Ciclo del nitrógeno

La reserva principal de nitrógeno es la atmósfera ( el nitrógeno representa el 78 % de los gases atmosféricos). La mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno elemental de la atmósfera para elaborar aminoacidos ni otros compuestos nitrogenados, de modo que dependen del nitrógeno que existe en las sales minerales del suelo. Por lo tanto, a pesar de la abundancia de nitrógeno en la biosfera, muchas veces el factor principal que limita el crecimiento vegetal es la escasez de nitrógeno en el suelo. El proceso por el cual esta cantidad limitada de nitrógeno circula sin cesar por el mundo de los organismos vivos se conoce como ciclo del nitrógeno.

Las tres principales etapas del ciclo son:

Amonificación Nitrificación Asimilación
Gran parte del nitrógeno del suelo proviene de la descomposición de la materia organica y, por lo tanto, consiste en compuestos organicos complejos (proteínas, aminoacidos, etc.).
Estos compuestos suelen ser degradados a compuestos simples por los organismos que viven en el suelo (bacterias y hongos). Estos microorganismos utilizan las proteínas y aminoacidos para formar las proteínas que necesitan y liberar el exceso de nitrógeno como amoníaco (NH3) oamonio (NH+4). Este proceso se denomina amonificación. Algunas bacterias comunes en los suelos oxidan el amoníaco o el amonio. Esta oxidación se denomina nitrificación. En ella se libera energía , que es utiliza por los bacterias como fuente energética primaria.
Un grupo de bacterias oxida el amoníaco (o amonio) a nitrito (NO-2).
El nitrito es tóxico para las plantas, pero es raro que se acumule (la presencia de nitritos en el agua es un indicador muy claro de contaminación).
Otras bacterias oxidan el nitrito a nitrato, que es la forma en que la mayor parte del nitrógeno pasa del suelo a las raíces. Una vez que el nitrato esta dentro de la célula de la planta, se reduce de nuevo a amonio. Este proceso se denomina asimilación y requiere energía.
El ciclo ideal representa, por tanto, el límite maximo que teóricamente puede alcanzar el motor y permite un facil estudio matematico basado en las leyes de los gases perfectos.
Ciclo de aire
En el ciclo de aire, el fluido operante es también aire, pero se supone que los calores específicos son variables a lo largo de la gama de temperaturas en que se opera.
Las condiciones de introducción y sustracción del calor son iguales a las del ciclo ideal y tampoco hay pérdidas de calor. Como el calculo de los calores específicos medios es complicado, se usan tablas que dan directamente los valores del calor y el trabajo, en términos de energía interna y entalpía para los diversos puntos de las transformaciones isentrópicasdel aire. Teniendo en cuenta la variaciones de los calores específicos, se obtienen, para la temperaturas y presiones maximas, valores inferiores a los calculados para el ciclo ideal; por consiguiente, el trabajo y el rendimiento térmico asimismo mas bajos, pero, así y todo, son aún mayores que los correspondientes a un ciclo real.
El ciclo aire-combustible es, entre todos los que por lo general se calculan, el mas próximo al ciclo real. En el motor de encendido por chispa, el fluido esta compuesto, durante la fase de aspiración, por la mezcla y los gases residuales de la combustión anterior; en el motor de encendido por compresión esta formado por aire y los gases residuales. Después de la combustión, el fluido esta constituido por productos de la misma, esto es, una mezcla de CO2, CO, H2O, N2. Estos gases tienen un calor específico medio todavía mas alto que el del aire; pero ademas, se cuenta con un incremento posterior de los calores específicos, a causa de la disociación o descomposición química de las moléculas mas ligeras sometidas a la acción de altas temperaturas. El aumento de los calores específicos, así como la disociación que, por ser reacción endotérmica, absorbe una parte del calor de la combustión, producen un posterior descenso de la temperatura y la presión maxima en comparación con las calculadas para el ciclo de aire.
Para el calculo del ciclo aire-combustible se recurre a tablas que contienen datos obtenidos experimentalmente. Incluso para este ciclose admite no sólo que el calor es introducido y sustraído de manera instantanea, como en el ciclo ideal, sino que no se producen pérdidas de calor.

Ciclo real
El ciclo real se obtiene experimentalmente, como ya hemos indicado, por medio de diversos aparatos indicadores, capaces de registrar el diagrama de presiones en función de los volúmenes, en un cilindro motor en funcionamiento. El diagrama indicada refleja las condiciones reales del ciclo y, por tanto, tiene en cuenta también –ademas de las variaciones ya enunciadas para el ciclo aire y para el de aire-combustible en la comparación de ciclos ideales- las pérdidas de calor, la duración de combustión, las pérdidas causadas por el rozamiento del fluido, la duración del tiempo de abertura de las valvulas, el tiempo de encendido, así como de inyección y las pérdidas del escape.
Diferencia entre los ciclos Otto real y teórico
Entre el ciclo indicado y el ciclo teórico correspondiente existen diferencias sustanciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de temperaturas y presiones.
La diferencia de forma consiste en un perfil distinto en las curvas de expansión y compresión, en la sustitución de los trazos rectilíneos de introducción y sustracción del calor por trazos curvos y el redondeamiento de lo Los iones de amonio así formados se transfieren a compuestos que contienen carbono ara producir aminoacidos y otras moléculas organicas nitrogenadas que la planta necesita.
Los compuestos nitrogenados de las plantas terrestres vuelven al suelo cuando mueren las plantas o los animales que las han consumido; así, de nuevo, vuelven a ser captados por las raíces como nitrato disuelto en el agua del suelo y se vuelven a convertir en compuestos organicos.

Losnitratos pueden almacenarse en el humus en descomposición o desaparecer del suelo por lixiviación, siendo arrastrado a los arroyos y los lagos. Otra posibilidad es convertirse en nitrógeno mediante la desnitrificación y volver a la atmósfera.
En los sistemas naturales, el nitrógeno que se pierde por desnitrificación, lixiviación, erosión y procesos similares es reemplazado por el proceso de fijación y otras fuentes de nitrógeno. La interferencia antrópica (humana) en el ciclo del nitrógeno puede, no obstante, hacer que haya menos nitrógeno en el ciclo, o que se produzca una sobrecarga en el sistema. Por ejemplo, los cultivos intensivos, su recogida y la tala de bosques han causado un descenso del contenido de nitrógeno en el suelo (algunas de las pérdidas en los territorios agrícolas sólo pueden restituirse por medio de fertilizantes nitrogenados artificiales, que suponen un gran gasto energético). Por otra parte, la lixiviación del nitrógeno de las tierras de cultivo demasiado fertilizadas, la tala indiscriminada de bosques, los residuos animales y las aguas residuales han añadido demasiado nitrógeno a los ecosistemas acuaticos, produciendo un descenso en la calidad del agua y estimulando un crecimiento excesivo de las algas.