Un motor compuesto es un motor que tiene más de una etapa para recuperar energía del mismo fluido de trabajo , pasando el escape de la primera etapa por la segunda etapa y, en algunos casos, luego a otra etapa o incluso etapas posteriores. Originalmente inventada como un medio para hacer más eficientes las máquinas de vapor , la combinación de motores mediante el uso de varias etapas también se ha utilizado en motores de combustión interna y continúa teniendo nichos de mercado allí.
Las etapas de un motor compuesto pueden ser de tecnologías diferentes o similares, por ejemplo:
En una locomotora de vapor compuesta , el vapor pasa del cilindro o cilindros de alta presión al cilindro o cilindros de baja presión, siendo las dos etapas similares.
En una máquina de vapor de triple expansión , el vapor pasa a través de tres cilindros sucesivos de tamaño creciente y presión decreciente. Estos motores eran los motores marinos más comunes en la época dorada del vapor.
Estos ejemplos y turbinas compuestas son los usos principales, pero no los únicos, de la combinación en motores, ver más abajo.
Terminología
Un motor compuesto utiliza varias etapas para producir su potencia.
No todos los motores que utilizan múltiples etapas se llaman motores compuestos . En particular, si un motor utiliza una etapa posterior únicamente para extraer energía del escape para algún otro propósito, y en particular para la sobrealimentación , no se denomina motor compuesto . De manera similar, los motores propuestos que utilizan un motor de pistón libre para impulsar una turbina no se denominarían motores compuestos , ya que sólo la segunda etapa produce potencia de salida.
Sin embargo, si un motor turbocompuesto también se sobrealimenta devolviendo parte de la potencia del eje al sobrealimentador, como en algunos motores de avión, sigue siendo un motor compuesto. El uso de los términos sobrealimentado y turbosobrealimentado ha variado con el tiempo; por ejemplo, los fabricantes del motor compuesto Wright R-3350 Duplex-Cyclone lo describieron en ese momento como turbosobrealimentado . Sin embargo, es un motor compuesto, y un motor similar producido hoy en día se describiría como sobrealimentado en lugar de turboalimentado .
El término compuesto es un poco menos restrictivo que el de motor compuesto . Las turbinas compuestas de gran tamaño son una aplicación de la combinación, al igual que las múltiples filas de palas utilizadas en muchas turbinas de gas , pero normalmente ninguna de ellas se denomina motor compuesto. Quizás sea mejor considerar los varios juegos de palas en una sola turbina como similares en principio a la máquina de vapor uniflow que a la combinación. A diferencia de la máquina de vapor uniflow, que ha encontrado usos específicos únicamente, las turbinas de múltiples filas han encontrado una enorme aplicación práctica.
Un motor que no utiliza composición se denomina motor simple , particularmente en el caso de una locomotora de vapor , o más precisamente como motor de expansión simple , particularmente en el caso de una máquina de vapor marina .
Sin embargo, tenga en cuenta que, en el caso de cualquier máquina de vapor , también se puede utilizar motor simple para referirse a uno que no utiliza un condensador para generar presión negativa y así mejorar la eficiencia. El uso de condensadores separados para este propósito es una de las características clave que distingue la máquina de vapor Watt de 1765 de la máquina de vapor Newcomen de 1712.
No surge ninguna ambigüedad en el caso de una locomotora de vapor, ya que en una locomotora de vapor de condensación el condensador no está ahí para aumentar la eficiencia, e incluso puede reducir la eficiencia para conservar agua y reducir las emisiones. Así, por ejemplo, la Clase A del Ferrocarril Metropolitano es en todos los sentidos una locomotora simple a pesar de sus condensadores, y el término máquina simple aplicada a las locomotoras de vapor siempre significa en la práctica una que no usa compuestos, nuevamente independientemente del uso de condensadores. Los términos locomotora de expansión simple y motor de expansión simple a veces se aplican a las locomotoras para eliminar cualquier posible confusión.
Historia
Vapor
Motor de haz compuesto Woolf , 1858, con los cilindros de alta y baja presión de color claro claramente visibles
Los ejemplos más antiguos de motores compuestos son las máquinas de vapor compuestas . En 1805, Arthur Woolf patentó el motor compuesto de alta presión Woolf que utilizaba este principio.
Las máquinas de vapor alternativas de tres etapas o triple expansión , con tres cilindros en línea de diámetro creciente, eran muy populares para la propulsión de barcos de vapor . El "Doctor" Alexander Carnegie Kirk , instaló experimentalmente su primer motor de triple expansión en un barco llamado Propontis en 1874. En 1881, Kirk instaló una versión refinada de su motor en el SS Aberdeen en Clydeside , Escocia . [2] Este barco demostró las ventajas de potencia y economía del nuevo motor, en servicio comercial entre el Reino Unido y el Lejano Oriente . [3] El primer buque de guerra equipado con ello fue el buque de guerra español Destructor , que también se construyó en Clydeside, y el primer motor de este tipo utilizado en los buques de la Royal Navy fue diseñado por J. W. Reed, quien también creó el tubo de agua Reed. caldera . [4] [5] Pronto siguieron otras armadas y armadores comerciales. También se utilizaron motores de expansión de cuatro etapas o cuádruples.
Han existido varias clases de locomotoras de vapor tanto en forma simple como compuesta, más comúnmente cuando las locomotoras originalmente construidas como compuestas se convirtieron en simples para ganar potencia a expensas de la eficiencia, por ejemplo, la mayoría de la clase NZR X. Otras conversiones implicaron rediseñar los detalles del compuesto, por ejemplo, muchas locomotoras compuestas diseñadas por Alfred de Glehn y de última generación en su época fueron modificadas por André Chapelon para utilizar su esquema posterior.
Combustión interna
Se han patentado algunos motores compuestos de combustión interna , pero no han tenido mucho éxito comercial. Estos motores utilizan una disposición de tres cilindros con cilindros alternos de alta presión que escapan a un cilindro central de baja presión.
Los ejemplos incluyen: Deutz 1879, Forest-Gallice 1888, Connelly 1888, Diesel 1897, Bales 1897, Babled 1903, Butler 1904, Eisenhuth 1904–7, Abbot 1910. [6] El concepto fue "reinventado" y patentado como los cinco Motor de dos tiempos de Gerhard Schmitz en el año 2000, con el que Ilmor experimentó.
Los motores diésel turbocompuestos siguen utilizándose en camiones y maquinaria agrícola. [9]
Ejemplos
Motor de avión turbocompuesto Napier Nomad , que muestra la turbina a continuación. Los motores compuestos modernos para camiones y maquinaria utilizan una configuración similar.
Compresor de aire de compuesto cruzado impulsado por vapor, por ejemplo, Westinghouse 8 1/2" 150-D, [10] utilizado en muchas locomotoras estadounidenses grandes
Diagrama en corte de una máquina de vapor de cuádruple expansión, que muestra cuatro cilindros de doble efecto de tamaño creciente
Esquema que muestra el funcionamiento de un motor marino de triple expansión.
Diagrama recortado de la instalación de una máquina de vapor marina de triple expansión, alrededor de 1918
Motor de tracción compuesto con un único cilindro de alta presión y un cilindro de baja presión más grande, uno al lado del otro en la parte superior de la caldera. Esta era una configuración común.
^ La evolución de las locomotoras compuestas http://mikes.railhistory.railfan.net/r043.html consultado el 7 de diciembre de 2012
^ Day, Lance y McNeil, Ian (Editores) 2013, Diccionario biográfico de la historia de la tecnología Routledge, ISBN 0-203-02829-5 (P.694)
^ "Los archivos de los amigos de la ciudad de Dundee - Ingeniería marina 1814-1984 por David Middleton". Archivado desde el original el 9 de diciembre de 2017 . Consultado el 8 de agosto de 2013 .
^ Luego. (18 de marzo de 1932). "El difunto Sr. J. W. Reed" (PDF) . The Engineer : 303. OCLC 5743177. Archivado (PDF) desde el original el 15 de febrero de 2017 . Consultado el 15 de febrero de 2017 .
^ "Motores de combustión interna compuestos".
^ ab http://www.enginehistory.org/Wright/Kuhns/CurtissWrightTC18/TurboCompounds.shtml Archivado el 8 de noviembre de 2016 en Wayback Machine , consultado el 9 de diciembre de 2012.
^ ab http://www.superconstellation.org/TechnicalInformation/motor/motor-en.html Archivado el 20 de octubre de 2018 en Wayback Machine , consultado el 9 de diciembre de 2012.
^ http://www.demanddetroit.com/pdf/engines/2007-dd15-brochure.pdf [ enlace muerto permanente ] obtenido el 7 de diciembre de 2012 Folleto para clientes de cincuenta caballos de fuerza gratuitos
^ 1941 Locomotive Cyclopedia of American Practice, undécima edición, Simmons-Boardman Publishing Corporation, 30 Church Street, Nueva York p.813
^ http://www.der-wankelmotor.de/Motoren/Rolls-Royce/rolls-royce.html (en alemán ) consultado el 7 de diciembre de 2012
Esquema que muestra el funcionamiento de un motor marino de triple expansión.
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