El turbo aprovecha la energía que tu coche tira por el escape. Es verdad, pero solo a medias. Los gases salen calientes y con presión, mueven una turbina y esa turbina hace girar un compresor que mete más aire en los cilindros. Al cigüeñal no le llega directamente nada de ese trabajo.
Hace unos días os contábamos que Mercedes ha metido en un 1.5 de cuatro cilindros un turbo eléctrico de 48 voltios que también recupera energía del escape. Es la versión moderna de una obsesión muy vieja de los ingenieros de motores.
Y es que a principios de los años cincuenta, en Inglaterra, una casa de motores de aviación llamada Napier quiso llevar esa idea mucho más lejos. Su propuesta era que la turbina, además de soplar, empujara también la hélice.
El motor se llamaba Napier Nomad. Era un diésel de avión que la Institution of Mechanical Engineers sitúa en desarrollo desde 1949, y a mí me parece uno de los motores más retorcidos y más listos que salieron de la posguerra británica. Tuvo dos versiones muy distintas. La comparación muestra qué se gana y qué se paga cuando se pide trabajo extra al escape.
Un turbo que no se conforma con soplar
Un turbo normal es un aprovechado con límites. Coge energía de los gases, pero toda la gasta en comprimir aire para el propio motor.
El turbo-compound da un paso más. La turbina, o una segunda turbina colocada detrás, devuelve trabajo al eje que mueve el vehículo mediante engranajes o un embrague. Lo que antes se perdía por el tubo como calor y presión acaba convertido en par útil.
Ese es el principio que IMechE atribuye al Nomad: juntar un motor de pistones y una turbina para recuperar energía del escape y gastar menos combustible. Ojo, que todo era mecánico: combustible, aire, gases y ejes, sin baterías de por medio.
Nomad I: dos motores en uno y dos hélices
La primera versión era, sin exagerar, dos motores trabajando juntos. El Napier Power Heritage Trust (NPHT), la asociación que conserva el legado de la marca, la describe como un diésel sobrealimentado derivado de medio Napier Sabre, el motor de 24 cilindros que Napier fabricó durante la Segunda Guerra Mundial. A su lado iba una turbina basada en la del Napier Naiad.
Cuando se exhibió en el salón de Farnborough de septiembre de 1951, la revista británica de transporte Commercial Motor lo describió con bastante detalle. Hablaba de un diésel de 12 cilindros horizontalmente opuestos, sobrealimentado por un compresor axial y otro centrífugo colocados en serie. El escape de ese diésel alimentaba una turbina de gas. El motor de pistones movía un eje de hélice y la turbina movía otro, concéntrico con el primero. El resultado eran dos hélices contrarrotatorias, una por cada «mitad» del Nomad.
Y había más. Para el despegue, el Nomad I llevaba un quemador que añadía combustible en la parte de la turbina; Commercial Motor habla de dos cámaras de combustión auxiliares. Dicho en cristiano: cuando hacía falta potencia de golpe, la turbina dejaba de vivir solo de los gases del diésel y quemaba combustible por su cuenta.
La revista daba 3.000 hp en el eje más 320 libras de empuje (unos 145 kilos), y un consumo citado de 0,36 libras por caballo y hora. Commercial Motor lo equiparaba al de un diésel medio de la época y avisaba de que muchos detalles seguían siendo secretos. Lo que más me gusta es que una revista de camiones ya se preguntaba entonces si aquello acabaría en el transporte por carretera.
Ese 0,36 equivale, con nuestra conversión, a unos 219 gramos por kWh. No sé a qué régimen, altitud ni carga se midió, así que no lo voy a poner al lado del consumo de ningún motor actual.
Sería hacer trampas.
Para probarlo en vuelo, Napier lo encajó en el morro de un bombardero Avro Lincoln, matrícula SX973, según las fotos de época que conservan IMechE y el NPHT. El NPHT cuenta que en aquel Farnborough de 1951 el Lincoln se exhibió con el Nomad tirando desde el morro y las hélices de los demás motores en bandera, es decir, paradas y orientadas para no frenar al avión. Es una pasada imaginarse la escena.
Aquí toca poner un asterisco. La ficha del Smithsonian dice que fue un Nomad II el que voló brevemente en el morro de un Lincoln. El NPHT y las fotos del archivo de IMechE hablan del Nomad I. Me quedo con estos últimos porque las fotos de IMechE llevan el sello del departamento de publicidad de la propia Napier, pero la discrepancia existe y no la he podido cerrar.
Nomad II: la turbina se engancha a la misma hélice
Napier no esperó a tener rodando el primero. Según el NPHT, el Nomad II ya estaba diseñado antes de que el Nomad I funcionara, con dos objetivos: ser más sencillo y dar más potencia.
El cambio de fondo es de arquitectura. Desaparecen la hélice contrarrotatoria y el quemador del despegue. La turbina pasa a hacer dos trabajos: sobrealimentar el diésel y, a través de un embrague, devolver potencia al mismo eje que mueve la única hélice. IMechE lo resume como el principio turbo-compound aplicado para acoplar las dos partes a una sola hélice.
El NPHT cifra en unos 500 kg el ahorro de carga útil que supuso quitar la contrahélice y el quemador. No dice sobre qué avión hizo esa cuenta, así que tomadlo como lo que es: un dato de la propia asociación.
Para mí es la decisión correcta. Dos cadenas de potencia independientes quedan muy elegantes en un plano, pero en un hangar suponen el doble de piezas que revisar. El propio NPHT reconoce que el Nomad I era un diseño enormemente complejo.
Consumo citado: 0,36 lb/hp·h (Commercial Motor, 1951)
Consumo citado: 0,345 lb/hp·h (NPHT)
Esquema de elaboración propia, no a escala. Los flujos siguen lo descrito por Commercial Motor (1951), el NPHT e IMechE, y no se dibuja ningún acoplamiento que esas fuentes no recojan. Las cifras son las que publica cada fuente, sin régimen ni condiciones de medida conocidos, y no son comparables entre sí.
La ficha del Smithsonian pone los números del Nomad II, modelo E.145. Es un diésel de dos tiempos con 12 cilindros horizontalmente opuestos y refrigeración líquida, con 41,1 litros de cilindrada y 152 mm de diámetro por 187 mm de carrera. Declara 3.046 hp (2.271 kW) a 2.050 rpm y pesa 1.625 kg. Mide 3,03 metros de largo, 1,43 de ancho y 1,02 de alto. El NPHT, por su parte, habla de un peso de 1,5 toneladas.
Una foto de época del archivo de IMechE lo presenta como motor de 3.135 caballos equivalentes, una unidad que suma a la potencia del eje el empuje de los gases.
Cuidado con lo de «horizontalmente opuestos», que lleva a confusión. Significa que los cilindros están tumbados a ambos lados del cigüeñal, como en un bóxer, cada uno con su pistón. No tiene nada que ver con los motores de pistones opuestos, donde dos pistones comparten el mismo cilindro, que es lo que hacía otro Napier famoso, el Deltic.
En el Nomad II, el NPHT atribuye al uso del escape para mover la turbina un consumo de 0,345 libras por caballo y hora, unos 210 g/kWh con nuestra conversión. Tampoco aquí hay régimen, altitud ni potencia de referencia publicados junto a la cifra. Lo que sí se sostiene es que el consumo era su gran baza: el Smithsonian explica que Napier diseñó el Nomad buscando el menor consumo posible, y Commercial Motor ya lo situaba muy por debajo de una turbina de gas normal.
Un Shackleton en el taller y un proyecto cancelado
El destino previsto del Nomad II era el Avro Shackleton IV, una versión del avión británico de patrulla de largo alcance. Para un avión que se pasa horas sobre el mar, cada kilo de combustible que no quemas es autonomía, y ahí el Nomad tenía todo el sentido.
Llegó a haber un Nomad II montado en un Shackleton. El NPHT publica una fotografía de junio de 1953 con ese pie. Lo que no he encontrado en ninguna fuente primaria es que ese Shackleton volara con el Nomad, ni que el motor se fabricara en serie o llegara a un escuadrón.
El NPHT sitúa la cancelación en abril de 1955, y las fuentes no coinciden del todo en el porqué. IMechE habla de coste y de un interés cada vez menor por los turbohélices. El NPHT apunta a la complejidad del motor y al avance de las turbinas de gas, a pesar de lo poco que gastaba. El Smithsonian lo deja en que el Nomad no podía competir con esas turbinas. Ninguna de las tres recoge quién tomó la decisión ni con qué números delante.
Yo lo leo así, y es interpretación mía: el Nomad ganaba en consumo, pero la turbina de gas ganaba en sencillez y en un desarrollo que avanzaba muy deprisa. Napier tenía un motor que hacía muy bien una cosa frente a rivales que hacían bastante bien casi todas.
La idea acabó en los camiones
Lo que Commercial Motor intuía en 1951 terminó pasando, aunque mucho más tarde y a otra escala. Volvo Trucks montó desde 2017 en sus camiones VNL de Norteamérica el D13 Turbo Compound, un diésel de 13 litros con una segunda turbina en el escape que, según la marca, va engranada al cigüeñal.
La nota oficial de Volvo Trucks dice que ese sistema devuelve 50 hp al cigüeñal y mejora la eficiencia del motor hasta un 6,5 % frente al D13 anterior. Volvo explica que usa esa energía para inyectar menos combustible con la misma potencia. Napier la quería para mover una hélice de 3.000 caballos gastando lo mínimo. El principio es el mismo con más de sesenta años de diferencia.
Si queréis ver el Nomad II en persona, está en el Steven F. Udvar-Hazy Center del Smithsonian, en Chantilly (Virginia). Lo donó Napier Aero Engines, el museo lo fecha en 1954 y lo expone en el Boeing Aviation Hangar con el número de inventario A19640017000.
