motor de pólvora

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 se exploró por primera vez durante el siglo XVII, principalmente por el famoso polímata neerlandés Christiaan Huygens . George Cayley también experimentó con el diseño a principios del siglo XIX como motor de avión , y afirma haber construido modelos que funcionaron durante un breve período. Asimismo, persiste la afirmación de que un motor de gasolina convencional con carburador puede funcionar con pólvora, pero no se han documentado ejemplos de conversiones exitosas.

El motor de pólvora se basa en muchas ideas y descubrimientos científicos previos, desarrollados de forma independiente por varias personas.

Los primeros dispositivos simplemente tenían como objetivo levantar y/o sostener peso (generalmente para estudiar y demostrar la física), mientras que los motores tienen como objetivo realizar trabajo de forma continua (generalmente con la intención de hacer algo útil).

En 1671, Denis Papin obtuvo un puesto en la Academia de la Biblioteca Real de París , donde trabajó bajo la dirección del Conservador de Experimentos, Christiaan Huygens . ^{[ 13 ]} Huygens le encomendó a Papin la tarea de realizar una investigación sobre el aire y el vacío , un tema que en aquel entonces era objeto de un 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 informe de todos estos experimentos en 1674 en Nuevos experimentos sobre el vacío, con una descripción de las máquinas utilizadas para realizarlos . ^{[ 15 ]}

Papin se trasladó a Londres poco después de la publicación ^{[ 16 ]} y, a partir de entonces, se involucró más en el desarrollo del vapor. Si bien sus avances allanaron 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 varios dispositivos que utilizaban la presión del aire como fluido de trabajo , entre ellos una serie de fuentes, bombas y dispositivos similares.

A pesar de no haber 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, llegando a señalar: «Sin embargo, le aconsejaría, señor, que emprendiera proyectos más importantes que obligarían a todos a dar su aprobación y que realmente cambiarían el estado de las cosas. Los dos temas de unir la máquina neumática y la pólvora y aplicar la fuerza del fuego a los vehículos serían precisamente de esta naturaleza». ^{[ 17 ]} Papin respondió que había construido un pequeño modelo de un barco de ruedas de paletas, pero no especificó el tipo de motor.

Huygens, sin embargo, se interesó por la potencia mecánica del vacío y la posibilidad de utilizar pólvora para producirlo. En 1678, diseñó una máquina de pólvora que consistía en un tubo vertical con un pistón . La pólvora se introducía en el tubo y se encendía a través de un pequeño orificio en la base, como un cañón. Los gases en expansión impulsaban el pistón hacia arriba hasta que alcanzaba un punto cercano a la parte superior. Allí, el pistón dejaba al descubierto unos orificios en el tubo que permitían la salida de los gases calientes restantes. El peso del pistón y el vacío formado por los gases de enfriamiento en el cilindro ahora cerrado lo atraían de nuevo hacia el interior del tubo, elevando una masa de prueba para generar potencia. ^{[ 18 ]}

Según las fuentes, un único ejemplo de este tipo de máquina se construyó en 1678 o 1679 utilizando un cañón como cilindro. El cilindro se sujetaba a una base donde se colocaba la pólvora, lo que la 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 disminuía, la gravedad tiraba del cuero hacia abajo, haciendo que los tubos se inclinaran hacia los lados del cilindro, sellando los orificios. ^{[ 18 ]}

Huygens presentó un artículo sobre su invención en 1680, titulado «Una nueva fuerza motriz mediante pólvora y aire ». ^{[ 19 ]} Para 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 altura y quince u dieciocho pulgadas de diámetro, podía elevar a siete u ocho muchachos (o aproximadamente 1100 libras) en el aire, quienes sostenían el extremo de la cuerda. ^{[ 20 ]} Sin embargo, existe un considerable debate en fuentes modernas sobre si la máquina podría haberse construido. 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 las primeras máquinas de pólvora. El uso del vapor, especialmente después de la introducción de la máquina atmosférica en 1712, acaparó todos los esfuerzos de desarrollo posteriores.

Como parte de sus investigaciones sobre el vuelo motorizado, George Cayley estaba preocupado por la baja relación potencia-peso de las máquinas de vapor, quejándose de que "la máquina de vapor ha demostrado hasta ahora ser demasiado pesada y engorrosa para la mayoría de los propósitos de locomoción". ^{[ 22 ]} Emprendió el desarrollo de un nuevo diseño de motor a partir de 1807, y rápidamente se decantó por un motor de pólvora como la solución preferida, señalando: "Necesitando un primer motor simple y ligero a pequeña escala para algunos experimentos preparatorios sobre navegación aérea, construí uno en el que se empleaba la fuerza de la pólvora y el calor generado por su explosión, actuando sobre una cantidad de aire común". ^{[ 23 ]}

Sus cuadernos muestran un diseño considerablemente mejorado respecto a los de Huygens y otros similares. En el diseño de Cayley, dos cilindros estaban dispuestos uno encima del otro: el inferior actuaba como cámara de combustión y el superior contenía un pistón. Una pequeña carga de pólvora se introducía en la parte inferior del cilindro inferior y se encendía con una varilla caliente calentada por velas. Los gases expandidos empujaban el pistón hacia arriba, y esta energía se capturaba en un gran arco , que, en efecto, lo tensaba como si se preparara para disparar una flecha. La cuerda del arco empujaba el vástago del pistón hacia abajo a medida que los gases escapaban y se enfriaban, completando así 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, ubicado 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 la zona de combustión inferior. Los gases calientes se canalizaban desde la zona de combustión hacia el cilindro de potencia. Este consistía en dos pistones unidos por una biela común, con los gases fluyendo alternativamente hacia los lados del cilindro para formar un motor de doble efecto. ^{[ 22 ]}

En una carta, Cayley afirmó haber construido uno de estos diseños (aunque no se menciona cuál), pero también indicó que no funcionaba muy bien. ^{[ 22 ]} Con el tiempo diseñó varias máquinas voladoras utilizando el motor, ^{[ 25 ]} pero no parece que se haya intentado construir un modelo funcional de mayor tamaño.

Thomas Paine introdujo un diseño de motor completamente nuevo, más parecido a una rueda hidráulica que a un motor convencional. En el motor de Paine, una serie de cámaras de combustión en forma de copa se disponían 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 bibliografía contiene numerosas menciones a máquinas de pólvora, pero no parece que ninguna se utilizara operativamente.

La idea de que un motor de gasolina convencional pueda funcionar con pólvora es un tema recurrente de debate. MythBusters la abordó en el episodio 63, y tras varios intentos se la consideró "desmentida". ^{[ 21 ]}