Written by Un ejemplo común de la aplicación de las leyes de la termodinámica es la motor de cuatro tiempos. En este tipo de sistema, la energía se suministra en forma de calor, quemando el combustible.
Es un sistema abierto. Esto se debe a que intercambia masa con el entorno externo, durante un ciclo completo. Pero si tratamos cada uno de los cuatro procesos que ocurren básicamente de forma aislada, podemos considerarlos como sistemas cerrados o aislados, en cada caso especial.
Veamos el primer paso: la válvula de salida de gas está cerrada, mientras que la válvula que libera la entrada de aire y combustible permanece abierta. En este caso, el motor recibirá la mezcla de aire y combustible como se muestra en la figura 01.
Figura 01: admisión de la mezcla de aire y combustible, asociada al aumento de volumen del cilindro.
En la segunda etapa se comprime la mezcla de aire y combustible aprovechando la energía cinética del motor ya en marcha. Esta energía cinética se convierte en trabajo realizado por las fuerzas que mueven el émbolo para disminuir el volumen del cilindro. Las dos válvulas se cierran en este momento y ocurre lo que se puede llamar compresión adiabática, es decir, sin intercambio de calor entre el cilindro y el ambiente externo. Esto es lo que se puede ver en la figura 02.
Figura 02: el cilindro está cerrado y el pistón comprime los gases en su interior.
La tercera etapa consiste en quemar la mezcla de aire y combustible. Tanto en los motores de alcohol como en los motores de gasolina esta combustión se inicia con una chispa proporcionada por el sistema eléctrico que se activa mecánicamente en el momento adecuado, como se muestra en la figura 03. Durante este proceso, el gas sufre una expansión debido al aumento de temperatura. , y se produce un consecuente aumento de presión en la mezcla de gases confinados en el cilindro, lo que hace que se fuerce el émbolo para aumentar el volumen. Esta fuerza se utiliza para ejercer un par alrededor del eje principal del motor.
Figura 03: se comprimirá la mezcla de aire y combustible. Los motores de alcohol y gasolina emiten una chispa que inicia la quema de gases. Los motores diesel no necesitan la chispa.
La cuarta etapa consiste en la expulsión de los gases quemados dentro del cilindro. Una válvula de escape es activada mecánicamente por las partes que se mueven usando la inercia de rotación, mientras que la válvula que permite la entrada de aire y combustible permanece cerrada como se muestra en la figura 04.
Figura 04: la válvula de escape se abre para expulsar los gases, mientras que el émbolo reduce el volumen del cilindro.
Todos estos pasos se repiten en ciclos.
En el caso del motor diesel, existe una gran similitud con la gasolina y el alcohol, donde se diferencia básicamente en que la quema del combustible no ocurre por encendido por chispa. Ocurre de forma espontánea debido a la disminución de volumen y el consiguiente aumento de presión, lo que provoca un consiguiente aumento de temperatura. En algunos motores, la relación entre el menor volumen (gas comprimido) y el mayor volumen (gas expandido) es de 1/17 y la temperatura supera los 1000ºC y puede alcanzar alrededor de 1200ºC.
Referencias bibliográficas
HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Physics 2, volumen
1, 5 Ed. Río de Janeiro: LTC, 2004. 384 p.
