Intercooler: por qué comprimir el aire lo estropea y hay que enfriarlo
Toda esta serie ha ido sobre meter más aire en el cilindro. Primero dejando que entrara solo, luego empujándolo con un compresor, después con un turbo, con dos turbos, con las dos cosas a la vez. Y en toda esa guerra por la presión se nos ha ido colando un enemigo silencioso que ahora toca mirar de frente: el calor. Porque comprimir el aire tiene un efecto secundario que lo arruina en parte, y es tan inevitable como la propia compresión. Cuando aprietas el aire, se calienta. Siempre. Y el aire caliente es justo lo contrario de lo que un motor quiere tragar.
Este es el capítulo de la temperatura, el eslabón que casi nadie entiende bien y que explica por qué todo coche sobrealimentado moderno lleva, escondido detrás de la parrilla o encima del motor, un radiador que no enfría el motor sino el aire: el intercooler. Y lo primero que hay que hacer es desmontar la idea más repetida sobre él, porque el intercooler no hace lo que casi todo el mundo cree.
Comprimir calienta: el peaje térmico de la presión
Empecemos por la física, que es sencilla y bonita. Cuando comprimes aire deprisa en un turbo o un compresor, el trabajo que gastas apretándolo se queda dentro del gas en forma de energía, y como no da tiempo a evacuar ese calor, la temperatura sube. No se calienta «por el camino», por rozar con tubos: es el propio acto de comprimirlo a toda prisa lo que lo calienta, por pura termodinámica. Una cuenta de libro lo deja claro. Con un bar de soplado, aire de la calle a 25 grados y un compresor que trabaje con un rendimiento del 70 %, que es lo normal en un turbo decente, la carga sale rozando los 120 grados. Aire para el motor a la temperatura de un horno de secar pimientos.
¿Y por qué es esto un problema? Aquí está la clave de todo el capítulo. A un motor no le importa la presión del aire por la presión en sí: le importa cuántas moléculas de oxígeno consigue meter en el cilindro, porque son esas moléculas las que queman la gasolina y hacen la fuerza. Eso es la densidad. Y la densidad depende de dos cosas a la vez: de la presión, que la sube, y de la temperatura, que la baja. A igualdad de presión, el aire caliente es menos denso, porque sus moléculas, más agitadas, ocupan más sitio. Ojo con el malentendido fácil: el aire que sale del turbo sí es más denso que el que entró, porque la presión que ha ganado pesa más que el calor que se ha llevado. Lo que pasa es que el calentamiento te roba parte de la densidad que deberías haber ganado. En el ejemplo de antes, la presión se ha duplicado pero la densidad solo ha subido algo más de la mitad; si pudieras devolver esa carga a 25 grados, tendrías casi un tercio más de oxígeno en el mismo cilindro. Comprimir no te deja con menos aire del que tenías: te deja con bastante menos del que podrías tener.
Hay un segundo problema, aún más peligroso. Un motor de gasolina tiene un enemigo mortal que se llama detonación o picado. Y conviene explicarlo bien, porque casi todo el mundo lo cuenta mal. Lo normal es que la chispa de la bujía encienda la mezcla y un frente de llama la vaya quemando de forma ordenada, barriéndola de un lado a otro de la cámara. El picado es lo que ocurre cuando una parte de esa mezcla que todavía no ha quemado, arrinconada en el extremo de la cámara, se calienta y se comprime tanto que se autoenciende sola, de golpe, antes de que la llama llegue hasta ella. La bujía enciende normal, pero el último rincón de mezcla se le adelanta y detona por su cuenta. Esa explosión descontrolada choca contra el frente de llama, machaca pistones y bielas, y puede reventar un motor en poco tiempo. El aire caliente no detona por sí solo, pero una admisión más caliente pone a esa mezcla sin quemar mucho más cerca de autoencenderse. Cuanto más caliente entra el aire, antes empieza el motor a picar. Así que el calor de la compresión no solo te roba densidad: también te acerca al abismo de la autodestrucción.
El intercooler no inventa caballos: te devuelve los que el calor te robó
Y aquí está el gran malentendido. Mucha gente habla del intercooler como de una pieza mágica que «crea» caballos de la nada, y eso es falso: el intercooler no inventa energía ni añade aire al sistema. Pero cuidado con pasarse al otro extremo, porque un intercooler sí hace que el motor dé más potencia que ese mismo motor sin él: al enfriar el aire recupera densidad, mete más oxígeno en el cilindro y, de paso, aleja el picado, lo que permite poner más presión o adelantar el encendido. Da más caballos de los que darías sin él, pero los rescata, no los fabrica: son los que el calor de la compresión te había robado.
La idea es de una sencillez elegante. Si el problema es que el aire sale caliente del turbo, hinchado, menos denso y propenso a la detonación, lo enfriamos antes de meterlo en el motor. Para eso está el intercooler: un radiador colocado entre el turbo y el motor por el que pasa el aire comprimido y caliente, cediendo su calor, de modo que llega al cilindro frío otra vez. Al enfriarse, el aire se contrae, se vuelve denso de nuevo, y en el mismo volumen de cilindro vuelven a caber muchas más moléculas de oxígeno.
El propio nombre arrastra un pequeño engaño. «Intercooler» significa enfriador intermedio, y viene de la aviación y de la industria, donde el aire se comprimía en dos etapas y el radiador iba entre una y otra. En un coche con un solo turbo no hay nada entre etapas: el radiador va después del compresor, y los ingenieros puristas lo llaman aftercooler o, en los manuales, enfriador del aire de carga. El nombre bueno lo perdió contra el que sonaba mejor en un anuncio.
El beneficio es doble, porque de paso aleja el fantasma de la detonación: con el aire más frío entrando al cilindro, la mezcla queda más lejos de picar, y eso permite al motor trabajar con más presión o adelantar el encendido sin romperse. Enfriar el aire es, a la vez, recuperar oxígeno y comprar seguridad.
Ahora bien, no todo es gratis, y aquí viene el matiz fino que casi ninguna divulgación cuenta. El intercooler es un radiador, un laberinto de conductos, y el aire, al atravesarlo, pierde algo de presión por el camino: entra a una presión y sale a un pelín menos. El intercooler también te quita algo de lo que el turbo había soplado. ¿Entonces por qué merece la pena? Porque en uno bien diseñado, la densidad que recuperas al bajar la temperatura supera con creces la que pierdes por el roce. Un intercooler mal diseñado, que estrangule demasiado el flujo o que añada metros de tubo, puede quitarte más de lo que te da, y de paso alargar el retraso de respuesta que ya vimos en la guerra contra el lag, porque hay más volumen de aire que llenar antes de que la presión llegue al cilindro. El equilibrio entre enfriar mucho y estorbar poco es todo el arte de diseñar uno.
El Porsche que escondió el radiador en el alerón
Si hace falta un ejemplo de lo que un intercooler cambia en un coche de calle, el mejor está en Zuffenhausen. El Porsche 911 Turbo, el 930, llegó en 1975 con un tres litros y 260 CV, sin enfriamiento de carga. En 1978 Porsche lo pasó a 3,3 litros y le colocó un intercooler aire-aire, y la potencia subió a 300 CV. ¿Dónde lo metió, en un coche con el motor colgado detrás del eje trasero y sin parrilla útil? Encima del motor, dentro del alerón trasero, que creció y cambió de forma para hacerle sitio y recibir el aire de la marcha. Por eso el alerón «bandeja de té» del 3.3 no es solo decoración ochentera: es un radiador con carrocería. Para situar esos 300 CV, un Ferrari 308 GTB de la época se quedaba en 255 con su V8 atmosférico.
Aire-aire contra agua-aire: dos formas de robarle el calor al aire
Hay dos grandes familias de intercooler, según con qué enfríen el aire comprimido, y cada una tiene su carácter.
El más común es el intercooler aire-aire. Es un radiador que pones en la corriente del aire exterior, típicamente detrás de la parrilla delantera, y que enfría el aire comprimido pasándole por encima el aire frío de fuera mientras el coche rueda. Simple, ligero, sin partes móviles ni líquidos: el aire caliente de dentro le cede el calor al aire frío de la calle, en un solo salto. Su gran virtud es precisamente esa sencillez, y que en marcha sostenida mantiene temperaturas bajas y estables, porque siempre tiene aire fresco pasando. Su problema es de colocación: necesita ir donde le dé el aire, y en coches de motor central o trasero, o cuando el turbo está lejos del morro, montar los tubos hasta la parrilla y de vuelta es un lío. El Porsche del alerón es la prueba de hasta dónde hay que retorcerse.
Y la prueba de que no es cosa solo de deportivos la tenemos en casa. El motor de 12 litros de Pegaso, el que en 1972 llegó a dar 352 CV sin intercooler y se convirtió en el más potente de los camiones europeos de su tiempo, pagó después esa falta de enfriamiento: las versiones turbo que se vendieron en serie se quedaron en torno a 306-310 CV. En 1985, con la gama Tecno, ENASA le puso por fin un intercooler aire-aire y el mismo bloque subió a 340 CV, y en 1987 ese motor turbo-intercooler se extendió a más modelos de la gama Tecno 87. Mismo motor, mismo turbo, aire más frío: 30 caballos más en un camión español, sacados de enfriar lo que ya había. Sin carreras ni alerones: un intercooler ganándose el jornal en un camión que subía puertos cargado hasta arriba.
El otro es el intercooler agua-aire (o aire-agua, según quién lo nombre). Aquí el aire comprimido no se enfría con aire, sino con agua: pasa por un intercambiador por el que circula un circuito de agua, que se lleva el calor y luego lo suelta en otro radiador en cualquier parte del coche. Es más complejo, con bomba, circuito, un segundo radiador, más peso y más puntos de avería, pero resuelve el problema de colocación, porque el agua puedes llevarla por donde quieras: el intercambiador va pegado al motor, hasta en la uve de un V8 con compresor, y el radiador del agua donde quepa. Tiene además una baza muy clara en los tramos cortos e intensos: como el agua tarda en calentarse, absorbe muy bien los picos bruscos de calor, y en competición de aceleración puedes incluso llenar el circuito de hielo y enfriar el aire una barbaridad durante esa carrera de segundos.
Lo que no es verdad es que el agua-aire sea una solución de segunda, solo buena para empaquetados imposibles o para el cuarto de milla. Durante años se contó así, pero la realidad lo desmiente: los BMW M3 y M4 de la generación F80/F82 llevan su seis en línea biturbo con intercooler agua-aire de serie, montado encima del motor, en coches pensados para rodar fuerte en circuito. Es verdad que el agua-aire tiene dos saltos de calor en lugar de uno, del aire al agua y del agua al ambiente, y que eso le añade exigencias, pero si está bien dimensionado, con buen caudal de agua, buen radiador y buena ventilación, aguanta el uso sostenido tan bien como un aire-aire, o mejor. Cuál de los dos gana no se decide por la familia, sino por cómo esté hecho cada uno. El aire-aire es más simple y barato, y por eso es el rey en el coche de calle corriente; el agua-aire es más complejo pero más flexible, y por eso trepa hasta lo más alto cuando el dinero y las prestaciones lo justifican.
El truco aeronáutico: enfriar el aire haciéndolo sudar
Hay una tercera forma de enfriar la carga que no usa un radiador, sino un truco de química pura, y su historia es una de las más fascinantes del motor: la inyección de agua, o de agua y metanol. No sustituye necesariamente al intercooler, muchas veces lo complementa. El radiador hace el grueso del enfriamiento y el agua pulverizada da un empujón extra justo cuando el motor más aprieta.
El principio es el mismo por el que sudar te refresca. Cuando un líquido se evapora, roba calor de su entorno para hacerlo: por eso el sudor, al evaporarse de la piel, te enfría. Si pulverizas agua finísima en el aire comprimido y caliente, buena parte de esa agua se evapora, cuánta depende de lo fino que la atomices y de las condiciones, y al evaporarse le roba el calor al aire, que se enfría de golpe. Enfrías la carga haciéndola sudar. Y si en vez de agua sola usas una mezcla de agua y metanol, ganas un segundo efecto: el metanol es un potentísimo antidetonante, así que además de enfriar, blinda la mezcla contra el picado, permitiendo presiones que de otro modo reventarían el motor.
Esto no es un invento moderno de tuneros: viene de la aviación de combate de la Segunda Guerra Mundial. Los cazas alemanes montaban un sistema llamado MW 50, que no era mitad y mitad exacto: 50 % de metanol, 49,5 % de agua y un 0,5 % de aceite anticorrosión, rociado en el compresor del motor. Su efecto era doble, el que hemos descrito: enfriaba la carga por evaporación y, sobre todo, frenaba la detonación. Y conviene separar bien las dos cosas, porque se confunden. Solo con abrir el grifo, el enfriamiento daba unos 100 caballos. El resto llegaba porque, con el picado a raya, el piloto podía pedir mucha más sobrepresión: entre las dos cosas, un DB 605 de los Messerschmitt Bf 109 tardíos pasaba de unos 1.475 caballos a cerca de 1.800 en despegue. Diez minutos como máximo seguidos, con al menos cinco de descanso, y el depósito daba para un par de usos por misión.
La historia que casi nadie cuenta es la del BMW 801, el radial del Focke-Wulf 190, que muchas veces aparece citado como usuario del MW 50. Las tomas para el sistema aparecieron en el 801D en 1942, pero nunca entró en producción en ese motor: con MW 50 se le agrietaban las culatas. Los Bf 109 con DB 605 sí lo llevaron de serie, desde principios de 1944. Un botón de «más potencia» en pleno combate, alimentado por un depósito de agua con metanol. Ochenta años después, los kits de inyección de agua-metanol que montan los preparadores de coches turbo funcionan con el mismo principio.
Y no se quedó en los talleres de barrio. En 2015 BMW presentó el M4 GTS con inyección de agua desarrollada junto a Bosch: tres inyectores en el colector de admisión, cada uno para dos cilindros, alimentados por un depósito de cinco litros en el maletero. Con ese sistema el seis en línea pasaba de los 431 CV del M4 normal a 500 CV, y BMW explicaba el reparto sin rodeos: el intercooler hace el grueso y la niebla de agua remata la faena en el colector. Si el depósito se vaciaba, el motor volvía a un mapa de menos potencia para no picar. Exactamente la lógica del MW 50, con matrícula.
El veredicto: la sobrealimentación es un problema de calor disfrazado de presión
Toda esta serie la hemos contado como una guerra por la presión, y es la hora de confesar que esa es solo la mitad de la historia. La otra mitad, la que casi nadie cuenta porque es menos vistosa, es una guerra por la temperatura. Cada vez que aprietas el aire para meter más, lo calientas, y al calentarlo pierdes parte de lo que ganaste y te acercas a la detonación. Presión y calor van siempre de la mano. Por eso un turbo sin intercooler es un turbo a medio hacer: le has dado la presión, pero le has dejado el calor dentro.
Y aquí está mi pega. El intercooler, la inyección de agua, los circuitos de refrigeración de carga son otra capa más de complejidad apilada sobre un motor que, recordemos, solo quería respirar. Para arreglar el calor que genera la presión, que a su vez generamos para meter más aire, añadimos radiadores, bombas, depósitos de metanol y tubos por todas partes. Cada solución arrastra su propia solución. El motor atmosférico del primer capítulo, el que respiraba solo, no se libraba del todo del calor, porque el aire también se calienta en la admisión y dentro del motor, pero al menos no le sumaba el calentón brutal de la compresión, y por eso no necesitaba nada de esto: ni intercooler, ni agua, ni circuitos. No es casualidad que fuera también el que menos lag, menos piezas y menos averías tenía. Enfriar bien la carga protege el motor y lo hace durar, nadie lo discute; lo que hay que tener presente es que todo ese tinglado nace de una decisión previa, la de meter el aire a presión en vez de dejar que entrara solo. No hay comida gratis: solo hay facturas que llegan más tarde, aunque algunas, como esta, valgan lo que cuestan.
En el próximo capítulo nos vamos a los márgenes, a los caminos raros que la industria probó y casi siempre abandonó: el Comprex, que sobrealimenta con ondas de presión en vez de con una turbina; el Hyperbar francés, que metía una cámara de combustión entre el motor y el turbo; el diésel de dos tiempos que no puede funcionar sin un soplador, y algún que otro callejón técnico que la historia dejó atrás. El museo de los experimentos imposibles de la sobrealimentación.
Los caminos que no ganaron, del Comprex que sobrealimentaba con ondas de presión al turbo con cámara de combustión propia del carro Leclerc, los contamos en sobrealimentación por ondas de presión, Hyperbar y otros caminos raros.
Qué se hace con todo este aire una vez que sabemos meterlo lo cuenta el capítulo 8: downsizing, por qué un motor pequeño turbo gasta menos que uno grande, con el superknock que partía pistones incluido.
Comprueba que sigues vivo.
Fotos: Jacksonpuaminghow (CC0), Alison Cassidy (CC BY-SA 3.0), Morio (CC BY-SA 3.0), Spanish Coches (CC BY 2.0), Zytonits (CC BY-SA 2.0), Roland Turner (CC BY-SA 2.0), Calreyn88 (CC BY-SA 4.0). Wikimedia Commons.