Los diésel no sólo generan torque; funcionan con una lógica fundamentalmente diferente a la de los motores de gasolina que se encuentran debajo de la mayoría de sus capós. Si bien ambos sistemas dependen de la combustión interna para poner en movimiento el combustible, las mecánicas que lo hacen posible divergen de tal manera que explican por qué un diésel de 2.0 litros puede superar a un V6 mucho más grande. Para entender por qué, hay que mirar más allá del pistón y el momento de la combustión.
Las raíces de esta tecnología son más antiguas de lo que piensas. Nikolaus August Otto patentó el motor de gasolina de cuatro tiempos en 1876, creando lo que todavía llamamos el ciclo Otto. Fue la columna vertebral de los primeros movimientos automotrices, pero fue ineficiente. A las máquinas de vapor no les fue mejor. En aquellos primeros días, sólo alrededor del 10 por ciento del combustible movía el vehículo. ¿El otro 90 por ciento? Calor residual. Esa fue una enorme cantidad de energía que se filtró por el escape.
Rudolf Diesel vio ese desperdicio y quiso arreglarlo. En 1878, estaba trabajando en un “motor de combustión” que exprimiera más trabajo a cada gota de combustible. Obtuvo su patente en 1892. El resultado fue un motor que no dependía de chispas. Se basó en la física.
Cómo el encendido por compresión lo cambia todo
En un motor de gasolina, el proceso es sencillo. Mezclas aire y combustible, comprimes la mezcla y se enciende una bujía. Simple.
En un motor diésel, el orden se invierte. Los pistones comprimen sólo aire. A medida que se exprime ese aire, su temperatura aumenta. Luego, el combustible se inyecta directamente en ese aire caliente. El calor de la compresión es suficiente para encender el combustible sin bujía. No se necesita sincronización eléctrica. Sólo termodinámica.
Por eso los motores diésel tienen relaciones de compresión más altas. Pueden tolerar el estrés porque no les preocupa el preencendido o los golpes como lo hace un motor de gasolina de alta compresión.
Motores diésel frente a motores de gasolina: las principales diferencias
Sobre el papel, ambos motores convierten la energía química en energía mecánica. Ambos utilizan pistones, cigüeñales y cilindros. El movimiento lineal de los pistones convierte el cigüeñal en un movimiento giratorio, que hace girar las ruedas. Pero el “cómo” es donde se dividen.
- Método de encendido: Los motores de gasolina utilizan bujías. Los diésel utilizan calor por compresión.
- Entrega de combustible: Los motores de gasolina a menudo mezclan combustible con aire antes de la compresión (en configuraciones con carburador o inyección de puerto). Los diésel inyectan combustible en el cilindro una vez que ha comenzado la compresión.
- Eficiencia: Debido a que el combustible diesel es denso en energía y el proceso de combustión es más completo debido a las características de combustión pobre, los motores diesel históricamente producen más millas por galón que los motores de gasolina comparables.
El problema de la reputación
Durante décadas, si conducías un diésel, esperabas hollín, ruido y una nube de humo negro. En Europa, esa compensación valió la pena por la economía de combustible. En Estados Unidos, el público rechazó en gran medida la tecnología. Se sentía industrial. Sucio. Alto.
Luego llegó 2014. El escándalo del diésel de Volkswagen no afectó sólo a una marca; envenenó el pozo de todo el segmento. Cuando se reveló que el marketing del “diesel limpio” había enmascarado un software que engañaba las pruebas de emisiones, la confianza se evaporó.
Pero la tecnología misma evolucionó. Los motores diésel modernos son más silenciosos, limpios y eficientes que cualquier motor de los años 90. La inyección directa, los turbocompresores de geometría variable y los controles de emisiones avanzados han cambiado la experiencia de conducción. El mercado se está recuperando lentamente, impulsado por la simple matemática del costo del combustible.
Qué significa esto para ti
Si está considerando un diésel, está aceptando un conjunto específico de compensaciones. Obtienes una mejor economía de combustible. Obtienes un par alto a bajas RPM, lo que ayuda con el remolque y la conducción en carretera. Se renuncia a cierto refinamiento en comparación con un motor de gasolina moderno y se enfrentan a requisitos de mantenimiento más estrictos para los sistemas de emisiones.
El ciclo de cuatro tiempos sigue teniendo la misma estructura: admisión, compresión, potencia, escape. Pero dentro de esos golpes, el motor diésel hace su magia de otra manera. Es una máquina construida pensando primero en la eficiencia y después en el rendimiento. Y en el actual clima de combustible, esa eficiencia se está convirtiendo nuevamente en el principal argumento de venta.
Cómo funciona realmente la compresión diésel
Rudolf Diesel no lo adivinaba. Calculó que exprimir el aire con más fuerza produciría más potencia y mejor eficiencia. La física es simple pero profunda. Cuando el pistón comprime el aire en el cilindro, concentra las moléculas. El combustible diésel contiene una enorme cantidad de energía, por lo que esas moléculas de aire empaquetadas crean un entorno de alta probabilidad para la reacción.
Piénselo así: cuando las moléculas de aire se acercan, el combustible tiene muchas más posibilidades de reaccionar con el oxígeno. Diésel tenía razón. Los motores de gasolina suelen funcionar con relaciones de compresión entre 8:1 y 12:1. Los motores diésel elevan esa proporción a 14:1, y algunos llegan hasta 25:1. Esa proporción más alta es la razón por la que los motores diésel no necesitan bujías. El calor de esa compresión enciende el combustible directamente.
Esto nos lleva al corazón del sistema: el proceso de inyección.
En qué se diferencian los métodos de inyección entre motores diésel y de gasolina
Los motores de gasolina confunden las cosas. Funcionan con una configuración híbrida, cambiando entre inyección de puerto e inyección directa de combustible dependiendo de lo que esté haciendo el motor. La inyección de puerto rocía combustible justo fuera del cilindro, justo antes de la carrera de admisión. Es estable. Bueno para inactivo. Bueno para bajas velocidades. La inyección directa golpea el cilindro de frente. Es agresivo, ofrece más potencia a mayores RPM y reduce el riesgo de detonación, ese molesto ping cuando la mezcla se enciende demasiado pronto debido a una compresión excesiva.
Los diésel no juegan a ese juego. Son estrictamente de inyección directa. El combustible entra directamente en el cilindro, sin desvíos.
Por qué el inyector diésel es la pieza más difícil de construir
El inyector es la joya de la corona del motor diésel. También el más complicado. Los ingenieros han pasado décadas modificando dónde se asienta, cómo rocía y cómo sobrevive al ambiente dentro de la cámara de combustión. Tiene que soportar una presión y temperatura increíbles mientras atomiza el combustible en una fina niebla.
Lograr que esa niebla se mezcle uniformemente con el aire es un rompecabezas de física. Si el combustible no gira adecuadamente, la combustión se complica. Es por eso que se ven cámaras de precombustión, válvulas de inducción especiales u otros dispositivos de control de flujo en los cabezales diésel. Obligan al aire a girar, asegurando que la niebla y el aire se encuentren exactamente donde y cuando deberían para una combustión eficiente.
¿Su diésel realmente necesita una bujía incandescente?
Tal vez. Quizás no.
Cuando un motor diésel está frío, es posible que el calor de compresión no sea suficiente para encender el combustible. Introduzca la bujía incandescente. Básicamente es un alambre grueso calentado eléctricamente, similar a los elementos de una tostadora. Calienta la cámara de combustión para que el aire esté lo suficientemente caliente como para atrapar el combustible rociado.
La tecnología moderna de inyección directa es tan precisa que a menudo no se necesita una bujía incandescente sólo para encender el motor. Pero los fabricantes los mantienen de todos modos. ¿Por qué? Porque ese calor extra ayuda a que el combustible se queme de forma más limpia. Se trata menos de empezar, más de eficiencia y emisiones.
El combustible en sí: diésel versus gasolina
El hardware no es la única diferencia. El combustible es un tema completamente aparte.
¿Por qué el combustible diesel se comporta de manera diferente en un motor?
El petróleo crudo se divide en corrientes específicas en las refinerías. Gasolina, combustible para aviones, queroseno, diésel. Se ven similares en un bidón, pero a las moléculas no les importan las apariencias. El diésel es más pesado. Más aceitoso. No quiere evaporarse.
Esa lenta tasa de evaporación se reduce a la longitud de la cadena de carbono. Las moléculas del diésel son más largas y contienen más átomos de carbono que la gasolina. El punto de ebullición se sitúa por encima del agua. Este peso estructural significa que el diésel tiene una mayor densidad energética. Un galón (3,8 litros) de diésel tiene aproximadamente 139.000 BTU. La gasolina gestiona 124.000 BTU en el mismo volumen.
Esa energía adicional, combinada con la eficiencia termodinámica de un motor de encendido por compresión, es la razón por la que la camioneta tira más fuerte y rinde más por galón que su gemela de gasolina. Por eso también el diésel solía ser más barato. Requirió menos refinamiento. Según la Administración de Información Energética de EE. UU., el diésel representa alrededor del 24 por ciento de los productos derivados del petróleo en los EE. UU., mientras que la gasolina domina con un 56 por ciento.
Cómo el diésel impulsa la máquina industrial moderna
Lo ves en la carretera. Camiones clase 8. Pero el diésel está en todas partes.
- autobuses escolares
- Flotas de tránsito urbano.
- Embarcaciones marinas
- locomotoras ferroviarias
- Grúas de construcción
- Maquinaria agrícola
- Generadores de emergencia
El perfil medioambiental es mixto. La buena noticia: una mayor eficiencia significa menos combustible quemado por unidad de trabajo, lo que resulta en menores emisiones de dióxido de carbono por milla. La mala noticia: la quema de diésel libera altos niveles de compuestos nitrogenados. Eso genera smog, lluvia ácida y problemas respiratorios.
Por qué fracasó la era del diésel de la década de 1970 (y qué cambió)
Los fabricantes europeos introdujeron el diésel en los automóviles de pasajeros durante la crisis del petróleo de los años 1970. Fue un fracaso para los conductores diarios. Los motores hacían ruido. Los coches llegaron a casa cubiertos de hollín negro. Esas partículas son las mismas que asfixian el aire de la ciudad.
La ingeniería moderna solucionó principalmente el ruido y el hollín. La inyección directa ahora se rige por sistemas informáticos que controlan la combustión en tiempo real. Aumento de la eficiencia. Bajan las emisiones.
Luego llegó 2014. Volkswagen. La máquina de marketing del “diésel limpio” resultó ser un truco de software. La empresa utilizó ese mismo sofisticado control informático para detectar las condiciones de prueba y suprimir las emisiones sólo durante los ciclos de laboratorio. Las consecuencias fueron enormes. Miles de millones en multas. Recompras. Ejecutivos en la cárcel.
El combustible también cambió. Desde 2010, todo el combustible diésel vendido en los Estados Unidos es diésel con contenido de azufre ultrabajo (ULSD). El azufre era un problema porque envenenaba los convertidores catalíticos y los filtros de partículas diseñados para atrapar la contaminación. Retire el azufre y esos dispositivos funcionarán según lo previsto. Los convertidores catalíticos diésel modernos tienen una eficiencia de alrededor del 90 por ciento. No más nubes de humo negro. No más olor a azufre.
¿El biodiesel reemplaza al diésel de petróleo?
No exactamente. El biodiesel es una alternativa o aditivo. Se deriva químicamente de aceites vegetales o grasas animales, no del petróleo. De hecho, Rudolf Diesel consideró el aceite de semillas vegetales para el diseño original de su motor.
Puedes mezclarlo con diésel normal. En algunos casos, los motores funcionan 100 por ciento con biodiesel con poca o ninguna modificación. Quema de forma más limpia en términos de partículas y producción de carbono. Pero es distinto del combustible a base de petróleo que impulsa a la mayoría de las flotas de vehículos pesados en la actualidad.
Hacia dónde se dirigen las restricciones al diésel
A pesar de la eficiencia del 90 por ciento de los sistemas de postratamiento modernos, el diésel todavía emite partículas. En zonas urbanas densas, eso sigue siendo un problema de salud pública.
Varias ciudades, estados y países han impuesto prohibiciones obligatorias a los vehículos diésel durante la próxima década. La tecnología se volvió más limpia, pero el entorno político se volvió más estricto. La pregunta es si la próxima generación de sistemas de propulsión de cero emisiones podrá igualar el par y la autonomía que el diésel todavía ofrece en aplicaciones de servicio pesado.
