Estrategias para Aumentar la Potencia del Motor: Par vs. Revoluciones

Estrategias para el Aumento de Potencia en Motores

La potencia de un motor de combustión interna es una función directa de su par motor y de las revoluciones por minuto (RPM) a las que gira. Por lo tanto, existen dos caminos principales para incrementarla: aumentar las revoluciones o aumentar el par.

Aumento de Revoluciones (RPM)

Incrementar las revoluciones por minuto es una forma de obtener más potencia. Sin embargo, presenta desafíos técnicos significativos que pueden comprometer la fiabilidad del motor:

• Momento de inercia: Para reducirlo, se diseñan motores con componentes móviles (pistones, bielas, cigüeñal) más pequeños, ligeros y perfectamente equilibrados. Un elevado momento de inercia puede causar un desgaste acelerado del motor e incluso provocar su destrucción por las vibraciones y esfuerzos generados.
• Rebote de válvulas: En el sistema de distribución, si las válvulas abren y cierran a una velocidad excesiva, la resonancia del muelle puede acoplarse con la frecuencia de apertura, impidiendo que la válvula cierre correctamente. Esto provoca un funcionamiento anómalo y una drástica pérdida de rendimiento.
• Lubricación entre pistón y cilindro: A altas revoluciones, la lubricación, que es de tipo semifluida, se vuelve especialmente crítica para evitar el gripado y el desgaste prematuro de los componentes.

Debido a que estos factores reducen drásticamente la fiabilidad del motor, aumentar las revoluciones no siempre es el camino más indicado para conseguir un aumento de potencia sostenible.

Aumento del Par Motor

Aumentar el par motor es una estrategia más eficiente y fiable para incrementar la potencia. Se puede lograr de varias maneras:

• Aumento de la cilindrada: Al incrementar el volumen de los cilindros, se puede quemar más mezcla aire-combustible en cada ciclo, lo que consigue un par motor más alto y, por consiguiente, más potencia. Sin embargo, esta modificación también incrementa el tamaño, el peso, el consumo de combustible y las emisiones contaminantes del motor.
• Incremento de la relación de compresión: Es una de las formas más efectivas de aumentar la potencia, ya que eleva la presión media efectiva dentro de la cámara de combustión y, por tanto, el par motor. Esto mejora la eficiencia termodinámica del ciclo.
• Aumento del rendimiento volumétrico: Consiste en mejorar la capacidad del cilindro para llenarse de mezcla aire-combustible. Al haber una mayor cantidad de mezcla, la combustión genera una explosión que empuja con más fuerza la cabeza del pistón, incrementando el par y la potencia.

  Métodos para mejorar el rendimiento volumétrico:

  • Colectores de admisión de geometría variable.
  • Sistemas de distribución multiválvulas (más de dos válvulas por cilindro).
  • Sistemas de distribución variable (VVT).
  • Sobrealimentación (mediante turbocompresores o compresores volumétricos).

Sistemas de Sobrealimentación

Turbocompresores

El turbocompresor es un sistema que comprime el aire de admisión utilizando la energía cinética y calorífica de los gases de escape, que de otro modo se desperdiciaría.

Turbocompresor de geometría fija (FGT)

En este diseño, se intercala en el colector de escape una turbina accionada por la energía de los gases. Dicha turbina, que comparte eje con un compresor en el lado de la admisión, tiene unos álabes con una inclinación fija.

Ventajas de los turbocompresores

• Notable aumento del rendimiento volumétrico.
• Mejora significativa de las prestaciones del motor (potencia y par).
• Disminución del consumo específico de combustible, especialmente en vehículos diésel, al mejorar la eficiencia global.

Inconvenientes y desafíos

• Encarecimiento del coste de fabricación y mantenimiento del motor.
• Riesgo de aumento descontrolado de la presión en la admisión, lo que requiere válvulas de descarga (wastegate).
• Aumento de la temperatura del aire de admisión, que hace necesario el uso de un intercambiador de calor (intercooler) para enfriarlo y mejorar su densidad.
• Mayor estrés térmico y mecánico, lo que puede reducir la fiabilidad si los componentes del motor no están debidamente reforzados.
• Pérdida de rendimiento a bajas revoluciones, fenómeno conocido como turbo-lag o retardo del turbo.

La pérdida de rendimiento a bajas revoluciones (turbo-lag) se debe a que, a bajo régimen, el motor genera un caudal y una energía insuficientes en los gases de escape para hacer girar la turbina a la velocidad necesaria para comprimir el aire de admisión eficazmente.

Recomendaciones de uso y mantenimiento

Para evitar averías prematuras y asegurar la longevidad del turbocompresor, es conveniente seguir estas recomendaciones:

• Evitar parar el motor inmediatamente después de un uso intensivo (altas revoluciones, cargas pesadas). Se recomienda dejar el motor al ralentí durante aproximadamente un minuto para que el aceite circulante enfríe el eje de la turbina.
• Procurar no arrancar el motor con el acelerador pisado para asegurar una correcta lubricación inicial de todos los componentes.
• Intentar no apagar el motor mientras está acelerado.

Compresores Volumétricos (Supercargadores)

Al igual que los turbocompresores, los compresores volumétricos (o supercargadores) sirven para aumentar el rendimiento volumétrico elevando la presión del aire de admisión. La diferencia fundamental radica en su accionamiento: en lugar de aprovechar los gases de escape, son accionados mecánicamente por el propio motor, generalmente a través de una correa conectada al cigüeñal. Esto elimina el turbo-lag, proporcionando una respuesta instantánea desde bajas revoluciones, aunque a costa de un mayor consumo de potencia del propio motor.