El sueño de mejorar la eficiencia térmica de los motores de combustión interna ha sido perseguido durante muchos años, hasta hace poco, y con ahínco, por la industria del automóvil.
Buscando un motor de gasolina con el consumo de un diésel
Disponer de un motor de gasolina, con el consumo de un diésel, fue una prioridad de muchos fabricantes de coches que, en su empeño, buscaron romper una dolorosa y tozuda realidad: nuestros coches estaban desperdiciando más energía contenida en la gasolina de la que se estaba empleando para mover el motor.
Y por mucho que se haya avanzado técnicamente, durante más de un siglo, esa realidad no ha cambiado, siempre que está presente un motor de combustión interna, aunque lo combinemos con motores eléctricos, baterías de mayor o menor tamaño, o pilas de combustible. ¿Y si la solución no estuviera en evitar perder esa energía, sino en ir a recuperarla allá donde se fue?
«Más sencillo (literalmente) que el mecanismo de un botijo»
Esa es precisamente la idea que tuvo BMW y que materializaría con el proyecto Turbosteamer. Sencillo, ligero, económico, el sistema Turbosteamer de BMW aplicado a un motor de cuatro cilindros y 1.8 litros de desplazamiento conseguía una potencia extra de 15 CV, 20 Nm, y un ahorro de combustible de 1,5 litros/100 kilómetros.
No son cifras espectaculares, pero sí reseñables, si tenemos en cuenta que la energía que se ha recuperado, de alguna forma, ya la habíamos dado por perdida. También si tenemos en cuenta que su funcionamiento no es necesariamente complejo, no emplea motores eléctricos, ni baterías, y en un exceso por mi parte diría que es más sencillo que el mecanismo de un botijo – que por cierto para nada es baladí.
No solo eso. Los sistemas de recuperación de energía presentes en cualquier coche moderno, que aprovechan la frenada, la «retención» del motor, recuperan más energía en deceleraciones, o en ciclos de conducción con continuos cambios de ritmo, pero a velocidades moderadas. El de BMW recupera más energía cuanto más revolucionado vaya, cuanto más rápido gire el motor.
¿Dónde va la energía que pierde un motor de combustión interna?
Así lo expresa la ley de la conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye. Y la energía que desperdician nuestros motores, ya sean diésel o gasolina, se transforma, en su mayoría, en forma de calor. Energía calorífica que se escapa en los gases de escape, o en el sistema de refrigeración del motor.
Y ahí es precisamente donde apuntó BMW para recuperar esta energía de dos fuentes fundamentales, el sistema de escape, y el radiador.
BMW diseñó un sistema de doble circuito, para calentar un fluido y generar vapor. El principal circuito, de alta temperatura, utiliza el calor de los gases de escape mediante intercambiadores de calor. Según BMW, de golpe, y porrazo, así podían recuperarse hasta un 80% de la energía calorífica contenida en los gases de escape. El segundo circuito se nutría, en su mayoría, de la energía calorífica sobrante del radiador. Y ese vapor, en última instancia, se dirigía a una unidad de expansión solidaria al cigüeñal del motor de combustión para generar movimiento. En otras palabras, BMW había combinado el motor de gasolina con la máquina de vapor.
El ciclo combinado
Lo que BMW proponía era una solución, a priori más sencilla técnicamente, pero muy parecida a los híbridos que conocemos hoy en día, en los que un automóvil es merecedor de su nombre por el movimiento que se genera utilizando dos fuentes de energía, la contenida en el combustible, y la eléctrica, contenida en unas baterías, que pueden recargarse enchufándose o no, simplemente con la energía recuperada en frenadas o deceleraciones.
Pero la comparación más certera del dispositivo diseñado por BMW la encontramos en el modelo de producción de energía eléctrica en España, que se nutre en una parte importante de la producción – 17,2% en 2023 según Red Eléctrica de España – mediante ciclos combinados, en centrales térmicas que producen electricidad mediante la propia combustión, y vapor de agua a presión.
Ahora bien, ¿qué sucedió con el sistema Turbosteamer de BMW?
Sistema de expansión original de 2005 (arriba) vs 2011 (abajo)
Una tecnología aplicable… que no se llegó a aplicar
En 2005, BMW disponía de maquetas y prototipos en los que verificó que un BMW Serie 3 podía disponer de espacio suficiente para incorporar este sistema. En esencia, tan solo necesitaban que hubiera espacio en el vano motor para los sistemas de expansión. Y con un motor de 1.8 litros de desplazamiento había espacio más que suficiente. No solo eso. Prometieron que este sistema sería aplicable en un plazo de diez años.
Por si no fuera poco. BMW siguió trabajando para aumentar el rendimiento del sistema, con dos nuevas iteraciones en 2008 y 2011, que no solo mejoraron la potencia entregada por su máquina de vapor, sino que también consiguieron minimizar el tamaño de los sistemas de generación de vapor y de expansión. En 2011, incorporaron su último desarrollo en un BMW X6, con un proyecto que siguió desarrollándose gracias a los fondos del Departamento de la Energía de los Estados Unidos.
BMW era muy consciente del recorrido que podía tener esta tecnología, y también de las importantes mejoras en la reducción del consumo de combustible y, sobre todo, de las emisiones de CO2, que serían determinantes por las regulaciones europeas, que propiciarían otras tecnologías como la recuperación de energía de la frenada o los sistemas de parada y arranque automático del motor.
La electricidad venció
Y en una nueva vuelta de tuerca pensó en que esa energía calorífica que de alguna forma desperdicia el motor podía resultar tremendamente útil en otro tipo de situaciones.
Su idea conceptual se basaba en diseñar nuevos modelos de encapsulado y aislamiento del motor, para asegurar que el compartimento del motor se calentase para mejorar su rendimiento en situaciones críticas para el consumo de combustible y la emisión de gases, como el arranque, o incluso para mantener a la temperatura más adecuada el aceite de la caja de cambios y del propio motor.
El desenlace final ya es conocido por todos. Los híbridos de gasolina y vapor, como el propuesto por BMW, no prosperaron. Y la solución hegemónica para mejorar el rendimiento de automóviles que emplean combustión interna, con una segunda fuente de energía, ha sido la energía eléctrica acumulada en baterías, con híbridos de todo tipo que, como mucho, podemos diferenciar por la capacidad
