La inyección de agua en los motores sobrealimentados

Como estamos que nos salimos últimamente con el volumen de entradas sobre técnica, no vamos a abandonar esta buena costumbre y te vamos a explicar hoy cómo funcionan estos sistemas, y qué secretos se esconden tras esa posible mejora de rendimiento.

Ford, a través de M-Sport y Cosworth fueron pioneros en esta tecnología en el Focus WRC

Como te contábamos el otro día, la clave para cualquier motor de combustión interna es trabajar con la más alta relación de compresión posible. La compresión efectiva en un motor sobrealimentado es la combinación de la compresión lograda por el turbo más la compresión otorgada por el pistón en la carrera de… compresión, valga la redundancia.


Incrementar la compresión te hace tener más potencia, más par, y aprovechar mejor el combustible. Pero incrementar la compresión también tiene sus riesgos, y tal y como te explicábamos el otro día, 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 bujía, lo que resulta fatal para el motor. Al ser una combustión descontrolada, esta no se maneja de manera uniforme, puede provocar agujeros en el pistón, roturas de bielas, no aprovecha además toda la energía del combustible, y produce un funcionamiento errático del propulsor.

Por estas razones, cuando se trabaja con ciertos grados de compresión, se tiene que avanzar el punto de encendido de la bujía. Es decir, hay que prender fuego a la mezcla voluntariamente antes del punto «ideal», para evitar la detonación.

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 ocurrió una idea: inyectar agua en el colector de admisión.


Esquema del sistema de inyección de agua empleado por Cosworth

¿Qué se logra atomizando agua en el colector de admisión? Se rebaja la temperatura efectiva de trabajo dentro del cilindro. De esta manera, cuando la carrera de compresión está teniendo lugar, parte de la energía que se está acumulando se dispersa en vaporizar ese agua, lo que reduce la energía disponible para calentar el total de la mezcla que hay dentro del cilindro. De esta manera es mucho menos probable que haya una detonación no controlada.

Al no haber probabilidad de detonación no controlada, se puede retrasar el punto de encendido de la chispa hasta seis grados de cigüeñal. ¿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 época del Focus (otro día os hablaremos de potencias reales de los coches de WRC de aquellos años, que estaban muy por encima de los 300 CV reglamentarios…). Y no sólo eso, se puede trabajar además con mayor presión 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 proporción de inyección 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 depósitos de agua había que tenerlos en cuenta en el diseño del coche, pues no se gastaba poca precisamente.

Pero, ¿y el problema del sistema?

En el mundial de rallyes se dejó de emplear el sistema de inyección de agua por la sencilla razón de que la FIA lo prohibió para evitar seguir encareciendo los propulsores.


Pero ¿aplicarlo a coches de calle como una opción aftermarket? Bien, aquí 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 microscópicas. Pero aprovecharse de las ventajas que produce la inyección de agua no es tan sencillo.

La ECU, el cerebro electrónico de tu motor, no está diseñada para trabajar con inyección 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 inyección de gasolina. Además, como tu centralita desconoce completamente que se está inyectando agua, no puede «entender» que gracias a ella puede retrasar el punto de encendido, por lo que no obtendrás las ventajas de la inyección de agua de manera inmediata.

Así que no te quedará otra que contar con una completa reprogramación de la ECU, pensada para trabajar con inyección de agua. El problema es que esto agrega «una cuarta dimensión» al mapeado del motor, pues hay que jugar con un parámetro más en la decisión del punto de encendido y en la decisión de cuánta gasolina inyectar para la centralita. Esta cuarta dimensión es el funcionamiento de la inyección de agua. Muy probablemente, por ello, tendrías que prescindir de la ECU convencional de tu motor, y agregar una Motec o similar programable, lo que a su vez, además de ser estratosféricamente caro, te eliminará las funciones de seguridad de tu coche (ESP, ABS, sistema de catalización controlado, y mil cosas más), y se convertirá en algo ilegal e inhomologable para un coche de calle «convencional».


Y luego está el otro factor problemático. Aunque seas capaz de instalar y programar un sistema completo, uno de los momentos más críticos es cuando estos inyectores de agua fallan. Y es que lo hacen a menudo en el mundo de la competición, donde están re-que-te probados. El principal fallo es cuando no queda agua en el depósito, o cuando el suministro se corta accidentalmente. Esto hace que casi inmediatamente el motor entre en picado, lo que, trabajando a altísimas compresiones, acabe por destruir en pocas revoluciones los pistones y las bielas.

Para protegerse de esto hay que contar con un sistema de inyección de agua «sin fallo posible», con un sensor de nivel que modifique la programación de la ECU en cuanto al encendido y la presión del turbocompresor tan rápido se note que te vas a quedar sin agua o el sistema ha tenido un fallo en inyección.

Lo ideal sería 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 depósito del sistema para, en caso de fallo en la inyección de la misma, bien por fallo en el inyector, bien por falta de líquido en el depósito, poder reducir instantáneamente la presión de sobrealimentación para evitar el fenómeno de picado.

¿Moraleja?

Si bien para carreras y competiciones el sistema de inyección de agua es un gran invento que te permite trabajar con puntos de encendido óptimos a pesar de enormes presiones en la cámara de combustión, no es, a día de hoy, un sistema recomendable para coches «de uso civil».

Curiosamente, en los años sesenta, e incluso en la actualidad, en ciertos motores de gran cilindrada y uso industrial, el sistema de inyección 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 inyección de agua «pura», incorporando un sistema «a prueba de fallos» para proteger al motor de posibles catástrofes. Pero introducir metanol en la ecuación es sobre-complicar el sistema para un coche de calle, más 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…

Artículo originalmente publicado en 2013, recuperado para Pistonudos


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