Fundamentos de Sistemas Propulsivos: Motores, Eficiencia y Rendimiento

Conceptos Fundamentales de Sistemas Propulsivos y Motores

Esta sección introduce los principios básicos y la terminología esencial de los sistemas propulsivos, abarcando desde motores eólicos e hidráulicos hasta motores eléctricos y térmicos, junto con conceptos clave de eficiencia y rendimiento.

Motores de Energía Renovable

Motor Eólico

Sistema que convierte la energía cinética del aire en energía mecánica. Está formado por una hélice y una caja de transmisión conectada a un generador eléctrico.

Motor Hidráulico

Convierte la energía cinética del agua en energía mecánica. Está formado por una hélice y una caja de transmisión conectada a un generador eléctrico.

Motores de Conversión de Energía

Máquina de Vapor

Sistema que convierte la energía cinética del vapor sobrecalentado en energía mecánica. Puede utilizarse en émbolos alimentados por una caldera o en una turbina alimentada por un reactor nuclear.

Motor Eléctrico

Sistema que convierte la energía eléctrica en energía mecánica mediante electromagnetismo.

Motor con Escobillas

Consta de un electroimán que gira dentro del campo magnético producido por un imán fijo llamado estator.

Motor sin Escobillas

Motor de inducción que utiliza tres fases eléctricas para generar campos eléctricos en tres dimensiones que, al interactuar entre sí, producen un campo eléctrico giratorio.

Motores Térmicos y Conceptos Asociados

Motores Térmicos

Sistema que transforma calor en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío).

Eficiencia

La eficiencia es la relación entre el trabajo producido y el calor suministrado.

Ciclo Otto

Describe el funcionamiento de los motores de combustión interna de encendido por chispa. Sus fases son:

• Compresión isentrópica
• Calentamiento isocórico
• Expansión isentrópica
• Enfriamiento isocórico

Knocking / Preignición

Sucede cuando la relación de compresión es muy alta, provocando una combustión incontrolada del combustible antes de la chispa.

Índice de Octano

Escala que mide la capacidad antidetonante del combustible cuando se comprime dentro de un cilindro.

Relación Estequiométrica

Relación ideal entre la masa del aire y la masa del combustible para una combustión completa.

Supercargador

Compresor unido al eje del motor que eleva la presión del aire antes de entrar al motor, mejorando su rendimiento.

Turbocargador

Pequeña turbina accionada por los gases de escape, que produce una presión constante de aire en la entrada del motor sin importar la altura, optimizando la combustión.

Medición de Rendimiento y Tipos de Motores

Shaft Brake Power (Potencia al Freno)

Potencia mecánica desarrollada por el motor en el eje de salida.

Specific Fuel Consumption (Consumo Específico de Combustible)

El consumo específico es un dato característico del motor. Indica los gramos de combustible que es necesario gastar cada hora por caballo de fuerza (g/kWh o g/hp·h).

Thrust o Empuje

Empuje que produce un dispositivo propulsivo como resultado de la distribución de presiones y esfuerzos cortantes que produce el fluido dentro del mismo.

Motor de Cuatro Tiempos

Realiza los cuatro tiempos en dos giros del cigüeñal:

• Primera vuelta: Admisión y compresión.
• Segunda vuelta: Expansión y escape.

Motor de Dos Tiempos

Realiza los cuatro tiempos en un giro del cigüeñal:

• Primera media vuelta: Admisión y compresión.
• Segunda media vuelta: Expansión y escape.

Motor Rotativo (Wankel)

Motor de ciclo Otto que carece de pistones y está formado por un eje, alrededor del cual giran unos lóbulos más o menos triangulares que generan los cuatro tiempos de un motor a gasolina.

Tecnologías Avanzadas de Propulsión

Celdas de Combustible

Dispositivo electroquímico de conversión de energía diseñado para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos.

Reactivos Típicos (Celdas de Combustible)

Hidrógeno en el ánodo y oxígeno en el cátodo. El residuo de la reacción es vapor de agua.