Con el verano llega el calor, las terracitas, la playita, las vacaciones y cómo no Los Porqués no van a ser menos. La verdad es que me ha costado mucho decidir si hacía un parón veraniego en el blog o no (pues yo me quedo currando en Julio y Agosto y no me cuesta nada continuarlo). Al final, y viendo que todo el mundo está con la mente, y sobre todo el cuerpo, en otra parte, creo que lo mejor es aparcarlo hasta Septiembre cuando estemos todos. De esta manera nadie se perderá ninguna entrada y podremos volver con más curiosidades, dudas y preguntas. Pedir disculpas a nuestros amigos del Hemisferio Sur, donde no es verano... espero que entendáis las circunstancias.
De todas formas, como he dicho, yo no me voy, así que si tenéis cualquier duda cortita o se os ocurre alguna entrada o pregunta interesante para el blog, no dudéis en escribir a los.porques@gmail.com y yo os atenderé gustosamente.
Un saludo a todos y felices vacaciones!! (a los que tenéis, jeje)
El otro día, José Luis me envió un mail preguntándome lo siguiente:
Hola Jesús:La pregunta que se me ha venido a la mente es: ¿en qué consiste la relación de compresión de un motor? Un saludo y gracias, Jesús, José Luis
La verdad es que no sé si te refieres a motores de coche (motor alternativo) o de avión (a reacción). Yo creo que te refieres al coche, que es lo más común. Voy a aprovechar tu pregunta para contaros cómo funciona un motor alternativo de los que tenéis todos debajo del capó.
(Explicaré el funcionamiento de un motor de gasolina. El diesel es muy parecido y los cambios que haya los iré explicando)
La parte más importante del motor de un coche la forman los cilindros y los pistones. El objetivo del motor es hacer mover el pistón arriba y abajo, para luego transmitir ese movimiento y hacer girar las ruedas. Lo que se hace es quemar gasolina en el interior del cilindro de manera que los gases en su expansión muevan el pistón. El quid de la cuestión está en cómo quemar la gasolina de la manera más eficiente (por aquello del dinero). Muchos habréis oído que los motores de coche son de 4 tiempos. ¿Qué significa eso? Pues que su ciclo de funcionamiento se puede dividir en 4 etapas.
La primera sería la de admisión, en la que se introduce aire fresco en el pistón. Como habéis visto, el cilindro posee en la parte superior dos orificios (vávulas), uno para meter aire y otro para sacarlo. En realidad los motores tiene más de 2, pero lo simplificaremos para su explicación. En el caso del motor diesel, se introduce aire sin más, sin embargo en los motores de gasolina lo que se introduce es una mezcla de aire y gasolina. Como veis, al comienzo de la primera etapa el pistón está arriba del todo. Durante esta etapa, se abre la válvula de entrada de aire y el pistón baja para llenarse de aire fresco (sin gases de combustión).
En la segunda etapa, la de compresión, el pistón sube desde abajo del todo hasta arriba. Para que no se escape el aire que hemos metido antes, la válvula se cierra (aproximadamente) al llegar el pistón abajo. Durante esta etapa, la mezcla de aire y gasolina se comprime al subir el pistón y reducir el volumen. La relación de compresión, por la que preguntaba José Luis, es el cociente entre la presión final y la presión inicial. Por ejemplo, una relación de compresión de 8 indica que la mezcla se ha comprimido 8 veces la presión a la que estaba.
Al final de la anterior etapa, el pistón estaba arriba y el aire estaba en su punto máximo de compresión. En este momento, se prende una chispa (con la bujía) y la mezcla explota. Fruto de esa explosión, los gases se expanden, llevando el pistón hasta abajo del todo. En el caso de los motores diesel, aún no habíamos metido el combustible. En estos motores, durante la tercera etapa, los diesel inyectan gasoil en gotitas muy pequeñas y a alta presión. Debido a esa presión y a la temperatura del motor, la gasolina estalla sin necesidad de chispa alguna. Esta etapa se conoce como expansión o explosión.
Finalmente, el pistón estaba abajo del todo y el cilindro contenía gases de combustión que ya no sirven para nada. En esta última etapa, la de escape, se abre la vávula de salida de gases, y el pistón sube hasta arriba, vaciando el cilindro de aires residuales. Una vez arriba del todo, comenzaría otra vez la primera etapa de un nuevo ciclo, llenándose nuevamente el cilindro de aire fresco.
Como véis, en un ciclo el pistón baja, sube, baja y vuelve a subir. Para que lo veais todo seguido y en movimiento, mirad esta animación:
Las etapas están numeradas. La válvula de la derecha sería la de admisión y la de la izquierda la de escape.
Como comprenderéis, la sincronización es fundamental en el funcionamiento del motor. Las válvulas, chispa, inyeción, explosión... todo debe estár sincronozado al máximo para que sea lo más eficiente posible. Pues pensad ahora que vuestro coche hace esto 3500 veces por minuto (sólo tenéis que mirar el cuentarevoluciones). Increíble, ¿no? ¿Y si ahora os digo que los fórmula 1 van a 17000 rpm? Esta temporada no ocurre tanto, pero hace unos años, cuando las revoluciones no estaban limitadas tan "bajas" era más normal que los pilotos rompieran motor. Lo más corriente era que el inyector fallara al intentar "escupir" la gasolina 19000 veces por minuto.
Para terminar, animaros a todos a preguntar vuestras dudas!!
Muchas veces habréis visto cómo los aviones dejan tras de sí unas estelas blancas en el cielo. Mucha gente cree que sólo lo producen los cazas, otros que es humo contaminante... Hoy veremos cómo se forman esas estelas y qué son en realidad.
Para empezar, distinguir dos tipos de estelas. Las primeras se forman a partir de los gases expulsados de los reactores, mientras que las segundas se formarían a raiz de los torbellinos de punta de ala. Veámoslas una por una.
Entre los gases que expulsan los motores hay vapor de agua, como no podía ser de otra forma. Dicho vapor de agua, al salir del reactor se encuentra con un ambiente mucho más frío (alrededor de -50ºC) y de menor presión. Esto hace que el vapor se condense (formando las estelas) y además se solidifique, formando cristalitos de hielo. Esta cristalización está favorecida además por los residuos, en forma de micropartículas, que actúan como nucleantes en la solidificación. Como habéis visto, estas estelas no son más que agua condensada, no contaminan!! Ocurre lo mismo con las típicas fotos de las centrales nucleares en las que se ve una columna inmensa de humo blanco. ¡¡Eso es agua!! Que no os engañen, es agua usada para refrigerar el reactor!
Como habéis visto en la foto, este tipo de estelas son generadas por todos los aviones comerciales, ya que depende básicamente de las condiciones de temperatura y presión ambiental.
Existe otro tipo de estelas, creadas en el ala. Como sabéis de la anterior entrada de ¿Por qué vuelan los aviones?, entre la parte superior e inferior del ala, existe una diferencia de presiones. Al llegar a la punta del ala, este gradiente de presiones (que es como se conoce) crea un torbellino. Dicho torbellino, trae consigo una disminución de la presión y la temperatura, produciendo la condensación. Este tipo de estelas se crean a bajas alturas, mientras que las anteriores son más comunes de las altas alturas, donde se dan las condiciones ambientales mencionadas. Os dejo unas imágenes muy buenas donde se aprecian dichos torbellinos, pero ojo, esas no son las estelas citadas!
Para terminar, como siempre, animaros a preguntar cualquier duda que os surja. Podéis dejarla en los comentarios, o bien, escribir a los.porques@gmail.com
Hoy vamos a dedicar la entrada a curiosidades sobre el transbordador espacial Shuttle (antes de que lo retiren, jeje). Para ello os propongo un pequeño viaje partiendo de su diseño, despegue y hasta su aterrizaje.
El Shuttle ha sido el único vehículo espacial reutilizable. El Shuttle está formado por el vehículo orbital, el tanque externo (depósito central naranja) y los 2 Solid Rockets (uno a cada lado). Oficialmente es conocido como Space Transportation System (STS), de ahí que las sucesivas misiones se vayan llamando STS-131, STS-132... En su diseño se rompieron todos los conceptos previos de nave espacial, desarrollando tecnologías nuevas, y posicionaron a EEUU en la vanguardia espacial. Pero veamos algunas curiosidades...
Para empezar, más que una nave espacial parece un avión. Si miramos a las naves Apollo (americana) y Soyuz (rusa y actualmente en activo), respectivamente, observamos que nunca antes se había puesto alas a un vehículo espacial. ¿Por qué le pusieron alas si en el espacio no hay aire? El STS fue desarrollado en los años 70, a finales de la guerra fría. Tras llegar a la Luna, los recortes en la NASA fueron creciendo y se decidió diseñar un vehículo reutilizable. Aún así no tenían suficiente dinero y se optó por juntarse con la USAF (ejército del aire americano), para que pudieran lanzar sus satélites desde el Shuttle, en vez de usar otros cohetes de menor tamaño. Fue la USAF la que, por miedo a que en un despegue fallido sus satélites cayeran en territorio enemigo, obligó a diseñar un vehículo con alas. De esta manera, en caso de fallo, siempre podría planear hasta territorio americano. La realidad fue que después de aceptar esta condición, la USAF siguió lanzando sus satélites desde cohetes menores como los Delta. De hecho, el planteamiento inicial era de realizar del orden de 10 lanzamientos al año con cada uno de los 4 transbordadores. Tras 30 años de misión, sólo se van realizar 134 lanzamientos, una cifra mucho menor. Aunque lejos de ser rentable, este programa ha servido no sólo para permitir la construcción de la Estación Espacial Internacional (ISS), cuyos enormes módulos sólo podían ponerse en órbita en la panza del Shuttle, sino para realizar avances científicos inimaginables.
Cuando hablo con amigos de este tema, me doy cuenta de que la mayoría de la gente cree que la parte naranja del STS es un super cohete. Lejos de ello, no es más que un depósito para llevar el combustible que necesita el vehículo orbital. Fijaros!
Este depósito alimenta los 3 motores cohete principales que lleva el vehículo orbital. ¡Mirad su tamaño!
En cuanto a los dos cohetes (estos sí que lo son) a los lados, son motores cohete de combustible sólido (os explicaré en una entrada los distintos motores cohete). Estos proporcionan el 80% del empuje de despegue necesario para poner esa mole por los aires.
Una vez, ensamblados los 3 módulos, el STS es transportado a la zona de lanzamiento. Para ello se construyó el mayor vehículo de carga del mundo. Para que os hagáis una idea, para recorrer 5,8 km, tarda de 6 a 8 horas!!!
Una vez despegado, tras 2 min aproximadamente de vuelo, los Solid Rockets se desprenden cayendo al mar para ser reutilizados.
Finalmente, tras 8 min de vuelo, el depósito central se desprende, destruyéndose en la re-entrada.
¿Y de donde saca la energía si no tiene paneles solares? Pues para ello se usan unos dispositivos llamados células de combustible, que se usaban desde las cápsulas Apollo. Estos combinan el oxígeno y el hidrógeno para dar energía y agua (que luego es usada para consumo, aseo y refrigeración). Así es!, todo eso que se investiga hoy en día en las energías renovables, ya se usaba en la industria espacial en los años 60!!
Una vez terminada la misión, el Shuttle se desengancha de la ISS y comienza su vuelta a casa. Para ello se da un pequeño impulso para obtener la senda de reentrada adecuada. ¿Y de dónde saca el combustible, si el tanque se perdió hace tiempo? El Shuttle cuenta con unos pequeños depósitos que proporcionan el propulsante necesario para acercarse a la ISS (tras desprenderse el tanque externo), corregir su orientación (actitud) y sacarle de la órbita de la ISS para inyectarle en la reentrada. ¡¡Nada más!!
Eso quiere decir, que el Shuttle desde que se desprende de la ISS planea hasta aterrizar en el Kennedy Space Center. ¡Sí! ¡Esa mole planea! Entonces... ¿sólo tiene una oportunidad para aterrizar? En efecto, si fallan se estrellan! Por supuesto, toda esta maniobra está realizada por el ordenador de a bordo. De hecho, excepto la maniobra de atraque a la ISS, todas las maniobras se realizan por ordenador. Por cierto, el ordenador del Shuttle sólo tenía 424Kb!! Pensad que es tecnología de los 70. Finalmente, en 1990 se aumentó a 1Mb.
Volviendo al aterrizaje, y debido a esa única oprtunidad, antes de permitir que el Shuttle se suelte de la ISS, en tierra se aseguran de que no va a haber ninguna tormenta o huracán en Florida. ¿Y si hay mal tiempo y no se puede esperar más? En ese caso, existe un listado de aeropuertos alternativos donde aterrizar (uno de ellos es la base militar de Zaragoza). Lo normal es ir a Edwards Air Force Base en Califormia (de hecho, sólo el STS -3 no aterrizó ni en una ni en otra).
A lo mejor alguno está pensando: "Muy bien, aterrizas en California, pero ¿cómo llevas luego ese trasto hasta Florida?" Para ello, se monta el Shuttle a la espalda de un Boeing 747 modificado. Este viaje cuesta 1 millón de dólares, por lo que comprederéis que la NASA se piense mucho antes de desviar un aterrizaje a California. Fijaros en las partes añadidas en la cola del Shuttle, y en los estabilizadores horizontales del 747.
Como me estoy alargando mucho, en otro momento os hablaré de la reentrada, los distintos métodos de protección y de la panza negra del Shuttle. Siemplemente espero que os haya gustado este pequeño viaje y haber despertado en vosotros la curiosidad por este fantástico mundo que es el espacio.
No os olvidéis de que podéis enviar vuestras preguntas a los.porques@gmail.com, o bien dejarlas en los comentarios.
Nota: La mayoría de las fotos me llegaron por email (desconociendo su origen), pero me parecía una pena no publicarlas. El resto son de wikipedia.
Al oir un coche, todos sabemos si se está acercando o alejando. Lo sabemos de forma instintiva por el sonido que escuchamos. Cuando se acerca, el sonido que produce es mucho más agudo (de mayor frecuencia), mientras que cuando se aleja el sonido que escuchamos es mucho más grave (de menor frecuencia). Eso es lo que con mayor o menor acierto he intentado reproducir con la onomatopeya "fiummm". Pero, ¿por qué suena distinto un coche cuando se aleja que cuando se acerca?
Los coches (y cualquier cosa), al moverse generan unas ondas que se propagan por el aire. Estas ondas, se adelantan al coche y van "avisando" al aire de que se prepare, porque viene un coche, y debe moverse para dejarle pasar. Esa perturbación del aire se traduce en sonido, que llega a nuestros oídos con antelación al coche. Muy bien, ya sabemos por qué se produce el sonido. Veamos ahora por qué es agudo cuando el coche se acerca y grave cuando se aleja.
Como alguno imaginará, tendrá que ver con que el coche no está quieto sino en movimiento. En efecto, al moverse, el coche puede comprimir o expandir esas ondas, dependiendo si se acerca o aleja, modificando su frecuencia. Esto se conoce como Efecto Doppler. Para que lo veáis mejor, os dejo este applet con el que podréis jugar con la velocidad del coche (dada como decimal de la velocidad del sonido) y observar cómo varía la forma de las ondas. Cuanto más juntas estén las ondas, mayor será su frecuencia y más agudo será el sonido; y al revés.
Otro ejemplo clásico de este efecto, y donde quizás se vea mejor es en las ambulancias o coches de policía y bomberos. En estos casos, los coches, además de emitir las citadas ondas, emiten un sonido (la sirena) en forma de onda que también sufrirá el efecto Doppler. Por este motivo, las sirenas suenan más agudas cuando se acercan que cuando se alejan.
Para terminar, comentar que el efecto Doppler tiene infinitas aplicaciones. Una muy curiosa son los rádares de velocidad (con los que nos multan!) En este caso, el rádar emite un impulso que rebota en nuestro coche y vuelve al aparato. El dispositivo mide la variación de la frecuencia en el impulso y aplicando el efecto Doppler a la inversa, calcula la velocidad a la que nos movemos. Actualmente se usan otros métodos, pero Doppler es uno de ellos.
Para terminar, animaros a dejar vuestras preguntas en los comentarios o en los.porques@gmail.com.
PARA QUIEN QUIERA SABER MÁS:
En el applet anterior empezad desde una velocidad de 0,8 e id aumentándola lentamente hasta 1,3. Observad qué pasa. Lo que estáis viendo es lo que ocurre en la realidad cuando un avión sobrepasa la velocidad del sonido: rompe la barrera del sonido y se forma el característico cono de Mach (es así como se llama). Aunque lo explicaré en futuras entradas, cuando el avión supera la velocidad del sonido, se mueve más rápido de lo que se propagan las ondas, por lo que se adelanta e impide que el aire se "prepare" a su llegada. Las ondas emitidas van por detrás de él, formando ese cono que véis (véis un triángulo, pero en realidad (3D) es un cono).
Así es señores, como están escuchando. El agua caliente se congela antes que la fría. Bueno, para ser ciertos, bajo ciertas condiciones... Pero empecemos por el principio.
En 1963, Erasto B. Mpemba estaba en una clase de cocina de su escuela de secundaria en Tanzania. Preparando helados, observó cómo las mezclas calientes se solidificaban antes que las frías. Anteriormente, personas como Descartes o Aristóteles se habían percatado de este hecho, pero nadie había sido capaz de darle una explicación. Incluso hoy en día no se ponen de acuerdo. A este fenómeno se le conoce como Efecto Mpemba.
Os propongo que hagáis un experimento. Coged dos vasos de agua idénticos e introducid una misma cantidad de agua (podéis tomar como medida un vaso más pequeño, como un vaso de chupito por ejemplo). Mientras que en uno echad agua cogida de la nevera, en el otro cogedla caliente del grifo (pero que esté muy muy caliente), eso sí, con cuidado! Ahora metedlos en el congelador. Como no podemos ver cual se congela antes, lo que vamos a hacer es dejarlos 10 minutos y ver cual está más congelado. Tachán!
Habréis comprobado que el vaso caliente se encuentra en un proceso más avanzado de congelación. Para los que sean más perezosos, les dejo un vídeo donde se realiza el experimento en un laboratorio. Lo que hay dentro de los tubos de ensayo parecen ser unas sondas para medir la temperatura.
Veamos por qué ocurre el efecto Mpemba. El tiempo de congelación de un líquido depende de muchos factores: la temperatura, el recipiente, si tiene impurezas disueltas, las imperfecciones del recipiente... (por este motivo os pedí coger dos vasos iguales para hacer el experimento)
El efecto Mpemba dice que dados dos recipientes con agua cuyas temperaturas difieran más de 30º (aprox.), el recipiente con agua caliente se congelará antes que el de agua fría. Esto se debe a muchos factores:
La evaporación: El agua caliente se evaporará más rápido. De esta manera, la masa de agua resultante que deberá congelarse es menor. Si se taparan los recipientes con un plástico, se comprobaría que aunque sigue produciéndose el efecto Mpemba, la diferencia de tiempos es menor.
La convección: La convección es una forma de transmitir calor. Durante la congelación, las partes frías de agua bajan hacia la parte baja del recipiente (y al revés), repartiendo la temperatura. En el agua caliente, al tener mayor temperatura, ese movimiento de agua es más activo.
Gases disueltos: El agua caliente posee puede disolver menos gases, que dificultan la congelación.
Superenfriamiento: A este efecto le dedicaré una entrada en el futuro. De momento deciros que el agua fría podría entrar en un estado metaestable, permaneciendo a una temperatura menor a 0º sin congelarse.
Debido a la multitud de variables, los científicos se han visto en problemas para diseñar experimentos que analicen cada una por separado, aislando su efecto. A esto, se debe añadir la complejidad de las ecuaciones (diferenciales en derivadas parciales) del sistema y su dificultad de resolución.
Para terminar, os dejo un vídeo, donde se ve mucho mejor el efecto Mpemba. Si alguno vive en alguna zona tan fría que en invierno se alcancen estas temperaturas, le animaría a realizar esta sencilla prueba. De hecho, en el hemisferio sur, seguro que por estas fechas ya se están alcanzando esas temperaturas, por lo que si me enviáis un vídeo, prometo colgarlo.
Para terminar, como siempre, animaros a dejar vuestras preguntas en los comentarios o en: los.porques@gmail.com
Todos hemos visto cómo el cristal de nuestro coche se empañaba mientras conducíamos, o cómo al salir del baño nos encontrábamos el espejo del baño completamente empañado. Hoy vamos a explicar por qué ocurre esto y cómo podemos hacer para evitarlo.
Como muchos sabréis, el aire contiene vapor de agua, es lo que conocéis como humedad del aire. De hecho, el aire podrá disolver mayor cantidad de vapor de agua cuanto mayor sea su temperatura. Esto lo vemos continuamente en los climas tropicales cálidos, que pueden contener muchísima humedad, mientras que los polares casi nada. Ocurre que este agua permanecerá en estado de vapor siempre que se encuentre por encima de una cierta temperatura, denominada temperatura de rocío. ¿Y qué ocurre cuando el aire, lleno de vapor de agua, entra en contacto con el cristal frío? Pues simple y llanamente que se enfría y condensa, en forma de unas minúsculas gotitas, empañándolo. Pero, ¿de dónde viene tanta humedad dentro del coche? Pues de nosotros, que al respirar, expulsamos aire "empapado" debido a la humedad que hay en la boca y fosas nasales.
Ya sabemos qué es lo que ocurre, veamos ahora cómo solucionarlo. Lo que típicamente se ha venido haciendo es o bien poner la calefacción o el aire acondicionado, o bien abrir la ventanilla. Analicemos cada caso:
Si abrimos la ventanilla, lo que hacemos es renovar el aire del vehículo. Por lo general, y aunque llueva, el aire del exterior tendrá mucha menos humedad que el del interior de nuestro vehículo. Esto se debe a que al ser un espacio pequeño, hay muy poco aire, y este se humedece con relativa facilidad. Esta suele ser la solución más rápida y cómoda. ¿Cual es el problema? Pues justamente que no hemos resuelto el problema, sino que lo hemos retrasado. El nuevo aire introducido volverá a humedecerse y los cristales volverán a empañarse.
La otra solución es poner el aire acondicionado o la calefacción. Aquí surge el eterno dilema: aire frío o caliente. Pues da igual. La temperatura no interviene, al menos directamente. Me explico. Por internet circula el bulo de que la condensación se debe a que la parte interior del cristal está a una temperatura mayor que la parte exterior... Como habéis visto, lo único que importa es la humedad del aire, ya que el cristal siempre va a tener la temperatura suficientemente baja como para empañarlo. La luneta trasera del coche posee unos filamentos calientes que pueden calentar dicho cristal, desempañándolo, pero en el parabrisas no tenemos este dispositivo. Así que la única solución es secar el aire del interior del coche, introduciendo aire nuevo seco o de la calefacción o del aire acondicionado. Ventaja de la calefacción: que al ser aire caliente podrá disolver mayor vapor de agua, retrasando la condensación. Ventaja del aire acondicionado: al parecer (pues lo desconocía) el sistema del aire acondicionado lleva un dispositivo de secado bastante bueno, por lo que dicho aire saldrá más seco que el de la calefacción. Conclusión, que cada uno elija en función del coche y de cómo le funcione cada sistema, pero sobretodo en función del calor o frío que tenga!!
Para terminar, algunos coches poseen un botón específico para desempañar el cristal. Lo que hace este botón, según tengo entendido (pues el mío no lo tiene) es meter mucho aire nuevo, poniendo la calefacción y aire acondicionado a máxima potencia. A la vez activan una función para renovar (refresh) el aire.
Recordaros que podéis dejar vuestras preguntas o dudas en los comentarios, o enviarme un mail a: los.porques@gmail.com
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