Cómo funciona el motor de detonación giratorio

Un motor diseñado para un barco no va a caber en un automóvil... pero los tipos de automóviles tienden a sentirse intrigados por la última tecnología en explosiones y explosiones. Después de todo, un motor es un motor, capaz de una potencia inmensa (y quién sabe cuándo tales innovaciones llegarán al sector civil).

Entonces, con eso en mente, echemos un vistazo al motor de detonación giratorio, un tipo de turbina de gas que está diseñada para ser eficiente, con su ciclo consistente y cuidadosamente construido de inyecciones y explosiones. No es exactamente nuevo, la patente se otorgó hace unos 20 años, pero a fines de 2012, apenas está raspando la superficie de su potencial para generar energía para grandes medios de transporte.

Los investigadores dicen que el motor de detonación giratorio también podría adaptarse para generar energía eléctrica para barcos y aviones totalmente eléctricos... una vez que estemos lo suficientemente avanzados como para tener barcos y aviones fiables impulsados ​​principalmente por electricidad .

El ejército de los Estados Unidos optó por invertir en la investigación y el desarrollo del motor de detonación rotatorio, en parte, porque la tecnología es fácilmente escalable: se puede aumentar el tamaño del motor y también se incrementará la producción de energía. (Créalo o no, no siempre funciona de esa manera). Así que nunca se sabe: tal vez el motor de detonación giratorio pueda reducirse algún día y su generación de energía suave pueda impulsar todo tipo de material rodante.

Tendemos a pensar que las presiones creadas dentro de un motor son más controladas que una "detonación" desorganizada: queremos que sea predecible, no caótico. Pero si un motor puede controlar un ciclo típico con suficiente precisión para producir una potencia constante, también puede controlar las detonaciones. Y el estallido de presión que produce una detonación puede resultar en un motor más eficiente, si se aprovecha correctamente. Por lo general, un motor mezcla aire con combustible para prepararlo para la detonación, que es cuando el combustible libera su energía. Sin embargo, la eficiencia de la liberación de energía del combustible depende en gran medida del tipo de motor.

Aquí es donde el motor de detonación rotatoria difiere de los tipos más comunes de motores de turbina de gas . El aire y el combustible se mezclan (como de costumbre) antes de inyectarlos en una cámara de combustión larga y circular, en lo que "Physics Today" ha descrito como "una manera secuencial y circular". La primera detonación inicia un ciclo en el que la presión de ignición continúa alrededor de la cámara, encendiendo cada inyección en secuencia. La presión de cada encendido mantiene el ciclo en movimiento. Luego, la presión obliga a los gases de escape a salir de la cámara de combustión a través de una boquilla de escape, que en realidad es el empuje generado por el motor, y pasa a impulsar cualquier tipo de vehículo en el que esté instalado el motor (en este caso, típicamente, un barco). o un avión ).

El motor de detonación giratorio es en realidad una variación de otro diseño de motor: el motor de onda de detonación de pulso. Aunque los motores de detonación por pulsos proporcionan ahorros de energía en comparación con muchos otros tipos de motores, todavía tienen sus propias ineficiencias. Una razón es la cámara de combustión que debe purgarse después de cada pulso. El motor de detonación giratorio es una mejora con respecto al diseño pulsante, porque la onda de detonación circula constantemente alrededor de la cámara, lo que elimina la necesidad de perder tiempo y energía purgando.

Debido a que las detonaciones crean presiones extremas, se puede diseñar un motor de detonación sin el compresor adicional que generalmente se requiere. Los compresores no solo son típicamente complejos, sino que su funcionamiento generalmente también consume mucha energía. Sin embargo, agregar un compresor a un motor de detonación en realidad lo hace aún más eficiente. Esta compatibilidad facilita la adaptación de los vehículos con motor de turbina de gas para su uso con tecnología de motor de detonación [fuente: Green Car Congress ].

La Marina de los Estados Unidos está recibiendo todo el crédito por su reciente inversión en la tecnología (y animando el ciclo de noticias), pero el motor de detonación rotatorio ha estado en proceso durante algunas décadas, en este momento. La patente del motor se presentó en 1982 y se otorgó en 1988 a un inventor de Rockville, Maryland, llamado Shmuel Eidelman. (La patente en realidad se llama "motor de detonación rotatorio", en lugar de "rotativo"; no está claro cuándo cambió el apodo).

Shmuel Eidelman ha sido un hombre ocupado. Ha recibido 14 patentes desde 1982, centrándose en la aeronáutica, la propulsión y los productos químicos a través de su trabajo con corporaciones científicas y organizaciones militares [fuente: PatentBuddy ]. Entonces, cuando se presentó la patente, parecía que la Marina había empujado la turbina de gas hasta donde podía llegar, y era hora de comenzar a pensar de nuevo.

La Marina de los EE. UU. inicialmente estaba interesada en los motores de detonación por pulsos (como se describió anteriormente) e invirtió en investigación para desarrollar estos sistemas de ahorro de combustible. Los investigadores de la Marina dicen que maximizar el potencial de este tipo de motor depende de la comprensión de su física compleja [fuente: Laboratorio de Investigación Naval de EE . UU .]. El motor de detonación rotatorio sigue siendo un motor de turbina de gas, como los motores que actualmente impulsan la flota de barcos y aviones de la Marina, pero ajustar y refinar el ciclo desbloquea mucha potencia adicional. Los investigadores de la Marina creen que los motores de detonación giratorios tienen el potencial de reducir el consumo de combustible en equipos nuevos en un 25 por ciento, lo que supondría un ahorro anual de entre 300 y 400 millones de dólares [fuente: Quick]. Otro beneficio del sistema es que podría configurarse para encender un motor eléctrico , lo que, en teoría, permitiría que las flotas militares comenzaran la transición a transmisiones eléctricas (potencialmente) más limpias, económicas y eficientes.

Los motores de detonación giratorios aún no están listos para funcionar, por lo que las simulaciones son el mejor predictor de su eficiencia; sin embargo, siguen siendo lo suficientemente prometedores como para que la Marina siga adelante con el desarrollo. No hay una ETA conocida públicamente para su finalización o implementación, pero es probable que el motor de detonación giratorio llegue, algún día, de todos modos, a una base naval cerca de usted.

Nota del autor: cómo funciona el motor de detonación giratorio

No parece que nadie haya sugerido (todavía no, de todos modos) que el motor de detonación rotatoria podría tener potencial para usarse en automóviles o camiones. Fue inventado por un tipo que se especializó en tecnología militar y está siendo desarrollado por la Marina de los EE. UU. El tamaño real del modelo de motor en desarrollo no se ha mencionado en ninguna parte, por lo que todo esto es especulación. Pero sabemos esto: obviamente es lo suficientemente grande como para propulsar barcos y aviones, y eso es mucho más poder del que necesita un automóvil. ¿Dónde estaría la eficiencia en eso?

Pero años de escribir sobre automóviles y tecnología de transporte me han demostrado que muchas de las cosas que usamos todos los días se desarrollaron originalmente para propósitos completamente diferentes, y los autos de carrera y los vehículos militares son dos fuentes comunes. A pesar de que los autos de bajo consumo de combustible actualmente van en una dirección diferente (híbridos, eléctricos y biocombustibles), no es incomprensible decir que algún día, alguien podría encontrar una manera de reducir un motor de turbina de gas súper eficiente y meterlo debajo del capó de un coche.

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