La temperatura del motor (y 2)

El radiador es uno de los elementos fundamentales para mantener la temperatura del motor en los niveles de diseño

En el artículo anterior repasamos el concepto de temperatura y la necesidad de que se mantenga en unos márgenes de seguridad concretos dentro de nuestro motor. En la práctica totalidad de los vehículos comerciales ésto se consigue mediante un sistema de refrigeración formado por un circuito cerrado de agua. En este artículo veremos que la Física no nos lo pone nada fácil en este caso.

Como dijimos en la anterior entrega, el funcionamiento del motor genera grandes cantidades de energía térmica en las piezas del motor que debe ser transportada a otro lugar donde no sea tan dañina. La primera idea sería utilizar el modelo de vertedero, es decir, tenemos algo que nos molesta en un sitio y lo almacenamos en otro lugar donde no nos moleste, aunque se acumule una gran cantidad. Aunque el modelo de vertedero funciona relativamente bien para el tratamiento de residuos (no tan bien como el reciclaje), en el caso de la energía térmica no es factible. Veamos por qué.

El segundo principio de la termodinámica nos dice, entre otras muchas cosas, que si tenemos dos objetos con diferentes temperaturas, se establecerá un flujo de energía térmica que irá del objeto caliente al frío. Este intercambio de energías, que llamamos calor, tenderá a disminuir la temperatura del objeto más caliente, y a aumentar la del frío. Este proceso sólo terminará en el momento en que ambos objetos estén a la misma temperatura, es decir, en equilibrio térmico. Por este motivo es tan costoso tener regiones donde subsistan temperaturas muy diferentes de la ambiental (hornos y neveras, por ejemplo, son los electrodomésticos de mayor consumo eléctrico).

A consecuencia de ésto, si acumuláramos toda la energía térmica en un sumidero de temperatura, tarde o temprano su temperatura superaría la del motor, por lo que el flujo de energía cambiaría de sentido: el vertedero calentaría el motor en vez de refrigerarlo.

Es decir, para refrigerar el motor, necesitamos que la energía térmica pase a un elemento que esté permanentemente más frío que el motor, que sea capaz de aceptar mucha energía térmica sin prácticamente aumentar su temperatura. Este elemento es el ambiente. La atmósfera terrestre es tan grande que necesita absorber muchísima energía térmica para incrementar su temperatura en un grado, por lo que la energía disipada por un coche no representa apenas un ínfimo cambio (aunque muchos coches juntos en todo el mundo en efecto colaboran con el calentamiento global, pero eso es otra historia).

En definitiva, el sistema de refrigeración se encarga de transportar la energía térmica sobrante del motor (donde molesta) hacia el entorno (donde no es nociva). Se utiliza un intermediario: el agua.

Agua

El agua pasa muy cerca de las piezas del motor que necesitan disipar su temperatura. Para evitar que el agua se caliente demasiado, invirtiendo el flujo de calor, se bombea constantemente nueva agua fría que substituye la que ya se ha calentado. Como no es posible tener un suministro infinito de agua, la que se ha calentado debe de enfriarse antes de volver a pasar por el circuito. Como ya hemos dicho, enfría cediendo su energía térmica al aire.

Dado que el intercambio de energía térmica se produce de forma más eficiente cuando la cantidad de agua es muy pequeña, se divide el circuito en muchas ramas muy estrechas, en el radiador. De esta forma, además, se consigue aumentar la superficie de contacto por donde se puede perder la energía. Entre estas ramas estrechas circula el aire ambiental, que se lleva la energía, completando la refrigeración.

Cuando el vehículo se mueve, el aire que está en contacto con el radiador se renueva constantemente, aumentando la eficacia del enfriamiento. Si el coche permanece encendido pero detenido, la renovación del aire es mucho menor (apenas impulsada por el ventilador), haciendo que sea mucho más fácil recalentar el motor en situaciones de baja velocidad, como atascos.

Para terminar, me gustaría contaros por que se utiliza precisamente agua, una substancia tan barata y común. Uno podría pensar que se utiliza precisamente por ser barata, pero no es solamente eso. Incluso los costosos motores de competición y de aviones utilizan refrigeración por agua. De hecho, el agua es una substancia con unas propiedades únicas, algún día os hablaré de ellas. Lo que hoy nos importa es que su capacidad calorífica es muy alta. Ello significa que, incluso una pequeña cantidad de agua, puede almacenar mucha energía térmica sin que su temperatura aumente demasiado. Por ejemplo, si un kilo de acero reduce su temperatura en un poco más de ocho grados cediendo toda su energía térmica a un litro de agua, el líquido elemento se calentará en apenas un grado. Por lo tanto, el agua es un candidato ideal para almacenar energía térmica sin que su temperatura se dispare.

Como veis, la refrigeración del motor no es una cuestión simple. El correcto funcionamiento del sistema de refrigeración es vital para evitar averías muy graves. Como comentaba Luis Gatón, a menudo que la temperatura suba por encima de lo habitual es un indicador que algo va mal, y conviene que un experto le haga un vistazo. Por que tener el motor en condiciones es un elemento más de la seguridad vial.

Fotos | Tomás Fano, Marina Cast

  • http://openid.blogs.es/Jracing jracing

    Habría estado bien comentar que el circuito de refrigeración está a más presión que la ambiental, lo que permite “subir” el punto de ebullición, amén de que el líquido refrigerante ya suele tenerlo más alto que el H2O “convencional”.

  • http://openid.blogs.es/glueball Jaume

    Eso es algo para cuando me ponga a hablar de las propiedades del agua, como he prometido jracing. Si lo pusiera todo en un sólo artículo sería (aún más) inaguantable, ¿no? ;)

    No obstante, ten en cuenta que no es correcto hablar de H2O convencional o no convencional. Es agua normal y corriente, lo que pasa es que el punto de ebullición no es fijo, sino que depende de la presión en todas las substancias. Eso se entiende teniendo en cuenta lo que hablaba en la primera entrega; la presión tiende a sujetar las partículas juntas, haciendo que deban moverse mucho más rápidamente para llegar a separarse. De hecho, si la presión es superior a unas 218 atmósferas deja de ser posible ebullición del agua (deja de existir diferencia entre vapor y líquido).

  • http://openid.blogs.es/patodegoma patodegoma

    Si el coche permanece encendido pero detenido, la renovación del aire es mucho menor (apenas impulsada por el ventilador), haciendo que sea mucho más fácil recalentar el motor en situaciones de baja velocidad, como atascos.

    En carretera muchas veces te encuentras con que hay un carril cerrado (para asfaltarlo por ejemplo) y se esta utilizando el otro como carril de doble sentido dirigido por un semaforo (o un paleta que parece que sale mas barato). Pues siempre me fijo que mientras estas parado la aguja de la temperatura se mueve ligeramente segun pase un camion o no.

    Un pasatiempo como otro cualquiera de mientras esperas que el paleta/semaforo os deje continuar…

  • Anónimo

    Cada conductor en su respectivo automovil deberia de ponerlo atención monitoreando el nivel de la temperatura de motor si esta subiendo más o menos de lo que establece el fabricante, los vehiculos van sufriendo desgastes internos en sus piezas de refacción acercandose a descomposturas mecánicas cuando la temperaturas frecuentemente estan marcando más allá de los 100 grados centigrados en atascos ya ahí es necesario que se inspeccione urgentemente para atender la falla o teenier que detener el auto antes de tener un serio problema en costos por reparación.