Como funciona un motor de combustión externa

Se conoce como motor de combustión externa cuando en una máquina térmica la combustión ocurre en el exterior. Para que la máquina funcione se requiere de calor, regularmente de la combustión de un carburante. Este calor debe ser absorbido por un fluido para luego expandirse y accionar el movimiento de diferentes piezas.

Qué es un motor de combustión externa?

Son aquellos motores que transforman la energía calórica a energía mecánica, a través del proceso de combustión. La diferencia es que este proceso se lleva a cabo en la parte externa de la máquina, no en el cilindro o la turbina.

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Generalmente, este proceso se realiza en una caldera, donde se calienta el agua y estando en forma de vapor ejerce la función de fluido activo.
Esta sustancia acciona los pistones, en el caso de un motor alternativo, o los alabes de la turbina, cuando es un motor rotativo. En los motores de combustión externa se puede utilizar el gas para que actúe como fluido de trabajo.

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Partes de un motor de combustión externa

  • Cilindro: Su función consta en proporcionar alojamiento al pistón para que pueda actuar dentro de él. Se divide en cabeza, cuerpo, aletas de refrigeración, lumbreras, válvulas y bujías.
  • Pistón: Esta pieza es un cilindro que tiene forma de buzo con ranuras para anillos y un orificio con un pasador que lo sujeta a la biela. Sus partes son: Cabeza, falda, anillos, ranura para anillos, orificios para el pasador, refuerzo del orificio, bulón y aletas de refrigeración.
  • Válvula: Cuenta con varios tipos de válvula: La Tulipán plana, válvula de admisión, tulipán cóncava, válvula de escape y válvula de admisión hongo.
  • Biela: Esta pieza es fabricada en acero por las dos funciones que ejerce que son: La unión del cigüeñal y el pistón y trasferir el movimiento del pistón al cigüeñal, convirtiéndolo en rotativo.
  • Cigüeñal: Recibe el movimiento rotativo de la biela. Sus partes son: Muñón, eje, flanco, contrapeso, prolongación y amortiguadores dinámicos
  • Cojinetes: Se le llama así a la superficie que soporta a otra y puede generar fricción. Existen tres tipos: Los sencillos, los de rodillos y los de esferas.

Como funciona un motor de combustión externa?

Estos motores regularmente operan en 4 pasos:

1. Combustión: Es el proceso donde el aire se expande ante el aumento de la temperatura y procede elevar la presión.
2. Expansión: Una vez que sube la presión, se activa el pistón hacia arriba y este movimiento del pistón arrastra la manivela. La energía depositada en la rueda hace que la manivela gire.
3. Refrigeración: Es cuando el aire se traslada al espacio frío de la máquina, disminuyendo la presión.
4. Contracción: En este último paso el aire se contrae, lo que hace que el pistón se eleve.

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Características de un motor de combustión externa

  • Su fuente de alimentación es una fuente externa.
  • Se puede utilizar en un proceso de combustión convencional, como combustibles fósiles, o en el proceso industrial, de pérdidas de calor o por la energía solar.
  • El proceso se ejecuta de forma silenciosa.
  • No produce sustancias contaminantes.

Qué tipos de máquinas tienen combustión externa?

Cabe destacar que en las máquinas que tienen este tipo de combustión es más complejo el proceso de quemado debido a que el comburente y el combustible se unen en una zona específica del motor, que contiene la fuente de ignición.

Estas máquinas presentan un inconveniente: Requieren de una superficie de intercambio, ya que el fluido de calor y el de potencia no son el mismo.
Las máquinas que emplean este sistema son:

  • Motores de vapor: Se caracterizan porque utilizan agua como fluido, tanto en estado líquido como gaseoso. De la bomba proviene el agua que entra a la caldera en forma líquida, pero en alta presión, para luego en la caldera absorber el calor y hervir. No se detiene allí: el vapor saturado sigue calentándose. Puede llegar fácilmente hasta los 600 °C al pasar los cilindros que convierten la energía térmica en mecánica.
  • Motores de turbina de vapor: En estas máquinas el vapor pasa por una tobera, donde pierde o disminuye la presión, pero al mismo tiempo gana velocidad, ya que el flujo se direcciona tangencialmente sobre la turbina. Esta turbina gira por el conjunto de alabes que son los que absorben la energía de la corriente de vapor.

Como son máquinas que no contienen cilindros o piezas que transformen el movimiento, son mucho más eficientes en rendimiento. Los buques propulsados y centrales eléctricos cuentan con este sistema de combustión externa. En la actualidad existen vehículos a los que se les está incorporando este tipo de motores, aunque su costo es muy elevado.