Que el capó está caliente al aparcar un coche no es ningún secreto, todos los hemos podido comprobar. De hecho, más de uno habrá tenido problemas por que el motor «se le calienta» demasiado. En este y el próximo artículo abordaremos el tema de la temperatura y el calor en el motor de combustión interna, desde un punto de vista físico.
Aunque el concepto de temperatura se maneja de forma cotidiana, a menudo no somos capaces de su significado real. La temperatura a la que se encuentra un material es un reflejo del movimiento de las partículas que lo forman. Es decir, cuanto mayor es la temperatura de un trozo de hierro, más se mueven los átomos que lo forman.
Si estamos hablando de un objeto sólido, los átomos que lo forman deben permanecer aproximadamente en el mismo sitio para que el objeto mantenga su consistencia. No obstante, los átomos oscilan un poco al rededor de este punto de equilibrio. Dicha oscilación aumenta al incrementar la temperatura.
Este movimiento afecta mucho a las propiedades de los materiales. Lo más evidente es la dilatación térmica: como los átomos se mueven más, tienden a ocupar más espacio. En un caso extremo, si el movimiento de las partículas aumenta de tal forma que llega a escapar del sitio fijo donde estaba, haciendo que el objeto pierda su forma original: se funde.
¿De dónde sale toda la energía térmica que calienta un motor encendido? Por un lado, viene de la propia explosión de la gasolina (o la autocombustión de gasoil, si el motor es Diésel). Como explicamos en La energía en la automoción, el motor se basa en obtener la energía de la combustión de un hidrocarburo fósil en aerosol, que se transforma en trabajo útil gracias a la expansión del gas que empuja un pistón.
No obstante, sólo una parte de la energía producida por la explosión puede aprovecharse para empujar el pistón; la mayor parte se invierte calentando el cilindro. Ésta no es una limitación técnica de nuestros vehículos, es imposible construir una máquina que aproveche mejor la energía a causa del segundo principio de la termodinámica. Así que incluso el motor mejor diseñado se calentará por este efecto, no hay nada que hacer.
Por otro lado, parte de la energía térmica proviene de la fricción entre las propias piezas del motor. Igual que en invierno fregamos las manos para calentarlas, las diferentes piezas del motor tienden a calentarse por si solas. Este efecto sí puede reducirse disminuyendo la fricción entre las diferentes piezas. Esa es la finalidad del lubricante: el aceite se bombea para cubrir todas las superficies de las piezas en movimiento, formando una película que se introduce entre los puntos de contacto, suavizando el rozamiento.
En definitiva, que el motor se caliente es inevitable. Como sabéis, el motor del coche está formado por muchas piezas que deben encajar y permanecer en su sitio con mucha precisión. Que las piezas cambien de tamaño dependiendo de la temperatura es un problema que debe tenerse en cuenta, por lo que los automóviles desde sus albores incorporan mecanismos para controlar la temperatura. Pero de ésto hablaremos en el próximo artículo.
Los motores se diseñan teniendo ésto en cuenta. En frío, las piezas no encajan perfectamente, sino que se permite cierta holgura. A los pocos instantes de tener el motor encendido, las piezas alcanzarán la temperatura de trabajo y se dilatarán para encajar perfectamente. Por este motivo (y por que el lubricante necesita cierto tiempo para llegar a todas las superficies en fricción) es muy negativo forzar los motores cuando aún están fríos.
Pero si la temperatura aumenta demasiado, las piezas se dilatarán aún más, incrementando la fricción entre ellas. Y, por lo tanto, incrementando aún más la temperatura. El riesgo de que las piezas se fundan es muy elevado. Si llegan al punto de fusión, las piezas pueden partirse muy fácilmente, o incluso soldarse juntas: el motor se gripa. Este tipo de averías pueden ser muy severas, ya que la única solución será la substitución total de las partes dañadas.
Por lo tanto, que el motor incluya mecanismos para regular la temperatura es de vital importancia. Ese es el cometido del sistema de refrigeración, del que hablaré en el próximo artículo.
Fotos | yosoylamarty, Tomás Fano
