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    La inyecci贸n de agua en los motores sobrealimentados

    Quien soy
    Pablo Mayo Sanz
    @pablomayosanz

    Valoraci贸n del art铆culo:

    Advertencia de contenido

    Como estamos que nos salimos 煤ltimamente con el volumen de entradas sobre t茅cnica, no vamos a abandonar esta buena costumbre y te vamos a explicar hoy c贸mo funcionan estos sistemas, y qu茅 secretos se esconden tras esa posible mejora de rendimiento.

    Ford, a trav茅s de M-Sport y Cosworth fueron pioneros en esta tecnolog铆a en el Focus WRC

    Como te cont谩bamos el otro d铆a, la clave para cualquier motor de combusti贸n interna es trabajar con la m谩s alta relaci贸n de compresi贸n posible. La compresi贸n efectiva en un motor sobrealimentado es la combinaci贸n de la compresi贸n lograda por el turbo m谩s la compresi贸n otorgada por el pist贸n en la carrera de… compresi贸n, valga la redundancia.


    Incrementar la compresi贸n te hace tener m谩s potencia, m谩s par, y aprovechar mejor el combustible. Pero incrementar la compresi贸n tambi茅n tiene sus riesgos, y tal y como te explic谩bamos el otro d铆a, cuando se llega a cifras muy altas, la mezcla aire-combustible se calienta tanto que puede prender fuego por ella misma antes de que se llegue al punto de encendido ideal de la chispa de la buj铆a, lo que resulta fatal para el motor. Al ser una combusti贸n descontrolada, esta no se maneja de manera uniforme, puede provocar agujeros en el pist贸n, roturas de bielas, no aprovecha adem谩s toda la energ铆a del combustible, y produce un funcionamiento err谩tico del propulsor.

    Por estas razones, cuando se trabaja con ciertos grados de compresi贸n, se tiene que avanzar el punto de encendido de la buj铆a. Es decir, hay que prender fuego a la mezcla voluntariamente antes del punto «ideal», para evitar la detonaci贸n.

    En este proceso de avanzar el encendido se pierde potencia y se pierde eficiencia.

    Pero a los chicos de M-Sport, aliados con Cosworth en el desarrollo de los motores del Focus WRC, se les ocurri贸 una idea: inyectar agua en el colector de admisi贸n.


    Esquema del sistema de inyecci贸n de agua empleado por Cosworth

    驴Qu茅 se logra atomizando agua en el colector de admisi贸n? Se rebaja la temperatura efectiva de trabajo dentro del cilindro. De esta manera, cuando la carrera de compresi贸n est谩 teniendo lugar, parte de la energ铆a que se est谩 acumulando se dispersa en vaporizar ese agua, lo que reduce la energ铆a disponible para calentar el total de la mezcla que hay dentro del cilindro. De esta manera es mucho menos probable que haya una detonaci贸n no controlada.

    Al no haber probabilidad de detonaci贸n no controlada, se puede retrasar el punto de encendido de la chispa hasta seis grados de cig眉e帽al. 驴Resultado directo? Una ganancia de hasta 10 caballos, o lo que es lo mismo, alrededor de un 3% de la potencia total del motor de un WRC de dos litros de la 茅poca del Focus (otro d铆a os hablaremos de potencias reales de los coches de WRC de aquellos a帽os, que estaban muy por encima de los 300 CV reglamentarios…). Y no s贸lo eso, se puede trabajar adem谩s con mayor presi贸n efectiva en el turbocompresor durante todo el rango de revoluciones sin miedo al picado «inminente», lo que permite «rellenar mejor» la curva de par.

    La proporci贸n de inyecci贸n de agua respecto a la de gasolina llegaba a ser de 0,2 litros de agua por cada 0,7 litros de combustible consumidos, por lo que los dep贸sitos de agua hab铆a que tenerlos en cuenta en el dise帽o del coche, pues no se gastaba poca precisamente.

    Pero, 驴y el problema del sistema?

    En el mundial de rallyes se dej贸 de emplear el sistema de inyecci贸n de agua por la sencilla raz贸n de que la FIA lo prohibi贸 para evitar seguir encareciendo los propulsores.


    Pero 驴aplicarlo a coches de calle como una opci贸n aftermarket? Bien, aqu铆 podemos hablar de dos problemas fundamentales.

    Como te contamos, inyectar agua «viene bien» al motor, siempre que sea en una cantidad adecuada, y con un inyector adecuado, que la atomice perfectamente, creando gotas casi microsc贸picas. Pero aprovecharse de las ventajas que produce la inyecci贸n de agua no es tan sencillo.

    La ECU, el cerebro electr贸nico de tu motor, no est谩 dise帽ada para trabajar con inyecci贸n de agua. De esta manera hay que crear un «cerebro externo y auxiliar» para trabajar con el inyector de agua de manera acompasada a la inyecci贸n de gasolina. Adem谩s, como tu centralita desconoce completamente que se est谩 inyectando agua, no puede «entender» que gracias a ella puede retrasar el punto de encendido, por lo que no obtendr谩s las ventajas de la inyecci贸n de agua de manera inmediata.

    As铆 que no te quedar谩 otra que contar con una completa reprogramaci贸n de la ECU, pensada para trabajar con inyecci贸n de agua. El problema es que esto agrega «una cuarta dimensi贸n» al mapeado del motor, pues hay que jugar con un par谩metro m谩s en la decisi贸n del punto de encendido y en la decisi贸n de cu谩nta gasolina inyectar para la centralita. Esta cuarta dimensi贸n es el funcionamiento de la inyecci贸n de agua. Muy probablemente, por ello, tendr铆as que prescindir de la ECU convencional de tu motor, y agregar una Motec o similar programable, lo que a su vez, adem谩s de ser estratosf茅ricamente caro, te eliminar谩 las funciones de seguridad de tu coche (ESP, ABS, sistema de catalizaci贸n controlado, y mil cosas m谩s), y se convertir谩 en algo ilegal e inhomologable para un coche de calle «convencional».


    Y luego est谩 el otro factor problem谩tico. Aunque seas capaz de instalar y programar un sistema completo, uno de los momentos m谩s cr铆ticos es cuando estos inyectores de agua fallan. Y es que lo hacen a menudo en el mundo de la competici贸n, donde est谩n re-que-te probados. El principal fallo es cuando no queda agua en el dep贸sito, o cuando el suministro se corta accidentalmente. Esto hace que casi inmediatamente el motor entre en picado, lo que, trabajando a alt铆simas compresiones, acabe por destruir en pocas revoluciones los pistones y las bielas.

    Para protegerse de esto hay que contar con un sistema de inyecci贸n de agua «sin fallo posible», con un sensor de nivel que modifique la programaci贸n de la ECU en cuanto al encendido y la presi贸n del turbocompresor tan r谩pido se note que te vas a quedar sin agua o el sistema ha tenido un fallo en inyecci贸n.

    Lo ideal ser铆a que el fabricante trabajase en un sistema de serie, con una ECU parametrizada al efecto, y con un sensor de nivel de agua en el dep贸sito del sistema para, en caso de fallo en la inyecci贸n de la misma, bien por fallo en el inyector, bien por falta de l铆quido en el dep贸sito, poder reducir instant谩neamente la presi贸n de sobrealimentaci贸n para evitar el fen贸meno de picado.

    驴Moraleja?

    Si bien para carreras y competiciones el sistema de inyecci贸n de agua es un gran invento que te permite trabajar con puntos de encendido 贸ptimos a pesar de enormes presiones en la c谩mara de combusti贸n, no es, a d铆a de hoy, un sistema recomendable para coches «de uso civil».

    Curiosamente, en los a帽os sesenta, e incluso en la actualidad, en ciertos motores de gran cilindrada y uso industrial, el sistema de inyecci贸n de agua atomizada se introdujo «de serie». De la misma manera, al otro lado del charco es una tendencia en las preparaciones montar sistemas que inyectan una mezcla de metanol y agua con el mismo objetivo que la inyecci贸n de agua «pura», incorporando un sistema «a prueba de fallos» para proteger al motor de posibles cat谩strofes. Pero introducir metanol en la ecuaci贸n es sobre-complicar el sistema para un coche de calle, m谩s sabiendo que en la vieja Europa estos sistemas no se pueden homologar para uso civil, ni usar en competiciones reguladas.

    Y con la FIA prohibiendo la idea, tampoco es que lo vayamos a volver a ver a corto plazo en los motores de carreras…

    Art铆culo originalmente publicado en 2013, recuperado para Pistonudos
    Audio v铆deo La inyecci贸n de agua en los motores sobrealimentados
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