimas que necesitan es un trabajo de relojería. Y arrastra un defecto del que el Roots se libra: como siempre comprime, incluso cuando el motor no pide presión y el aire se desvía por una válvula de bypass, el tornillo sigue haciendo un trabajo considerable sobre el aire, lo que se traduce en más pérdidas parásitas robándole fuerza al motor.

El centrífugo: un turbo sin turbo

El centrífugo no parece de la misma película que los dos anteriores, y de hecho no lo es: es la rama dinámica, no la de desplazamiento positivo. Su corazón es un rodete —una rueda con álabes girando a muchísima velocidad— que coge el aire por el centro y lo lanza hacia afuera por fuerza centrífuga, dándole un pico de velocidad enorme. Ojo con el nombre, que aquí mucha gente patina: no es una turbina. Una turbina saca energía de un flujo; el rodete hace lo contrario, mete energía del eje en el aire. Y por sí solo no genera presión: lo que entrega es aire a toda pastilla, y es una segunda pieza, el difusor, la que frena esa velocidad y la convierte en presión. Es, en mecanismo, el mismo lado frío de un turbo. La única diferencia es quién lo mueve: en el turbo lo mueven los gases de escape; en el centrífugo, una correa desde el cigüeñal.

Tiene una virtud: es muy eficiente a altas vueltas y entrega muchísimo aire arriba. Y tiene el defecto inverso al tornillo: abajo, a pocas vueltas, casi no da presión, porque el rodete necesita girar rapidísimo para empezar a comprimir de verdad. Su curva de soplo sube con las vueltas de forma muy marcada, lo que lo hace sentir casi como un atmosférico abajo y una bestia arriba. Marcas como Paxton o Vortech construyeron su fama con estos kits, muy populares en el mundo de los V8 americanos precisamente por lo bien que empujan en la zona alta.

El compresor de voluta: el G-Lader, la herejía de Wolfsburg

Y llegamos a la cuarta familia, la que ningún artículo medianamente serio puede dejarse fuera: el compresor de voluta, o scroll. Volkswagen lo bautizó G-Lader —Lader es «compresor» en alemán, y la G viene de la forma de su perfil interno, que recuerda a esa letra— y lo convirtió en una seña de identidad irrepetible durante los años ochenta y primeros noventa.

Su funcionamiento no se parece a nada de lo anterior. Dentro hay una pieza llamada desplazador, una placa con espirales talladas en sus dos caras, que encaja con otras espirales fijas en la carcasa. En vez de girar como un rotor, el desplazador se mueve describiendo pequeños círculos excéntricos, con un movimiento parecido al de un rotor Wankel. Ese bamboleo va atrapando bolsas de aire en el exterior de la espiral y las empuja hacia el centro por un camino en caracol que se estrecha sin parar. El aire, encajonado en ese espacio menguante, se comprime de verdad por dentro mientras viaja hacia la salida central. Es, por tanto, compresión interna como la del tornillo, pero lograda con una coreografía completamente distinta.

Lo bonito del asunto es que el invento no era de Volkswagen ni de los ochenta. El principio de la voluta lo patentó el francés Léon Creux en 1905. El problema es que fabricar esas espirales con las tolerancias finísimas que exige era imposible con la tecnología de la época: el aire se escapaba por cualquier holgura y no comprimía nada. Hizo falta que la ingeniería de mecanizado de los años ochenta se pusiera a la altura para que la idea, dormida durante setenta y cinco años, por fin funcionara. Y el primero en llevarla a un coche de calle en serie fue Volkswagen.

Hubo dos tamaños, y el nombre lo decía todo: la profundidad de la espiral era de 40 milímetros en el pequeño y de 59,5 en el grande, de ahí G40 y G60. El G40 animó al Polo GT G40, un utilitario diminuto que escondía un carácter endiablado. El G60 fue el de las joyas: el Golf GTI G60, el Corrado G60, el Passat G60 Syncro. El Corrado G60 de 1988 daba 160 CV y alcanzaba 225 km/h, cifras serias para un cupé compacto de finales de los ochenta, cuando un GTI atmosférico andaba muy por debajo. Y existieron rarezas de coleccionista absoluto: el Golf Rallye G60, de homologación, con el motor rebajado a 1,8 litros, tracción total Syncro e intercooler a todo lo ancho del frontal; y el Golf Limited, del que VW Motorsport ensambló solo 71 unidades con culata de 16 válvulas y hasta 210 CV. Soplo máximo del G-Lader con las poleas de serie: 0,8 bar.

¿Y por qué no lo monta nadie hoy, si comprimía de verdad y no tenía lag? Por su talón de Aquiles, que es justo lo que lo hizo famoso entre los que lo sufrieron. Volkswagen cometió el pecado de venderlo como libre de mantenimiento, y no lo era ni de lejos. El desplazador y sus juntas rozan contra la carcasa, y ese contacto se desgasta con las vueltas, la carga y el calor. Un G-Lader desatendido pierde soplo poco a poco y, si se abandona del todo, puede destruirse por dentro. Bien revisado, con reconstrucciones periódicas y buenos recambios, aguanta cientos de miles de kilómetros; mal cuidado, se convierte en la pesadilla de taller que le colgó la fama de frágil. Esa combinación —mecánica preciosa y exquisitamente delicada— es lo que lo ha convertido en objeto de culto para el vaguista de pura cepa. Quien ha tenido un G60 sano sabe lo que es, y quien ha tenido uno agonizando también.

El Roots que venía de un camión (y movía un diésel de dos tiempos)

La historia del Roots más famoso del mundo es una de esas joyas que casi nadie cuenta bien. El mítico 6-71 que corona los dragsters, ese bloque plateado que asoma por el capó de medio hot rod del planeta, no nació para dar potencia. Nació para hacer respirar a un motor diésel.

En 1938, General Motors lanzó su familia de motores diésel Serie 71, unos dos tiempos industriales para camiones, autobuses, maquinaria y generadores. El nombre venía de los 71 pulgadas cúbicas de cada cilindro: un seis cilindros era el 6-71, un cuatro cilindros el 4-71, y así. Y aquí está la clave: un diésel de dos tiempos no puede respirar solo. No tiene tiempo de admisión como un cuatro tiempos; necesita que alguien le meta aire fresco a presión para barrer los gases quemados y llenar el cilindro. Ese alguien era un soplante Roots atornillado al lateral del motor. No estaba allí para sobrealimentar: estaba allí para que el motor pudiera funcionar siquiera.

Detroit Diesel fabricó esos motores desde 1938 hasta mediados de los noventa. Y tras la Segunda Guerra Mundial, el mercado se inundó de soplantes 6-71 de desguace, baratísimos. Los pioneros del drag de los lagos secos de California se dieron cuenta de que esa bomba de aire para diésel, adaptada y puesta encima de un V8 de gasolina —con sus bocas de entrada y salida reorientadas y un accionamiento por correa en vez del engranaje original del motor diésel—, soplaba una barbaridad. Barney Navarro fue de los primeros en probarlo: en 1948 plantó un GMC 3-71, el hermano pequeño, sobre un Ford flathead, y en El Mirage pasó de 121 a 139,75 mph en dos meses. Para los años setenta, el 6-71 se había quedado corto y empezaron a aparecer 8-71, 10-71, 12-71… hasta los 14-71 que hoy usan los Top Fuel, que ya no tienen nada del camión original salvo el nombre heredado como un apellido. Un soplante de minas y autobuses convertido en el icono de la cultura hot rod. Pocas historias de reciclaje industrial tan bonitas hay en el motor.

La pista española: el Pegaso que humilló a Ferrari y el SEAT que casi nadie conoce

Y aquí viene lo que ningún artículo sobre compresores en inglés te va a contar, porque hay que ser de aquí para buscarlo. España tiene una historia de compresor volumétrico de primerísimo nivel, y empieza con un nombre mayúsculo: Pegaso.

El Pegaso Z-102, nacido en 1951 de la mano de Wifredo Ricart en las antiguas instalaciones de Hispano-Suiza en Barcelona, no era un coche cualquiera. Era un superdeportivo español cuando España no estaba para superdeportivos, y montaba un V8 de aleación ligera con árboles de levas a la cabeza y, en sus versiones más bravas, compresores. Y tiene un hito de verdad, no de leyenda: el 25 de septiembre de 1953, en la carretera belga de Jabbeke, un Z-102 sobrealimentado de 2,8 litros —la antigua barchetta de Le Mans— promedió 243 km/h en el kilómetro lanzado y se proclamó el coche de producción más rápido del mundo de su momento. Para poner eso en contexto hay que medirlo contra un rival concreto: un Ferrari 212 de calle se quedó en algo más de 187 km/h cuando lo cronometró Autocar en 1950. Un coche hecho en Barcelona batiendo en recta a lo mejor de Maranello, en plena posguerra española. Que el Z-102 fuera después un ruinoso fracaso comercial por carísimo y complicado es otra historia, pero el récord está firmado y cronometrado.

Y hay una segunda pista española, todavía más desconocida. En 1981, SEAT sopesó lanzar un 131 berlina con compresor volumétrico, siguiendo la estela de lo que Fiat había hecho en Italia con el 131 Abarth Volumetrica. El compresor en cuestión lo había desarrollado el departamento de competición de Fiat —es decir, la plantilla de Abarth absorbida en 1971— para motores de cuatro cilindros en línea, y es el mismo linaje técnico que acabaría equipando las versiones Volumex de Lancia. El proyecto del SEAT 131 Compresor apenas pasó de prototipo y se quedó en una rareza de la que casi no queda memoria, coincidiendo con una de las épocas más turbulentas del fabricante español. Pero existió, y conecta la ingeniería española directamente con la saga Abarth-Lancia del compresor volumétrico.

Mercedes y la palabra mágica: Kompressor

Si hay una marca que convirtió el compresor volumétrico en identidad de marca en la era moderna, esa es Mercedes. La palabra Kompressor, escrita en cromo en el maletero, fue durante los 2000 sinónimo de un empujón inmediato y sin dramas. Pero hay un matiz técnico que casi nadie distingue: no todos los Kompressor eran iguales.

Los Mercedes de acceso, los C 180 o C 200 Kompressor, usaban soplantes que daban una sobrepresión modesta para animar motores pequeños. Pero las joyas eran los AMG. Los famosos 55 AMG —el E 55, el CLS 55, el SL 55— montaban un V8 de 5,4 litros sobrealimentado con un compresor de tornillo tipo Lysholm e intercooler agua-aire. Es decir, la familia noble de Mercedes eligió un tornillo de compresión interna, no un Roots, para esos motores. No es que un Roots fuera incapaz de dar esa potencia —los Roots modernos de alto rendimiento mueven cifras muy serias—, es que a las presiones y el régimen que AMG buscaba, el tornillo trabajaba con mejor eficiencia y menos calor en la admisión, y eso en un coche de calle que debe durar y no detonar es oro. Un SLK 32 AMG o un E 55 de principios de los 2000 eran, bajo el capó, una clase magistral de por qué a veces interesa el tornillo: respuesta instantánea de compresor, sin el lag del turbo, con la compresión hecha por dentro.

El peaje de la correa

El compresor cambió las reglas que vimos en el capítulo anterior. El atmosférico esperaba a que la atmósfera empujara; el compresor lo mueve el propio motor, así que no depende de que unos gases de escape aceleren una turbina como el turbo. Pero ojo con generalizar la respuesta: los de desplazamiento positivo —Roots, tornillo, voluta— dan presión prácticamente desde que pisas, porque desplazan aire a cualquier régimen; el centrífugo no, porque necesita que el rodete gire rapidísimo y abajo sopla poco, como ya vimos. La gran baza del «cero espera» es de los volumétricos, no de toda la familia. Un Roots para el ruido y la respuesta brutal abajo, un tornillo para la eficiencia cuando se piden presiones serias, un centrífugo para soplar como un animal arriba, y una voluta G-Lader para los que quisieron compresión interna de verdad en un compacto y pagaron el precio en mantenimiento. Cuatro familias, cuatro caracteres.

Pero el compresor arrastra un pecado original difícil de esquivar, y es puramente físico: la energía con la que mete el aire la saca del propio motor. Va movido por el cigüeñal, así que cada caballo que gasta en comprimir es un caballo que no llega a las ruedas. Es un trato: le das al motor más aire del que podría tragar solo, pero le cobras un peaje en forma de esas pérdidas parásitas, y cuanto más soplo le pides, más caro. Ese peaje no siempre es constante: cuando no hace falta sobrealimentar, una válvula de bypass deja que el aire dé vueltas sin comprimir y alivia buena parte del trabajo, y algunos sistemas van más allá y desacoplan el compresor con un embrague, dejándolo quieto. Pero mientras sopla de verdad, paga. Y ahí está la puerta que abre el siguiente capítulo.

Porque mientras el compresor le robaba fuerza al cigüeñal, un puñado de ingenieros miraba el tubo de escape y veía algo que se tiraba a la basura: una riada de gases ardiendo, a presión, saliendo disparada hacia el silencioso sin que nadie aprovechara esa energía. ¿Y si en vez de robarle fuerza al motor para mover el compresor, usáramos esa energía del escape que de todos modos estamos desperdiciando? La respuesta se llama turbo. Pero no es energía gratis, por mucho que lo repitan: el turbo también cobra su peaje, solo que de una forma mucho más sutil que el compresor. Y entender ese peaje oculto es lo que viene ahora.

En el próximo capítulo, la máquina que destronó al compresor: el turbocompresor, la turbina, el mapa de soplo, y por qué eso que todo el mundo llama lag no siempre es lag. Spoiler: hay dos fenómenos distintos que medio mundo confunde en uno solo.

El siguiente paso de la serie es el turbo: cómo funciona y por qué el lag no es lo que crees.

Comprueba que sigues vivo.

Fotos: Auge=mit (CC BY-SA 4.0), Autocar Handbook, 1935 (dominio público), Motorhead (Wikipedia) (CC BY-SA 2.5), Tony Harrison (CC BY-SA 2.0), Seanster1000 (CC BY-SA 3.0), Jose.cfr (CC BY-SA 4.0), Charles from Port Chester (CC BY 2.0).