Esta clase de máquina no se encuentra solo en los automóviles, también está presente en la aviación. Esta semana, Tomás Unger analiza este amplio e interesante tema.
Hace un tiempo describimos el funcionamiento del motor de combustión interna y las ventajas del motor eléctrico. En aquella ocasión varios lectores preguntaron qué otro tipo de motores de combustión había y cuáles eran los de combustión externa. El tema es interesante y siempre de actualidad, pero más largo y complejo de lo que podría parecer.
—El motor—
Hay que comenzar por aclarar que el motor del automóvil que describimos en otra ocasión no es el único motor de combustión interna. Sin embargo, es conveniente definir antes qué es un motor, nombre que viene del latín ‘movere’ y define una gran variedad de mecanismos que convierten diversas formas de energía en movimiento.
Desde la tetera, que convierte energía térmica a mecánica (el calor de la llama que hace volar la tapa cuando hierve el agua), hasta la dinamita, que transforma la energía química del trinitrotolueno en energía mecánica de la explosión. Todos son motores. Nuestro metabolismo también lo es, pues convierte la energía química contenida en nuestra comida en trifosfato de adenosina, que activa las neuronas y los músculos para caminar.
—Combustión interna—
El motor del automóvil no es el único motor de combustión interna. Hay diferentes tipos, pero el principio es similar: la combustión genera calor oxidando el combustible; es decir, combinándolo con oxígeno. Si vamos a la definición física estricta, la bala de cualquier arma de fuego también es un motor de combustión interna, de combustión instantánea (explosión) que mueve un proyectil.
Otro ejemplo de combustión interna es el motor de aviación. La turbina de un avión es mucho más eficiente que el pistón del automóvil: el combustible se enciende dentro de la turbina que gira en un solo sentido, y tiene un solo eje, sobre el cual hay compresor. La cámara de combustión y una turbina convierten la energía térmica liberada por la combustión en rotación.
En otra ocasión trataremos los diversos tipos de turbinas de combustión interna que se usan, principalmente, en la aviación y en la generación de energía eléctrica, pero también para los fines más variados.
“La combustión es una forma de energía térmica. Toda energía producida por calor es energía térmica”.
—Combustión externa —
A diferencia del motor Otto (el más común en los carros gasolineros), del motor de dos tiempos y de la turbina de gas que hemos descrito, en el de combustión externa la combustión se produce fuera del motor. Tal vez el ejemplo más conocido que muchos han visto, aunque sea en películas, es el de la locomotora de vapor.
La fuente de energía térmica es un caldero en el cual se quema petróleo o carbón para levantar la temperatura del agua, que al convertirse en vapor, corre por los tubos. El vapor a alta presión va a dar a un motor con válvulas y pistones, parecido al del automóvil. El pistón baja y mueve una biela.
En el caso de la locomotora, la biela está conectada a la rueda, a la que hace andar. El motor a vapor puede tener un cigüeñal y funcionar de manera similar al motor del automóvil.
La máquina de vapor o las turbinas de combustión externa también pueden funcionar con vapor sin requerir combustible. Hay centrales generadoras de energía con turbinas de vapor externas que funcionan con energía nuclear, donde el calor es la energía térmica liberada al romper (fisionar) átomos de uranio. También hay centrales que utilizan la energía térmica del subsuelo (geotérmica), o la energía térmica de la luz solar concentrada por espejos que calientan tanques de agua a muy altas temperaturas.
Otro ejemplo de motor de combustión externa es el Stirling, un motor de dos pistones separados, con un recipiente externo donde ocurre la combustión. Esta levanta la temperatura del aire contenido en una cámara, que a presión entra al motor y mueve un pistón; este empuja el aire de vuelta a la cámara de combustión donde se calienta y mueve otro pistón, conectado a la misma rueda.
Los dos pistones suben y bajan en cada vuelta de una volante o eje común, circulando el aire a presión y moviendo la máquina respectivamente.
—Energía externa—
Vale la pena mencionar que la combustión (energía térmica) no es la única posible fuente de energía de motores de energía externa. Otra fuente es la energía hidráulica: una caída de agua se usa para mover una hélice, que hace girar un generador. Esto se puede hacer en gran escala y de diversas formas. Hay varios tipos de hélices y, dependiendo del tamaño de la caída de agua, se pueden instalar diversas turbinas hidráulicas para aprovechar toda la energía disponible.
Las centrales del Niágara, Iguazú y del Mantaro son algunos ejemplos. Pero hay desde muy pequeñas turbinas de paletas en un río para mover un molino, hasta enormes hélices que aprovechan el viento (energía eólica). Estas convierten el movimiento lineal en giratorio, igual que las caídas de agua.
“Si vamos a la definición física estricta, la bala de cualquier arma de fuego también es un motor de combustión interna”.
Todo lo que se mueve en la naturaleza y tiene suficiente fuerza se puede aprovechar. Otro ejemplo de un movimiento de gran fuerza y continuo de presencia universal es el mar. Las olas pueden levantar grandes pesos si estos están diseñados para flotar. El movimiento continuo de las olas es capaz de impulsar ruedas de gran inercia. Estas a su vez pueden mover generadores de energía eléctrica, fácil de transmitir y de uso universal.
Por último, es conveniente aclarar el frecuente mal uso de la palabra combustión. La combustión es una forma de energía térmica. Toda energía producida por calor es energía térmica, pero se trata de combustión solo cuando se trata de liberación de energía química por oxidación, gemelamente de alguna forma de carbono. Los compuestos de carbono al quemarse (oxidarse) liberan energía y forman CO2 (anhídrido carbónico), el tan lamentado gas de efecto invernadero.
A medida que vamos agotando los combustibles fósiles, y arruinando nuestra atmósfera, van a surgir cada vez más ideas originales de cómo producir energía.
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