Un motor de pólvora , también conocido como motor de explosión o motor de Huygens , es un tipo de motor de combustión interna que utiliza pólvora como combustible . El concepto fue explorado por primera vez durante el siglo XVII, sobre todo por el famoso erudito holandés Christiaan Huygens . George Cayley también experimentó con el diseño a principios del siglo XIX como motor de avión y afirma haber fabricado modelos que funcionaron durante un corto tiempo. También existe la afirmación persistente de que el motor de gasolina convencional con carburador puede funcionar con pólvora, pero no se pueden documentar ejemplos de una conversión exitosa.
El motor de pólvora se basa en muchas ideas y descubrimientos científicos previos, desarrollados por varias personas de forma independiente.
Los primeros dispositivos solo tenían como objetivo levantar y/o sostener peso (generalmente para estudiar y demostrar la física), mientras que los motores apuntaban a realizar trabajo de forma continua (generalmente con la intención de hacer algo útil).
Leonardo da Vinci describió en 1508 un dispositivo para "levantar pesos pesados con fuego" utilizando un cañón y pólvora. [1] [2] [3]
Galileo Galilei realizó experimentos exhaustivos sobre el levantamiento de pesas utilizando el vacío. [1] Otto von Guericke investigó el vacío de manera práctica, pero utilizó bombas para crearlo. [4]
Robert Hooke ocultó una frase que se traduce como El 'vacío' dejado por el fuego levanta un peso en su libro de 1676 Descripción de helioscopios y otros instrumentos . [5] [6] [7] [8]
Las primeras referencias a un motor de pólvora parecen ser las de Samuel Morland en 1661. Se trata únicamente de una carta de patente escrita por el rey Carlos II que se recibió en Whitehall el 11 de diciembre de 1661. No queda ninguna otra información sobre este "motor", pero la descripción implica el uso de vacío y pólvora para extraer agua. [9] [10]
La siguiente referencia conocida es de Jean de Hautefeuille en 1678, sugerida como solución al problema de elevar el agua del Sena para abastecer a Versalles . Presentó dos ideas, una que utilizaba el vacío como la idea de Morland, y una segunda que utilizaba un tubo en forma de U con agua en un lado y aire en el otro. Cuando se encendía la pólvora en el lado lleno de aire, el aumento de la presión impulsaría el agua hacia el otro lado. [11]
Al igual que los primeros diseños de motores de vapor , estos motores utilizaban el aire o el vacío creado por la pólvora para elevar directamente el agua. No tenían piezas mecánicas como las de los motores modernos, que traducen la potencia de la presión del gas a cualquier forma mecánica necesaria. [12]
En 1671, Denis Papin fue contratado por la Academia de la Biblioteca Real de París , donde trabajó bajo la dirección del curador de experimentos, Christiaan Huygens . [13] Huygens encargó a Papin que llevara a cabo una investigación sobre el aire y el vacío , que en aquel momento era un tema de amplio estudio internacional. [14] Como parte de los experimentos, Papin midió la fuerza de una pequeña cantidad de pólvora encendida en pequeños recipientes de hierro y cobre. Papin publicó un relato de todos estos experimentos en 1674 en Nuevos experimentos sobre el vacío, con una descripción de las máquinas utilizadas para realizarlos . [15]
Papin se mudó a Londres poco después de la publicación de su obra [16] y desde entonces se involucró más en el desarrollo del vapor. Aunque sus desarrollos señalaron el camino hacia la máquina de vapor primitiva, el propio Papin se interesó más en el calor latente del vapor y desarrolló el "digestor de vapor", la primera olla a presión . También concibió una serie de dispositivos que utilizaban la presión del aire como fluido de trabajo, entre los que se incluyen una serie de fuentes, bombas y dispositivos similares.
A pesar de que no existen más ejemplos de trabajos con partículas por parte de Papin, mantuvo una correspondencia continua con Gottfried Wilhelm Leibniz sobre este y otros temas. Leibniz intentó interesar a Papin en un mayor desarrollo a lo largo de todo el libro, y en un momento dado señaló: "Sin embargo, le aconsejaría [a usted], señor, que emprendiera cosas más importantes que obligarían a todos a dar su aprobación y realmente cambiarían el estado de las cosas. Los dos elementos de unir la máquina neumática y la pólvora y aplicar la fuerza del fuego a los vehículos serían verdaderamente de esta naturaleza". [17] Papin respondió que había construido un pequeño modelo de un barco con rueda de paletas, pero no se menciona el tipo de motor.
Sin embargo, Huygens se interesó en la potencia mecánica del vacío y en la posibilidad de utilizar pólvora para producirlo. En 1678, diseñó un motor de pólvora que consistía en un tubo vertical que contenía un pistón . La pólvora se insertaba en el tubo y se encendía a través de un pequeño orificio en la base, como un cañón. Los gases en expansión impulsarían el pistón hacia arriba por el tubo hasta que alcanzara un punto cerca de la parte superior. Aquí, el pistón destapaba agujeros en el tubo que permitían que escaparan los gases calientes restantes. El peso del pistón y el vacío formado por los gases de enfriamiento en el cilindro ahora cerrado atrajeron el pistón hacia el tubo, levantando una masa de prueba para proporcionar energía. [18]
Según algunas fuentes, en 1678 o 1679 se construyó un único ejemplar de este tipo de motor, que utilizaba un cañón como cilindro. El cilindro se sujetaba a una base donde se colocaba la pólvora, lo que lo convertía en un diseño de retrocarga . Los gases escapaban a través de dos tubos de cuero unidos a la parte superior del cañón. Cuando el pistón los alcanzaba, los gases abrían los tubos y, cuando la presión caía, la gravedad tiraba del cuero hacia abajo, lo que hacía que los tubos cayeran hacia un lado del cilindro, sellando los agujeros. [18]
En 1680, Huygens presentó un artículo sobre su invención, titulado " Una nueva fuerza motriz por medio de la pólvora y el aire" . [19] En 1682, el dispositivo había demostrado con éxito que una dracma (1/16 de onza) de pólvora, en un cilindro de siete u ocho pies de alto y quince o dieciocho pulgadas de diámetro, podía elevar a siete u ocho niños (o alrededor de 1100 libras) en el aire, que sostenían el extremo de la cuerda. [20] Sin embargo, existe un debate considerable en las fuentes modernas sobre si el motor podría haber sido construido o no. Sellar el pistón dentro del cilindro resultó ser un problema muy difícil en las recreaciones modernas. [21]
A partir de ese momento, se encuentran pocas menciones de los primeros motores de pólvora. El uso del vapor, especialmente después de la introducción del motor atmosférico en 1712, captó todos los esfuerzos de desarrollo posteriores.
Como parte de sus investigaciones sobre el vuelo a motor, George Cayley se mostró preocupado por la baja relación potencia-peso de las máquinas de vapor, quejándose de que "la máquina de vapor ha demostrado ser hasta ahora demasiado pesada y engorrosa para la mayoría de los propósitos de locomoción". [22] Se dedicó al desarrollo de un nuevo diseño de motor a partir de 1807, y rápidamente se decidió por los motores de pólvora como la solución preferida, señalando: "Al necesitar un motor simple y ligero a pequeña escala para el propósito de algunos experimentos preparatorios sobre navegación aérea, construí uno en el que se empleaba la fuerza de la pólvora y el calor desarrollado por su explosión, actuando sobre una cantidad de aire común". [23]
Sus cuadernos muestran un diseño considerablemente mejorado respecto de los de Huygens y similares. En el diseño de Cayley, se disponían dos cilindros uno sobre el otro, el inferior actuando como cámara de combustión y el superior conteniendo un pistón. Se introducía una pequeña carga de pólvora en el fondo del cilindro inferior y se encendía con una varilla caliente calentada con velas. Los gases expandidos empujaban el pistón hacia arriba, y esta energía era capturada en un gran arco , en efecto, tirando del arco hacia atrás como si se estuviera preparando para disparar una flecha. La cuerda del arco empujaba el vástago del pistón hacia abajo mientras los gases escapaban y se enfriaban, completando el ciclo. [24]
En una versión posterior, Cayley intentó resolver el problema del ciclo continuo. En esta versión, la cámara de combustión se trasladó a un cilindro separado situado al lado del cilindro de potencia. La pólvora se almacenaba en la parte superior de esta cámara y se dosificaban pequeñas cantidades para que cayeran en el área de combustión inferior. Luego, los gases calientes se conducían desde el área de combustión al cilindro de potencia. Este consistía en dos pistones en un vástago común, y los gases fluían hacia lados alternos del cilindro para formar un motor de doble efecto. [22]
En una carta, Cayley afirmó que había construido uno de estos diseños (aunque no lo menciona), pero también afirmó que no funcionaba muy bien. [22] Con el tiempo, diseñó varias máquinas voladoras utilizando el motor, [25] pero no parece que se haya intentado ningún modelo funcional más grande.
Thomas Paine introdujo un diseño de motor completamente nuevo, que se parecía más a una rueda hidráulica que a un motor convencional. En el motor de Paine, una serie de cámaras de combustión en forma de copa estaban dispuestas alrededor de una rueda. A medida que la rueda giraba, cada copa recibía una pequeña cantidad de pólvora de un recipiente central y luego se encendía. [26]
La literatura contiene numerosas otras menciones de motores de pólvora, pero no parece que ninguno de ellos se utilizara operativamente.
La idea de que un motor de gasolina convencional pueda funcionar con pólvora es un tema de debate constante. Cazadores de mitos la retomó en el episodio 63 y, tras varios intentos, se consideró "fallida". [21]
