ComentarEnviar a un amigoImprimir Textos Miquel Mallafré
1. Introducción2. Más información3. Presencia en el mercado
La utilización en los motores marinos de sistemas de sobrealimentación, como el turbo y el compresor volumétrico, se ha generalizado. Años atrás pocos hubieran imaginado su actual difusión, pues los equipan desde los grandes motores diesel hasta las motos acuáticas, pasando por algunos fueraborda.
La tecnología disponible en la actualidad ha permitido marcar tendencias. La utilización de la electrónica admite disponer de motores más compactos, pero también han contribuido a ello los sistemas de sobrealimentación, como el turbo y el compresor. Se sobreentiende que el turbo y el compresor proporcionan más potencia o velocidad a un determinado vehículo, también a una embarcación, pero la mayoría de sus usuarios no sabe muy bien cómo. En este artículo intentaremos explicar el funcionamiento de ambos sistemas y repasaremos su presencia en el mercado náutico actual.
AIRE Y COMBUSTIBLE
En general, tanto en una embarcación como en un automóvil es necesario obtener una gran eficiencia utilizando el menor espacio y peso posibles, pero asegurando un correcto funcionamiento del motor.
El concepto básico es que, para un adecuado funcionamiento del motor, es necesario introducir una proporción fija de aire y combustible; la potencia está en el combustible, no en el motor.
Esta proporción suele ser de una parte de combustible por quince de aire; esto significa que, para una correcta combustión, hace falta mucho aire. De ahí la importancia de las entradas de aire a las sentinas de los motores en todas las embarcaciones; también es importante respetar las aberturas que los fabricantes realizan en las carcasas de los motores fueraborda. Pero no es necesario bajar al puerto para observar esta necesidad; basta salir a la calle y ver pasar un automóvil trucado, eso que hoy conocemos por tuning, para ver cómo se han practicado aberturas mayores en los alrededores del lugar donde se encuentra el motor, con la finalidad de que le llegue más aire.
Pero aunque el motor estuviera al aire libre, esto no solucionaría el problema de falta de aire para atender sus necesidades en sus distintos regímenes de funcionamiento, si los componentes mecánicos no hubieran sido correctamente dispuestos. A baja velocidad el aire tiene mucho tiempo para entrar en los cilindros: suele hacerlo por simple presión atmosférica o por la aspiración que ejerce el propio movimiento del motor; el aire entra en los cilindros como consecuencia de la depresión creada por el movimiento descendente de los pistones en el interior de los cilindros, pero a alta velocidad el tiempo de que dispone el aire para acceder al motor disminuye y la cantidad que entra es menor, con lo cual la proporción de aire con respecto al combustible disminuye.
Esta falta de aire se suele definir en términos coloquiales como “ahogo”; el motor se ahoga por falta de aire, al igual que le sucede a cualquier ser vivo. Hasta hace pocos años el combustible se introducía en los motores a gasolina mezclado con el aire, mediante sistemas como las láminas o las válvulas y aspiración natural. En los motores diesel el combustible se introduce mediante inyectores cuando el aire ya está comprimido en el interior del cilindro.
La inyección mecánica o electrónica ha permitido introducir a los motores una cantidad superior de combustible, pero de nada sirve que el motor disponga de mucho combustible si no cuenta también con el suministro de aire necesario; cuando la admisión atmosférica no es suficiente se emplean los sistemas de sobrealimentación para bombear más aire al interior del motor. En general, la sobrealimentación consiste en introducir en el cilindro una cantidad de aire mayor a la que el motor es capaz de aspirar en condiciones normales. Para ello existen dos procedimientos básicos: el turbo y el compresor. Muy resumidamente diremos que el turbo está relacionado con el impulso que generan los gases de escape, mientras que el compresor tiene que ver con el giro del propio cigüeñal. Con frecuencia se utiliza la palabra turbocompresor para definir un sistema turbo que no está vinculado al cigüeñal. También se suele utilizar el término “alimentación” sin diferenciar entre alimentación de aire o de combustible. Gajes del vocabulario...
EL TURBO
Uno de los sistemas más utilizados es el turbo, a menudo también llamado turbocompresor, si bien, como ya hemos señalado, esto puede dar lugar a confusión en comparación con el compresor a secas. El turbo es un conjunto mecánico de dos ventiladores, uno de los cuales es movido por los gases del escape cuando salen del motor y otro, que gira solidario a éste, que aspira aire del exterior y lo conduce al interior del motor. Hay que tener en cuenta que todas las piezas en movimiento suponen una pérdida de eficacia por fricción, temperatura, etc... Esto significa que hasta que el motor no alcanza un cierto régimen de funcionamiento no se produce la entrada de una cantidad suficiente de aire para compensar la pérdida de energía ocasionada por el rozamiento de los dos ventiladores; además, este aire llega más caliente que el aire atmosférico, por el simple hecho que, al entrar forzado, sufre un calentamiento por fricción y, por lo tanto, está más dilatado, de modo que la proporción de oxígeno es menor.
Ha de quedar muy claro que el aire del escape no vuelve a entrar al motor, sino que sólo se utiliza para hacer girar uno de los dos ventiladores; el aumento de temperatura se genera sólo por fricción y por compresión. Puede suceder que lo que se ha ganado por la cantidad de aire insuflado se pierda en una parte por la peor proporción de oxígeno en el aire.
Este es también un aspecto importante, pues lo que en realidad necesita un motor convencional no es aire en el sentido estricto, sino oxígeno, y la proporción de oxígeno es mayor en el aire frío que en el aire caliente, como también lo es a nivel del mar con respecto a un lugar más alto, de ahí las diferencias que surgen cuando cambia la presión atmosférica o la temperatura de noche con respecto al día; casi todos nosotros hemos observado que los motores coches, motos, embarcaciones...- parecen funcionar mejor de noche que de día.
Para mejorar la calidad del aire procedente del turbo se utiliza en muchos casos un sistema de refrigeración de este aire denominado intercooler, que lo enfría y contrae antes de empujarlo al interior de los cilindros; cuando este sistema de enfriamiento un serpentín por el que circula un líquido que a su vez es enfriado por agua de mar- se sitúa antes del ventilador del turbo se denomina intercooler, pero si está después del ventilador se llama aftercooler. Con frecuencia se dice que el motor gana en rendimiento cuando “entra el turbo”, pero el turbo está siempre funcionando, lo que sucede a determinadas vueltas es que se percibe la eficacia del turbo, con un aumento del régimen o de la velocidad. En cada tipo de motor esto sucede a un número distinto de vueltas, pero rara vez por debajo de las 1.800 revoluciones.
EL COMPRESOR
Los compresores son el sistema más antiguo para aumentar la entrada de aire al motor, pero fueron apartados porque, al contrario de lo que sucede con el turbo, el compresor está vinculado directamente al cigüeñal; sin embargo, su aplicación sin otras condiciones también restaba energía.
Estos sistemas fueron recuperados en la década de los 80 para su aplicación en la automoción, lógicamente cuando ya se habían resuelto estos problemas. La diferencia con el turbo consiste en la inmediatez del compresor, que es eficaz en cuanto el cigüeñal empieza a girar, de modo que no requiere una velocidad mínima para que se perciba su intervención; suministra una provisión adicional de aire que permite aprovechar todo el combustible y disponer de toda la potencia necesaria a todos los regimenes de forma progresiva, pues el compresor siempre está en funcionamiento y ofrece una respuesta instantánea a la aceleración o desaceleración. Aumenta o disminuye conforme lo hace el régimen del motor, cosa que no sucede con el turbo, que sólo es eficaz cuando los gases del escape alcanzan la fuerza suficiente para compensar las pérdidas por rozamiento de las piezas. Al igual que sucede con el turbo, el compresor más habitual es un ventilador, un sistema de palas que empuja aire al interior de los cilindros; la diferencia está en el mecanismo utilizado para hacer girar el ventilador, que no es el aire del escape sino una correa o un engranaje vinculado al cigüeñal.
Puesto que estos sistemas se incorporan con frecuencia en los motores diesel, y estos motores tienen un régimen de funcionamiento bastante bajo, suele suceder que entre el cigüeñal y el eje del ventilador o compresor se tiene que montar un engranaje que multiplica el número de vueltas, con la finalidad de capturar la cantidad de aire suficiente y conseguir la necesaria velocidad para que llegue al interior de los cilindros en cantidad suficiente.
Algunos sistemas pueden llegar a girar a 150.000 vueltas, lo que hace necesario un sistema añadido de refrigeración por aceite, debido a las altas temperaturas que se alcanzan; algunos motores necesitan seguir girando a bajo régimen después de haber estado en funcionamiento para que el aceite siga fluyendo por el motor y evitar averías por sobrecalentamiento. Si en lugar de utilizar un ventilador accionado por el cigüeñal, se utiliza también un pistón para comprimir el aire antes de introducirlo en los cilindros el mecanismo se denomina compresor volumétrico, pero existen numerosos sistemas y patentes en este sentido, de modo que el vocabulario empleado y sus traducciones a distintos idiomas- no siempre es explicativo de la realidad, utilizándose indistintamente los términos turbo, turbocompresor, compresor y compresor volumétrico.Turbo y turbocompresor suelen referirse al mismo mecanismo, pero es posible que el motor tenga a la vez turbo y compresor, como mecanismos distintos, en cuyo caso las palabras deberían estar separadas.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Hablar de ventajas e inconvenientes de cada uno de estos sistemas es un tanto petulante, pues si están en el mercado y respaldados por grandes marcas, resulta obvio que están ofreciendo buenos resultados. Sin embargo, aunque sólo sea desde el punto de vista teórico, indicaremos que el inconveniente del turbo es que no es eficaz hasta que el motor alcanza un régimen determinado, a partir del cual los gases del escape son suficientes para mover los dos ventiladores con una potencia capaz para compensar las pérdidas por rozamiento. Por el contrario, en el sistema de compresor mecánico, el ventilador que introduce el suplemento de aire al motor es más progresivo, desde el mismo momento que se pone en marcha el motor hasta el régimen máximo.Ahora bien, esto también significa que en cuanto el motor empieza a girar ha de arrastrar los mecanismos del compresor, por eso hay una multiplicación en el eje del ventilador que introduce el aire con respecto al eje del cigüeñal.
EL AIRE: LO MÁS IMPORTANTE
Tanto si los motores marinos cuentan con mecanismos de sobrealimentación como si no, la presencia del aire es muy importante. Las tapas de los motores fueraborda ya están diseñadas para que entre el caudal de aire necesario, pero en los motores interiores y dentrofueraborda, el caudal debe llegar hasta ellos a través de las aberturas practicadas en la sentina del motor o sala de máquinas.
Muchos fabricantes de motores homologan este tipo de instalaciones antes de permitir que se monten sus motores, con la finalidad de evitar problemas de funcionamiento por falta de aire. Para ello miden el volumen existente en la sala de máquinas y las entradas y salidas de aire, de tal modo que se puede calcular si el motor o motores recibirán la cantidad de aire necesaria para su correcto funcionamiento, incluyendo la posibilidad de instalar ventilación forzada.
Esta operación no se realiza en cada unidad, sino en cada modelo. En este sentido es importante señalar que, en caso de remotorización, no siempre es factible instalar motores de más potencia en determinados barcos, pues el volumen de aire que era suficiente para un motor de determinada potencia puede ser insuficiente si se monta uno o más motores de potencia superior.
También vale la pena comentar que algunos constructores de yates cuentan con dispositivos que mantienen la sala de máquinas cerrada cuando el motor está parado y poseen unas aberturas que aumentan a medida que lo hace la necesidad de aire del motor, que es cuando navega a mayor velocidad. Concretamente el Azimut 68 S posee estas aberturas de geometría variable, más abiertas cuanto mayor es el régimen de los motores.
La instalación de sistemas turbo en motores de gasolina ha sido muy popular en el ámbito del automóvil, donde lo instalan numerosos automóviles deportivos aunque ha proliferado más en los motores diesel. En cambio, la aplicación del compresor en el ámbito de la náutica parecía exclusiva de los motores diesel, pero en la actualidad está presente en las motos acuáticas dotadas de motores a gasolina de cuatro tiempos y en distintos motores fueraborda.
Equipan el compresor volumétrico las motos acuáticas BRP con una tecnología denominada 4-Tec Supercharged, concretamente de los modelos GTX y Sport Wake, con un motor Rotax de tres cilindros y 1.494 centímetros cúbicos que, gracias a la incorporación del compresor y de un intercooler, ofrece una potencia de 215 caballos. El compresor de BRP es, básicamente, un ventilador centrífugo unido al cigüeñal mediante una corona que multiplica las vueltas por cinco. Este motor Rotax gira a un máximo de 7.750 revoluciones, lo que quiere decir que el ventilador gira por debajo de las 38.750 vueltas al comprimir el aire por simple aceleración hasta el interior del motor.
Este número de vueltas genera una inercia muy importante y, para evitar averías específicas en el ámbito de la moto acuática, también se ha instalado un embrague entre el eje de la hélice propulsora y el eje del compresor, para evitar que pueda romperse por los cambios bruscos de revoluciones ocasionados por los saltos producidos por las olas; una de las características de las motos acuáticas es su facilidad de planeo y, en consecuencia, la frecuencia con la que salen fuera del agua durante la navegación, lo que da lugar a un brusco frenazo cada vez que la moto cae de nuevo en el agua, lo que podría conducir a la rotura del compresor si no se hubiera instalado este embrague.
También monta el compresor la Kawasaki Ultra 250 X, que equipa un motor de cuatro cilindros y 1.498 centímetros cúbicos que proporciona 250 caballos a 7.750 vueltas, en este caso gracias a un compresor volumétrico del tipo Roots, que consiste en una correa dentada fijada al final del cigüeñal, la cual transmite el movimiento a un rotor; también en este caso la multiplicación es por cinco veces. Otras motos acuáticas que montan el turbo son varios modelos Honda, con un motor que da una potencia de 160 caballos, así como la Hydrospace S4. Se trata de una moto de conducción de pie, dotada de un motor de cuatro tiempos, dos cilindros y 749 centímetros cúbicos, que puede ofrecer 100, 135, o 163 caballos, según sea la graduación del turbo.
Pocos aficionados hubieran imaginado hace algunos años que la sobrealimentación llegaría a los motores fueraborda. Llegó hace pocas temporadas, concretamente a determinados modelos de las marcas Mariner y Mercury, agrupados bajo la denominación comercial Verado.
Los Verado son motores de cuatro tiempos, de cuatro o seis cilindros en línea y una cilindrada que oscila entre los 1.732 centímetros cúbicos del modelo de 115 caballos y los 2.598 del modelo de 275 caballos; son ocho modelos en total para cada marca, caracterizados por un sistema de admisión a través de un compresor refrigerado, único en el ámbito de los motores fueraborda. El turbo está muy presente entre los motores interiores diesel, desde potencias muy bajas, como es el caso del Yamaha ME 200 TM (63 caballos) o del Volvo Penta D2 75 (75 caballos), y disponen de él de forma permanente los motores de gran potencia, a veces con sistemas biturbo (Iveco, Seatek,...) y hasta de tres turbos, como en el caso de algunos modelos MTU. Sin embargo, no hay que entender necesariamente que un motor biturbo monta dos turbos en línea; puede ser que se trate, por ejemplo, de un motor con los cilindros dispuestos en forma de V, en cuyo caso cada turbo alimenta una línea de cilindros.
Por otra parte, todos los motores dentrofueraborda diesel del mercado actual cuentan con turbo. No existe inconveniente tecnológico para montar a la vez el turbo y el compresor, como sucede en varios motores marinos Volvo, en los cuales se utiliza el compresor para sobrealimentar el motor a bajas vueltas y el turbo cuando los gases de escape alcanzan la velocidad suficiente para ello. Este es el caso de tres de los cuatro equipos propulsores IPS (IPS 350, IPS 500 y IPS 600) o de los dentrofueraborda D4 260 y D6 350. En cambio, sus motores hermanos con transmisión por eje convencional no equipan el compresor.
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