TECNOLOGÍA
Fuego interno: Motores diésel en acción
Dayana Iveth Ramírez-Briones y Víctor M. Ambriz-Díaz
Resumen
En los confines de cada motor diésel late un corazón ardiente de innovación y potencia. Desde los camiones que surcan las autopistas hasta los silenciosos y eficientes automóviles que recorren las calles de nuestras ciudades, estos motores son la fuerza motriz detrás de muchos aspectos de nuestra vida moderna. Son mucho más que simples máquinas, ya que representan un legado de ingeniería y un punto de inflexión en la historia del transporte. En este artículo se explicará cómo late el corazón de los motores diésel y cómo la termodinámica es la clave para su funcionamiento, además de indagar desde sus entrañas en la magia del fuego interno que es su fuerza motriz.
Palabras clave: Autos, diésel, motores, termodinámica.
RECIBIDO: 20/06/2024; ACEPTADO: 16/11/2024; PUBLICADO: 19/12/2025.
El corazón del funcionamiento: La termodinámica, clave de los motores diésel
La termodinámica estudia cómo se transfiere y transforma la energía en forma de calor y trabajo dentro de un sistema, pero ¿Qué tiene que ver con los motores diésel? Imagina un motor diésel como un chef en una cocina mágica. Este chef toma la energía del combustible (los ingredientes) y la convierte en dos platos: trabajo útil (movimiento del pistón) y calor (calor desperdiciado). La cantidad total de ingredientes (energía) se mantiene constante, solo se transforma en diferentes formas.
Pero ¿Cómo se lleva a cabo toda esa termodinámica y la transformación de la energía? La respuesta es simple y se enfoca en el funcionamiento de los motores diésel. Se basa en la ignición por compresión; esto es como si se encendieran, pero sin necesidad de un encendedor. Se comienza con la entrada de aire al cilindro, como si se inhalara. El aire es luego comprimido, o mejor dicho, aplastado por el pistón cuando se mueve hacia arriba dentro del cilindro. Cuando el aire está comprimido, se vuelve demasiado caliente debido al aumento de la presión. En este punto, el combustible diésel se inyecta directamente en el cilindro a alta presión a través de un inyector de combustible. El combustible se mezcla instantáneamente con el aire caliente y se enciende espontáneamente debido a la temperatura elevada del aire comprimido. Es como si el aire muy caliente le diera un chispazo al combustible, ¡y boom!, se prende y aparece ese fuego interno motriz.
Y después, ¿qué pasa cuando el combustible se quema? Pues crea una explosión de gases calientes que empujan hacia abajo un pistón, una especie de émbolo dentro del motor. Este pistón es como una jeringa que se mueve a un ritmo peculiar y ese movimiento del pistón es lo que hace que todo el motor se ponga en marcha, produciendo el trabajo útil. Una vez que se ha completado el ciclo de combustión, los gases de escape se expulsan del cilindro y el ciclo comienza de nuevo con una nueva carga de aire fresco. Ahora que sabemos cómo es que la termodinámica hace que el motor diésel funcione, pregúntate: ¿Cómo puedo entender mejor el funcionamiento del motor y su fuego interno?
El fuego interno del motor diésel llamado combustión
Como se ha explicado, la termodinámica es el corazón latiente del motor diésel, pero el fuego que hace que el motor obtenga vida es la combustión. Este fuego, lleno de ingenio y poder, puede llegar a temperaturas extremadamente altas, entre 1 800 °C y 2 500 °C, lo suficiente como para encender cualquier cosa sin necesidad de una chispa. El combustible que alimenta a este fuego es como una porción mágica compuesta de muchos ingredientes secretos que podemos simplificar en C12H23, la ecuación química básica de un hidrocarburo llamado diésel.
Cuando esta porción entra en contacto con el aire comprimido dentro de la cámara de combustión del motor, se produce una explosión controlada que lo hace responder con fuerza y energía. Pero para que el fuego interno del motor diésel viva perfectamente, necesita la cantidad exacta de aire. Esta proporción perfecta, llamada relación estequiométrica, es como seguir una receta precisa: 14.5 partes de aire por cada parte de diésel. Si seguimos esta receta, el corazón del motor produce dióxido de carbono y agua, los subproductos de una combustión perfecta.
Sin embargo, el corazón del motor diésel es inteligente y a menudo usa un poco más de aire del necesario para asegurarse de que todo el combustible se queme por completo y de manera limpia. Este extra de aire se mide con un valor llamado lambda (λ). Si λ es 1, hemos usado la cantidad exacta de aire. Pero en la vida real, el corazón del motor diésel suele funcionar con un λ entre 1.2 y 2.0, lo que significa que usa entre un 20 % y un 100 % más de aire para garantizar una combustión completa y limpia.
Hay que mencionar que existen distintas técnicas para mejorar el proceso de creación del fuego interno del motor, y se puede lograr haciendo modificaciones en el lugar donde se produce. Este lugar está en las cámaras de combustión del motor.
Innovaciones para mejorar el fuego interno: Cámaras de combustión
La cámara de combustión es donde queda atrapado el aire después de que ha sucedido la compresión y su funcionamiento depende del tipo de inyección, que es la manera en la que el combustible llega a esta parte y que es el corazón ardiente del motor diésel. Te lo explicamos de una manera sencilla: Hay que pensar que el motor diésel de tu coche es como un pequeño dragón dentro de una cueva. Este dragón tiene la tarea de producir energía para mover tu coche y, para hacerlo, utiliza su aliento de fuego de manera muy especial. Debido a las innovaciones modernas, este dragón puede controlar y mejorar su fuego con una precisión increíble. Aquí te explico cómo funcionan estas innovaciones de las cámaras de combustión del motor diésel usando el ejemplo del dragón:
Existen distintas respiraciones que el dragón puede realizar; la primera es la inyección directa de alta presión, donde el dragón exhala una ráfaga de fuego muy fina y concentrada que rocía el combustible en el aire comprimido de la cueva, asegurando que se mezcle perfectamente y se queme por completo, produciendo mucha energía con menos residuos. Su segunda respiración es la inyección múltiple;el dragón no exhala todo su fuego de una vez, sino que lo hace en pequeños soplos. Primero, un pequeño soplo para calentar el aire, luego un soplo más grande para la combustión principal y, finalmente, uno pequeño para asegurarse de que todo el combustible se queme correctamente. Así la combustión es más suave y eficiente, generando menos humo y chispas.
Existen también los inyectores piezoeléctricos, que son las fosas nasales del dragón, que pueden abrirse y cerrarse muy rápido, permitiendo que el dragón controle exactamente cuánto fuego exhala. Esto mejora la mezcla de aire y combustible, haciendo que el motor sea más eficiente y menos contaminante. Pero también el dragón puede contar con aliados para mejorar su trabajo, estos aliados son los turbocompresores de geometría variable, que son como un abanico mágico que puede ajustar sus paletas para mover el aire de la cueva de manera óptima, así se asegura que siempre haya la cantidad correcta de aire para cada exhalación de fuego, optimizando la potencia y eficiencia del dragón. Y también hay herramientas que mejoran su casa y son las cámaras de combustión optimizadas. La cueva del dragón cuenta con cámaras de combustión optimizadas donde el dragón exhala su fuego, estas tienen una forma especial que asegura que el aire y el fuego se mezclen de manera uniforme. Esto es como tener una cueva diseñada para maximizar la combustión, asegurando que cada exhalación de fuego sea eficiente.
Ahora bien, para finalizar, hemos hablado del fuego interno, que es la fuerza motriz del motor diésel, de sus innovaciones para mejorarlo y de las altas temperaturas que alcanza este fuego en el motor, pero ¿Cómo controlarlo y estabilizar la temperatura de operación del motor? Aquí también te lo explicamos.
¿Cómo controlar el fuego interno del motor Diésel?
La respuesta radica en un sistema auxiliar denominado sistema de enfriamiento. Dentro del motor existe el sistema de enfriamiento y, en el motor diésel, es como el sistema de aire acondicionado de tu casa: mantiene el motor a la temperatura adecuada para que no se sobrecaliente y funciona gracias al radiador, que es como un gran ventilador que enfría el líquido caliente que pasa por él. Este líquido, llamado refrigerante, recoge el calor del motor y lo lleva al radiador donde se enfría con el aire que pasa por el radiador mientras el vehículo está en movimiento. El refrigerante es una mezcla de agua y un químico especial (anticongelante) que es trasportado por una bomba de agua. La bomba es un componente crucial en el sistema de enfriamiento. Sin esta bomba, el refrigerante no podría circular y el motor se sobrecalentaría. Otro elemento importante para el sistema de refrigeración del motor es el termostato,un dispositivo que controla la temperatura del motor. Se asegura de que el motor no esté demasiado frío cuando arranca y abre para dejar pasar el refrigerante cuando el motor está caliente.
Ahora que se ha explicado el fuego interno del motor diésel, desde sus características peculiares hasta cómo controlarlo, se puede concluir que el conocer la magia de los motores diésel acompañada de su fuego interno significa que estos motores tienen un encanto dentro de ellos que hace de su entendimiento algo fascinante; visto desde la termodinámica, representan una sinfonía de eficiencia y potencia. Desde su esencia, la evolución de los motores diésel es una danza constante entre la ciencia y la ingeniería, llevándonos hacia un futuro donde la potencia y la sostenibilidad coexisten en perfecta armonía. Ahora que tienes el conocimiento dentro de tu mente, ¡comparte con el mundo lo que puedes llegar a aprender!
Dayana Iveth Ramírez-Briones. Estudiante de Licenciatura en Ingeniería Electromecánica, Tecnológico Nacional de México/I. T. Chihuahua, Chihuahua, México.
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Víctor M. Ambriz-Díaz. Profesor e investigador, Tecnológico Nacional de México/I. T. Chihuahua, México.
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Adminjh A. (2022). ¿Qué avances tecnológicos ha tenido el motor de combustión interna? Motorkote Colombia. https://motorkote.com.co/avances-motor/
Donaire D. L. (2024). Cámaras de combustión: Para qué sirven y tipos. Actualidad Motor. https://www.actualidadmotor.com/tipos-de-camaras-de-combustion/
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