Los motores diésel están disponibles desde hace más de 100 años. Ahorran combustible y son duraderos. En este artículo descubrirás cómo funciona un motor diésel y qué le depara el futuro.
¿Cómo funciona un motor diésel?
Al igual que un motor de gasolina, un diésel es un motor alternativo. El movimiento de deslizamiento de los pistones en el interior de los cilindros es transformado en movimiento de rotación por las bielas y el cigüeñal. Cuando los pistones se mueven hacia arriba, el aire del cilindro se comprime fuertemente. La compresión calienta el aire hasta una temperatura de 700 a 900 grados centígrados, suficiente para encender el combustible inyectado.
La presión de la explosión empuja el pistón hacia abajo, haciendo girar el cigüeñal. Este principio se conoce como encendido por compresión. Los motores diésel no necesitan bujías para encender la mezcla de aire y combustible. Se conocen como motores de autoencendido. Los motores diésel se fabrican en dos y cuatro tiempos. En la práctica, sin embargo, solo los motores diésel de cuatro tiempos se utilizan en vehículos de motor. Rudolf Diesel (1858 – 1913) dio su nombre a estos motores. Aunque este ingeniero alemán no fue el inventor del principio del motor diésel, sí fue el primero en construir un motor de encendido espontáneo operativo.
El motor diésel se vuelve móvil gracias a la precámara
Los primeros motores diésel utilizaban un ventilador para insuflar aire en los cilindros. Debido a este diseño, los motores diésel eran voluminosos y, con una relación potencia/peso de 250 kg/CV, muy pesados. No eran adecuados para su uso en vehículos.
En un motor de precámara, la cámara de combustión consta de un cilindro y una precámara. La precámara ocupa aproximadamente un tercio del volumen de toda la cámara de combustión. El combustible se inyecta en la precámara y se mezcla con el aire de combustión gracias a un diseño especial. El chorro de combustible se dirige lo más lejos posible hacia el canal de transferencia entre el cilindro y la precámara. Esto significa que solo una parte del combustible se quema en la precámara. Debido a la expansión durante la combustión, la mezcla de combustible y aire se distribuye en el cilindro a través del canal de transferencia. La mayor parte de la combustión de la mezcla de aire y combustible tiene lugar en el cilindro.
Hasta finales de los años 80, este tipo de motor era el más común en los turismos. No fue hasta los años 90 cuando los primeros turismos se equiparon con motores diésel de inyección directa. Hoy en día, estos se utilizan casi exclusivamente. Ya en 1924, MAN desarrolló y fabricó en serie el primer motor diésel de inyección directa para camiones.
Motores diésel de inyección directa: Más potencia, menos consumo
Los motores diésel de inyección directa no tienen precámara. El combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión. La tecnología más conocida es el common-rail. Los motores diésel common-rail están equipados con una bomba de alta presión que, durante el funcionamiento, mantiene continuamente el combustible a una presión elevada de hasta 3.000 bar en un sistema de tuberías. El sistema de tuberías actúa como un depósito de presión para compensar las fluctuaciones de presión causadas por la bomba hidráulica. Todos los inyectores, conocidos como válvulas de inyección, están conectados a este sistema de tuberías y, por tanto, entre sí. La presión es la misma en todo el sistema. La alta presión permite inyectar el combustible directamente en el cilindro y distribuirlo con precisión. Esto reduce el consumo de combustible y las emisiones contaminantes.
Aún más potencia gracias al turbocompresor
La potencia de un motor diésel depende de la cantidad de combustible inyectado. Por lo tanto, en principio, un motor diésel no necesita una válvula de mariposa para modular la entrada de aire. Sin embargo, los motores diésel modernos se benefician de las válvulas de mariposa porque permiten un control preciso del motor. La potencia de un diésel está limitada por la cantidad de aire en el cilindro. Esto significa que solo se puede quemar tanto combustible como oxígeno disponible como compañero de reacción. El uso de un turbocompresor permite aumentar la cantidad de aire y, por tanto, de oxígeno en el cilindro e inyectar más combustible para obtener más potencia.
Menos CO2 pero más óxidos de nitrógeno: Ventajas y desventajas del motor diésel
Una de las ventajas del motor diésel frente al de gasolina es la reducción de las emisiones de CO2. Aunque el combustible diésel tiene un mayor contenido de carbono, las temperaturas de combustión más elevadas hacen que las emisiones de CO2 de un motor diésel sean menores. Por otro lado, las temperaturas de combustión más elevadas implican mayores emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) en comparación con un motor de gasolina. Los óxidos de nitrógeno irritan las vías respiratorias y se cree que son responsables de varios miles de muertes prematuras en Alemania. Este conflicto, en el que las emisiones de NOx aumentan mientras que las de CO2 son bajas, no puede resolverse con modificaciones técnicas del motor. Para reducir las emisiones de NOx, es necesario depurar los gases de escape de los motores diésel.
Catalizadores de inyección de urea y catalizadores trampa de Nox para motores diésel limpios
Para limpiar las emisiones de los motores diésel, los fabricantes de automóviles utilizan catalizadores Lean NOx trap (LNT) o la tecnología Selective Catalytic Reduction (SCR). En la tecnología SCR, se inyecta una solución acuosa de urea llamada AdBlue en el flujo de gases de escape. La solución de urea aglutina los óxidos de nitrógeno contenidos en los gases de escape y los convierte en vapor de agua y nitrógeno inocuo. Gracias a estas tecnologías, los gases de escape diésel son relativamente limpios. Siempre que nadie manipule su sistema anticontaminación.
El escándalo del diésel: ¿Es el principio del fin del motor diésel?
El escándalo del diésel o de los gases de escape se desencadenó al descubrirse en 2015 en Estados Unidos manipulaciones ilegales del sistema de control de emisiones de los motores diésel. El fraude fue sacado a la luz por la Agencia de Protección Medioambiental estadounidense. Esta descubrió que los vehículos diésel de Volkswagen AG solo eran capaces de alcanzar los bajos valores de gases de escape especificados por el fabricante en el banco de pruebas. En el tráfico real, los valores de emisiones contaminantes eran a veces hasta 30 veces superiores a los permitidos. El motivo era la desactivación ilegal del sistema de control de emisiones de gases de escape.
Más tarde, muchos otros fabricantes de automóviles fueron declarados culpables de fraude. Para Volkswagen, este escándalo es costoso y muy vergonzoso. VW había estado promocionando sus motores diésel y vendiéndolos en Estados Unidos con el nombre de «Clean Diesel» como especialmente limpios. Por último, el «dieselgate» está llevando a cada vez más fabricantes de automóviles a pensar en combustibles alternativos para sus motores diésel, como el biodiésel y el diésel sintético, con el fin de prolongar la vida útil de esta tecnología.
Biodiésel y diésel sintético: ¿El futuro del motor diésel?
Hace unos años, el biodiésel se consideraba la solución a las emisiones contaminantes de los motores diésel. El biodiésel es básicamente un aceite vegetal procesado. Una de las ventajas del biocarburante es que su combustión solo libera la cantidad de CO2 que las plantas extraen del aire para producir el petróleo. Sin embargo, el uso del biocombustible ha suscitado un debate sobre su impacto en la seguridad alimentaria.
El diésel sintético se produce a partir de hidrógeno y CO2. El hidrógeno está disponible en cantidades ilimitadas, pero debe obtenerse por electrólisis, es decir, descomponiendo el agua en hidrógeno y oxígeno. Este proceso consume mucha energía. El CO2 puede filtrarse del aire. La combustión del diésel sintético solo produce la cantidad de CO2 extraída del aire para su producción. Por tanto, el diésel sintético sería neutro en CO2. Pero en realidad solo es neutro si la electricidad necesaria para la electrólisis procede de fuentes de energía renovables. Los expertos creen que la producción de electricidad exclusivamente a partir de fuentes de energía renovables tampoco será suficiente para cubrir la necesidad de combustibles sintéticos en el futuro.
¿Tiene futuro el diésel?
Probablemente no. La UE estipula que para 2035 las emisiones contaminantes de los vehículos de motor deben reducirse un 100%. Esto significa que solo podrán matricularse vehículos de emisiones cero. El Ministro alemán de Transportes, Andreas Scheuer, pretende autorizar solo vehículos con motor de combustión que funcionen con combustibles sintéticos a partir de 2035. La mayoría de los fabricantes de automóviles ya han anunciado la fecha en la que saldrá de sus líneas de producción el último vehículo con motor de combustión.
Cada vez son más las asociaciones ecologistas que reclaman también la prohibición de los motores de combustión que utilizan combustibles fósiles. En la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático celebrada en París en 2015, la Alianza internacional ZEV (Zero Emission Vehicle) aprobó un plan concreto para prohibir por completo los motores de combustión. La Alianza ZEV reúne a Noruega, Países Bajos, Alemania, Reino Unido y varios estados norteamericanos. Su objetivo es eliminar progresivamente los motores de combustión interna propulsados por combustibles fósiles de aquí a 2050. Esto reduciría las emisiones mundiales de CO2 en un 40% de aquí a 2050. Por lo tanto, el futuro del diésel no es muy prometedor