Relación de compresión

La relación de compresión expresa con qué intensidad comprime un motor el aire o la mezcla aire-combustible dentro de cada cilindro durante la carrera de compresión. Se define como la relación entre dos volúmenes: el espacio total del cilindro cuando el pistón se halla en el punto más bajo de su recorrido y el espacio mucho menor que queda cuando el pistón alcanza el punto más alto. Una cifra de 10:1, por ejemplo, significa que la mezcla se comprime hasta una décima parte de su volumen original antes del encendido. Este único número revela mucho sobre el carácter de un motor, sus exigencias de combustible y su eficiencia.

La relación importa porque comprimir la carga con más fuerza antes de la combustión hace al motor térmicamente más eficiente y capaz de extraer más trabajo de cada unidad de combustible. Una relación de compresión más alta eleva la presión y la temperatura en el cilindro en el instante del encendido, lo que significa que la combustión posterior empuja con más fuerza sobre el pistón y libera su energía de forma más eficaz. La termodinámica del ciclo del motor premia la mayor compresión con más eficiencia y más potencia para una misma cantidad de combustible, y de ahí que los ingenieros sientan siempre la tentación de elevarla cuanto las condiciones lo permitan.

En los motores de gasolina, sin embargo, existe un techo firme impuesto por la detonación. A medida que sube la compresión, sube también la temperatura de la mezcla, y a partir de cierto punto el combustible puede inflamarse de forma espontánea e irregular antes de que salte la chispa de la bujía, lo que produce los picos destructivos de presión conocidos como detonación o picado. Resistirlo exige un combustible de mayor índice de octano, que se quema de manera más controlada bajo presión, de modo que los motores de gasolina de alta compresión reclaman combustible de calidad superior. Este compromiso ha limitado históricamente la relación de compresión de la gasolina a una horquilla aproximada de 9:1 a 13:1, con las cifras más altas reservadas a motores concebidos en torno a combustibles de alto octanaje o a un control de la combustión ingenioso.

Los motores diésel convierten esta restricción en una virtud al apoyarse en la propia compresión para inflamar el combustible. Funcionan con relaciones mucho más elevadas, comúnmente desde alrededor de 15:1 en adelante, porque el calor generado solo por comprimir el aire debe bastar para inflamar el gasóleo pulverizado en lo alto de la carrera. No hay bujía: la alta compresión es la fuente de encendido. Esta es la razón fundamental por la que los motores diésel se construyen de forma más robusta que los de gasolina, ya que deben soportar las presiones mucho mayores que tales relaciones generan.

La tecnología moderna ha relajado algunos de estos viejos límites. La inyección directa de combustible enfría la carga entrante al evaporarse el combustible dentro del cilindro, lo que permite a los motores de gasolina funcionar con una compresión algo mayor sin detonar, mientras que la sobrealimentación por turbocompresor, que fuerza la entrada de más aire, suele exigir una relación geométrica más baja para mantener a raya las presiones máximas. Algunos motores avanzados llegan incluso a variar su relación de compresión sobre la marcha para equilibrar eficiencia y potencia. La relación de compresión se sitúa así en el corazón del diseño del motor, íntimamente ligada a la cilindrada, al diseño del pistón y al comportamiento general del motor de combustión interna.