Probablemente conozcas el motor diésel de cuatro tiempos. Es el caballo de batalla debajo del capó de su camioneta o del bloque del motor de su sedán. Inspira, comprime, dispara y exhala en una danza rítmica de cuatro partes. Luego está el motor de dos tiempos que quizás reconozcas por el estridente chirrido de una motosierra o el zumbido de una moto acuática. Estos pequeños motores son más simples, más livianos y funcionan cada dos revoluciones.
Pero, ¿qué sucede cuando se amplía esa eficiencia de dos tiempos al tamaño de una casa?
Tienes a los gigantes que mantienen en movimiento el comercio mundial. Los enormes motores diésel que impulsan locomotoras, buques portacontenedores e incluso instalaciones de generación de energía a gran escala no utilizan únicamente combustible diésel. A menudo combinan la eficiencia de combustión del diésel con el ciclo rápido de un motor de dos tiempos. Este enfoque híbrido crea algunos de los dispositivos mecánicos más potentes jamás construidos.
Vamos a profundizar en cómo funcionan realmente estos gigantescos motores diésel de dos tiempos. No es sólo una versión ampliada del motor de su automóvil. La física, la ingeniería y la escala absoluta están en una liga completamente diferente.
La mecánica del ciclo gigante
Para entender por qué estos motores son diferentes, hay que observar el ciclo en sí. En un diésel estándar de cuatro tiempos, el pistón sube y baja dos veces por cada golpe de potencia. Admisión, compresión, potencia, escape. Es confiable. Es maduro. Pero también está limitado por la cantidad de veces que puedes mover ese pistón en una hora.
Un motor de dos tiempos reduce esa cifra a la mitad. Uno arriba, uno abajo. Potencia en cada revolución.
Para una motosierra, esto significa más potencia con menos peso. Para un motor de barco de 60 toneladas, significa un par continuo e implacable sin la complejidad de las válvulas en cabeza y los árboles de levas en el sentido tradicional. Pero hay un problema. ¿Cómo se consigue que entre y salga aire fresco si el pistón hace todo el trabajo?
La respuesta está en hurgar en la basura.
“La limpieza es el proceso de eliminar los gases de escape del cilindro y reemplazarlos con aire fresco”.
En los motores pequeños de dos tiempos, esto suele realizarse a través de puertos en la pared del cilindro. El propio pistón actúa como válvula. A medida que desciende, descubre el puerto de escape. A medida que sube, cubre el puerto de entrada. Es crudo. Es complicado. Desperdicia algo de combustible. Pero en el caso de motores de gran tamaño, la simplicidad supera la ineficiencia.
Sin embargo, no se trata sólo de grandes motosierras. Son instrumentos de precisión. El tamaño lo cambia todo. Un diésel de dos tiempos y nueve cilindros puede llegar a ser tan alto como una casa de tres pisos. El pistón por sí solo puede pesar varias toneladas. Y funcionan a velocidades mucho más lentas que el motor de su automóvil, a menudo girando a menos de 100 RPM.
¿Por qué dos tiempos? ¿Por qué ahora?
Quizás se pregunte por qué los fabricantes no se quedaron con motores de cuatro tiempos para todo. Después de todo, los motores de cuatro tiempos son más eficientes en términos de consumo de combustible por milla en aplicaciones más pequeñas. Tienen un mejor control de emisiones. Son más fáciles de sintonizar.
Entonces, ¿por qué optar por los dos tiempos para los gigantes?
Esfuerzo de torsión.
Los motores de los barcos no necesitan acelerar mucho. No necesitan cambiar de marcha. necesitan empujar
Por qué el diésel supera a la gasolina en dos tiempos
Si ya conoce los conceptos básicos de cómo funcionan los motores de dos tiempos, probablemente conozca la estadística principal: disparan la bujía con el doble de frecuencia que uno de cuatro tiempos. Una vez por revolución del cigüeñal. Este potencial teórico significa que un motor de dos tiempos puede generar el doble de potencia que un motor de cuatro tiempos comparable. Pero hay un problema.
El tradicional motor de gasolina de dos tiempos aspira una carga premezclada de aire y combustible. Ese ciclo es complicado. Cada vez que se recarga el cilindro, se escapa un trozo de combustible no quemado. Desperdicia combustible y contamina.
Ingrese al enfoque diésel.
Los motores diésel comprimen primero el aire puro. Luego, inyectan combustible directamente en ese aire comprimido caliente. Este método se adapta mucho mejor al ciclo de dos tiempos. Debido a que no se bombea combustible crudo por el escape, la eficiencia se dispara. Caen las emisiones. Es por eso que los principales fabricantes de grandes motores diésel utilizan este diseño para construir monstruos de alta potencia.
La anatomía de un diésel de dos tiempos
Observe el diseño de un motor diésel típico de dos tiempos. No se parece en nada a lo que encontrarías bajo el capó de un coche.
En la parte superior del cilindro se encuentran dos o cuatro válvulas de escape. Todos se abren simultáneamente. Allí también está el inyector de combustible diésel (resaltado en amarillo en los diagramas). El pistón es alargado. Esta longitud adicional permite que el pistón actúe como válvula de admisión. En la parte inferior de su recorrido, el pistón descubre puertos para la entrada de aire.
El aire de admisión está presurizado por un turbocompresor o sobrealimentador. El cárter está sellado y retiene aceite, como un motor de cuatro tiempos estándar.
Aquí está el ciclo diésel de dos tiempos en acción:
- El pistón se encuentra en la parte superior de su recorrido. El cilindro contiene aire altamente comprimido. El inyector de combustible diesel rocía combustible dentro de la cámara. El calor y la presión lo encienden instantáneamente. Misma física de encendido que un diésel estándar.
- La presión de combustión empuja el pistón hacia abajo. Este es el golpe de poder.
- Cerca del final de la carrera, todas las válvulas de escape se abren. Los gases de escape salen disparados, aliviando la presión.
- En la parte inferior, el pistón deja al descubierto los puertos de entrada de aire. El aire a presión entra a raudales, expulsando los gases de escape restantes.
- Las válvulas de escape se cierran. El pistón retrocede, cubriendo los puertos de admisión y comprimiendo el aire fresco. Este es el golpe de compresión.
- Cerca de la cima, el ciclo se repite.
La diferencia con un dos tiempos de gasolina es marcada. Sólo aire llena el cilindro. No se escapa combustible no quemado. Sin pesadillas ambientales. Pero hay una compensación. Un diésel de dos tiempos necesita un turbo o un sobrealimentador. Eso agrega costo y complejidad. Nunca encontrarás un motor diésel de dos tiempos en una motosierra. Sería excesivo. Y demasiado caro.
Motores EMD de General Motors
La línea de motores EMD de General Motors define la raza diésel de dos tiempos. Introducidos en la década de 1930, estos gigantes impulsan una gran parte de las locomotoras diésel que circulan por las vías estadounidenses.
Ha habido tres series sucesivas: la 567, la 645 y la 710. Los números se refieren a pulgadas cúbicas por cilindro. Una configuración típica tiene 16 cilindros. ¿Desplazamiento total? Alrededor de 10.000 pulgadas cúbicas. Considere que un motor de 5 litros (305 pulgadas cúbicas) se considera enorme en un automóvil. Un motor EMD es una especie completamente diferente.
Tome el EMD 645E3. Aquí están las especificaciones:
- Diámetro del cilindro: 9-1/16 pulgadas
- Carrera del pistón: 10 pulgadas
- Desplazamiento por cilindro: 654 pulgadas cúbicas
- Cilindros: 16 o 20
- Relación de compresión: 14,5:1
- Válvulas de escape por cilindro: 4
- Peso (16 cilindros): 34,526 lbs (15,661 kg)
- Peso (20 cilindros): 40,144 lbs (18,209 kg). Nota: El cárter de aceite por sí solo pesa más de una tonelada.
- Velocidad de ralentí: 315 rpm
- Velocidad máxima: 900 rpm
- Caballo de fuerza: ~4300 caballos de fuerza
Eso no es un auto. Esa es una central eléctrica en movimiento.
Para obtener más información sobre los motores diésel de dos tiempos y otras arquitecturas de motores, consulte los enlaces en la página siguiente.
