Qué es la eficiencia térmica y por qué es tan importante en los motores de los coches

A todo el mundo le gusta pensar que cada gota de gasolina (por la que se paga un buen precio) contribuye al movimiento del vehículo de forma directa. Sin embargo, si buceamos en las leyes de la termodinámica, vemos que la realidad es muy distinta. En cualquier motor de combustión que se preste hay una cantidad importante de energía (y de combustible) que se desperdician. De eso habla la eficiencia térmica, un término que no siempre queda bien claro, pero que vamos a tratar de explicar y de poner en su lugar.

A grandes rasgos, podríamos decir que es la medida que calcula cuánta de esa energía química almacenada en el combustible se transforma realmente en trabajo mecánico para mover las ruedas del coche. Porque sí, en el proceso de combustión es inevitable que mucha energía se pierda como calor residual, además de por la fricción de algunos componentes. Los fabricantes llevan años intentando encontrar la fórmula para aumentar esa eficiencia y es algo que ha mejorado, pero todavía hay un largo camino por recorrer.

La pérdida de energía en un motor

Para entender mejor este concepto tenemos que entender cómo se producen las pérdidas energéticas en un motor de combustión. Ya de partida vemos que alrededor de un tercio de la energía originaria se escapa rápidamente por el tubo de escape en forma de gases. Otro tercio se disipa a través del propio bloque del motor, obligando al sistema de refrigeración y al radiador a trabajar para que los metales internos no terminen fundiéndose. Además, habría que sumar las pérdidas por fricción mecánica.

Elementos como los pistones, el cigüeñal y las válvulas rozan entre sí de forma constante, robando un valioso porcentaje de la fuerza generada. La realidad es que en un motor motor de gasolina tradicional, apenas entre un 25 y un 30 % de la energía del combustible se convierte en movimiento. Aunque sorprenda a muchos conductores, eso supone que la mayoría del combustible que se reposta termina siendo desaprovechado. Y todo por esas inquebrantables leyes de la física y la cantidad de calor que se genera durante la combustión.

Destino de la energía	Porcentaje aproximado (Motor tradicional)
Movimiento útil (Ruedas)	25 – 30 %
Pérdidas por gases de escape	30 – 35 %
Pérdidas por el sistema de refrigeración	30 – 35 %
Fricción mecánica y accesorios	5 – 10 %

Lo que marca la diferencia en la eficiencia

Viendo estas cifras sobre el papel, podría parecer que lograr subir de un 30 a un 40 % de eficiencia térmica es una mejora técnica menor. Nada más lejos de la realidad. En los laboratorios de ingeniería de motores, conseguir arañar un solo punto porcentual requiere años de simulaciones y es motivo de celebración. Superar holgadamente la barrera del 40 %, un hito que hasta hace pocos años estaba reservado de forma casi exclusiva a los motores de la Fórmula 1, es hoy en día la gran obsesión de la industria para sus turismos de calle.

La importancia vital de esta carrera tecnológica tiene una doble vertiente. En primer lugar, repercute de forma directa en la economía diaria del consumidor, puesto que un bloque mecánico más eficiente extrae más kilómetros de cada gota de carburante, reduciendo el consumo medio. En segundo lugar, y resultando aún más crítico en el panorama legislativo actual, se encuentra el impacto medioambiental. Necesitar menos combustible quemado para realizar el mismo esfuerzo físico significa una reducción proporcional e inmediata en las emisiones de dióxido de carbono.

Cómo se consigue la máxima eficiencia térmica

Alcanzar cifras de eficiencia térmica que rocen o superen el 45 % en vehículos modernos no se logra con un simple ajuste electrónico. Requiere reinventar por completo la forma en la que el propulsor respira y procesa la mezcla. Una de las soluciones más efectivas y adoptadas masivamente ha sido modificar los ciclos de combustión tradicionales de Otto, apostando firmemente por los ciclos Atkinson o Miller. Estas configuraciones mantienen las válvulas de admisión abiertas durante un instante en la fase de compresión, reduciendo el esfuerzo que debe realizar el pistón para comprimir la mezcla y logrando extraer un mayor trabajo útil en la posterior fase de expansión.

A esta sofisticación se le suma una guerra contra la fricción interna. Los fabricantes emplean avanzados recubrimientos de diamante sintético en las paredes de los cilindros, lubricantes de viscosidad muy baja y bombas de agua electrificadas que únicamente demandan energía cuando es estrictamente necesario. Además, la gestión térmica se ha vuelto una ciencia milimétrica. Aislar a conciencia los conductos de escape para no perder calor de forma prematura y utilizar turbocompresores de geometría variable ayuda a recuperar una gran parte de esa energía calórica que antes se tiraba.

El papel crucial en la era de la hibridación

Podríamos llegar a pensar erróneamente que con el auge del vehículo eléctrico puro, seguir perfeccionando el motor de combustión carece de sentido. Pero empresas especializadas en el desarrollo de sistemas de propulsión, como Horse Powertrain, demuestran lo contrario con motores que llegan a un 44,2 % de eficiencia térmica. La transición hacia una movilidad sostenible a nivel mundial conlleva un largo camino. La tecnología híbrida necesita a la combustión en su máxima expresión de rendimiento para ser una alternativa verdaderamente efectiva y limpia a largo plazo.

De hecho, es precisamente la alianza con los motores eléctricos lo que ha permitido llevar la eficiencia térmica de los motores de gasolina a cotas históricas. En un automóvil convencional, el propulsor térmico debe enfrentarse a diario a situaciones muy ineficientes, como iniciar la marcha desde parado, subir de vueltas bruscamente o quemar carburante al ralentí en un interminable atasco urbano.

Sin embargo, dentro de un esquema híbrido, el bloque de gasolina puede diseñarse para funcionar de forma estacionaria en su «punto dulce» de máxima eficiencia, delegando las tareas más exigentes e irregulares al motor eléctrico. Es esta simbiosis técnica perfecta la que garantiza que la ingeniería siga luchando incansablemente por cada décima, porque el verdadero arte de la automoción moderna consiste en no desperdiciar jamás la energía.