Un motor de vacío es cualquier tipo de motor que obtiene su fuerza de la presión del aire contra un lado del pistón, mientras que también tiene un vacío parcial en el otro lado. Esta diferencia de presión puede ser el resultado de la transferencia de calor o puede producirse mecánicamente por una fuente externa.
Algunos de los primeros motores de gas funcionaban según el principio de "vacío" o "atmosférico" de forma similar a la máquina de vapor de Newcomen . El cilindro comía una mezcla de gas y aire y se encendía; la mezcla se expandía y parte de ella escapaba por la válvula de escape; luego, la válvula se cerraba, la mezcla se enfriaba y se contraía, y la presión atmosférica empujaba el pistón hacia dentro. Estos motores eran muy ineficientes y fueron reemplazados por motores que funcionaban según el ciclo Otto .
(también llamada máquina lamellamas , máquina de llamas o bailarina de llamas )
Al comienzo de la carrera de admisión, una válvula en la cabeza del cilindro se abre y admite una carga de gas y aire en combustión, que queda atrapada al cerrarse la válvula y se expande. Hacia el final de la carrera, la carga entra en contacto con una parte del cilindro refrigerada por agua o aire y se enfría, lo que provoca una caída repentina de la presión suficiente para succionar el pistón, que está abierto hacia el cigüeñal, hacia atrás en la carrera de retorno. La válvula se abre de nuevo a tiempo para que el pistón expulse los gases quemados antes de que comience la siguiente carrera.
En un motor de vacío, el vacío parcial se crea mediante una bomba externa. Estos motores se usaban comúnmente para impulsar plataformas giratorias de trenes en el Reino Unido , utilizando el vacío creado por el eyector de freno de vacío de una locomotora de vapor . El principio de funcionamiento es similar al de una máquina de vapor: en ambos casos, la energía se extrae de una diferencia de presión. [i]
Los motores de vacío pequeños también se utilizaron para operar los limpiaparabrisas de los automóviles . En este caso, los motores eran accionados por el vacío del colector . Esta disposición no era muy satisfactoria porque, si el acelerador estaba completamente abierto, los limpiaparabrisas se ralentizaban o incluso se detenían. Los automóviles modernos utilizan limpiaparabrisas accionados eléctricamente. Sin embargo, los automóviles modernos todavía utilizan un tipo de motor de vacío, el servo de vacío . Los frenos son operados por un sistema hidráulico, pero utilizan un "motor de vacío" para amplificar la fuerza proporcionada por el conductor. Los motores de vacío pequeños también se utilizaron desde finales de la década de 1960 para controlar servomecanismos como cerraduras de puertas, [ii] controles de calefacción [iii] o aletas de ventilación del capó móviles. [iv]
Algunos pianos utilizan motores de vacío.
Se podría decir que la Revolución Industrial global surgió gracias a un "motor de vacío", ya que todas las primeras máquinas de vapor, especialmente las pioneras Boulton y Watt, funcionaban con vapor a presión casi atmosférica. Se puede hacer fácilmente una demostración de un motor de vacío utilizando un volante, piezas de plomería sencillas y algunos otros componentes simples, como muestra Neil A Downie en la referencia.
Se puede utilizar un sistema de vacío para la transmisión de potencia, aunque la potencia máxima que se puede transmitir a un motor de vacío es menor que la neumática convencional. Existe una presión óptima para el funcionamiento de un sistema de transmisión de potencia por vacío, de alrededor de 0,4 bar (8 psig), como también demuestra Downie. Aunque es menos eficiente que la neumática, puede funcionar perfectamente. Por ejemplo, una tubería de 22 mm (7/8") en vacío puede transmitir tanta potencia a 0,4 bar (8 psig) como una tubería de 6 mm (1/4") a 8 bar (100 psig). El sistema es lo suficientemente eficiente como para que Boulton y Watt utilizaran transmisión de potencia por vacío en su fábrica. Llamaron a la tubería principal de vacío de la fábrica "tubería espiritual". [1] [2]
A diferencia del motor de ciclo Otto ideal , el motor de vacío depende de una fuente de calor constante proporcionada por la quema de combustible. Como se mencionó anteriormente, una válvula permite la entrada de calor a la cámara del pistón. Si se estima que el calor en o Qin es constante en el espacio de volumen controlado, la ecuación de gas ideal PV = nRT implica un aumento en la presión de la cámara del pistón. Después de que la válvula se cierra, el pistón experimenta un proceso adiabático durante la carrera descendente. Una vez que el pistón llega al final de su carrera, la cámara se enfría ya sea por el aire circundante o por el agua, y la Qout resultante obliga a que la presión en el pistón disminuya. Luego, el sistema experimenta otra compresión adiabática del gas en la cámara, que posteriormente es liberado por la válvula en la parte superior de la carrera del cilindro, al mismo tiempo que permite que ingrese nuevo gas calentado a la cámara.
Uno de los principales problemas que encontró este motor durante su desarrollo fue que la eficiencia de este modelo era extremadamente pobre en aplicaciones reales. Debido a que la fuente de calor no está contenida en un área específica, solo se consume una pequeña parte del combustible potencial para impulsar el motor. Debido a que la eficiencia del motor se define por la relación entre la cantidad de trabajo realizado y la energía potencial en el combustible consumido, se puede ver que en el motor de vacío solo se utiliza una pequeña cantidad del combustible quemado para impulsar el motor. El resto de la energía del combustible se pierde en la atmósfera circundante.
