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 una afirmación persistente de que un motor de gasolina con carburador convencional 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 (normalmente para estudiar y demostrar la física), mientras que los motores tenían como objetivo realizar un trabajo de forma continua (normalmente con la intención de hacer algo útil).
Leonardo da Vinci describió en 1508 un dispositivo para "levantar objetos pesados con fuego" utilizando el cañón de un cañón y pólvora. [1] [2] [3]
Galileo Galilei realizó experimentos exhaustivos sobre el levantamiento de pesas mediante vacío. [1] Otto von Guericke investigó el vacío de manera práctica, pero utilizó bombas para crear el vacío. [4]
Robert Hooke ocultó una frase que se traduce como El 'vacío' que deja 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. Consiste únicamente en 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 polvo para extraer agua. [9] [10]
La siguiente referencia conocida es la de Jean de Hautefeuille en 1678, sugerida como solución al problema de sacar agua del Sena para abastecer a Versalles . Presentó dos ideas, una que usaba el vacío como la idea de Morland y la segunda que usaba un tubo en forma de U con agua en un lado y aire en el otro. Cuando la pólvora se encendía en el lado lleno de aire, el aumento de presión hacía que el agua subiera por el otro lado. [11]
Al igual que los primeros diseños de máquinas de vapor , estas máquinas utilizaban el aire o el vacío creado por la pólvora para levantar directamente el agua. No había piezas mecánicas a la manera de los motores modernos, que traducen la potencia de la presión del gas en cualquier forma mecánica necesaria. [12]
En 1671, Denis Papin consiguió un trabajo en la Academia de la Biblioteca Real de París , donde trabajó bajo la dirección del curador de experimentos, Christiaan Huygens . [13] Huygens encargó a Papin la tarea de llevar a cabo un esfuerzo de investigación sobre el aire y el vacío , en ese momento 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 su publicación [16] y desde entonces estuvo más involucrado en el desarrollo del vapor. Aunque sus desarrollos señalaron el camino hacia la primera máquina de vapor, 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, incluidas una serie de fuentes, bombas y dispositivos similares.
A pesar de que no hubo más ejemplos de trabajo 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, y en un momento señaló: "Sin embargo, le aconsejaría [a usted], señor, que emprenda cosas más importantes que obligarían a todos a dar su aprobación y cambiarían verdaderamente el estado de las cosas". elementos de unir la máquina neumática y la pólvora y aplicar la fuerza del fuego a los vehículos serían realmente de esta naturaleza". [17] Papin respondió que había construido un modelo pequeño de un barco de ruedas de paletas, pero no se indica el tipo de motor.
Huygens, sin embargo, se interesó en el poder mecánico del vacío y en la posibilidad de utilizar pólvora para producirlo. En 1678 diseñó un motor de pólvora que constaba de un tubo vertical que contenía un pistón . Se insertaba pólvora en el tubo y se encendía a través de un pequeño agujero en la base, como un cañón. Los gases en expansión impulsarían el pistón hacia arriba por el tubo hasta llegar a un punto cerca de la parte superior. Aquí, el pistón descubrió agujeros en el tubo que permitieron escapar los gases calientes restantes. El peso del pistón y el vacío formado por los gases refrigerantes en el cilindro ahora cerrado hicieron que el pistón regresara al tubo, levantando una masa de prueba para proporcionar energía. [18]
Según las fuentes, un único ejemplo de este tipo de motor se construyó en 1678 o 79 utilizando un cañón como cilindro. El cilindro se sujetaba a una base donde reposaba la pólvora, lo que lo convertía en un diseño de retrocarga . Los gases escaparon a través de dos tubos de cuero colocados en la parte superior del cañón. Cuando el pistón los alcanzó, los gases abrieron los tubos y cuando la presión cayó, la gravedad tiró del cuero hacia abajo, lo que provocó que los tubos cayeran hacia el costado del cilindro, sellando los agujeros. [18]
Huygens presentó un artículo sobre su invento en 1680, Una nueva fuerza motriz mediante la pólvora y el aire . [19] En 1682, el dispositivo había demostrado con éxito que una copita (1/16 de onza) de pólvora, en un cilindro de siete u ocho pies de altura y quince o dieciocho pulgadas de diámetro, podía criar a siete u ocho niños (o alrededor de 1,100 libras) en el aire, quien sostenía el extremo de la cuerda. [20] Sin embargo, existe un debate considerable en fuentes modernas sobre si el motor podría haberse 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 a los primeros motores de pólvora. El uso del vapor, especialmente después de la introducción del motor atmosférico en 1712, capturó todos los esfuerzos de desarrollo posteriores.
Como parte de sus investigaciones sobre vuelos propulsados, George Cayley estaba preocupado por la baja relación potencia-peso de las máquinas de vapor, quejándose de que "las máquinas de vapor han demostrado hasta ahora ser demasiado pesadas y engorrosas para la mayoría de los fines de locomoción". [22] Se dedicó al desarrollo de un nuevo diseño de motor a partir de 1807, y rápidamente se decidió por motores de pólvora como la solución preferida, señalando: "Estando en necesidad de un primer motor simple y liviano a pequeña escala con el propósito de algunos preparativos En mis experimentos sobre navegación aérea, construí uno en el que se empleaba la fuerza de la pólvora y el calor desprendido por su explosión, actuando sobre una cantidad de aire común". [23]
Sus cuadernos muestran un diseño de considerable mejora respecto a los de Huygens y similares. En el diseño de Cayley, se dispusieron dos cilindros uno encima del otro, el inferior actuaba como cámara de combustión y el superior contenía un pistón. Se introducía una pequeña carga de pólvora en el fondo del cilindro inferior y se encendía con un hot rod calentado con velas. Los gases expandidos empujaron el pistón hacia arriba, y esta energía fue capturada en un gran arco , tirando el arco hacia atrás como si se preparara para disparar una flecha. La cuerda del arco empujó 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 ciclismo continuo. En esta versión, la cámara de combustión se trasladó a un cilindro separado colocado al costado 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 de abajo. A continuación, los gases calientes se conducían desde la zona de combustión al cilindro de potencia. Consistía en dos pistones sobre un vástago común, con los gases fluyendo 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 se menciona), pero también afirmó que no funcionó 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 tipo de diseño de motor completamente nuevo, uno 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 vaso recibía una pequeña cantidad de pólvora de un recipiente central y luego se encendía. [26]
La literatura contiene muchas otras menciones de motores de pólvora, pero no parece que ninguno se haya utilizado operativamente.
La idea de que un motor de gasolina convencional pueda funcionar con pólvora es un tema de discusión persistente. MythBusters lo retomó en el episodio 63 y, después de varios intentos, se consideró "reventado". [21]
