Manual del Curso de Timonel de Yate de Vela y Motor
San Isidro, Argentina
CVPB - Jorge Messano
15-Oct-2025
23 minutos
Capítulo 01: El Barco
Mecánica: Los Motores
Sistemas de Propulsión
Actualmente existen varios métodos para producir la energía mecánica que permite propulsar una embarcación.
Uno de ellos es, por ejemplo, el vapor de agua cuya presión se utiliza para mover turbinas o pistones —como sucede en las máquinas de vapor—. En este caso se trata de un sistema de tipo indirecto, donde un combustible produce calor, que es usado para evaporar agua, y luego el vapor de agua se expande en una turbina provocando que ésta gire trasladando el movimiento al eje y a su hélice.
El vapor es generado en calderas —que son máquinas de combustión externas— de diseño específico para cada tipo de combustible.
Las máquinas de vapor se siguen utilizando, aunque obviamente se han transformado muchísimo a lo largo de sus poco más de 300 años de evolución.
Históricamente se usaba la madera y el carbón como combustible, y ahora se utilizan los combustibles derivados del petróleo y de la destilación de vegetales, y paradójicamente, los rompehielos, submarinos y portaviones nucleares, utilizan turbinas de vapor, donde el calor necesario para producir ese vapor es generado por un reactor nuclear.
Otro método es el que utilizan los motores de combustión interna, también conocidos como motores a explosión o motores de pistón, denominados así porque el combustible es quemado dentro del motor en una reacción explosiva que se utiliza para mover un mecanismo basado en pistones que se encargan de hacer girar de un eje al cual se vincula la hélice del barco.
Dentro de este grupo se encuentran los clásicos motores de los automóviles y de las embarcaciones.
Y ahora —mediados de la década del 2020— han comenzado a aparecer motores eléctricos, que toman la energía desde bancos de baterías.
Tipos de Motores
La forma más simple de clasificar a los motores es según el tipo de combustible que emplean, y en tal sentido los más comunes son los motores que utilizan naftas —motores nafteros— y los que utilizan combustibles diésel —motores gasoleros, derivado del término gas oíl—. Y luego, estos motores pueden ser clasificados según su ciclo de trabajo en motores de dos tiempos o de cuatro tiempos.
El tiempo en este caso define a cada movimiento de recorrido —también llamado carrera— que el pistón realiza dentro del cilindro. La cantidad de tiempos —dos o cuatro— es entonces el número de carreras que debe realizar un pistón para completar un ciclo termodinámico de entrega de energía, por lo tanto, un motor de dos tiempos completará el ciclo en esa cantidad de movimientos —dos tiempos— mientras que el de cuatro tiempos necesitará el doble de movimientos.
Ciclo de Trabajo de un Motor a Nafta de Cuatro Tiempos
En los motores de cuatro tiempos, cada pistón efectúa cuatro carreras o recorridos dentro del cilindro, mientras el eje del cigüeñal da dos revoluciones para completar un ciclo.
Admisión
El primer movimiento es el de admisión —también llamado de aspiración—.
En éste el pistón es arrastrado dentro del cilindro por la biela hacia el lado contrario de la válvula de admisión —hacia abajo en el gráfico que acompaña esta explicación— y al mismo tiempo se abre la válvula de admisión —la válvula de escape permanece cerrada— que deja ingresar al cilindro la mezcla de combustible compuesta de nafta y aire.
El ciclo de admisión se completa cuando el pistón llega al final del recorrido —al punto muerto inferior— quedando el cilindro completo con la mezcla de combustible.
Compresión
El siguiente movimiento es el de la carrera de compresión.
Ya con la válvula de admisión cerrada, la biela empuja el pistón dentro del cilindro hacia el lado contrario —hacia arriba en el gráfico— comprimiendo así la mezcla de nafta y aire. Al llegar al final del recorrido —llamado punto máximo superior— se halla en condiciones de producir trabajo o energía mecánica, dando comienzo al siguiente ciclo.
Expansión
El tercer movimiento es el de expansión.
Ya con las válvulas cerradas y la mezcla combustible comprimida, la bujía provoca una chispa eléctrica que la hace explotar —por eso se los conoce como motores de explosión—. La expansión de los gases combustibles empuja el pistón nuevamente hacia el lado contrario de las válvulas —hacia abajo en el gráfico— trasladando ese empuje —llamado movimiento alternativo— a la biela y ésta al cigüeñal, y de éste al eje de salida del motor.
Escape
Por último, en la carrera de escape —el cuarto movimiento— el pistón es empujado nuevamente hacia el lado contrario dentro del cilindro comprimiendo los gases resultantes de la combustión que salen por la válvula de escape hacia el múltiple del caño de escape.
Como puede observarse, sólo el ciclo de expansión es el que aporta energía motriz al sistema, mientras el resto de los ciclos requieren de esa energía o fuerza para mantener su movimiento. Este factor, sumado a la fricción entre los elementos constitutivos del motor y a la pérdida de temperatura por disipación, impide superar un rendimiento mayor al 27%.
Esto quiere decir que como máximo, solo el 27% de la energía provocada por la explosión se traduce en fuerza motriz.
Bastante poco, ¿no?
La imagen de la derecha muestra un corte de un típico motor de cuatro tiempos. Allí se ven los cilindros —en este caso es un motor de cuatro cilindros— dentro de los cuales corren los pistones vinculados al cigüeñal mediante las bielas. El carter opera como el contenedor del aceite que lubrica a todos los elementos móviles del motor. El carburador —que no aparece en la imagen— es el componente en el cual se realiza la mezcla del combustible —la nafta con el aire—. De este parte el múltiple de admisión, compuesto por una serie de tubos que conducen la mezcla combustible desde el carburador hacia las válvulas de admisión. Las válvulas de escape se conectan a su vez con el múltiple de escape, que está compuesto por ductos que transportan los gases de escape del interior del motor hacia el caño de escape.
En general, estos motores llevan un volante, formado por un disco de masa significativa adosado al eje del motor, encargado de acumular energía inercial en forma de movimiento rotatorio durante la etapa de expansión. Su objetivo es mejorar el rendimiento del motor, aportando la energía acumulada para el resto de las etapas, además de reducir la vibración del motor.
Las bujías son elementos compuestos por dos contactos separados entre sí de tal forma que entre ellos se produzca un arco voltaico o chispa al hacer pasar un flujo de corriente por ellos.
Las levas comandan la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape, impulsadas por el mismo movimiento producido por el motor que se transmite mediante un sistema de correas o engranajes de distribución.
Ciclo de Trabajo de un Motor Diésel de Cuatro Tiempos
Los ciclos de trabajo de los motores diésel de cuatro tiempos son exactamente los mismos que los de los motores nafteros. Las diferencias tienen que ver con el tipo de fluido combustible, como ingresa éste al cilindro durante la admisión, y el método de encendido durante la etapa de expansión.
Admisión
En la etapa de admisión, el motor diésel sólo admite el ingreso de aire, el cual ha pasado previamente por un sistema de filtros para eliminar cualquier impureza que pueda afectar a la combustión o al cilindro en sí mismo.
El combustible diésel es incorporado por un inyector en la siguiente carrera del pistón.
Compresión
Luego, durante el ciclo de compresión, el pistón comprime el aire contenido dentro de éste, incrementando su temperatura.
Al llegar al final de su recorrido —al punto límite superior— el inyector permite el ingreso de una determinada cantidad de combustible diésel, que se enciende automáticamente por efecto de la alta temperatura reinante dentro del cilindro —sin necesidad de una chispa eléctrica—.
Expansión
Continua entonces el ciclo de expansión en el que el pistón retrocede en el cilindro, empujando a la biela, la cual transmiten la fuerza de la explosión al cigüeñal, y de allí al eje que va a la caja de transmisión.
Escape
Por último, en la carrera de escape el pistón comprimiendo y expulsa los gases resultantes de la combustión que salen por la válvula de escape hacia el múltiple de escape.
El rendimiento de un motor diésel es de aproximadamente un 35%.
Durante la etapa de compresión, el aire dentro del cilindro se calienta por dos causas.
Primero, por la reacción termodinámica que ocurre cuando el pistón comprime la masa de aire.
Segundo, por la transferencia de temperatura entre el metal del cilindro, que está caliente por la temperatura que absorbe luego de cada explosión, y la masa de aire. De hecho,
la famosa bujía de precalentamiento de los motores diésel se utiliza para calentar el cilindro cuando el motor está frío.
A diferencia de los motores de nafta, los que trabajan con diésel cuentan con una bomba de inyección, cuya función es regular el caudal de combustible y elevar su presión a tal punto que pueda ser inyectado dentro del cilindro, donde el aire está comprimido, a mucha presión.
El inyector es un tubo cilíndrico que termina en un vástago agudo y que, como su nombre lo indica, es el encargado de inyectar la dosis de combustible entregada por la bomba dentro del cilindro en forma de aerosol.
Ciclo de Trabajo de un Motor a Nafta de Dos Tiempos
Los motores de dos tiempos realizan las cuatro etapas de un ciclo termodinámico —admisión, compresión, expansión y escape— en dos carreras del pistón.
Los motores de dos tiempos no cuentan con válvulas de admisión o escape. En su lugar actúan otro tipo de interfaces denominadas lumbreras.
A su vez, la mezcla combustible que ingresa en el cilindro se compone de nafta y aire, a la cual se le agrega aceite lubricante pues, al no contar estos motores con un carter que contenga el lubricante —razón por la que se los llama también motores de carter seco— éste debe ser incorporado junto con la mezcla combustible.
Respecto de su funcionamiento, por cada giro del cigüeñal se cumplen dos tiempos.
Admisión y Compresión
En la carrera de ascenso del pistón dentro del cilindro suceden la admisión y compresión de la mezcla combustible.
El movimiento del pistón crea un vacío en el carter que induce la entrada de la mezcla combustible —nafta y aire— junto con el aceite a través de la lumbrera de admisión. Al mismo tiempo, en ese movimiento, el pistón bloquea la lumbrera de escape y comprime el combustible —que ha ingresado en el ciclo anterior— hasta alcanzar el punto máximo superior.
Así entonces, en una sola carrera del pistón se verifica el desarrollo de los ciclos de admisión y compresión.
Expansión y Escape
Al alcanzar el pistón el punto máximo superior, la bujía provoca la chispa que hace explotar la mezcla combustible, empujando en la expansión al pistón en su carrera descendente. El pistón desciende entonces dejando libre la lumbrera de escape y bloqueando la de admisión mientras comprime la mezcla de combustible y aceite —que ingreso al carter durante la carrera de ascenso— empujándola hacia el cilindro a través del conducto de carga.
Y a su vez, la entrada de la mezcla en el cilindro desplaza los gases de la combustión que terminan siendo expelidos por la lumbrera de escape.
De esta forma se completan los ciclos de expansión y escape durante el movimiento de descenso del pistón.
¡Atención!
Ahí arriba dice que el combustible que entra al cilindro se compone de nafta y aire con el agregado de aceite… el cual no forma parte de la mezcla combustible.
Generalmente, el aceite es agregado manualmente en el tanque de nafta, siguiendo las proporciones que el fabricante del motor haya especificado. En otros motores, algo más sofisticados, el aceite se coloca en un contenedor dedicado, que lo va incorporando automáticamente a la mezcla.
Comparativa de Rendimiento entre Tipos de Motores
El gráfico siguiente muestra los distintos porcentajes de rendimiento para cada tipo de motor.
Note que, aunque un motor naftero de 2 tiempos genera más potencia instantánea —una explosión por vuelta— que uno de 4 tiempos, pierde eficiencia global porque consume más combustible por unidad de trabajo útil, por tanto, su rendimiento térmico es menor.
Diferencias entre un Motor Diésel y uno de Nafta
Además de las diferencias obvias relativas al tipo de combustible utilizado por cada motor, existen otras que merecen ser detalladas.
Los motores nafteros tienen una relación de compresión de 1:10 mientras que los motores diésel trabajan con una relación de 1:22. Esto hace que los segundos alcancen una temperatura de trabajo mucho más alta, del orden de los 500º C a los 600º C, mientras que los motores a nafta operan en la franja de los 300º C.
La relación de compresión es un coeficiente que permite establecer cuántas veces es posible comprimir la masa de un gas, entre el punto muerto inferior y el superior de cada cilindro de un motor.
En este caso, el gas es la mezcla de aire y nafta en los motores nafteros, y de aire en el caso de los motores diésel —recuerde que en estos motores el gasoil se inyecta ya cuando el aire está comprimido y sobrecalentado—.
Por lo tanto, una relación de compresión de 1:10 —se expresa como 1 a 10— querrá decir que el volumen de gas que ha ingresado al cilindro durante la admisión es 10 veces mayor al que se mide luego de la compresión.
Hemos visto que el encendido de la mezcla combustible en los motores que utilizan gasoil ocurre por la alta temperatura que alcanza la mezcla al ser comprimida, mientras que en los nafteros sucede por la chispa eléctrica producida por una bujía, por lo que en el caso de los motores nafteros es necesario acoplar al sistema una batería o acumulador que aporte el flujo de electricidad para producirla.
Finalmente, en los motores a nafta la mezcla combustible es producida por el carburador, pieza que no existe en los motores diésel, pues la mezcla ocurre directamente dentro del cilindro, cuando el inyector vaporiza el diésel dentro del aire comprimido.
Potencia
EN la náutica, la potencia de los motores se expresa generalmente en HP —sigla de "horse power", o caballos de fuerza en castellano— y el valor informado por los fabricantes es lo que se define como potencia bruta, que es la fuerza máxima que puede entregar el motor en su nivel más alto de revoluciones, sin tener en cuenta las pérdidas en la transmisión.
Las revoluciones de un motor miden la cantidad de rotaciones que realiza el cigüeñal por minuto.
La potencia en el eje o potencia neta, en cambio, considera estas pérdidas y será por lo tanto la máxima fuerza útil efectivamente disponible en la hélice, que en términos generales será de entre un 10% a 15% menos que la potencia bruta.
Es decir que, por ejemplo, un motor de 100 HP de potencia bruta tendrá una potencia neta de entre 85 HP y 90 HP en su eje.
Sistema de Refrigeración
La función del sistema de refrigeración de un motor consiste en enfriar y mantener estable la temperatura de sus componentes, especialmente de aquellos que participan en el proceso explosivo y de la conducción de los gases de escape, en un nivel seguro tanto para el motor en sí mismo, como para la embarcación en general.
Hemos visto anteriormente que los motores operan con temperaturas que rondan los 300º C en los nafteros y entre 500º C y 600º C en los gasoleros. Esos valores se alcanzan por la sumatoria del calor generado por la explosión de la mezcla combustible, que es absorbido por los metales del motor, al que se le agrega la temperatura producida por la propia fricción de sus partes, que se mueven miles de veces por minuto. En esas condiciones, si no se mantuviese al motor permanentemente refrigerado mientras trabaja, esas temperaturas continuarían aumentando hasta alcanzar el punto en el que los metales comenzarían a ablandarse, sufriendo deformaciones y afectando seriamente a todo el conjunto.
Donde dice “afectando seriamente a todo el conjunto” puede interpretarse como “fundiendo el motor”… digo, por si no lo captó.
Ahora más seriamente… en los veleros, a diferencia de los automóviles, no solo debe refrigerarse el motor, sino que también debe mantenérselo aislado de su casco —incluyendo el caño de escape— especialmente en los de madera y fibras sintéticas, pues esas temperaturas están muy por arriba de las que esos materiales soportan.
Por esta razón es entonces que se equipa a los motores con un circuito de enfriamiento o refrigeración que consiste en una serie de conductos y canales que rodean sus partes críticas, y por los que se hace circular un fluido refrigerante —que puede ser agua tomada del río o del mar, o un líquido refrigerante— impulsado por una bomba, movida gracias a correas o engranajes acoplados al mismo motor.
Los sistemas de enfriamiento pueden ser de circuito cerrado o de circuito abierto.
Circuito Cerrado
Los de circuito cerrado se basan en un sistema indirecto de intercambio de calor, diseñado en principio para preservar la vida útil del motor.
Están compuestos por un circuito interno que conduce agua tratada—filtrada y desmineralizada, para evitar la corrosión— o un líquido refrigerante que recoge el calor del motor y lo intercambia pasando por una serie de espirales sumergidos dentro de un intercambiador de calor —un radiador— que forma parte del circuito externo, por el que circula agua tomada directamente del mar o del río.
Si bien este sistema requiere de dos bombas: una para el circuito interno y otra para el circuito externo, mantiene aislado al motor de la corrosión que produce el agua salada —si opera en el mar— y de los sedimentos del agua dulce. Además, no somete al motor a cambios de temperatura importantes, pues el refrigerante que llega al motor proveniente del intercambiador mantiene una temperatura más o menos constante, en el orden de los 45º C y la que sale lo hace con una temperatura de unos 70º C.
Circuito Abierto
Los sistemas de circuito abierto son más simples, pues el agua que enfría el motor es tomada directamente del medio —del mar o del río—.
En este caso solo es necesaria una sola bomba para mover el flujo de agua.
Los circuitos abiertos se utilizan típicamente en los motores fuera de borda de pequeña cilindrada y en motores internos también pequeños, o de baja complejidad de mantenimiento, en cambio, los de circuito cerrado se pueden ver en la gran mayoría de los motores internos modernos y en los fuera de borda de gran cilindrada.
Motores Internos y Fuera de Borda
Si bien los veleros tienen en sus velas el principal medio de propulsión, tanto por comodidad y confort, están equipados además con un motor que le aporta fuerza para moverse cuando las velas no sean suficientes.
En este sentido, y dependiendo del tipo de velero, convendrá equiparlo con un motor interno o uno externo, fuera de borda.
Los motores internos son adecuados para barcos de esloras importantes, que además de contar con el espacio suficiente para permitir su montaje a bordo —junto con el recorrido del eje que transmite la fuerza a la hélice— requieren de otras funcionalidades que estos motores pueden proporcionar, como por ejemplo la de acoplarle un alternador eléctrico para alimentar el banco de baterías, o un compresor de aire acondicionado o de una heladera.
Los motores fuera de borda son sistemas mucho más simples y compactos, que integran en un mismo equipo el motor en sí mismo, el sistema de transmisión y la hélice, y están diseñados para propulsar embarcaciones que no disponen de suficiente espacio para alojar un motor interno, por lo que están preparados para ser montados en un soporte por fuera de la borda del barco —de allí su nombre— el cual permite que el motor sea levantado fuera del agua cuando no está en uso.
En general, son motores nafteros, de dos o cuatro tiempos, y suelen ser más livianos que los motores internos pues están construidos con una integración mínima de partes con una mecánica más sencilla y de fácil mantenimiento.
¡Atención!
La normativa de cuidado del medio ambiente vigente en nuestro país impide el uso de motores de dos tiempos en aguas protegidas, pues estos dejan salir el aceite lubricante —que es contaminante— junto con los gases de escape.
Los modelos de motores usados en los veleros suelen tener patas más largas que los utilizados en las lanchas, para poder llevar la hélice a una profundidad compatible con el calado de los primeros. Los de pequeña cilindrada no requieren de baterías para su arranque o para alimentar las bujías, ya que la puesta en marcha se efectúa manualmente tirando de un cordel que hace girar el cigüeñal aportando el movimiento inicial al sistema, y las bujías se alimentan de un pequeño acumulador incorporado al motor.
Motores Eléctricos
La preocupación global por la contaminación del medioambiente alcanza también a la náutica, actividad en la que ahora se dispone de sistemas de motorización eléctrica para propulsar embarcaciones deportivas y recreativas.
Este tipo de motores utilizan energía eléctrica entregada desde un banco de baterías, las cuales a su vez se recargan mediante sistemas de paneles solares, o generadores eólicos o hidráulicos, combinados entre ellos.
Las principales ventajas de estos sistemas de motorización eléctrica es que se adecúan a los requisitos de cuidado del medio ambiente, en particular porque son sostenibles desde el punto de vista ecológico, pues no consumen combustibles contaminantes ni los lubricantes que requieren los motores de explosión.
En cuanto al uso y operación, este tipo de sistemas requieren menores esfuerzos de mantenimiento debido a que tienen una mínima cantidad de partes móviles comparados con los motores tradicionales de combustión, no utilizan sistemas de cajas de cambio pues el torque es directo y se regula con el paso de energía eléctrica, ocupan mucho menos espacio y son más silenciosos cuando están operando.
Las principales desventajas de los motores eléctricos se relacionan con la autonomía y la recarga.
Su duración depende de la capacidad de las baterías y del régimen de uso, por lo que navegar a alta velocidad reduce significativamente el tiempo disponible. Además, si no se cuenta con elementos de recarga disponibles en el barco, como los ya mencionados, la recarga completa puede llevar varias horas y no siempre hay infraestructura eléctrica adecuada en puertos o fondeaderos, lo que limita su practicidad para travesías largas o zonas aisladas.
A esto se suma un costo inicial elevado, ya que el conjunto motor, baterías y dispositivos de carga es considerablemente más caro que un sistema térmico equivalente. También las baterías añaden peso y requieren un manejo cuidadoso, con una vida útil limitada y un reemplazo costoso. Aunque el mantenimiento es bajo y el costo operativo mínimo, la inversión inicial y la dependencia de la red eléctrica siguen siendo los principales obstáculos para su adopción masiva.
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La próxima nota continúa en el tema mecánica, pero explicando como se calcula la velocidad nominal de una embarcación de desplazamiento. Luego pasaremos a ver lo relativo a las baterías y sistema eléctrico del barco.
Mientras tanto, si se anima, puede utilizar el siguiente ejercicio de autoevaluación de conocimientos, para chequear lo aprendido hasta el momento.
Fuentes
Este texto forma parte del Manual de Instrucción del Curso de Timonel de Yate de Vela y Motor de la Escuela de Náutica del Club de Veleros Piedrabuena.
ISBN 978-987-88-2752-0
Reproducido con autorización del autor.
