George Bailey Brayton (1830–1892) fue un ingeniero mecánico e inventor estadounidense. Se destacó por introducir el motor de presión constante que es la base de la turbina de gas y que ahora se conoce como ciclo Brayton .
En 1872, George Brayton patentó un motor de combustión interna de presión constante , que inicialmente utilizaba gas vaporizado pero que luego utilizaba combustibles líquidos como queroseno y aceite , conocido como Brayton's Ready Motor , [1] [2] El motor utilizaba un cilindro para la compresión, un depósito receptor y un cilindro de potencia/expansión separado en el que los productos de la combustión se expandían para la carrera de potencia. La diferencia significativa con otros motores de combustión interna impulsados por pistón es que los dos cilindros están dispuestos de manera que la mezcla de combustible/aire se quema progresivamente a presión constante a medida que se transfiere desde el cilindro compresor y el depósito al cilindro de trabajo/expansión. En la versión original, se creaba una mezcla de gas/aire mediante un carburador de vapor, [3] luego se comprimía y almacenaba en un depósito donde se encendía y luego se introducía en un cilindro de expansión. Se utilizaba una gasa/malla metálica para evitar que la combustión volviera al depósito. Sin embargo, a veces la malla fallaba, lo que provocaba un retroceso o una explosión. En 1874, Brayton presentó una patente para un sistema de inyección de combustible líquido. En esta versión, el combustible se introducía a medida que el aire pasaba al cilindro de expansión, eliminando así el problema de la explosión. [4] El encendido seguía siendo una llama piloto. El principio se conocía como combustión a presión constante y había sido intentado sin éxito por Sir William Siemens alrededor de 1861 utilizando un motor de 4 cilindros con una cámara de combustión separada. Brayton no solo logró el éxito al hacer que funcionara el ciclo de presión constante, sino que también fabricó y comercializó un producto.
Los motores de ciclo Brayton fueron unos de los primeros motores que se utilizaron como fuerza motriz. En 1881, John Philip Holland utilizó un motor Brayton para impulsar el primer submarino autopropulsado del mundo, el Fenian Ram. [5]
También el automóvil Selden de 1878 utilizó un motor de ciclo Brayton. Este diseño nunca llegó a funcionar. Cuando el motor Brayton se aplicó a un ómnibus en 1878 como parte de un proyecto entre Brayton y los ingenieros George y James Fawcett, este último describió el intento como un "fracaso total". [6]
El ciclo de operaciones del motor incluye dibujos seccionales y diagramas indicadores para las versiones alimentadas con gas y petróleo. Los detalles de la forma en que se introdujo el combustible líquido se describen en más de 11 páginas del libro de Dugald Clerk Gas and Oil Engines . [7] El motor de petróleo en estas pruebas fue fabricado por la "New York and New Jersey Ready Motor Company". A esto le sigue un análisis similar del motor de Simon, que era una adaptación del motor Brayton fabricado por Louis Simon & Sons, en Nottingham, Reino Unido y comercializado como The Eclipse Silent Gas Engine . El motor Simon tenía una complejidad añadida, ya que inyectaba parte del agua/vapor calentado por el motor/escape en el motor. Dugald Clerk también informa sobre los diagramas indicadores de este motor y muestra que la adición de agua tiene poco mérito en términos de producción de energía, el enfriamiento de los gases y la expansión del vapor se compensan entre sí.
Debido a que el motor Brayton tenía una combustión lenta y progresiva de la mezcla de combustible y aire, era posible mantener una llama piloto y, por lo tanto, el motor, una vez encendido, no necesitaba ningún tipo de sistema de encendido. [8] La eficiencia medida del motor de gas era intermedia entre la de los motores Lenoir /Hugon y el motor atmosférico Otto & Langen , pero el motor Brayton alimentado con líquido tenía la ventaja de no requerir un suministro de gas.
El motor de gas Brayton primitivo tenía la velocidad del motor regulada variando el punto de corte para la admisión de los gases quemados en el cilindro de potencia, y las admisiones de gas y aire a la bomba se regulaban de manera similar para mantener la presión del depósito. El motor de combustible líquido del que informa Clerk solo regulaba el corte al cilindro de potencia y utilizaba una válvula de alivio de presión para limitar la presión de aire del depósito. El depósito del motor Brayton permitía que se pusiera en marcha fácilmente si permanecía presurizado, aunque Clerk afirma que "las fugas y pérdidas eran tan frecuentes que el aparato era de poca utilidad". [7]
El motor de Brayton se exhibió en la Exposición del Centenario en Filadelfia en 1876, y la variante Simon se exhibió en la Exposición de París de 1878 , y durante unos años fue bien considerado, pero en poco tiempo el motor Otto se hizo más popular. Sin embargo, se consideró el primer motor de aceite seguro y práctico y también sirvió de inspiración a George B. Selden . Como motor de producción, el diseño evolucionó con el tiempo y, según Henry de Graffigny en Gas and Petroleum Engines , estaba disponible tanto en forma vertical como horizontal. [9]
Un motor Brayton se conserva en el Instituto Smithsoniano en el Museo de Historia Estadounidense, y un motor Brayton posterior que impulsó uno de los primeros submarinos de John Philip Holland se conserva en el Museo Paterson en el Distrito Histórico Old Great Falls de Paterson, Nueva Jersey . [10]
En 1887, Brayton construyó un motor de 4 tiempos que utilizaba un encendedor de platino incandescente como fuente de ignición y un sistema de inyección presurizada dosificada con un inyector directo de combustible atomizador de aceite (patente estadounidense n.º 432.114). Brayton afirma: “He descubierto que los aceites pesados se pueden convertir mecánicamente en un estado finamente dividido dentro de una porción de encendido del cilindro o en una cámara de encendido comunicante”. Otra parte dice: “Por primera vez, hasta donde alcanza mi conocimiento, he regulado la velocidad controlando de forma variable la descarga directa de combustible líquido en la cámara de combustión o cilindro en un estado finamente dividido altamente favorable para la combustión inmediata”. Este fue probablemente el primer motor en utilizar un sistema de combustión pobre para regular la velocidad y la potencia del motor. De esta manera, el motor se encendía en cada carrera de potencia y la velocidad y la potencia se controlaban únicamente por la cantidad de combustible inyectado. Posteriormente, Bosch desarrolló aún más este tipo de sistema de inyección dosificada. En 1890, Brayton presentó una patente (concedida en 1892) para otro motor de 4 tiempos con un sistema de inyección de combustible por chorro de aire (patente estadounidense n.° 432 260). Los primeros motores de Rudolf Diesel utilizaban un sistema de atomización por chorro de aire que era muy similar al de Brayton. A diferencia del motor de Diesel, el motor de Brayton tenía una compresión bastante baja. La fuente de ignición era una malla de platino que brillaba constantemente. [11] [12]