jueves, 26 de mayo de 2011

Motores de Vapor Modernos

¿Que es la tecnología de vapor moderna?

La tecnología de vapor moderna es la aplicación de métodos, teorías y diseños modernos a las máquinas tradicionales de vapor del siglo XIX. Originalmente las máquinas de vapor eran diseñadas como máquinas mecánicas que a través del aporte de calor daban energía en un eje. Sin embargo a partir del siglo XX, con ingenieros como André Chapelon (francés, 1892 - 1978) y más tarde Livio Dante Porta (argentino, 1922 - 2003) hubo un cambio en la forma de diseñar locomotoras de vapor, que pasaron de ser máquinas mecánicas a ser consideradas máquinas térmicas. La diferencia en estos conceptos está en que una máquina térmica se diseña a partir del estudio termodinámico de los fenómenos que en ella ocurren, y luego se diseñan los componentes mecánicos. Esto significó una gran mejora en dichas máquinas, que pasaron de tener rendimientos que en los mejores casos era de 2% o 3% (siglo XIX), a tener rendimientos de entre 6% y 8% con Chapelon y de 12%  a 20% con Porta.
Actualmente las locomotoras de vapor que se construyen no aplican todas las mejoras propuestas por el Ing. Porta, sino que solo se reparan locomotoras siguiendo sus filosofías. Ejemplo de esto son las locomotoras del Ferrocarril Austral Fueguino de Ushuaia, Argentina, la locomotora “Ing. Livio Dante Porta” (Red Devil) del Ferrocarril Sudafricano, etc. Sin embargo hay nuevos diseños de locomotoras que aplican las mejoras propuestas desde su concepción, como por ejemplo la locomotora 5AT (www.5at.co.uk).


¿Qué mejoras se proponen para las nuevas locomotoras de vapor?

            En el diseño de una locomotora de vapor moderno se deben tener en cuenta muchos aspectos, algunos de los más importantes son: una combustión completa y limpia, con poco exceso de aire, altas transferencias de calor en la caldera, tratamiento de agua avanzado, correcta circulación del vapor a través de los conductos y componentes, lubricación avanzada de las partes mecánicas, etc.


La tecnología de vapor moderno, una alternativa viable

            La tecnología de Vapor Moderno es altamente aplicable en los tiempos que corren. Constituye una muy buena alternativa a la generación de energía por medio de los combustibles derivados del petróleo que a diferencia del Motor de Vapor Moderno, necesitan de combustibles altamente refinados y de sistemas altamente precisos para su funcionamiento. El motor de vapor, al ser una máquina de combustión externa, puede quemar en su caldera una gama mucho mayor de combustibles que el motor de combustión interna Diesel u Otto. Si bien el rendimiento del motor de vapor es en el mejor de los casos de 20% y el de un motor Diesel en el mejor de los casos de 40%, se tiene que el combustible para el motor Diesel (gas-oil) llega a costar entre 5 y 10 veces más que el combustible de una caldera con motor de vapor, por cada unidad de energía que produce. Esto hace que a pesar de que el motor de vapor aprovecha menos del combustible que se le ingresa, esto es por su menor rendimiento, el costo de producir energía en un motor de vapor es mucho menor que con un motor Diesel. Por lo tanto es una solución mucho más viable para producir energía en zonas aisladas, con potencias entre los 150 HP y los 1000 HP.


La tecnología de vapor moderno constituye una fuente de energía renovable

            La tecnología de vapor moderno, puede ser aplicada utilizando biomasa como combustible. Como se sabe, la biomasa es una fuente de energía renovable, ya que las plantas crecen, y si se siembran plantas con la misma tasa con la que se consumen en una caldera, se tiene una fuente de energía renovable.


La máquina de vapor moderna, una máquina de energía solar.

            En una máquina de vapor moderna, se puede utilizar como biomasa como combustible, si se tiene en cuenta que esta biomasa está constituida por plantas, se puede analizar el siguiente ciclo. Las plantas capturan Dióxido de Carbono (CO2) de la atmósfera terrestre para utilizarlo durante la fotosíntesis, en la cual también toman energía del sol. Mediante dicho mecanismo, el CO2 capturado es separado en Carbono (C) que se traduce en crecimiento de la planta, y Oxígeno (O2) que se libera a la atmósfera. En resumen se puede decir que la planta es un ser que almacena energía solar mediante su crecimiento. Al usarse dicha planta como combustible en una caldera de vapor, se produce la reacción inversa, en la cual se combina el C de la planta con O2 del aire y se obtiene la liberación de la energía acumulada por la planta y el CO2 que originalmente la planta había capturado para crecer. De este modo, se tiene que la máquina de vapor que utiliza biomasa como combustible, es una máquina que funciona a energía solar.
            Otro resultado muy interesante que se infiere de este ciclo, es que el uso de biomasa como combustible, no aumenta los niveles de CO2 en la atmósfera, ya que el CO2 que se libera en la combustión es el que ya estaba en la atmósfera y fue absorbido por la planta. Esto es contrario a lo que sucede con el uso de combustibles fósiles que son una reserva de C que no está en contacto con la atmósfera. De este modo al ser quemados, liberan CO2 que estaba dentro de la tierra y ahora sale a la atmósfera, aumentando la cantidad del gas que esta contiene.


La combustión de biomasa en una máquina de vapor moderna produce menos contaminantes

            Como una máquina de vapor es una máquina de combustión externa, se pueden controlar mejor las condiciones de la combustión. Esto hace que se puedan lograr combustiones completas con menores excesos de aire. Gracias a esto, se tienen niveles muy bajos de Monóxido de Carbono (CO) y de Óxidos de Nitrógeno (NOx). Además como la biomasa no contiene azufre, se tiene que luego de su combustión no se producen emisiones de Dióxido de Azufre (SO2). Si se compara la combustión de biomasa en una caldera de vapor moderna con la combustión de gas-oil en un motor de ciclo Diesel, se tiene que el motor de vapor produce casi 10 veces menos de NOx que el motor Diesel.

1 comentario:

  1. Otra aplicación interesante es la energía solar térmica en la que el calor recolectado sirve para generar el vapor. Falta más desarrollo para los tiempos modernos que permita generación eléctrica y bombeo en regadíos.

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