Motor de gasolina

Fuimos a por setas y nos encontramos con una desbrozadora. Estaba detrás de un castaño, con el cabezal lleno de hierba y toda la pinta de haberse peleado con cada uno de sus dueños. Uno de nosotros dijo que aquello parecía un dragón con mango. Otro quiso saber por dónde se le echaban los garbanzos. Vamos, que de mecánica íbamos finísimos.

La dejamos apagada y buscamos la placa para dar con el manual. Una máquina abandonada se merece una buena revisión antes de que nos dé por tirar de la cuerda a lo loco. Pero ya nos había picado la curiosidad. ¿Cómo coño consigue un líquido poner a girar un cacharro de hierro?

Por la tarde acabamos sentados alrededor de la mesa, con un poco de pan, una bota de vino y el dibujo del motor entre las migas. La desbrozadora se quedó aparte. Entre trago y trago nos entró esa seguridad tan propia de la sobremesa: de repente te ves capaz de explicar el universo entero, aunque lleves media hora buscando las gafas que tienes puestas. Eso sí, esta vez queríamos enterarnos de verdad. Nada de soltar la palabra «combustión» con voz de entendido y quedarnos igual de empanados.

¿Cómo convierte un motor de gasolina el combustible en movimiento?

Un motor de gasolina aprovecha parte de la energía química del combustible para mover sus piezas. Dentro de un cilindro, una chispa enciende la mezcla de gasolina y aire. Al arder la mezcla, los gases se calientan y aumenta su presión, de modo que empujan un pistón. Ese empujón pasa por una biela hasta el cigüeñal, que lo convierte en un giro. Después se expulsan los gases quemados y entra una mezcla nueva para que el ciclo vuelva a empezar.

Ya tenemos el recorrido: la energía del combustible calienta los gases, los gases empujan el pistón y ese empujón acaba haciendo girar el eje. La chispa pone en marcha la reacción, pero la mayor parte de la energía sale del combustible al reaccionar con el oxígeno del aire. La bujía da la entrada, pero quien paga a los músicos es la gasolina.

Eso sí, lo de «motor de explosión» puede llevarnos a engaño. En un motor de gasolina convencional, lo que nos interesa es que la mezcla arda deprisa y de forma controlada, con una llama que se va extendiendo por ella. Una detonación descontrolada puede estropear el motor. Una cosa es que montemos una fiesta y otra que nos reviente la cocina.

Cinco piezas para dejar de mirar el motor con cara de seta

El cilindro es el espacio por el que se mueve el pistón, y la culata lo cierra por arriba. El pistón sube y baja por dentro. Lleva unos aros, llamados segmentos, que ayudan a impedir que los gases se escapen por los lados. Si se escaparan por ahí, se perdería presión y el empujón tendría menos fuerza.

Debajo están la biela, una barra articulada, y el cigüeñal, un eje al que se une esa barra por un punto que está desplazado respecto al centro. Ahí está buena parte del truco. Al empujar en ese punto, la biela hace que el cigüeñal gire. Pasa algo parecido cuando pisamos el pedal de una bici: hacemos fuerza a cierta distancia del eje y conseguimos que dé vueltas. Si empujáramos justo en el centro, no tendríamos ese brazo de palanca.

La gasolina tampoco entra a chorros, como quien intenta apagar una barbacoa. En un motor con carburador, el carburador se encarga de dosificarla y dispersarla en el aire que entra. En otros motores, de eso se encargan los inyectores. Lo que acaba ardiendo es el combustible una vez vaporizado y mezclado con el oxígeno del aire. Hay que preparar bien la mezcla para que todo funcione.

Ahora sí, vamos a ir al grano: el motor tiene que llenar un espacio, comprimir lo que hay dentro, quemarlo en el momento adecuado y sacar los restos. La gracia está en conseguir que lo haga una y otra vez sin que las piezas salgan cada una por su lado.

El arranque y el truco para que siga girando

Antes de que arda la primera mezcla, algo tiene que poner en marcha el mecanismo. En muchas desbrozadoras, al tirar de la cuerda de arranque hacemos girar el cigüeñal. En un coche suele encargarse de eso un motor eléctrico de arranque. Una vez arrancado, el propio motor aprovecha la energía de las combustiones para seguir girando.

El volante de inercia es una masa que gira con el mecanismo. Guarda parte de la energía de cada empujón y la devuelve entre una combustión y la siguiente. Así el motor puede seguir girando mientras comprime la próxima mezcla. No se saca la energía de la manga: guarda una parte y la va soltando cuando hace falta. Ya nos gustaría tener algo así para no gastarnos todas las ganas de fregar en el primer plato.

La chispa tampoco salta porque sí. El sistema de encendido genera en la bujía una tensión lo bastante alta para que se produzca. Muchas máquinas pequeñas utilizan los imanes del volante y una bobina para conseguirlo, así que ni siquiera necesitan una batería. Y cuando aceleramos, en un motor con carburador de los habituales, se abre una mariposa que deja pasar más mezcla de aire y gasolina. Eso permite quemar más combustible y obtener más fuerza. Lo deprisa que gire después también dependerá del esfuerzo que le estemos pidiendo.

Cuatro tiempos: vamos por partes

Un tiempo es un recorrido del pistón de arriba abajo o de abajo arriba. A cada uno de esos recorridos también se le llama carrera. No estamos hablando de segundos, ni de cilindros, ni de marchas. Para verlo claro, vamos a fijarnos primero en un motor de gasolina de cuatro tiempos sencillo, con carburador o inyección en la admisión. Las válvulas hacen de puertas y el árbol de levas se encarga de abrirlas en el momento que toca.

1. Admisión: el pistón baja. Se abre la válvula de entrada. Como el espacio dentro del cilindro aumenta, la diferencia de presión permite que entre la mezcla de aire y gasolina. La válvula de escape sigue cerrada.
2. Compresión: el pistón sube. Las dos válvulas están cerradas. La mezcla queda atrapada en un espacio cada vez más pequeño, así que aumentan su presión y su temperatura. Hacia el final salta la chispa, normalmente un poco antes de que el pistón llegue arriba del todo, porque la combustión tarda un tiempo.
3. Expansión: el pistón baja. Los gases calientes empujan el pistón. Durante la mayor parte de esta carrera, las válvulas siguen cerradas. Es entonces cuando el pistón le transmite al cigüeñal una parte de la energía que hemos sacado de la combustión.
4. Escape: el pistón sube. Se abre la válvula de salida y el pistón expulsa los gases quemados. Así deja el cilindro preparado para que entre la siguiente mezcla.

Mientras el pistón hace esos cuatro recorridos, el cigüeñal da dos vueltas completas. Por tanto, en cada cilindro hay una carrera de expansión por cada dos vueltas del cigüeñal. En los motores que tienen varios cilindros, los empujones se van repartiendo entre ellos. El dibujo simplifica los momentos en los que se abren y cierran las válvulas: en un motor real pueden abrirse un poco antes, cerrarse algo después e incluso estar abiertas a la vez durante un breve rato.

Uno de nosotros levantó el vaso: «O sea, que se pega tres recorridos preparando el asunto y uno dando el empujón». Pues sí. Hasta para hacer un trabajo mecánico hace falta que alguien ponga la mesa. En la explicación de Briggs & Stratton se pueden seguir los cuatro movimientos.

Pero nuestra desbrozadora es de dos tiempos

El manual nos sacó de dudas: era un dos tiempos de los de toda la vida. Muchas desbrozadoras llevan uno así, aunque también las hay de cuatro tiempos. La admisión, la compresión, la combustión y el escape siguen haciendo falta, pero se solapan para completar el ciclo en una sola vuelta del cigüeñal. El pistón sube una vez y baja otra. Hay una carrera de expansión por vuelta, aunque eso no significa que el motor vaya a dar el doble de potencia.

El truco está en lo que ocurre por encima y por debajo del pistón. Al subir, comprime la mezcla atrapada en el cilindro. A la vez, aumenta el espacio dentro del cárter, la cámara de abajo donde gira el cigüeñal, y entra una mezcla nueva. Justo antes de llegar arriba, salta la chispa.

Al bajar, el pistón recibe el empujón de la combustión y comprime la mezcla del cárter. En su recorrido deja al descubierto primero el escape y después los conductos de transferencia. Los gases quemados empiezan a salir y la mezcla del cárter pasa al cilindro, donde ayuda a expulsarlos. Esas aberturas se llaman lumbreras, y el propio pistón las tapa y destapa. En el motor del dibujo, la mezcla entra en el cárter por una válvula de láminas.

El cárter está haciendo las veces de una bomba. El mismo pistón trabaja por las dos caras. Tela marinera: nosotros nos tiramos toda la tarde para entenderlo y el condenado puede hacerlo miles de veces por minuto.

El aceite, la hierba y todo ese ruido

En este dos tiempos, el aceite va mezclado con el combustible, lubrica las piezas del interior y acaba quemándose. El tipo de aceite y la proporción que hay que echarle vienen en el manual. Un cuatro tiempos convencional suele llevar el aceite por separado, pero también los hay que se lubrican con una mezcla de aceite y combustible, como este sistema de STIHL. Saber cuántos tiempos tiene no basta para decidir qué echarle al depósito.

El movimiento del motor llega al cabezal a través de la transmisión. Muchas desbrozadoras llevan un embrague centrífugo que conecta el motor con el eje al subir de revoluciones. El eje recorre el interior del tubo y, según el modelo, unos engranajes transmiten el giro al cabezal. Al final de toda esa cadena está la hierba. Y vaya si se entera.

Mientras tanto, el motor se calienta. Parte de la energía se va con los gases quemados y otra se disipa por la refrigeración y los rozamientos. Muchas máquinas pequeñas se enfrían gracias a unas aletas y al aire que pasa por ellas. No toda la energía de la gasolina se aprovecha para el trabajo que nos interesa. Y que el motor haga mucho ruido no quiere decir que rinda mejor, por mucho que se empeñe algún cuñado.

¿Qué diferencia hay entre un motor de gasolina y uno diésel?

En un motor de gasolina convencional, la chispa de una bujía enciende la mezcla de aire y combustible. En un diésel, primero se comprime el aire, sin combustible, hasta calentarlo mucho. Después se inyecta el gasóleo, que se inflama con ese calor, sin necesidad de una chispa. Esa es la diferencia principal. Los dos motores pueden ser de cuatro tiempos: el combustible que usan y el número de tiempos son dos cosas distintas.

Al comprimir el aire, el pistón le transfiere energía y lo calienta. El diésel aprovecha ese calor para encender el combustible al inyectarlo. Los calentadores que llevan muchos diésel ayudan a arrancar en frío y mientras el motor va cogiendo temperatura. No hacen saltar una chispa en cada ciclo. Lo explican el Departamento de Energía de Estados Unidos y la documentación de los sistemas de calentamiento de Bosch.

Y ojo con otra confusión: que un motor lleve inyectores no significa que sea diésel. Hay motores de gasolina con inyección directa que siguen llevando bujías. Tampoco podemos echar gasolina donde va gasóleo, ni al revés. Son combustibles con propiedades distintas y cada motor está preparado para quemar el que le corresponde.

El octanaje de la gasolina mide su resistencia a encenderse por su cuenta cuando no debe. No indica cuánta «fuerza» lleva dentro. Echarle una gasolina con más octanos no garantiza que nuestro motor dé más potencia. La EIA explica qué significa ese número. Los diésel suelen aprovechar bien el combustible por su diseño y sus condiciones de funcionamiento, pero para comparar consumos hay que fijarse en cada motor y en el uso que se le da.

El brindis de los que por fin se han enterado

Volvimos al dibujo y pudimos seguirlo de principio a fin. Ya sabíamos de dónde salía el empujón del pistón, cómo llegaba al cigüeñal y por qué el diésel se las apañaba sin chispa. En el de cuatro tiempos, el cigüeñal daba dos vueltas por ciclo. En nuestro dos tiempos, solo una. Por fin nos habíamos enterado sin escondernos detrás de palabras gordas.

Nos volvimos a pasar la bota y alguien soltó que un motor era fuego al que le habían enseñado a dar vueltas. Nos gustó la frase. Luego miramos los segmentos, las válvulas y los conductos: aquel fuego tenía detrás a toda una cuadrilla manteniéndolo a raya.

Nos pasó lo mismo que con las auroras boreales: saber cómo funcionan nos dejó todavía más flipados. Entre los dibujos, las preguntas y las migas, habíamos vuelto a perder la noción del tiempo creando. No habíamos arrancado la desbrozadora, pero a nosotros no había quien nos apagara.