La adaptación del motor a pistón de la 2GM para combate a gran altitud.

Durante la Segunda Guerra mundial se consolidó una de las reglas de oro del combate aereo establecidas en la Gran Guerra de 1914-1918: aquel avión que tiene la ventaja de la altitud, tiene la ventaja mayor en el combate.

Según avanzaba la 2ª guerra mundial, los combates aereos particularmente en el frente occidental iban subiendo de altitud. Mientras los combates de inicios de la guerra se solían mantener a 4000-5000 metros, a finales de la guerra no era extraño ver cazas evolucionando a 7000-8000 metros de altitud, donde el oxígeno escasea.

Cómo lograron los ingenieros de la 2GM que sus cazas alcanzaran esas altitudes en condiciones de combatir?....la respuesta es...gracias a los supercompresores.

En la 2GM la potencia que un motor de piston entregaba venia dada por tres factores básicos...Ratio de compresión, Revoluciones por minuto, y presion de admision. El piloto podía ejercer control sobre los dos ultimos, siendo el Ratio de compresión fijo para un modelo de motor dado.

Y bien...que es la presion de admision?. En un motor a pistón lo que haces es meter en el motor aire y combustible y quemarlos. Al quemar la mezcla se produce una expansion de gases que mueve una serie de pistones, que a su vez mueven un cigueñal ,que a su vez mueve una helice, que en el fondo es la finalidad de un motor de pistones.

Durante los primeros años de la aviacion todo se resumia a eso: aire+combustible+combustion=energia mecanica. Pero, como todos nosotros sabemos, la atmosfera se hace mas y mas tenue segun vamos ascendiendo, y por tanto la cantidad de aire que entra a un motor disminuye enormemente con la altura, con lo cual los aviones a piston reducian su potencia a alta altitud de manera uniforme según se ascendía.

La solucion basica al problema fueron los sistemas de sobrecompresion. Los sobrecompresores lo que hacian era tomar el aire de la atmosfera, y comprimirlo antes de meterlo al motor. Al comprimir el aire, metes mas oxigeno al motor, lo cual compensa en parte la disminucion de O2 en altitud y permite alcanzar mayores presiones de admisión, y así lograr más potencia.

Dichos sobrecompresores podian ser bien mecanicos (el sobrecompresor actuaba usando energia mecanica del motor), bien por energia residual -los llamados turbocompresores-(usando los gases expulsados del motor para hacer girar una turbina que a su vez actuaba el compresor). Los mas usuales eran los mecanicos, siendo los americanos los únicos que lograron usar aviones de serie con turbocompresores en combate.


Lo curioso del asunto es que los pioneros de los sobrecompresores, los ingleses, desarrollaron esta tecnologia con un fin totalmente distinto: ganar los trofeos Schneider de carreras de hidroaviones. Dichas carreras se hacian a alturas bajisimas y la sobrecompresion se usaba para aumentar las presiones de admision.

Durante los proyectos de investigacion entre cada una de dichas carreras se hacian enormes avances en materia de la tecnologia del motor a explosion. Muy pronto ya los ingenieros se dieron cuenta de que la manera mas directa de aumentar el rendimiento de un motor era aumentar la presion de admision tope. Esto es, cuanta mas mezcla aire-combustible quemes al mismo tiempo, mas energia vas a producir (Esto es evidente).

El problema basico era que a nivel del mar,y sin ayudas, un motor podia introducir por si mismo una cantidad X de aire en el motor...y no mas, de modo que la presion de admision maxima se veia limitada por la cantidad de aire que metieras. A alguien se le ocurrio la idea,entonces..."comprimamos el aire, y metamoslo despues al motor"...idea que llevo al primer sobrecompresor.


La siguiente barrera que se encontraron los mecanicos fue la de la estabilidad de la combustion. Un motor incrementaba su potencia al mismo tiempo que le pedias una mayor presion de admision...pero llegaba un punto en el cual la presion de la mezcla,al ser tan alta, producia una combustion no uniforme (es decir parte de la mezcla quemaba y la otra no lo hacía , o lo hacía parcialmente, o lo hacía bastante más tarde). Eso producia bajones de potencia, y sobre todo un efecto de vibracion de alta frecuencia que de ser mantenido acabaria por cargarse el motor. A este efecto se le llamo "detonacion".

De modo que lo siguiente que los ingenieros miraron, fue como evitar la detonacion. No fue muy dificil darse cuenta de que los combustibles de alto octanaje (alta pureza) quemaban con mas uniformidad, de modo que el primer medio para lograr mayores presiones de admision -sin detonacion- fue suministrar fuel de mas calidad.

Cuando este recurso llego tambien a su limite, las investigaciones revelaron que los combustibles "aromaticos" eran mas eficientes...de modo que se usaron combustibles de octanaje mayor, y aromaticos...y despues se paso directamente a usar aditivos basados en el benceno mezclados con el combustible para hacerlo artificialmente mas estable.

Finalmente se llego de nuevo a la situacion de que se podia mantener una combustion a altas presiones de admision sin apenas detonacion...y se volvio al problema basico de que los supercompresores de la epoca -al ser mecanicos- tenian problemas para suministrar el aire necesario para dicha presion de admision sin reducir seriamente la potencia del motor. Un sobrecompresor, ya digo, usaba potencia del motor para comprimir aire, potencia que se restaba de la efectividad de dicho motor, pero se suponia que se devolvia con creces por el mayor rendimiento: Pongamos que un sobrecompresor necesitara 100hp para funcionar, esos 100hp ya no ayudan para girar la helice,pero si con esos 100 hp que usas para comprimir aire,logras 350hp gracias a la mayor presion de admision que consigues, entonces el beneficio neto es de 250hp. Negocio redondo.
Sin embargo a alto régimen de compresion, los beneficios de la compresion se reducian porque costaba mas y mas potencia comprimir más aire...hasta el punto que ya no era "rentable" la sobrecompresion porque costaba más comprimir aire extra que los beneficios que esto aportaba...entonces se buscaron otros medios de suministrar oxigeno al motor.