Los motores de combustión interna de movimiento alternativo, o motores de combustión con pistón, se han mantenido como la solución hegemónica para la propulsión del automóvil a lo largo de su casi siglo y medio de historia, desde la concesión a Nicolaus Otto de la patente de su Gasmotor en 1877. Nacía entonces el motor de combustión interna y de cuatro tiempos, y a lo largo de los años tendrían lugar sucesivos desarrollos de esta invención, como los motores de ciclo Diesel, la adición de la sobrealimentación, el desarrollo de la inyección electrónica…

Sin embargo, muchos de los elementos básicos presentes en el primer motor de combustión de movimiento alternativo se han mantenido sin apenas cambios hasta la actualidad. Es el caso, por ejemplo, de la biela, una pieza fundamental que une el pistón con el cigüeñal y transforma el movimiento lineal de aquel en el movimiento rotativo que efectivamente es el responsable del desplazamiento de cualquier automóvil.

Con tres partes diferenciadas —cabeza, unida al cigüeñal; pie, en el lado del pistón, y cuerpo, entremedias—, las bielas han estado fabricadas desde el primer momento en una sola pieza —salvando su cabeza—. Se trata de un elemento que está sometido a fuerzas de gran magnitud y de carácter mucho más complejo que las que se ejercen sobre el pistón —que solo sube y baja— o el cigüeñal —que tan solo gira—, lo cual exige una gran resistencia a esta pieza, también a la fatiga, condicionando así las posibilidades de innovación. Todo el desarrollo llevado a cabo sobre este elemento ha tenido lugar como consecuencia, fundamentalmente, de los avances en ciencia de materiales —que han dado lugar a bielas no solo de acero, sino también de aluminio, titanio e incluso fibra de carbono— y relacionados con los métodos de fabricación.

Aún le quedan actualizaciones y mejoras en su vida al motor de combustión, habida cuenta de que el futuro de la electromovilidad aún se encuentra más lejos de lo que creemos. Es un sueño hecho realidad después de muchos años de pruebas, ver la tecnología de la Thunder Rod llegar a la vida y tener un potente impacto”, ha afirmado Jon Woodward, inventor de este diseño

Lo que importa es el tamaño

Pero, como decimos, siempre han sido bielas de una pieza, al menos en las aplicaciones destinadas a los automóviles. Hasta ahora, cuando la empresa norteamericana Transcend Energy Group, con sede en Utah, ha presentado la primera biela con cuerpo de dos piezas, en un movimiento que parece a contracorriente, toda vez que los motores de combustión están a punto de ser abandonados por el grueso de la industria del automóvil. Según ellos mismos han declarado, la Thunder Rod —así la han bautizado, en un juego de palabras en inglés que significaría “paratruenos”— posibilita obtener beneficios en términos de entrega de par —especialmente a bajas vueltas—, una mejor relación de compresión y la disminución de los movimientos de balanceo del pistón.

Presentada durante el pasado SEMA Show de Las Vegas que se ha celebrado recientemente, fue exhibida con un motor seccionado transversalmente que incorporaba una de sus Thunder Rod operando en uno de los lados y una biela convencional en el otro. A efectos prácticos, y sin modificaciones asociadas en el propulsor en cuestión, se reduce la relación entre la longitud de la biela y la carrera del pistón, un dato con efectos determinantes en el trabajo de cualquier motor de combustión de movimiento alternativo. Esto se debe a que la articulación secundaria que añade esta biela se sitúa muy por debajo del bulón que une la cabeza de esta pieza con el pistón.

Una de las consecuencias asociadas a la reducción de la longitud total de la biela, a igual carrera del pistón, viene determinada por el incremento de las fuerzas de componente horizontal a las que se ve sometido el pistón en su recorrido por el cilindro y que provocan su cabeceo, esto es, su choque contra las paredes del cilindro. Con esta solución, que introduce una articulación en el cuerpo de la biela, se pueden aprovechar las ventajas asociadas a una biela de longitud menor sin padecer este tipo de consecuencias negativas relacionadas con estas configuraciones.

De este modo, existe la posibilidad de emplear segmentos diferentes para los pistones, elaborados con materiales con menor fricción, que permitirían obtener más beneficios en términos de rendimiento. Al mismo tiempo, se podría trabajar con camisas de menor grosor para los cilindros, así como faltas del pistón de tamaño más reducido, aspectos importantes si hablamos de motores de alto rendimiento. Transcend Energy Group ya está trabajando, de hecho, en la adaptación de otras piezas, como es el caso de los pistones o de la culata, para poder extraer todo el potencial de esta solución, que seguramente también estén destinadas a compensar el incremento de vibraciones de segundo orden derivadas de una menor relación biela-carrera.

No solo obtienes un treinta por ciento más de velocidad del pistón en sus primeros momentos de recorrido hacia abajo desde el punto superior, sino que consigues el ángulo antes. Esto genera mucha más palanca en este momento inicial del tiempo de explosión. La velocidad extra y la palanca en el cigüeñal equivale a más par. Ese pequeño extra puede no ser mucho, pero coge cilindros de 10 cm de diámetro, multiplícalo por la carrera, multiplícalo por 8, multiplícalo por las revoluciones por minuto… es realmente mucho”, ha manifestado Jon Woodward sobre el potencial de esta solución

Lo mejor de dos mundos

Por ahora, los beneficios de esta Thunder Rod respecto de una biela convencional solo los conocemos a partir de las declaraciones de Transcend Energy Group, puesto que no han facilitado datos propiamente dichos. Afirman que, mediante la instalación de esta biela de dos piezas, se incrementa el momento de fuerza que esta es capaz de ejercer sobre la muñequilla del cigüeñal. Se obtiene así un par entregado superior, sobre todo cuando el propulsor gira a pocas revoluciones, gracias en parte, según el propio fabricante, a la mayor masa de esta biela respecto de las convencionales.

Según Transcend Energy Group, el hecho de que estas bielas sean más pesadas no supone un impedimento para la velocidad del pistón —la masa de los elementos móviles del propulsor es, evidentemente, un elemento limitante del régimen de giro de cualquier motor de este tipo, debido a su efecto directo sobre las inercias—. En cambio, la Thunder Rod sí modifica la velocidad del pistón en algunos puntos de su recorrido respecto de una biela convencional instalada en un motor igual. En las posiciones cercanas al punto muerto superior, concretamente en los noventa grados de la rotación del cigüeñal previos y siguientes a este punto, la velocidad del pistón se incrementa en un 30 %.

De este modo, durante el tiempo de admisión, el pistón aspira aire a mayor velocidad y se comporta, cómo no, de forma equivalente en el tiempo de combustión, desplazándose más rápido y lejos en esos primeros noventa grados de giro del cigüeñal. Como resultado, más rendimiento por un trabajo de admisión más eficaz —la mayor velocidad de inducción produce, además, una mezcla más homogénea y, por tanto, una mejor combustión— y un par entregado mayor y más abajo en el cuentavueltas —que es cuando el pistón viaja a menor velocidad y tiene más dificultades para llenar de aire y combustible el cilindro—. Alternativamente, durante la fase de compresión, el más rápido desplazamiento del pistón en esos últimos 90 º de rotación antes del punto muerto superior reduce las posibilidades de pérdida de mezcla a través de los segmentos, y favorece en términos generales la eficiencia termodinámica del sistema. Transcend Energy Group afirma que se incrementa la relación de compresión dinámica —que tiene en cuenta el momento de cierre de las válvulas de admisión para su cálculo— de cualquier cilindro que trabaje con una de sus Thunder Rod en un 30 %.

Cuando estás aspirando aire, quieres que lo haga lo más rápido posible para que la velocidad del aire de admisión aumente. Una vez que cierras estas válvulas y empiezas a comprimir el aire, cuando más despacio comprimes el aire, más posibilidades hay de que se escape entre los segmentos del pistón. Cuanto más rápido comprimas ese aire, mayor potencia obtienes. Piensa en una bomba de mano, sucede igual”, ha declarado Jon Woodward a nuestros compañeros de Road&Track.

La empresa ha estado realizando pruebas dinamométricas con motores LS6 de General Motor, muy apreciados por los preparadores por su potencial en este sentido. En la versión de 5,3 litros de cilindrada de este famoso motor en uve de ocho cilindros, la instalación de una de sus Thunder Rod dio como resultado una entrega de par equivalente a la de la variante de mayor capacidad —de 6,2 litros— entre 1.500 y 3.000 revoluciones por minuto. Implementada en este último bloque, la biela de dos piezas de Transcend Energy Group permitió incrementar el dato de compresión estática en un 20 %.

Esta rupturista invención de Transcend Energy Group, que ya está protegida por patentes de carácter internacional, se considera prometedora por parte de la industria, aunque prima la cautela a la hora de valorar su posible carácter revolucionario. Hacen falta más pruebas, y con motores diversos, para poder afirmar que la Thunder Rod verdaderamente encierra beneficios aplicables de forma directa en nuestros vehículos. Independientemente de los eventuales resultados, no podemos sino adherirnos al mensaje que transmite esta empresa con este desarrollo: “larga vida a los motores de combustión”.