Motor atmosférico: diferencias con un motor turbo

Los motores son para el coche lo que el corazón es para el ser humano. Lo hacen funcionar casi todo y, al igual que un corazón humano, ellos mismos necesitan energía. Hay muchas maneras de alimentar los motores y hoy vamos a echar un vistazo a dos de ellas. En concreto, vamos a explicar qué es un motor atmosférico, cómo funciona y vamos a compararlo con el motor turbo, además de descubrir las ventajas e inconvenientes que nos ofrece cada uno.

Los motores turbo o con algún tipo de sobrealimentación se han postulado como una gran solución para, en un principio, reducir el consumo sin renunciar a la potencia y el mercado actual se encuentra prácticamente dominado por ellos. Pero, ¿realmente tienen estos motores tantas ventajas y son mejores frente a los motores atmosféricos?

Se trata de un tema sumamente discutido que todavía hoy en día está lleno de opiniones y experiencias personales, sobre el cual existen muchos falsos mitos que vamos a disipar en este artículo. Os invitamos a saber más sobre estos motores y a desenmascarar estas y otras cuestiones.

Antes que nada, vamos a explicar algunos conceptos fundamentales.

Breve explicación de los motores atmosféricos

Un motor atmosférico, también denominado motor de aspiración natural, es un motor sencillo que aspira aire de la atmósfera directamente por el filtro y no utiliza nada especial para accionarse. Toma el aire del exterior a presión atmosférica y por efecto de la aspiración del motor, lo empuja a la cámara de combustión a través de un colector de admisión.

La suavidad de su funcionamiento es el rasgo más distintivo de este tipo de motores. que hace que tenga un comportamiento mucho más constante y delicado en todo su rango de revoluciones, sobre todo en las versiones de gasolina. En otras palabras, su entrega de par motor es más progresiva y lineal a medida que vamos aumentando de revoluciones, siendo esto más perceptible normalmente cuando nos encontramos en la zona alta del tacómetro. De ahí el papel fundamental que juega la relación cilindrada-potencia en los coches con motor aspirado.

La altura respecto al mar a la que nos encontremos es otro factor a considerar. Un motor atmosférico, al aspirar el aire de la atmósfera, tal y como su nombre indica, se verá influenciado por la presión del aire. Así, cuando estamos en un lugar situado a gran altura respecto al mar, la presión del aire va a ser menor y nuestro coche no va a succionar tanto aire como lo haría en un lugar cuya altura respecto al mar sea baja, lo cual da lugar a una pérdida de potencia. Del mismo modo, incluso la meteorología puede influenciar este hecho, ya que en condiciones de borrasca, la presión atmosférica va a ser baja con la consiguiente disminución de la potencia.

Breve explicación de los motores turbo

Dentro de los motores sobrealimentados, los que cuentan con mayor popularidad en el mundo del automóvil son los motores dotados con un turbo, aunque también existen los compresores y estas categorías a su vez incluyen diferentes sistemas que no vamos a tratar aquí.

El turbocompresor es más bien una pequeña turbina accionada por el aire de escape y el aire fresco y la funcion del turbo no es otra que aumentar la potencia de un motor por medio de forzar más aire en la cámara de combustión. Este aire forzado provoca una mayor explosión en la cámara, proporcionando así más potencia. Este impulso se produce porque la presión del aire es mayor que la presión atmosférica.

Diferencia entre relación de compresión y presión de compresión

En este punto también resulta importante entender algunos conceptos como la diferencia entre relación de compresión y presión de compresión, ya que son de los factores que más afectan al funcionamiento de un motor.

La relación de compresión es la diferencia de volumen que presenta la mezcla aire y combustible cuando se encuentra comprimida y una vez que ya se ha detonado en el interior del cilindro. Influye directamente en el grado de aprovechamiento de la energía que el motor de combustión puede generar a partir de la mezcla de aire y combustible que se aporta al cilindro, lo que también se conoce como rendimiento térmico. Un motor será capaz de proporcionar un mayor rendimiento en la medida en que su compresión aumente.

La relación de compresión también puede ser interpretada como una comparación entre los volúmenes que hay cuando el pistón está en el Punto Muerto Inferior (PMI) y en el Punto Muerto Superior (PMS). Así, viene indicada en forma de relación X a 1.

Este concepto no debe confundirse con la presión de compresión que hace referencia a la presión que alcanza la mezcla de aire y combustible cuando el pistón se sitúa en el Punto Muerto Superior (PMS). Viene expresada por medio de un valor al que sigue una unidad de medida de presión, como serían los bares o kg/cm2.

La relación de compresión no puede ser alta en cualquier vehículo, ya que en el momento en el que la mezcla fuera demasiado abundante (al apretar mucho el acelerador) ésta se autodetonaría antes de tiempo debido al exceso de presión de compresión.

Los motores turbo, aportan una evidente solución a esto al disminuir de forma intencionada la relación de compresión. Como ellos introducen aire comprimido en los cilindros para poder quemar más combustible en dicho espacio, no pueden tener una relación de compresión elevada ya que se produciría la autodetonación antes de tiempo.

Motor turbo vs motor atmosférico

A continuación vamos a comparar los motores atmosféricos con los turbo en algunos aspectos y veremos cómo se comportan el uno respecto al otro en diferentes apartados.

• Potencia | Motor turbo frente a motor atmosférico

La potencia es un aspecto al que nadie desea renunciar en su coche, ya que conducimos con mayor seguridad y tranquilidad sabiendo que nuestro coche va a responder satisfactoriamente en situaciones en las que sea necesario pisar el acelerador.

¿Y cómo logramos esa potencia adicional necesaria? Como podemos deducir a partir de cómo funciona el motor de combustión interna, ésta se consigue mediante el incremento de la mezcla de aire y combustible en los cilindros.

En lo que respecta al aumento del flujo de combustible, esto se puede lograr de forma sencilla, ya sea por medio de inyectores más rápidos y mejores o bien incrementando el número o el tamaño de carburadores, lo cual irá en función del tipo de motor.

En cuanto al flujo de aire, ¿cómo logramos aumentarlo? Esto no es tan sencillo y podemos hacer uso de diversas soluciones.
Los motores atmosféricos pueden utilizar estas dos opciones a tal fin: por un lado se fabrican motores de mayor cilindrada, consiguiendo así crear más espacio para el aire, o por otro lado se aumenta el régimen de giro del motor, consiguiendo que entre el mismo aire pero en menos tiempo.

Los motores sobrealimentados consiguen que entre más cantidad de aire en el cilindro al aumentar la presión del aire dentro de la cámara. La entrada de aire se produce de una manera forzada gracias a la acción de un turbo y/o un compresor.

Entonces, ¿cuál de los dos es más potente? Al comparar ambos motores, podemos imaginarnos a dónde nos lleva todo esto.

Una de las grandes diferencias de un motor turbo respecto a un atmosférico es ese aumento brusco de potencia que tiene lugar en un pequeño rango de revoluciones. En otra palabras, el coche nos da una especie de tirón y notaremos como nos pega al asiento.

El objetivo fundamental de los turbocompresores es el de añadir una potencia adicional a los motores, de modo que éstos superan a los motores atmosféricos con creces en lo que a potencia se refiere.

Son capaces de generar más potencia a partir de motores más pequeños que la que los motores atmosféricos de mayor tamaño serían capaces de generar. No obstante, el motor atmosférico no se queda atrás y está viendo nuevas tecnologías que le permiten aumentar su par motor, si bien no pueden aproximarse a algo como los turbocompresores.

Los motores turbo son por tanto más potentes que los atmosféricos y en ocasiones incluso utilizando un motor más pequeño.

• Eficiencia de combustible

Es posible que pienses que el uso de un turbocompresor puede ser malo para la eficiencia y esto en parte es cierto. No obstante, hay algo que les da una mayor eficiencia en comparación con sus homólogos atmosféricos si nos fijamos en la potencia que producen.

Vamos a tomar algunos números al azar para poder mostrar esto mejor. Digamos que un motor atmosférico de 2,0 L y uno turbo de 1,5 L producen la misma potencia, pero el atmosférico de 2,0L va a consumir mayor cantidad de combustible. Ahora bien, si ambos motores fueran similares, el motor atmosférico sería mejor, pero el turbo en motores más pequeños proporciona la misma potencia con menos combustible que los motores atmosféricos más grandes.

Esto tampoco significa que podamos conducir de forma deportiva, pisando bien el acelerador, y esperar tener consumos de utilitario, pero al sobrealimentar se reduce en parte el consumo específico debido a que la potencia crece más que el consumo. Por lo tanto, los turbocompresores tienen una mejor eficiencia de combustible para la misma potencia del motor y son mejores para su uso en motores más pequeños.

• Aceleración y respuesta

Debido a su impulso adicional, los turbos tienen más potencia que sus equivalentes atmosféricos, pero en la aceleración es donde se quedan atrás. Puesto que los motores turbo utilizan los gases de escape para su funcionamiento, necesitan acumular dichos gases y, como ya habrás deducido, no hay gases de escape en el momento de arrancar el coche. Esto explica uno de los principales inconvenientes del turbo, el conocido “turbo-lag” o retraso en su respuesta. Es en definitiva ese segundo que transcurre desde que pisamos el acelerador hasta que se produce el impulso.

Pero en la actualidad está pasando a ser un problema menor gracias a la creación de nuevas tecnologías que permiten una mejor aceleración sin apenas retardo, como serían las turbinas de geometría variable y el control electrónico de la presión del turbo.

Todo esto no quiere decir que los motores turbo sean peores que los atmosféricos cuando se trata de acelerar, ya que las carencias que tienen en el momento de arrancar se ven compensadas en cuestión de segundos gracias a su potencia. Un motor turbo nos va a dar siempre una respuesta excelente en el rango de bajas y medias revoluciones, pero no nos seguirá ofreciendo esa fuerza a un elevado régimen de revoluciones.

Un coche atmosférico por su parte no tiene retraso alguno en el arranque y, a diferencia de uno con turbo, la potencia de él se incrementa de manera constante. Además, gracias a su sincronización variable de válvulas, se consigue un elevado par a bajas revoluciones por minuto y una elevada potencia a altas revoluciones por minuto sin ningún tipo de retraso.

• Complejidad y fiabilidad

Por regla general, cuantas más piezas tenga algo, mayor será la probabilidad de que cause problemas. Un turbo se suma al sistema ya existente en un motor atmosférico con más rutas, un intercooler, una manguera de vacío e infinidad de tuberías. El fallo de todo el sistema es muy posible debido a la existencia de un gran número de piezas en el conjunto e incluso una única pieza que no funcione puede dar lugar a problemas.

Por otro lado, el motor atmosférico es más sencillo y, en consecuencia, más fiable que uno turbo, ya que cuenta con menos piezas que pueden fallar. Esto hace que los motores turbo sean un poco más difíciles de mantener que los atmosféricos.

Cuando el motor está frío, hay que evitar los acelerones. Para permitir que el turbo se refrigere, también es aconsejable dejar aproximadamente un minuto el motor al ralentí cuando hemos circulado durante mucho tiempo.

Uno de los procesos de mantenimiento recomendables para alargar la vida útil de un motor y por tanto de un vehículo, es la descarbonización de un motor. Este proceso repercutirá también positivamente en la eficiencia de combustible y en la respuesta del coche.

¿Por qué los motores turbo son los predominantes en el mercado y están desbancando a los atmosféricos?

Tenemos que señalar que prácticamente todo el mercado actual es para los motores turbo y que parece que los motores atmosféricos tuvieran los días contados. A día de hoy es impensable hablar de un motor diésel sin turbo y en lo que respecta a los de gasolina hay muy pocos que todavía resisten. Vamos a ver cuáles son los motivos que explicarían su popularización.

Hablar de turbo antes era sinónimo de deportividad. Pero debido a la popularización del Dowsizing se puede decir que prácticamente la totalidad de los automóviles actuales están equipados con algún tipo de sobrealimentación.

Los turbos actualmente están destinados a compensar la bajada de cilindrada debida al Dowsizing. A esto se suman los avances que han minimizado el habitual retraso en su respuesta y la capacidad de entregar una potencia lineal fácilmente a bajo y medio régimen de giro del motor.

El turbo de ahora ha logrado que lo que conocemos como par motor, es decir, la fuerza de nuestro motor, sea lo más lineal posible. En una gráfica, la línea del par motor sería prácticamente plana conforme se va subiendo de revoluciones, por lo que su comportamiento sería más parecido al de un motor atmosférico, pero entregando más cantidad de par motor desde bajas revoluciones para luego sufrir una bajada considerable en la zona alta del tacómetro.

Esta evolución para adaptarse a las nuevas exigencias actuales ha hecho que el turbo haya dejado de estar ligado exclusivamente a la conducción deportiva y se haya convertido en el principal elemento del motor del mercado actual.

Resumen

Como ya hemos visto, un motor atmosférico o de “aspiración natural” toma aire en condiciones normales a presiones atmosféricas normales. Cuanto más aire entra en las cámaras de combustión de un motor, más combustible puede añadirse, generando más potencia. A medida que el vehículo aumenta la velocidad, la velocidad a la que el aire entra en el motor también aumenta, lo que le otorga la capacidad de producir la potencia necesaria a velocidades más altas.

Los motores de aspiración natural suelen ser de mayor cilindrada, ya que carecen de la potencia extra que proporciona un sistema de inducción forzada. Lo compensan aumentando el número de cilindros o incrementando su diámetro, lo que resulta en un mayor volumen de espacio en las cámaras de combustión.

La ventaja de un motor de aspiración natural es que, en general, son más fiables que los motores que dependen de un turbo o un sobrealimentador.
El gran inconveniente es que tener un coche de alta potencia con aspiración natural suele significar tener un motor grande, pesado y que consume mucha gasolina. Además, como hemos visto, en un coche atmosférico tiene lugar una cierta caída de potencia con la altura respecto al nivel del mar, siendo esto inapreciable en un motor turboalimentado.

En los motores turbo el aire entra a presión en el cilindro. Esta sobrealimentación se basa en el aprovechamiento de los gases de escape para mover una turbina la cual, al mover su eje, acciona un compresor por el cual pasa aire limpio que se comprime antes de entrar al motor. Trabajan por tanto para forzar la entrada de más aire en el motor, permitiendo que el motor genere incluso más potencia de la que tendría normalmente en las mismas condiciones.

La fiabilidad sigue siendo el punto débil de los motores turbo, ya que la complejidad mecánica del motor aumenta en un principio, además de añadir un elemento que puede averiarse. Al sobrealimentar aumentan los esfuerzos mecánicos (en pistones, bielas, culatas y piezas del motor) y los esfuerzos térmicos respecto a un motor atmosférico, empeorando también la fiabilidad teórica. Aunque al trabajar en un régimen de giro inferior esto se ve compensado.

¿Hay un motor mejor para elegir entre estos dos? En realidad no y en este apasionante tema todo es cuestión de preferencias y necesidades. A pesar de que el turbo se está imponiendo en el mercado automovilístico mundial, algunas empresas como Aston Martin y Mazda se niegan a abandonar los motores atmosféricos y están aportando nuevas tecnologías que son capaces de desafiar al turbo.