¿Qué es un motor de combustión externa?
El término «motor» se define generalmente como cualquier dispositivo que transforma la energía química del interior de un combustible en energía mecánica que puede utilizarse para realizar un trabajo. Los dos tipos de motores más comunes son el motor de combustión externa y el más famoso motor de combustión interna. Los primeros en desarrollarse fueron los motores de combustión externa. La máquina de vapor moderna fue creada por los inventores Thomas Savery, Thomas Newcomen y James Watt.
Un motor de combustión externa funciona utilizando una fuente de calor externa (como carbón encendido) para calentar un fluido de trabajo (como agua). A medida que aumenta la temperatura del fluido, este se expande y esta expansión se aprovecha y se utiliza para realizar un trabajo (como mover un vehículo).
La máquina de vapor es el ejemplo más famoso de un motor de combustión externa. En las locomotoras clásicas, una cámara de combustión se llenaba con carbón encendido y se colocaba al lado de una segunda cámara llena de agua fría. El agua absorbía el calor del carbón encendido y se transformaba en vapor. La presión del vapor se utilizaba entonces para empujar un pistón, hacer girar un cigüeñal y una rueda que hacía avanzar el tren. Este tipo de motor se clasifica como un motor de combustión externa porque la combustión del combustible se producía en una cámara fuera del cilindro.
Motores de combustión externa y de combustión interna
Los motores de combustión externa y los de combustión interna tienen el mismo propósito: convertir la energía contenida en el combustible en energía mecánica utilizable. Pero los diseños de los motores son muy diferentes. La principal diferencia está en la ubicación de la combustión. En los motores de combustión externa, la combustión del combustible se produce en una cámara de combustión situada fuera del resto del motor. En los motores de combustión interna, la combustión tiene lugar dentro del motor. En los vehículos de motor modernos, el combustible y el aire se introducen en cada uno de los cilindros del motor y se queman. La expansión del gas quemado impulsa los pistones, hace girar el cigüeñal y produce movimiento en las ruedas del vehículo.
Piezas del motor de combustión externa
La mayoría de los motores de combustión externa tienen las mismas piezas básicas. A continuación, se incluye una breve lista de las piezas y una breve descripción de su función.
Interrelaciones entre los subsistemas de la Tierra
- Cámara de combustión: el área donde se quema el combustible.
- Válvula de escape: la válvula que permite que el vapor frío salga del cilindro (no se encuentra en el motor Stirling)
- Pistón: componente que es empujado por los gases en expansión y conectado al cigüeñal.
- Cilindro: el dispositivo que alberga el pistón.
- Biela: la varilla que conecta el pistón y el cigüeñal.
- Cigüeñal: dispositivo que transforma el movimiento lineal del pistón en el movimiento circular del eje.
- Rueda: el dispositivo que hace girar el cigüeñal.
Usos del motor de combustión externa
Durante los últimos siglos, los motores de combustión externa se han utilizado de muchas maneras. A continuación, se incluye una lista de sus usos más famosos, pasados y presentes:
- Locomotoras de vapor: Las locomotoras a vapor utilizaban motores de combustión externa, alimentados por madera o carbón, para permitir el transporte intercontinental a través de América del Norte y el mundo.
- Barcos a vapor: los barcos, desde los barcos a vapor hasta los cruceros transatlánticos, aprovecharon las grandes máquinas de vapor hasta bien entrado el siglo XX.
- Máquinas de vapor estacionarias: a menudo utilizadas para bombear en molinos y fábricas o para generar energía, las máquinas de vapor estacionarias se utilizaban para convertir grandes cantidades de combustible en formas útiles de energía mecánica.
- Energía solar concentrada: el interés del siglo XXI por las energías renovables ha hecho resurgir el motor Stirling. Los sistemas de energía solar concentrada utilizan la luz solar para calentar el fluido que hay dentro del motor Stirling, que luego acciona un alternador y crea electricidad.
Resumen de la lección
Un motor de combustión externa funciona utilizando una fuente de calor externa (como el carbón en llamas) para calentar un fluido de trabajo (como el agua). A medida que aumenta la temperatura del fluido, este se expande y esta expansión se aprovecha y se utiliza para realizar un trabajo (como mover un vehículo). La máquina de vapor es el ejemplo más famoso de un motor de combustión externa. Las máquinas de vapor funcionan calentando el combustible en una cámara de combustión y transfiriendo ese calor al agua en una cámara separada. Parte del agua se convierte inevitablemente en vapor, donde sube y se presiona contra un pistón. Este pistón está conectado a un cigüeñal que normalmente impulsa una rueda grande. A medida que el vapor en el pistón se expande, se enfría. Luego, el fluido frío se retira del sistema o se deja que se caliente nuevamente, y el ciclo se repite.
El segundo tipo de motor de combustión externa se llama motor Stirling, que generalmente solo se utiliza para unas pocas aplicaciones, como calentar hogares, generar electricidad en algunas partes del mundo y hacer funcionar submarinos. Los motores Stirling son similares a los motores de vapor, excepto que utilizan un fluido de trabajo (como el aire, por ejemplo) que no cambia de fase de líquido a gas. Una cámara de combustión externa calienta el fluido de trabajo. Luego, la expansión del fluido de trabajo impulsa un pistón, que crea energía mecánica utilizable. A diferencia de los motores de vapor, el fluido de trabajo no cambia de fase. Simplemente se enfría a medida que se extrae energía y luego se recalienta para continuar el ciclo del motor. La mayoría de los motores de combustión externa contienen las mismas partes básicas, incluida una cámara de combustión, un pistón, un cilindro, una biela, un cigüeñal y algún tipo de rueda.
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