Entendiendo al Mach 5 (II)

En una de las entradas anteriores, había introducido el ingenioso vehículo que utilizaba Meteoro (o Speed Racer según como se prefiera llamar) para ganar las interminables y peligrosas carreras que disputaba. Uno de los puntos más importantes a destacar de este rápido coche, radicaba en la potencia que era capaz de desarrollar su motor, tomando como referencia el bólido construido con motivo de la película estrenada el año pasado en los cines. Pues bien, hoy me gustaría tratar de comprender cómo funcionaría el motor de tan maravillosa creación de la ingeniería, haciendo analogías con respecto a los automóviles de competición existentes en la actualidad.



Me gustaría comenzar con la definición de dos parámetros fundamentales que caracterizan a cualquier motor alternativo de combustión interna: el punto muerto superior (en adelante PMS) y el punto muerto inferior (en lo sucesivo PMI). Estos dos parámetros corresponden a las posiciones extremas del pistón de un cilindro. El PMS es la posición en la que el pistón se encuentra lo más cerca posible a la culata, generando el volumen mínimo de la cámara de combustión. En contraparte, el PMI es la posición en la que el pistón está más alejado de la culata, por tanto el volumen de la cámara de combustión es máximo. Ambas posiciones se denominan punto muerto porque en ellas, el desplazamiento del pistón no implica un giro del cigüeñal y, en esencia, el mecanismo está bloqueado.

La definición de estas dos posiciones van acompañadas de parámetros dimensionales específicos: la relación biela-manivela que especifica la forma en que evoluciona el movimiento del pistón con respecto al giro del cigüeñal, y la relación carrera-diámetro que determina la fluidodinámica del motor. Este último parámetro permitirá clasificar, de manera orientativa, al motor alternativo del Mach 5. La relación (k) entre la carrera del émbolo (C) y el diámetro del cilindro (D) se calcula como k = C/D. A partir de la misma se define el concepto de motor cuadrado cuando k = 1, motor supercuadrado cuando k < 1 y motor alargado si k > 1.



Los coches de Fórmula 1, los vehículos deportivos de altas prestaciones, los bólidos más costosos y, naturalmente, el Mach 5 poseen en su interior motores que entran en la categoría de supercuadrados. Para demostrar esta aseveración es necesario estudiar por unos momentos los aspectos mecánicos de esta clase de coches. Si se mantiene la velocidad media del pistón constante, así como también la cilindrada unitaria, y se aumenta el diámetro relativo del cilindro, se tiene en consecuencia una carrera menor, por lo que el régimen de giro es elevado y se obtiene una mayor potencia máxima, necesaria para que Meteoro pueda competir con el Equipo Acrobático, o incluso con el Corredor Enmascarado (quien en realidad es Rex, el hermano mayor de Meteoro, que escapó de su casa cuando... ¡Bueno! Es mejor ver la serie para estos detalles).

Por otra parte, si se mantiene constante el régimen de giro, la velocidad media del pistón disminuye al igual que las pérdidas mecánicas por rozamiento, debido a que estas últimas son proporcionales a la velocidad media. Esta situación beneficia de igual modo a la obtención de dicho estado de potencia máxima.

Desde un punto de vista fluidodinámico, el motor supercuadrado del Mach 5 presenta un rendimiento volumétrico envidiable. A igual régimen de vueltas y para iguales secciones de paso en las válvulas, ya que la velocidad de adhesión, la cual es proporcional a la velocidad del émbolo, disminuye. El aumento del diámetro del pistón otorga más espacio para la colocación de las válvulas, mejorando el llenado y reduciendo el trabajo de bombeo. Quizás sea ésta una de las principales razones por las cuales jamás he visto que Meteoro entre a repostar combustible en sus infinitas carreras. Adicionalmente, dado que disminuye la velocidad del émbolo en las cercanías del PMS, el proceso de combustión se aproxima al ciclo teórico a volumen constante, con lo cual se tiene una sustancial mejora del rendimiento termodinámico.

Sin embargo no todo es un sinfín de ventajas para este tipo de motores. El motor de un Dodge Viper SRT-10 es un claro ejemplo de ello, y estoy seguro que el Mach 5 se ve afectado por alguno de los siguientes contratiempos o inconvenientes. El uso de un mayor diámetro en el cilindro conlleva a que exista una mayor distancia en la conducción de calor, lo que dificulta la refrigeración del motor. En más de un episodio, recuerdo haber visto que los competidores recurrían a más de una vil triquiñuela, que incluían disparos a la cabina protegida por el cristal antibalas. Sabiendo esto, ahora me pregunto ¿A nadie se le ocurrió dispararle al radiador? Un certero disparo en la colmena del mismo era suficiente para provocar una pérdida de refrigerante y dejar al Mach 5 fuera de la competencia.



Volviendo al tema de las desventajas, al haber menos altura libre entre la corona del pistón y la culata en un motor supercuadrado, es necesario que Bujía, el mecánico del Mach 5, realice rebajes en la superficie del pistón para evitar interferencias con las válvulas, con lo que se perjudica el movimiento de la carga de combustible en el proceso de formación de turbulencia y reflujos necesarios para la combustión. Éste último punto es una de las limitaciones más notables del motor de un Viper SRT-10, extensible al Mach 5 y a la mayoría de los coches que alcanzan velocidades absurdas.



Finalmente, recordando el ámbito ecológico tan importante hoy en día, en los motores supercuadrados el aumento de la relación entre la superficie y el volumen puede causar la emisión contaminante de hidrocarburos inquemados, a consecuencia de la reducción de la velocidad de reacción de la carga de combustible que se encuentra en contacto con la pared de la cámara. Obviamente en la serie animada esto no era un problema importante, pero lamentablemente en el mundo real sí lo es. Muchos de los bólidos y automóviles de competición queman grandes cantidades de combustible en poco tiempo, liberando en cada ciclo de combustión una gran cantidad de inquemados al ambiente. Por eso, podría parecer algo hipócrita que en el campeonato pasado de Fórmula 1, el antiguo equipo Honda tenía un dibujo de nuestro hermoso planeta en la carrocería de sus coches, en un fútil e inútil intento de promover la ecología y las energías verdes en el mundo.

No quiero concluir esta nueva entrada sin antes culminar con una pregunta que me atormenta desde mi niñez, más aún si se tienen en cuenta estos aspectos técnicos relativos al motor de su coche: ¿Por qué Meteoro siempre gritaba de esa forma tan rara cuando perdía el control de su vehículo?



Probablemente nunca sepa la respuesta.