Válvula rotativa: el motor sin muelles que la Fórmula 1 tuvo que prohibir

Hay una pieza dentro de tu motor que lleva ahí casi un siglo y que nadie cuestiona. La válvula de seta. El champiñón. El poppet. Sube, baja, la empuja una leva, la devuelve un muelle, y vuelta a empezar. Miles de veces por minuto. Es tan vieja que cuesta imaginar el motor sin ella.

Pero hubo gente que la miró y pensó que era una chapuza. Que un trozo de metal subiendo y bajando contra un muelle, peleándose contra su propia inercia a cada vuelta, era una forma absurda de dejar entrar y salir el aire de un cilindro. Y tenían razón. La válvula de seta es el cuello de botella de cualquier motor de pistón. A partir de cierto régimen, el muelle no puede cerrarla a tiempo, la válvula flota, y se acabó la fiesta.

La solución parecía obvia: en vez de hacer que algo suba y baje, haz que algo gire. Un rotor con agujeros que tapa y destapa los conductos según da vueltas. Sin muelles. Sin levas. Sin masa que frenar y volver a acelerar cien veces por segundo. Más limpio, más simple, capaz de subir de vueltas hasta donde tú quieras.

Eso es la válvula rotativa. Y llevamos cien años intentando que funcione bien.

La idea es vieja, el problema también

Esto no es una ocurrencia moderna. La cosa viene de los años veinte, de una época en la que ni siquiera estaba claro que la válvula de seta fuera a ganar. El gran Harry Ricardo, uno de los padres del motor de combustión moderno, apostaba por la válvula de camisa, no por la de seta. Era un momento raro: la industria probaba de todo porque nadie sabía todavía qué arquitectura se iba a imponer. Años antes, en Iowa, Fay Oliver Farwell ya había hecho girar el motor entero.

En ese caldo se metieron dos ingleses obsesionados con la misma idea por caminos distintos.

Roland Cross arrancó en 1920, con su primera patente en 1922. Su válvula era un tubo cilíndrico transversal con una pared interior que separaba la admisión del escape, y dos ventanas laterales que conectaban con la cámara de combustión según giraba. Un extremo iba al carburador, el otro al escape. Elegante sobre el papel. Cross trabajó en ello hasta 1945, montó prototipos sobre bajos de Rudge, JAP y BSA y se asoció con HRD para hacer motos de competición. En diciembre de 1933 la revista británica Commercial Motor recogía que, según Cross, su válvula funcionaba perfectamente hasta 10.000 rpm. Para que se entienda la burrada: la Rudge Ulster de 500 con cuatro válvulas, lo más rápido que hacía la propia Rudge, daba 32 CV a 5.500 rpm de serie y unos 40 a 6.800 preparada.

Frank Aspin atacó por otro lado. Su válvula era un cono que giraba sobre el mismo eje que el cilindro, en la culata, con aberturas que tapaban y destapaban los conductos. La hizo funcionar en 1937, en Bury, en el Lancashire. Distinto enfoque, mismo objetivo: matar el tren de válvulas convencional.

Y aquí viene lo bonito, porque los dos chocaron contra el mismo muro.

El muro: estanqueidad

Piensa en lo que le pides a esa pieza. Tiene que girar a media velocidad del cigüeñal, o a la que sea, sellando una cámara donde explota gasolina a presiones brutales y temperaturas que funden cosas. Tiene que sellar y a la vez deslizar. Sellar y moverse. Esas dos cosas se llevan fatal.

Una válvula de seta lo tiene fácil: se apoya contra su asiento y ahí se queda, quieta, sellando por presión. Una válvula rotativa no se queda quieta nunca. Está rozando todo el rato contra la superficie que debe sellar. Y donde hay roce constante a alta temperatura y alta presión, hay desgaste, hay fugas y hay agarrotamiento.

La revista Cycle World lo resumió en 1964 mejor que nadie: los fabricantes del motor Cross acabaron teniendo que elegir entre desgaste brutal de la válvula o consumo brutal de aceite, y eligieron el aceite. Para combatir el desgaste, alimentaban la válvula con aceite, y entonces el motor se bebía el aceite. Para no beberse el aceite, la válvula se comía a sí misma.

Aspin lo vivió igual de crudo. Según la misma Cycle World, su cono tenía el mismo problema de desgaste y solo lo aguantaba nadando en aceite. Cross probó a sellar con un labio flexible de bronce fosforoso que abrazaba la válvula: sellaba de maravilla y se gastaba, y ese desgaste no lo resolvió nunca. Con demasiada presión detrás del labio, el rozamiento calentaba la válvula hasta agarrotarla a medias.

Había un problema añadido, casi cómico si no fuera trágico: la bujía. En los Cross, la bujía se mojaba de aceite atomizado y fallaba. En 1935, el sueño se rompió en el peor escenario posible: el Senior TT de la Isla de Man. Cross inscribió una Vincent HRD con motor Rudge, su válvula y una compresión de 10,5:1. Las fuentes no cuentan lo mismo. Según el archivo Cybermotorcycle fueron dos motos: una demasiado lenta para clasificar y la otra retirada tras dos vueltas con «problemas de bujía», que probablemente eran exactamente eso, aceite ahogándola. Según la australiana Old Bike Mag, la inscripción se retiró tras los problemas en los entrenamientos. Sea como sea, en la carrera más famosa del mundo la válvula rotativa no llegó a dar la cara.

Por qué no era una idea tonta

Leído así, parece una vía muerta desde el principio. No lo era.

Cuando funcionaba, funcionaba de verdad. Los prototipos de Cross sobre bajos de Rudge pasaron de 8.500 rpm, y un 250 de moto con válvula Aspin llegó a 14.000 rpm, según Old Bike Mag. En 1937 la revista Motor Cycling probó una moto con válvula Cross y solo le encontró una pega seria: el colector de escape le cocía la pierna al piloto. Llegaba a 140 km/h en 28,5 segundos y viajaba a 120 a 6.000 rpm, con la elasticidad de un motor de válvulas laterales y la punta de un 500 de válvulas en culata muy apretado.

Y había una ventaja que en su momento parecía menor y hoy es enorme: la insensibilidad a la detonación. Sin la cabeza al rojo de una válvula de escape metida en la cámara, un motor de válvula Aspin podía tragar combustible malísimo con compresiones altas sin picar. Tanto, que un motor Aspin de 4,5 litros para camión desarrollado para el ejército británico a finales de los cuarenta funcionaba tan tranquilo quemando creosota. Creosota. El alquitrán ese con el que se pintan las traviesas del tren.

NSU experimentó con el principio Aspin a mediados de los cincuenta, y Cycle World la consideraba probablemente el intento más prometedor de todos; aun así no sacó ventaja clara sobre un motor de seta comparable. Norton se planteó muy en serio montar un sistema Cross en sus Manx de competición. Y en 1938 la Briggs de Detroit, que carrozaba coches para Ford y Chrysler, compró los derechos americanos de las patentes Aspin y diseñó con ellas motores bóxer de cuatro cilindros para aviones. No eran cuatro chiflados en un garaje: la industria seria miró esto y vio algo. El problema nunca fue la idea. Fue la metalurgia. Los materiales de la época no daban para sellar lo que había que sellar.

Diecinueve caballos de una Derbi de 50

Y mientras los ingleses se peleaban con el aceite, la válvula rotativa ganaba campeonatos del mundo. Con acento catalán.

El truco estaba en el dos tiempos. Un dos tiempos no tiene válvulas de seta, pero hay que decidir cuándo entra la mezcla en el cárter. En Zschopau, en la Alemania del Este, Walter Kaaden, jefe de carreras de MZ, llevaba desde 1953 trabajando con un disco rotativo: medio disco de acero de muelle, de unos 12 centímetros y cuatro décimas de milímetro de grosor, girando con el cigüeñal y destapando la admisión solo cuando él quería. En 1961 su 125, con escape de expansión, daba 25 CV a 10.800 rpm. 200 CV por litro, sin una sola válvula.

Ese mismo septiembre de 1961, en el Gran Premio de Suecia, el piloto estrella de MZ, Ernst Degner, se fugó a Occidente y se llevó lo aprendido a Suzuki. En octubre de 1962 ganaba para los japoneses su primer título mundial, en 50.

Pero la moto que llevó ese disco más lejos en la categoría pequeña salió de Mollet del Vallès. Derbi había nacido en 1922 como taller de reparación de bicicletas de Simeó Rabasa; el nombre viene de «derivado de bicicleta». En 1961 el ingeniero Francesc Tombas, Paco para todos, le diseñó un 50 de carreras con disco rotativo: 11,5 CV a 12.000 rpm. En 1969 ese monocilíndrico, ya refrigerado por agua, daba 19 CV a 14.000 rpm en una moto de 52 kilos. Unos 380 CV por litro. Ese mismo año volvía al Mundial de 50 la Kreidler, también de disco rotativo, preparada por Van Veen hasta los 15 CV, y no pudo con ella. Para ponerlo en su sitio: la Ducati 125 Desmo de Taglioni, la joya de 1956, daba esos mismos 19 CV con dos veces y media más cilindrada.

Encima iba un chaval de Zamora, Ángel Nieto, que con la Derbi ganó el Mundial de 50 en 1969, 1970 y 1972.

¿Por qué el disco funcionaba y las culatas de Cross y Aspin no? Porque el disco solo trabaja en la admisión de un dos tiempos, con mezcla fría a la presión del cárter. Nunca tiene que aguantar la combustión. Quítale a la válvula rotativa el problema que mató a Cross y a Aspin, y es una maravilla.

El día que casi gana en Fórmula 1

Y aquí está la parte que casi nadie cuenta del cuatro tiempos, la que convierte esto en una historia de verdad y no en una nota a pie de página de los años treinta.

Salta a finales de los noventa. Una empresa de Sídney llamada Bishop Innovation, con un ingeniero llamado Tony Wallis detrás, retoma la idea con setenta años de metalurgia y electrónica de ventaja. Su válvula rotativa combinaba admisión y escape en un solo elemento cilíndrico, uno por cilindro. En esencia, una evolución refinada del viejo Cross.

Y no se fueron al coche de calle. Se fueron directos a la cima: la Fórmula 1. Desde 1997 trabajaron con Ilmor, la casa que construía los motores Mercedes de F1, los mismos que dieron a Häkkinen y a McLaren los títulos de 1998 y 1999. Empezaron con monocilíndricos de 300 cc que Ilmor mandaba a Sídney. A finales de 2000, según la propia Bishop, el monocilíndrico rotativo daba un 10% más de potencia que su equivalente de seta y duraba más. Culata más compacta y más ligera, y un motor entero más pequeño.

En 2002 se construyeron y probaron los primeros V10 con esta tecnología. En 2003 se diseñó y fabricó un V10 completamente nuevo. La vara de medir era el motor que Ilmor hacía correr en ese momento: el Mercedes FO 110 Q del McLaren MP4-19 de 2004, un V10 de 3 litros con cerca de 900 CV a 18.300 rpm.

El final no lo escribió un banco de pruebas. Lo escribió un despacho. A finales de 2004, la FIA cambió el Artículo 5.1.5 del reglamento de motores, según Bishop con el propósito explícito de ilegalizar su válvula rotativa. Las pruebas se cortaron ahí. La tecnología que setenta años de ingenieros no habían conseguido matar, la mató un reglamento de un plumazo.

Hay quien discute hasta dónde llegó de verdad el proyecto Bishop, y casi todo lo que se sabe en público sale de la propia Bishop. La niebla habitual de la F1 secreta. Pero el dato que no se discute es el del reglamento: la FIA se molestó en cambiar una regla para cerrar esa puerta. No prohibes algo que no funciona.

La patente no murió. La compró BRV, la empresa de Tony Wallis, que después transformó un motor de motocross Honda CRF450 y anunció un 17% más de par a bajas vueltas y un 9% arriba.

Los que siguen dándole vueltas

Si la electrónica y los materiales modernos resuelven el problema de sellado, ¿por qué no llevas una válvula rotativa en tu coche?

Aquí toca separar el grano de la paja, porque este es un terreno lleno de humo.

Por un lado tienes a Coates International, una empresa de Nueva Jersey que lleva desde 1988 desarrollando su válvula esférica rotativa CSRV, a partir del trabajo que George Coates empezó en Irlanda a finales de los setenta. Sobre el papel, todo son maravillas: esferas que giran en una culata partida en dos, más o menos una décima parte de las piezas móviles de una distribución normal, motores que duran más y piden menos lubricación. En sus propios informes a la SEC, la primera venta que declaran es un grupo electrógeno de gas natural. Más de tres décadas después, datos independientes de motores Coates en servicio cuesta encontrarlos. Prometen mucho. Demuestran poco a la vista de todos.

Por otro lado, hay trabajo serio. Vaztec, de Mooresville, en Carolina del Norte, empezó con buen criterio por lo más difícil: un diésel, con relación de compresión 20:1 y 100 bar de presión de combustión. Si tu sistema sella ahí, sella en cualquier sitio. Han hecho prototipos que van desde un V8 de 5,3 litros hasta un cuatro tiempos portátil de 28 cc, con un sellado pensado para adaptarse a la válvula cuando se dilata con el calor, justo donde se rindió el labio de bronce de Cross.

Y luego está el papel. En un trabajo presentado en la SAE en 2020, el ingeniero Alberto Boretti simuló motores de mezcla pobre estratificada con válvulas rotativas, inyección directa, encendido por chorro y sobrealimentación a lo bestia, y le salieron hasta 475 kW por litro con metanol. Los híbridos actuales de F1, en ese mismo trabajo, los pone algo por encima de 340 kW por litro. Es una simulación, no un motor girando en un banco. Pero dice que el techo de esta idea está muy por encima de donde nadie la ha llevado.

Una chapuza genial

A la válvula rotativa no la mató la física. La física estaba de su lado en casi todo: menos masa, más vueltas, culata más compacta, mejor llenado, insensibilidad a la detonación. Donde no tuvo que sellar la combustión, en la admisión de un dos tiempos, ganó mundiales con Suzuki y con Derbi.

En el cuatro tiempos la mataron los materiales de cada época, primero. Sellar metal contra metal a alta temperatura y presión mientras una pieza gira es un problema de rozamiento y desgaste que la metalurgia de los años treinta no podía resolver, y la de los cincuenta tampoco del todo.

Y la remató, cuando la metalurgia por fin empezaba a dar la talla, una decisión de reglamento. La F1, que durante décadas se vendió como el laboratorio que mejora la especie, cerró la puerta a la innovación más prometedora en válvulas en medio siglo. Por proteger el statu quo, por contener costes, o por lo que fuera.

La válvula de seta se quedó con el trono por ser la más fácil de sellar con los materiales que había, y porque cuando apareció una alternativa de verdad buena, ya había demasiada inercia, demasiada fábrica montada, demasiado reglamento escrito a su alrededor para dejarla pasar.

Cien años después, sigue subiendo y bajando dentro de tu motor. Empujada por una leva. Devuelta por un muelle. Peleándose con su propia inercia a cada vuelta. Una chapuza genial que nadie ha conseguido jubilar.

Fotos: McLaren-Mercedes MP4-19, 5225C (CC BY-SA 4.0). Réplica de la Derbi 50 de 1969, Peprovira (CC BY-SA 3.0). Vía Wikimedia Commons.

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