Las explosiones que mueven al mundo

Las explosiones que mueven al mundo
Por el Dr. Efraín Mejía Beltrán, Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) en la Gaceta de Ciencia y Tecnología EMISIÓN (Conacyt)

Al incendiar un gas altamente inflamable como la mezcla de oxigeno con gasolina, se libera una gran cantidad de energía que es aprovechada en los motores de gasolina para mover a los vehículos. A estos motores se les llama “motores de combustión interna de cuatro tiempos”. Veamos su funcionamiento: en la parte superior de un cilindro se abre una abertura (válvula) que recibe una mezcla de aire con gasolina (gas) que es succionada por un embolo (o pistón) que se desplaza dentro de un cilindro. Este es el tiempo 1 y termina cuando el pistón completa su recorrido hacia abajo y se cierra la válvula de admisión.

En seguida comienza el tiempo 2 (compresión) en el cual el pistón se desplaza hacia arriba comprimiendo al gas. Con el gas comprimido, un alto voltaje aplicado a los electrodos de una bujía produce una chispa que hace explotar al gas, este es el tiempo 3 (de explosión) en el que se impulsa al pistón hacia abajo.

En este paso es donde se transforma la energía química del gas a la energía mecánica que se transmite a través de un brazo (o biela) hacia una pieza (cigüeñal) que recibe la energía de varios pistones.

El cigüeñal  está en rotación constante y su movimiento se conecta a las ruedas del vehículo para desplazarse. Después de la explosión, el pistón regresa impulsado por el cigüeñal que en ese instante es impulsado por la explosión en otro cilindro. Este es el tiempo 4 (de escape) durante el cual el contenido del cilindro es empujado a salir a través de otra válvula que se abre para conducir el residuo hacia el tubo de escape. Esta secuencia se repite mientras el motor está encendido.

El cigüeñal es similar al sistema de pedaleo de una bicicleta. Las piernas del ciclista serían las bielas que aplican el movimiento a la estrella que transmite el movimiento a las ruedas por medio de un cadena. Si cada pierna es un pistón, una bicicleta tiene dos pistones. Los coches tienen al menos cuatro pistones y por cada pistón hay un cilindro. La Figura 2 muestra un dibujo de un motor de cuatro cilindros.

Para darnos una idea de la energía generada por las explosiones pensemos en lo siguiente. Un caballo que camina durante ocho horas jalando una carga con la que apenas puede, aplica una potencia de “un caballo de fuerza”. Ahora, un hombre muy fuerte y sano podría hacer lo mismo durante tres segundos antes de fatigarse.

Un motor de un coche compacto de cuatro cilindros puede proporcionar hasta 80 caballos de fuerza (80 HP) sin fatigarse; de hecho, se fatiga más rápido el conductor. Esto significa que el motor puede contrarrestar la fuerza de 80 caballos jalando juntos y se fatiga mucho después que éstos. Sin embargo,  de la potencia total que producen las explosiones solo entre el 14 y el 26% se aprovecha, lo demás se desperdicia principalmente en forma de calor. Entonces, solo aprovechamos una pequeña cantidad de la energía generada. Aun así, estas explosiones han contribuido de una manera muy importante para el progreso de la humanidad desde el siglo pasado.

¿Que pasará cuando aprovechemos casi el 100% de esta energía?  Aunque dichas explosiones contaminan, no cabe duda que el beneficio ha sido muy importante para nuestro desarrollo y que un mejor aprovechamiento de dichas explosiones nos ayudara a disminuir la contaminación y al mismo tiempo nos llevará a una nueva etapa de nuestro desarrollo.

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