Un motor compuesto es un motor que tiene más de una etapa para recuperar energía del mismo fluido de trabajo , y el escape de la primera etapa pasa a la segunda etapa y, en algunos casos, a otra etapa o etapas posteriores. Originalmente inventado como un medio para hacer más eficientes los motores 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:
Estos ejemplos y las turbinas compuestas son los principales, pero no los únicos, usos de la composición en motores, véase a continuación.
Un motor compuesto utiliza varias etapas para producir su resultado.
No todos los motores que utilizan varias etapas se denominan motores compuestos . En particular, si un motor utiliza una etapa posterior únicamente para extraer energía del escape con algún otro fin, y en particular para la turboalimentación , 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 solo la segunda etapa produce potencia de salida.
Sin embargo, si un motor compuesto turbo también está sobrealimentado al devolver parte de la potencia del eje al sobrealimentador, como en algunos motores de aeronaves, 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 su 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 grandes turbinas compuestas son una aplicación del "compuesto", al igual que las múltiples filas de álabes que se utilizan en muchas turbinas de gas , pero a ninguna de ellas se la suele denominar "motor compuesto". Tal vez sea mejor pensar que los diversos conjuntos de álabes de una sola turbina son similares en principio a la máquina de vapor de flujo único que al "compuesto". A diferencia de la máquina de vapor de flujo único, que solo ha encontrado usos de nicho, las turbinas de múltiples filas han encontrado una enorme aplicación práctica.
Un motor que no utiliza combustible compuesto se denomina motor simple , particularmente en el caso de una locomotora de vapor , o más precisamente, como un motor de expansión simple , particularmente en el caso de un motor de vapor marino .
Sin embargo, cabe señalar que, en el caso de cualquier máquina de vapor , el término "máquina simple" también puede utilizarse para referirse a una máquina que no utiliza un condensador para generar presión negativa y, por lo tanto, mejorar la eficiencia. El uso de condensadores separados para este propósito es una de las características clave que distingue a la máquina de vapor Watt de 1765 de la máquina de vapor Newcomen de 1712.
En el caso de una locomotora de vapor no surge ninguna ambigüedad, 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 motor simple aplicado a las locomotoras de vapor siempre significa en la práctica una que no utiliza mezcla, independientemente de su uso de condensadores. Los términos locomotora de expansión simple y motor de expansión simple se aplican a veces a las locomotoras para eliminar cualquier posible confusión.
Los ejemplos más antiguos de motores compuestos son los motores de vapor compuestos . En 1805, Arthur Woolf patentó el motor compuesto de alta presión Woolf , que utilizaba este principio.
El uso de compuestos se ha extendido sobre todo en máquinas de vapor estacionarias , máquinas de vapor marinas y algunas locomotoras de vapor a partir de la década de 1850, principalmente en Europa continental. [1]
Los motores de vapor alternativos de tres etapas o triple expansión , con tres cilindros en línea de diámetro creciente, fueron bastante populares para la propulsión de los 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 en estar equipado de este modo fue el buque de guerra español Destructor , que también se construyó en Clydeside, y el primer motor de este tipo utilizado en barcos de la Marina Real fue diseñado por J. W. Reed, quien también creó la caldera acuotubular Reed . [4] [5] Pronto le siguieron otras armadas y armadores comerciales. También se utilizaron motores de cuatro etapas o cuádruples.
Han existido varias clases de locomotoras de vapor, tanto en forma simple como compuesta, siendo más común cuando las locomotoras construidas originalmente como compuestas se convirtieron en simples para ganar potencia a expensas de la eficiencia, por ejemplo, la mayoría de las NZR clase X. Otras conversiones implicaron rediseñar los detalles de la composición, 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.
Se han patentado algunos motores de combustión interna compuestos , pero no han tenido mucho éxito comercial. Estos motores utilizan una disposición de tres cilindros con cilindros de alta presión alternados que expulsan el escape hacia un cilindro central de baja presión.
Algunos 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 motor de cinco tiempos en 2000 por Gerhard Schmitz, con el que Ilmor experimentó.
El turbocompuesto se ha aplicado a los motores de combustión interna . Los motores turbocompuestos se utilizaron ampliamente como motores de aviación inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial . [7] [8]
Los motores diésel turbocompuestos siguen utilizándose en camiones y maquinaria agrícola. [9]
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