BARRIDO - Definición - Significado

El barrido es una fase característica del ciclo de *dos tiempos, durante la cual los gases de admisión se introducen con sobrepresión en el cilindro para facilitar la expulsión de los gases residuales de la combustión precedente. El barrido es la fase más crítica y delicada de todo el proceso de funcionamiento del motor de dos tiempos, pues durante un pequeño giro del cigüeñal deben producirse simultáneamente tanto el vaciado de los gases residuales de la combustión que permanecen en el cilindro como el llenado del mismo con los nuevos gases. Además, esto debe efectuarse sin mezcla entre ambos tipos de gases, para evitar la dilución de los de admisión así como la pérdida de los mismos por la lumbrera de escape, que permanece abierta durante toda la fase. En cuanto a esto conviene distinguir entre los motores que funcionan según ciclo de Otto y los que lo hacen con ciclo de Diesel. En los primeros, la mezcla que sale inutilizada por el escape determina un aumento del consumo específico, una disminución del grado de carga y, en consecuencia, un menor rendimiento total del motor. En cambio, los segundos motores resultan beneficiados por el hecho de que el barrido se efectúa con aire tanto como con mezcla, proporcionada ésta generalmente por compresores independientes y en cantidad sensiblemente superior al volumen del cilindro correspondiente. En estas condiciones el rendimiento del barrido resulta muy elevado, mientras que las inevitables fugas de aire por el escape constituyen una pérdida insignificante del trabajo, del sistema de bombeo.

A pesar de ello, en los motores Diesel, al igual que ocurre en los de ciclo de Otto, el proceso de barrido tiene que ser objeto de un cuidadoso estudio para determinar la elección más adecuada entre los sistemas de flujos o corrientes tangenciales reflejados, unidireccionales o en contracorriente, en relación con los criterios fundamentales del proyecto, las dimensiones del motor, su régimen de funcionamiento previsto, las prestaciones deseadas y el tipo de aplicación al cual se destina el motor.

El sistema de barrido condiciona la forma de la cabeza del pistón (por ejemplo, con adición de deflectores adecuados) y de la cámara de combustión, cuya parte superior tiene con frecuencia la misión de reflejar hacia las lumbreras de escape el flujo que penetra en el cilindro. Los estudios y experimentaciones sobre distintas configuraciones de cámaras de combustión y variaciones de los flujos de barrido han permitido demostrar que las mejores condiciones se obtienen cuando las corrientes gaseosas se adaptan a las paredes del cilindro durante todo su recorrido y que, por el contrario, un flujo libre difícilmente puede mantener la dirección prevista, ya que resulta muy afectado por las eventuales imperfecciones, incluso ligeras, que tuvieran las lumbreras y los conductos de admisión. Por este motivo los barridos transversales han sido substituidos por los tangenciales y de contracorriente. En los sistemas unidireccionales de corriente no reflejada (dos tiempos) se tiende a aprovechar el efecto citado introduciendo el flujo de barrido con movimiento tangencial, a fin de que el efecto centrífugo mantenga las corrientes gaseosas contra las paredes del cilindro.

En los motores pequeños que funcionan siguiendo el ciclo de Otto, para el barrido se utiliza universalmente la precompresión en el cárter, que permite utilizar el mismo pistón del motor como elemento de bombeo. Esta solución, aunque presenta inconvenientes de cierta importancia, permite la realización de unidades motrices muy simples, para cuyo funcionamiento no se necesitan otros órganos móviles que los del sistema biela-manivela. Ello ha originado la notable difusión actual de los motores de dos tiempos de cilindrada pequeña.

Entre las deficiencias de la compresión en el cárter del motor hay que citar el bajo rendimiento volumétrico del sistema de bombeo, que en el pasado se intentó mejorar utilizando émbolos de dos diámetros, para aumentar el volumen de la mezcla bombeada en relación con la cilindrada del motor. En los motores para coches de competición se utilizaron bombas volumétricas independientes, que inevitablemente complicaban la estructura de la unidad motriz; posteriormente los reglamentos deportivos prohibieron su instalación.

Por el contrario, en los motores Diesel se utilizan profusamente compresores independientes, con los cuales se obtiene sobrealimentación si se cierra con válvulas adecuadas el conducto de escape, antes de que el émbolo, durante la carrera ascendente, tape las lumbreras de admisión. En las grandes instalaciones motrices el efecto se suele obtener con válvulas de admisión reguladas o de funcionamiento automático, que se cierran después de que queden tapadas las lumbreras de escape, cuando la presión en el cilindro iguala la que proporciona la bomba de barrido.

Los compresores pueden ser alternativos de émbolos, rotativos volumétricos y, más raramente, de tipo centrífugo. También se utilizan turbo-compresores accionados por los gases de escape; sin embargo, en este caso, como sea que en el arranque no pueden proporcionar la presión de barrido suficiente, deben complementarse con otro dispositivo de compresión. Hay que recordar aquí que la utilización de turbocompresores resulta interesante por el hecho de que su accionamiento se obtiene a partir de la energía residual de los gases de escape, que de otro modo se perdería.

Para impedir pérdidas de trabajo importantes en el proceso de bombeo, la presión de barrido se mantiene en valores muy bajos: entre 1,2 y 1,4 kg/cm2; el valor más conveniente se define teniendo en cuenta las pérdidas de carga que se producen en los conductos y las válvulas de admisión, así como en relación con la presión existente en el cilindro en el instante de apertura de las lumbreras de barrido. Tal presión, decisiva para un desarrollo correcto del barrido, es función del tiempo que transcurre entre la apertura de las lumbreras de escape y las de admisión, o sea de la diferencia de altura entre las dos, en igualdad de las demás condiciones. Por tanto, tal diferencia deberá ser tanto mayor cuanto más elevado sea el régimen de revoluciones del motor, para evitar que en la apertura de las lumbreras de admisión la presión, aún elevada, de los gases quemados en el cilindro haga retroceder los gases nuevos y provoque la mezcla de ambos.

En los motores muy rápidos y de prestaciones elevadas, para los cuales serían necesarias diferencias de altura notables entre las lumbreras, con perjuicio de la carrera útil de trabajo del émbolo, para aumentar el salto de presión con el que se efectúa el barrido, sin provocar un incremento negativo en la presión suministrada por la bomba, se dan a la instalación de escape las dimensiones adecuadas que permitan aprovechar los efectos de inercia y resonancia de la columna gaseosa que lo recorre a elevada velocidad, de modo que en el momento de apertura de las lumbreras de barrido se establezca un régimen de depresión.

Como curiosidad, pueden mencionarse los motores realizados para estudios de laboratorio, que pueden funcionar sin bomba de barrido, en los cuales la fase de admisión sólo se efectuaba aprovechando la depresión originada en el cilindro por una instalación de escape preparada convenientemente.

Finalmente, hay que recordar el hecho de que la voz «barrido» se aplica también, aunque con menos propiedad, a las fases de escape o expulsión de motores con otros ciclos. En todo caso parece más adecuado reservarla para los ejemplos anteriormente mencionados y, a lo sumo, para la acción de eliminación de los gases residuales de la cámara de combustión obtenida por cruce de válvulas.