Diésel

Pues aquí el salsero se ha agenciado un coche nuevo. Por la cosa de ahorrar (y consumir menos), voy a cambiar mi antiguo coche de gasolina por un diesel... y admitiré que prácticamente, el único criterio que he aplicado es mirar el consumo, mirar el precio del diésel, y calcular los cientos de euros que me ahorraría al año (945, para ser exacto).

Pero resulta que indagando un poco, los criterios para decidirse entre un diesel y un gasolina son algo más complicados, así es que voy a escribir un poco sobre lo que he averiguado. Aunque este artículo va ser un tochete, como es mi costumbre, mi intención no es escribir un tratado sobre los motores diésel (para eso está wikipedia), sino explicar lo que uno debería saber a la hora de decidirse entre motores de gasolina o diésel.

Para empezar: los motores de gasolina normales (de ciclo Otto, como se les llama aquí en Alemania) funcionan pulverizando una mezcla de gasolina y aire en una camara de combustión. La mezcla se comprime, y mediante una chispa eléctrica, se enciende, produciendo una explosión que desplaza un cilindro, que a su vez mueve un eje. El ciclo diésel, en cambio, funciona comprimiendo aire a muy alta presión. Según la ley de los gases perfectos, al comprimir aire se eleva la temperatura, y una vez la compresión es suficiente, se inyecta combustible en la cámara, lo cual produce una explosión, que mueve un cilindro como en el motor de gasolina.

Los motores diésel han cambiado muchísimo, incluso comparando los motores actuales con los de hace escasamente diez años. De los motores bruscos y ruidosos que apestaban a gasoil apenas queda nada en los motores actuales.


El primer paso para mejorar la eficiencia de los diésel es la inyección directa, o sea, inyectar combustible a alta presión diréctamente en la cámara de combustión. Esta tecnología es responsable del tremendo ruido que hacen los diésel. De la misma forma que en los motores de gasolina hay un distribuidor suministrando corriente a las bujías en cada cilindro, en los diésel hay una bomba de alta presión suministrando combustible a los inyectores, que están controlados por válvulas electromecánicas independientes. Esto hace difícil controlar el momento exacto de la inyección, lo cual es importante para controlar las emisiones.

Antes de comentar el siguiente avance, tengo que mencionar una característica de los motores de explosión. Un motor de combustión interna entrega una determinada potencia que aumenta a medida que se aumentan las revoluciones, hasta un punto en el que a más revoluciones, menos potencia se entrega. Esto se debe a que, a partir de una determinada velocidad de rotación, es imposible proveer a los cilindros de suficiente aire como para que la combustión sea óptima, de forma que se pierde potencia. Esto pasa en los motores diésel a revoluciones más bajas que en los de gasolina, debido a que es necesario comprimir el aire mucho más.
Sin embargo, dado que los motores diésel están construidos más robustamente que los de gasolina (debido a las presiones más altas), es relativamente fácil añadirles un turbocompresor. Un turbocompresor no es otra cosa que una turbina que comprime el aire a la entrada de la cámara de combustión, impulsada por los propios gases de escape. Esto aumenta la eficiencia del motor y amplia el rango de revoluciones en los que el motor entrega suficiente potencia.
La combinación de inyección directa con el turbocompresor es la tecnología TDI, que, sorprendentemente para mí, es una marca registrada del grupo Volkswagen. De todos modos, a estas alturas todas las marcas tienen su propia versión de esta tecnología.

La última innovación que se ha extendido es la tecnología Common Rail. La idea es añadir una línea común entre la bomba de alta presión y las válvulas de inyección, que en la tecnología common rail son solenoides controlados por ordenador. Debido a que la presión en los inyectores ya no depende directamente de la bomba, sino de la presión en el rail común, se tiene más libertad a la hora de calcular el momento de la inyección, lo cual es muy importante a la hora de controlar las emisiones.

Hablando de gases de escape, aquí es donde tenemos la primera diferencia importante entre gasolina y diésel. Aunque los motores diésel apenas producen monóxido de carbono, la alta compresión del aire y la temperatura de combustión producen más óxidos de nitrógeno que un motor de gasolina. Y lo que realmente es peligroso son las micropartículas. Éstas se producen debido a que, como la mezcla en un motor diésel es autodetonante, en partes de la cámara de combustión con temperaturas más bajas la mezcla no es homogénea, con lo que tiene lugar una combustión parcial de la mezcla produciendo micropartículas de hollín. Las micropartículas se depositan en los pulmones, son imposibles de eliminar, y pueden producir cáncer.
La solución a este problema es usar filtros para micropartículas (llamados DPF en Alemania). Además, el control electrónico de la inyección permite introducir combustible en la fase de escape, que acaba en el filtro y ayuda a terminar de consumir las partículas de hollín.

Esta página contiene una lista de los contaminantes que contienen los gases de escape de un motor diésel. Es algo inquietante que muchos de ellos son considerados carcinógenos. No he conseguido encontrar una página equivalente para los gases de escape de un motor de gasolina, pero aquí están los estándares europeos de emisiones, y ateniendonos a Euro 5, que es el estándar más reciente, los motores de gasolina tienen límites más altos de monóxido de carbono e hidrocarburos, mientras que los diésel tienen límites más relajados en óxidos de nitrógeno y micropartículas. Donde no hay límites estipulados asumo que es porque el motor no produce cantidades apreciables de ese contaminante. Compárese los objetivos de Euro 5 con los de Euro 1 de hace quince años...

Aparte de esto, he encontrado páginas como ésta, muy críticas con los motores diésel, y si tengo que creerme lo que dice en ella, los motores diésel son un invento del diablo. Aún así es interesante leerla. Una de las cosas que encuentro intrigantes es que la página afirma que, aunque los motores de gasolina están regulados para evitar emisiones excesivas (es la regulación lambda), los motores diésel no, por la dificultad de dosificar correctamente el carburante. Que yo sepa, los motores más modernos sí están regulados (especialmente los common rail, como he comentado más arriba).

El siguiente tema importante del que hace falta hablar es el tema del par motor. Básicamente, se suele decir que los motores de gasolina corren más, y que a cambio los diésel "tiran" más. Esto no es del todo cierto, pero lo que es verdad es que los motores diésel tienen más par motor. Y para comparar un motor con el otro voy a tener que explicar someramente lo que es el par motor, la potencia entregada y las revoluciones, y que relación hay entre ellos.

Para empezar, el par motor es una fuerza de torsión sobre un eje, que tiende a hacerlo girar. Por ejemplo, para abrir un grifo tengo que ejercer un par motor sobre la manija para que gire. Ahora bien, el trabajo realizado depende de cuántas revoluciones gire el eje. De la misma forma que si empujo una pared no estoy haciendo ningún trabajo a menos que se mueva, si el eje no se mueve, el par motor no está haciendo ningún trabajo. Ahora bien, la potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo, de forma que la potencia ejercida sobre un eje es el par motor multiplicado por el ángulo recorrido partido por el tiempo.

El par motor se suele dar en Newton-metros, de forma que la potencia (en watios) sería entonces par motor x ángulo recorrido en un segundo (en radianes). Si queremos la potencia en kilowatios, y tenemos el ángulo recorrido en revoluciones por minuto en lugar de radianes por segundo, llegamos a la fórmula:

Potencia (kW) = (Par motor(Nm) x 2π x revoluciones por minuto) / 60000

Dicho esto, hay que tener en cuenta que los motores no entregan la misma potencia en todo el rango de revoluciones. Hay que tener cuidado, porque los caballos que se dan en las características de un coche son la potencia máxima posible. En conducción normal, el motor va a entregar bastante menos potencia.

Como he dicho más arriba, la potencia entregada aumenta con las revoluciones hasta un máximo, a partir del cual vuelve a descender. Los motores diésel tienen un rango de revoluciones más reducido, de forma que se diseñan para que entreguen más potencia a revoluciones bajas. Esto se hace... aumentando el par motor. Si dos motores tienen las mismas revoluciones, y el primero tiene el doble del par motor que el segundo, el primero está entregando el doble de potencia que el segundo.

Mi coche antiguo tenía un motor de 1.8 litros con turbocompresor y 150 caballos a 5500 revoluciones, con una sensación bastante deportiva (era el motor más potente que se ponía en el Audi A3). Sin embargo, el nuevo A3 con un motor de 2 litros TDI y 140 caballos a 4000 revoluciones tira más al acelerar (uno se hunde en el asiento) y adelantar es más fácil, porque el motor da más potencia al pisar el acelerador. ¿Cómo es esto posible? Para saberlo, hay que mirar las curvas de potencia. 

Las curvas, por desgracia, no están a la misma escala. Aún así, se puede apreciar que el motor 1.8T tiene un par motor prácticamente plano entre las 2000 y 5000 rpms - unos 225 Nm. El 2.0 TDI tiene un par motor mucho más alto, 320 Nm, pero en un rango mucho más reducido (entre 1500 y 2500 rpms). Ahora bien, si nos fijamos en la potencia, resulta que en el rango de revoluciones habitual en la conducción (entre 2000 y 3000 rpm), el 1.8T está entregando entre 50 y 70 kW (o sea, entre 66 y 93 caballos). El 2.0 TDI está entregando entre 70 y 90 kW... o sea, entre 93 y 120 caballos - ¡casi un 30% más!

Naturalmente, el motor de gasolina puede entregar más potencia, revolucionandose hasta 6000 rpms, mientras que el diésel se queda en las 4000. Lo que esto significa para el conductor es que, en condiciones normales de conducción, va a tener más potencia y más par motor con el diésel que con el motor de gasolina. Tener tanto par motor permite además no tener que cambiar tan a menudo de marcha. La ventaja del de gasolina es la flexibilidad: a un rango amplio de revoluciones, el conductor tiene a su disposición todo el par motor que da el coche. El diésel, a cambio, tiene que funcionar en el rango estrecho de revoluciones en el que da el par motor máximo, o el motor dejará de tirar. Por otro lado, con tanto par motor es menos necesario cambiar de marcha, y la sensación al conducir es más uniforme, independientemente de los desniveles del terreno. Esto se nota especialmente en la autopista: en sexta marcha se alcanzan los 160 km/h sin apenas pisar el acelerador.

El último tema que quiero comentar es el biodiésel: combustible diésel producido a partir de aceites vegetales, generalmente aceite de colza o de soja, aunque en algunos motores se puede usar incluso aceite de oliva. Es una muy buena idea, que se ha vuelto bastante controvertida: contando sólo el consumo actual de diésel, habría que reconvertir una porcentaje importante de la superficie de cultivo actual para producir biodiésel. Y si como consecuencia se disminuyera la superficie de cultivo dedicada a producir alimentos, el efecto sería aumentar los precios de la alimentación, lo cual sería devastador en paises más pobres. Una posible solución a esto es producir el biodiésel a partir de algas, que tienen un rendimiento mucho más alto, y se pueden cultivar en el mar o en tierras no arables, con lo que no se afecta la producción de alimentos.

La primera ventaja importante del biodiésel es que tiene muchos menos contaminantes que el diésel normal. La segunda, y esta es clave, es que el uso de biodiésel es neutral respecto del carbono. Cuando se queman combustibles fósiles, el carbono que se libera en la atmósfera es un añadido neto que proviene de depósitos de petróleo, donde habían permanecido aislados de la atmósfera durante millones de años. El biodiésel proviene de una planta, que ha capturado el carbono de la atmósfera. Al quemarlo, el mismo carbono se libera de nuevo en la atmósfera, cerrando el ciclo así - no hay un aumento neto de carbono en este caso.

Pues bueno, esto es lo que hay que decir sobre los motores diésel. En Europa son muy populares - un 50% de todos los coches nuevos son diésel. En Estados Unidos son mucho menos populares, en parte porque el bajo precio de la gasolina hace que nadie se preocupe del consumo, y en parte porque los controles de emisiones son más estrictos. En cuanto a los costes, hay que añadir que las revisiones son más caras, y el impuesto de circulación es también algo más alto (los nuevos motores, de todas formas, ya no tienen un impuesto tres veces más alto que un motor equivalente de gasolina).
Espero que el mío me dure unos cuantos años, y ya os contaré qué tal va.

Y ahora os dejo, que tengo que levantarme pronto mañana para ir a recoger el coche.