Rolls-Royce Merlin

El Rolls Royce Merlin es un motor aeronáutico de pistones, enfriado por líquido, de 27 L y 12 cilindros en V a 60°. Rolls-Royce llamó al motor 'Merlin', por un pequeño halcón del hemisferio norte (el falco columbarius, conocido en español como "esmerejón"). Esto seguía la convención de Rolls-Royce de poner nombres de aves de presa a sus motores de avión; no tiene nada que ver con Merlín, el legendario mago del Rey Arturo.
Varias versiones del Merlin fueron construidas por Rolls Royce (en Derby, Crewe y Glasgow),​ así como también por Ford of Britain en Trafford Park, Mánchester.​ El Packard V-1650 fue una versión del Merlin construida en Estados Unidos; se describe en su propio artículo.
Considerado un ícono inglés,​ el Merlin fue uno de los motores de avión más exitosos de la Segunda Guerra Mundial.
A principios de los años 1930, Rolls-Royce inició una planificación para un futuro programa de desarrollo de motores aeronáuticos, orientándose en dos diseños básicos. El Rolls Royce Peregrine de 700 cv (500 kW) fue una actualización, un desarrollo con compresor del existente Rolls Royce Kestrel V-12 y 22.000 cc, el cual había sido usado con gran éxito en varios modelos de los años 30. El Rolls Royce Vulture de 1.700 cv (1.300 kW) y 44.000 cc consistía de dos Peregrine unidos, usando un cigüeñal común, formando una disposición de cilindros en X-24. Este fue usado en aviones grandes, tales como los bombarderos. También había la posibilidad de desarrollar el famoso motor de carreras de aviones 36 L 'R' de la Supermarine (en sí mismo era un desarrollo del Rolls Royce Buzzard, un Kestrel agrandado en escala), llevándolo a la clase de 1.500 cv (1.100 kW).
Esto dejaba un gran vacío entre los 700 y 1.500 hp (500 y 1.100 kW), y para llenarlo iniciaron los trabajos para un nuevo diseño de la clase de los 1.100 cv (820 kW), conocido como el PV-12: PV por «private venture», «iniciativa privada», debido a que la compañía no recibió dinero del gobierno para trabajar en el proyecto. El PV-12 voló por primera vez en un biplano Hawker Hart (número de serie K3036) el 21 de febrero de 1935, usando un sistema de refrigeración por evaporación, entonces de moda, pero esto resultó ser poco fiable, y cuando estuvo disponible el etilenglicol de Estados Unidos, el motor se cambió al sistema de refrigeración por líquido convencional. El Hart fue enviado a la Rolls-Royce, donde completó más de 100 horas de vuelo como banco de pruebas de los motores Merlin 'C' y 'E'.​
Inicialmente el nuevo motor estaba plagado de problemas, como fallas en el tren de engranajes y problemas constantes de las camisas de enfriamiento, y se usaron muchos métodos de construcción hasta que se definió el diseño básico del Merlin. Los motores prototipo fueron:
A mediados de 1934, el Ministerio del Aire Británico, con Hugh Dowding a la cabeza, emitió una especificación destinada a equiparar sus componentes de la RAF a la nueva, formidable (y peligrosa)​ Luftwaffe. La especificación F.5/34 exigía un caza monoplano de altas prestaciones con un motor refrigerado por líquido. Mucho antes de esta fecha, Rolls-Royce ya estaba trabajando por iniciativa propia en un motor de alto rendimiento capaz de desarrollar unos 1.100 caballos de potencia (hp), el Private Venture 12.​
El carácter visionario de Rolls-Royce respecto a las necesidades la RAF, dio la posibilidad a los fabricantes aeronáuticos de cumplir esta y las siguientes especificaciones del ministerio (F.36/34 y F.37/34). Especificaciones que exigían en conjunto, un monoplano de ala baja, carlinga cerrada, tren retráctil y capaz de alcanzar al menos unos 450 km/h (280 mph) a 4.500 m (15.000 pies), dotado de 8 ametralladoras de 7,7 mm (munición .303 British).​ Afortunadamente y una vez más para los británicos, ya existían dos diseños modernos de avión de caza, el Hawker Hurricane de Sidney Camm y el Supermarine Spitfire de R. J. Mitchell, una propuesta viable de aparato moderno al que le faltaba un motor moderno, el Private Venture de Rolls-Royce. Con todos los requerimientos satisfechos, las especificaciones dieron como fruto exclusivo al Hawker Hurricane, y el desarrollo y sus mejoras del Supermarine Spitfire.​​ Ambos se diseñaron en base al PV-12 (F.36/34) en lugar del Kestrel, y fueron los únicos cazas británicos modernos en ser desarrollados. Los contratos de producción para ambos aviones se firmaron en 1936. Se le dio la máxima prioridad al PV-12, convirtiéndose en el Merlin.
Los primeros Merlin fueron más bien poco confiables, pero Rolls-Royce aplicó un excelente programa de mejora de la fiabilidad. Este consistió en tomar al azar motores salidos de la línea de producción y hacerlos funcionar constantemente a máxima potencia hasta que fallaran. Entonces eran desarmados para ver que pieza había fallado, luego, se rediseñaba la pieza para hacerla más resistente. Luego de dos años, el Merlin se convirtió en uno de los motores de aviación más confiables del mundo, y podía funcionar a máxima potencia durante 8 horas en misiones de bombardeo sin problemas.
Finalmente, el Peregrine se usó en solo dos aviones, el Westland Whirlwind y el Gloster F9/37. A pesar de que el Peregrine parecía ser un buen diseño, nunca se le permitió madurar: Rolls-Royce dio la máxima prioridad a solucionar los problemas del Merlín. El Vulture fue usado en el Hawker Tornado y el Avro Manchester, pero resultó poco fiable debido a fallas en el cigüeñal y las bielas por problemas de lubricación. Con el Merlin pronto a alcanzar el rango de los 1.500 cv (1.100 kW), el Peregrine y el Vulture fueron cancelados en 1943.
Al final de la producción, más de 150.000 motores Merlin habían sido construidos.​​ Para mediados de 1943 el Merlin fue suplementado con el Rolls Royce Griffon, más grande, que incorporaba varias mejoras en el diseño.
A pesar de que es una práctica común comparar los motores de pistones y sus rendimientos utilizando como referencia la cilindrada o desplazamiento, esto, en realidad, no da una idea de la capacidad real de un motor. A. C Lovesey, un ingeniero de Rolls-Royce que fue una de las figuras principales en el desarrollo del Merlin, dijo en una charla sobre el desarrollo de este motor en 1946:
Muchas de las actualizaciones del Merlin fueron resultado de incrementar el octanaje del combustible, disponible desde Estados Unidos, y en los diseños de los compresores, cada vez más eficientes, de Stanley Hooker en 1938.
Al comenzar la guerra el motor funcionaba con gasolina estándar de 87 octanos y podía proporcionar algo más de 1.000 cv (750 kW) con su desplazamiento de 27.000 cc. Sin embargo, ya en 1938 en el 16.º Show Aéreo de París, Rolls-Royce muestra dos versiones del Merlin preparados para funcionar con combustible de 100 octanos. El Merlin R.M 2M era capaz de desarrollar 1.265 cv (943 kW) a 2.392 m, 1.285 hp (958 kW) a 2.798 m y 1.320 cv (984 kW) en el despegue, mientras que el Merlin X con un compresor de dos velocidades generaba 1.150 cv (857 kW) a 4.694 m y 1.160 hp (865 kW) a 5.100 m con el compresor en la velocidad alta.​
A finales de 1939 estuvo disponible la gasolina de 100 octanos, importándose de EE. UU. y los Merlin III podían utilizarla. Para usar este combustible era necesario realizar unas pequeñas modificaciones en el motor, con las cuales podía generar 1.310 cv (877 kW)​​
La siguiente versión más grande fue la XX, la cual funcionaba con gasolina de 100 octanos. Esto permitía una mayor presión de admisión, la que se lograba aumentando el empuje del compresor centrífugo. El Merlin XX también incorporaba el compresor de dos velocidades diseñado por Rolls Royce. El resultado fue 1.300 hp (970 kW) a alturas más altas que las versiones previas. Otra mejora fue el rediseño del sistema de enfriamiento usando una mezcla de 70/30% agua/glicol, en lugar de usar glicol al 100% como en las versiones anteriores, lo que le permitía funcionar a 70 °C. Esto mejoraba sustancialmente la vida útil y fiabilidad del motor, eliminando el peligro de incendio del etilenglicol puro, reduciendo además las pérdidas de aceite, que eran fallas comunes en los Merlin de las series I, II y III.​
El proceso de mejoras continuó con las últimas versiones usando gasolina de octanaje aún mayor, entregando aún más potencia. Los cambios de diseño importantes eran hechos en todos los componentes clave, incrementando otra vez la vida útil y la confiabilidad del motor. Al final de la guerra, el "pequeño" motor entregaba más de 1.600 cv (1.200 kW) en las versiones comunes, y tanto como 2.070 cv (1.544 kW) en el Merlin versión 130/131 usado en el de Havilland Hornet.
A fines de 1943, se hicieron pruebas con un nuevo combustible "grado 100/150". Las pruebas comenzaron usando 171 cc de tetraetilo de plomo por cada 100 L de gasolina de 100 octanos; esta mezcla dio lugar a una acumulación de plomo en la cámara de combustión, provocando incrustaciones en las bujías. Se obtuvieron mejores resultados agregando un 2,5% de monometilanilina a la gasolina de 100 octanos.​
El nuevo combustible permitió aumentar el par motor del Merlin 66. Las pruebas comenzaron en marzo de 1944, cuando el Merlin 66, preparado para usar el nuevo combustible, equipó los Spitfire IX de dos escuadrones, seguido por otros caza de la Defensa Aérea de Gran Bretaña, incluyendo Mustang III. Continuaron los problemas en el motor, que no se resolverían hasta agosto. En noviembre de 1944 los Spitfires de la Segunda Fuerza Aérea Táctica (2 TAF) comenzaron a usar gasolina grado 100/150, estando totalmente disponible en febrero. Monty Berger, Oficial de Inteligencia Sénior del Ala 126 de Spitfire, 2 TAF, señaló que continuaban los problemas con el nuevo combustible.​
Los aviones de la 8.ª. Fuerza Aérea de Estados Unidos estaban usando gasolina grado 100/150 para la segunda semana de junio de 1944; los problemas continuaron (bujías sucias) y para contrarrestar esto se introdujo, a principios de 1945, una nueva mezcla de combustible llamada P.E.P., usando dibromoetano. En marzo de 1945 se interrumpió el uso de gasolina PEP, y la 8.ª Fuerza Aérea volvió a la estándar 100/150.​ La 100/150 podía ser reconocida por su brillante color verde y su "terrible olor".​
La falta de inyección de combustible en el Merlin significaba que los Spitfires y Hurricanes eran incapaces, a diferencia de sus contemporáneos Bf-109E, de hacer una picada profunda. Por lo tanto, los cazas de la Luftwaffe podían hacer una brusca bajada de nariz a toda potencia para escapar, dejando a sus perseguidores con el motor fallando debido a que las fuerzas G negativas hacían que el carburador no suministrase gasolina. Los pilotos de cazas de la RAF pronto aprendieron a hacer un medio tonel antes de picar para perseguir a sus oponentes. La utilización de carburadores se calculó para dar una mayor potencia específica de salida, debido a una temperatura más baja y, por ende, una mayor densidad de combustible/aire, en comparación con los sistemas de inyección. El "orificio de Miss Shilling" (inventado en marzo de 1941 por Beatrice Shilling, una ingeniera del Royal Aircraft Establishment, Farnborough), un diafragma provisto de orificios a través de la cámaras de flotación, en cierta medida pudo solucionar la falta de combustible en una picada. Posteriores mejoras se introdujeron en todos los Merlin: 1943 vio la introducción de un carburador de presión Bendix-Stromberg, que inyectaba combustible a 0,35 bares a través de una boquilla directamente en el turbocompresor, y fue colocado en los Merlin 66, 70, 76, 77 y 85. El desarrollo final fue un carburador SU de inyección, el cual inyectaba gasolina directamente en el compresor usando una bomba de combustible comandada por el cigüeñal y la presión del motor, siendo instalado en la serie 100.​​ La producción de los Spitfire Mk. XII con motores Griffon había comenzado el año anterior.
El Merlin fue considerado muy importante para el esfuerzo de guerra, y pronto se iniciaron negociaciones para establecer una línea de producción alternativa fuera del Reino Unido. Rolls-Royce evaluó varios fabricantes automotrices norteamericanos, con el fin de elegir uno para construir el Merlin en USA o Canadá. La Packard Motor Car Company impresionó enormemente a su par británica por su nivel de ingeniería y alta calidad, y fue seleccionada para fabricar el Merlin. Los acuerdos se firmaron en septiembre de 1940, y el primer motor producido por Packard, designado V-1650-1, arrancó en agosto de 1941.
Esta es una lista incompleta de las variantes más representativas del Merlin. Los motores con potencia similar normalmente se le asignaban diferentes números de modelo, basándose en el compresor o las relaciones de la caja reductora de la hélice, construcción del bloque de cilindros, o disposición de los controles del motor. Todos los motores Merlin eran "tractores de giro derecho", i.e., la hélice rotaba a la derecha mirando el motor de frente, a menos que se indique lo contrario.
Una versión sin compresor del Merlin construido con más componentes en hierro y acero fue fabricado para equipar tanques. Este motor, el Rolls Royce Meteor, en su momento fue reemplazado por el más pequeño Rolls-Royce Meteorite.
En 1938, Rolls Royce comenzó los trabajos para modificar algunos Merlins los cuales se usarían en botes torpederos motorizados británicos, botes artillados motorizados y lanchas de rescate marino de la RAF. Se los equipó con compresores de una etapa modificados y el motor fue rediseñado para trabajar en un ambiente marítimo.​
Una versión española del Messerschmitt Bf 109 G-2, el Hispano Aviación HA-1112-M1L Buchon de 1954, fue construido con el motor Rolls Royce Merlin 500/45 de 1.600 cv (1200 kW), con hélice cuatripala, en la fábrica de Hispano Aviación en Sevilla; una planta motriz para la versión de producción final del famoso caza Messerschmitt, de la misma manera que el prototipo del Bf 109 V1 de 1935 estaba equipado el motor Rolls-Royce Kestrel V-12.
Al final de la Segunda Guerra Mundial, las nuevas versiones del Merlin (las series 600 y 700) para usarse en aviones de líneas comerciales como el Avro Tudor. Estos motores eran básicamente los militares con cambios menores para adaptarlos a un entorno de uso diferente.
En Estados Unidos, muchos motores y aviones de rezago de guerra fueron vendidos relativamente a bajo precio (dos de los elementos más populares fueron el P-51 Mustangs y el motor Packard V-1650/Merlin), muchos de los cuales fueron potenciados y modificados para las carreras aéreas del trofeo Bendix, las carreras aéreas de Cleveland​ y el Trofeo Thompson.
El motor Merlin continua en uso por docenas en aviones de la Segunda Guerra Mundial restaurados alrededor del mundo. El Vuelo en Memoria de la Batalla de Inglaterra de la Royal Air Force es un operador notable del Merlin.
Muchos museos aeroespaciales poseen ejemplares en exhibición pública, entre otros: