¿Cómo optimizar la energía en un motor?
El motor es la parte de un vehículo o de una máquina que transforma la energía química (gasolina, diésel, gas o alcohol), eléctrica o solar en energía cinética, es decir, en movimiento.
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Los motores de combustiรณn interna, los mรกs utilizados en la actualidad, basan su funcionamiento en el quemado de un combustible, de manera controlada, dentro de una cรกmara o cilindro cerrado.
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“Para generar fuego se necesita oxígeno, algo que haga chispa y combustible”, cuenta Juliana Ruiz Montoya, de 11 años.
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La combustión sucede cuando una sustancia combustible, como la gasolina, un comburente o elemento que acelera la combustión, como el oxígeno, y la chispa, proveniente, por ejemplo, de una vela, se combinan produciendo una reacción que libera energía en forma de luz, calor o movimiento.
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Este proceso de combustión se puede observar en pequeños cohetes de fósforos y papel aluminio. A un par de fósforos o cerillas se les envuelven las cabezas con papel aluminio, dejando la parte inferior descubierta. Luego, con una vela, se calienta la parte superior del cohete. Al calentar con la vela (chispa) las cabezas de los fósforos (combustible) enrolladas en el aluminio (el aire presente dentro de la cápsula de aluminio es el comburente) el cohete estalla generando movimiento.
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“El motor de combustión se caracteriza porque a partir del aprovechamiento de un combustible genera una fuerza mecánica, pero, además de generar esta fuerza, genera otro tipo de energía, como la térmica (calor)”, cuenta el ingeniero electrónico y doctor en Telecomunicaciones Adalberto Gabriel Díaz.
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El motor de combusti贸n funciona a partir de cuatro fases o tiempos. Estas fases son: admisi贸n, compresi贸n, explosi贸n y escape.
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En la primera fase, admisión, el combustible y el comburente (oxígeno en el aire) ingresan por una válvula, llamada de admisión, al cilindro o cámara de combustión, pieza del motor que no permite que el combustible escape.
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En la segunda fase, compresión, la válvula de admisión se cierra y el pistón o émbolo (pieza parecida a un molinillo), ubicado en la parte inferior del cilindro de combustión, empieza a ascender comprimiendo el combustible y el aire contenidos en el cilindro.
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En la tercera fase, explosión, el combustible y el aire alcanzan la parte superior del cilindro de combustión. La bujía, ubicada allí, genera una chispa haciendo que esta mezcla estalle y que el pistón vuelva a bajar.
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“El pistón es una pieza muy importante pues genera presión mientras que la bugía genera la chispa, el estallido”, cuenta María José Cadavid, de 12 años.
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En la cuarta fase, escape, el pistón inicia nuevamente el ascenso empujando los gases generados por la combustión (CO2) hacia la válvula de escape que se encuentra abierta. En el momento en que el pistón llega hasta la parte superior del cilindro se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión permitiendo que ingresen el combustible y el aire para reiniciar el ciclo.
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“Lo primero que pasa es que entra el oxígeno y el combustible por una válvula. Luego el pistón comprime la mezcla de oxígeno y combustible. En la tercera fase una chispa genera una explosión y, por último, la válvula de escape se abre para que salga el gas. Luego todo vuelve a empezar”, resume María José Valbuena, de 10 años.
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Sin embargo, los motores de combustión interna generan desperdicios contaminantes. Por ello, se busca reducir el calor, el ruido y los gases en los vehículos o reaprovechar estas formas de energía. Un ejemplo son los catalizadores, especies de coladores, que reducen el impacto ambiental de las emisiones contaminantes nocivas de los vehículos.
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“Otra forma de optimizar la energía de un motor sería que con el calor de los gases se calentara agua que luego nos pueda servir”, dice María José Cadavid, de 12 años. “Para reducir el ruido son importantes los silenciadores en los motores”, complementa Camilo Duque García, de la misma edad.
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“En este momento sabemos que un motor de los buenos, con la mejor tecnología, con los últimos ajustes, tiene una eficiencia del 35%. Es decir, hay un 65% de energía que se está desperdiciando (en calor, ruido y gases), hay mucho aún por investigar”, concluye el investigador Adalberto Gabriel Díaz.
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ÂżQuĂŠ alternativas consideras que se pueden utilizar para optimizar la energĂa de un motor o reducir su impacto en el ambiente?
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Investigador invitado: Adalberto Gabriel D铆az Torres, doctor en Telecomunicaciones Texto: Yeison Medina Edici贸n: Ana Mar铆a Jaramillo y Mauricio Henao Fotos: R贸binson Henao
http://www.eafit.edu.co/ninos