Motores atmosféricos y turboalimentados
Esto nos lleva a hablar de la vida útil, lo que a su vez nos lleva a los turbocompresores. La potencia que puede desarrollar un motor de una determinada cilindrada viene determinada por la cantidad de gasóleo que se puede convertir en calor y trabajo. La cantidad de combustible que se puede quemar depende de la cantidad de oxÃgeno que se pueda introducir en el cilindro y mezclar con el gasóleo. Y el oxÃgeno disponible viene determinado por la cantidad de aire que podamos introducir en el cilindro.
Un motor atmosférico es aquel en el que el aire es aspirado hacia el cilindro por el movimiento descendente del pistón. Este movimiento reduce la presión en el cilindro y «aspira» el aire. Un motor turboalimentado uenta con un dispositivo que bombea aire, lo que permite introducir cantidades sustancialmente mayores de oxÃgeno. Esto permite quemar más combustible, lo que aumenta la potencia de ese motor. Todo ello se refleja en una mayor relación potencia-peso la cual a menudo se publica.
El interior de un turbocompresor
En términos sencillos, un turbocompresor tiene dos ventiladores montados en un eje común. Uno de ellos (la turbina) se encuentra en el recorrido de los gases de escape a su salida del motor, y la otra (el compresor) en el recorrido del aire de admisión. Cuando el motor está en marcha, los gases de escape, que se desplazan a gran velocidad y aún contienen una cantidad significativa de energÃa sin aprovechar, hacen girar la turbina. Esto hace girar el compresor, lo que impulsa el aire y lo presuriza hacia el colector de admisión del motor.
Un turbocompresor es, en esencia, un compresor de aire impulsado por los gases de escape. Cada vez que se abre una válvula de admisión, este aire a presión es impulsado hacia el cilindro, en lugar de ser aspirado por el pistón al descender por el cilindro.
A altas cargas y velocidades del motor, los turbocompresores pueden generar una presión de admisión (sobrealimentación) excesiva. Muchos cuentan con una válvula de descarga (wastegate en inglés), un dispositivo que responde a esta alta presión abriendo una válvula de derivación o bypass en el lado del escape, lo que reduce el flujo de gases de escape sobre la turbina. Los turbocompresores de muchos motores modernos son considerablemente más complejos, con álabes móviles (turbocompresores de geometrÃa variable o TGV). Todos pueden girar a velocidades extraordinariamente altas, desde 100.000 hasta 400.000 rpm en los dispositivos de última generación. Algunos motores más grandes cuentan con más de un turbocompresor, instalados en serie.
Intercoolers y aftercoolers
¿Qué ocurre cuando se presuriza el aire? ¡La temperatura aumenta! PodrÃa pensarse que esto es positivo, ya que necesitamos altas temperaturas para encender el combustible diésel, pero a una presión determinada el aire caliente tiene menor densidad que el aire más frÃo, y una menor densidad implica menos oxÃgeno. Por ejemplo, el aire a 50 °C (112 °F) contiene un 14 % menos de oxÃgeno que el aire a 7 °C (44 °F). Por eso, normalmente, justo después de un turbocompresor hay un dispositivo para enfriar el aire, conocido como aftercooler (enfriador posterior) o intercooler (los dos términos suelen usarse indistintamente, aunque con el tÃpico turbocompresor de una sola etapa 'aftercooler' es técnicamente más correcto, pero hemos empleado el término más común ´intercooler´). Este aire frÃo comprimido entra a continuación en un cilindro, donde la presión aumenta lo suficiente durante la carrera de compresión como para que se produzca la ignición. Si tiene un turbocompresor, es probable (aunque no necesariamente) que también tenga un intercooler. Los intercoolers requieren mantenimiento. Volveremos sobre ello más adelante.
Flujo de aire en un motor turboalimentado con intercooler
Al introducir más aire en un cilindro de un tamaño determinado, el turbocompresor aumenta la relación de compresión efectiva. Esto permite reducir la relación de compresión real —la que habrÃa sin el turbocompresor— a niveles que son los justos para el arranque. Durante el arranque no hay presión de sobrealimentación del turbocompresor, por lo que existe un lÃmite en cuanto a lo baja que puede ser la relación de compresión. Por lo general, este lÃmite se sitúa en torno a 16:1 o 17:1.
Los turbocompresores se fabrican con tolerancias extremadamente precisas. Deben dejarse solo en manos de profesionales; nosotros no vamos a meternos con ellos.
Cuanto mayor es la relación potencia-peso de un motor, mayores son las tensiones a las que se ve sometido y menor es su expectativa de vida útil. En casos extremos, una versión atmosférica de un motor puede tener una esperanza de vida útil nominal antes de una revisión general de, digamos, unas 20.000 horas, mientras que una versión con turbocompresor de alta potencia, con el mismo bloque de motor y la misma configuración de cilindros y pistones, puede ofrecer hasta el triple de potencia, pero con una esperanza de vida útil reducida, antes de una revisión general, de tan solo 3.000 horas.
Esperanza de vida
Con o sin turbocompresor, y teniendo en cuenta un ciclo de trabajo recreativo, la mayorÃa de los motores diésel marinos pequeños instalados en embarcaciones de recreo tienen una esperanza de vida útil, antes de una revisión general, de unas 5.000 horas. Este ciclo de trabajo supone que el funcionamiento a plena potencia es intermitente. Estos motores no están diseñados para un funcionamiento continuo a plena potencia.
En lugar de horas, la esperanza de vida útil antes de una revisión general de los motores comerciales se mide a veces en función del volumen o del peso del combustible que se consumirá. Cuanta más potencia se extraiga de un motor determinado, más rápido se consumirá el combustible, y menores serán las horas de funcionamiento que quedan antes de la revisión.