Un dels primers exemples de conversió de moviment giratori a alternatiu és el mecanisme de manovella. Les manetes manuals més antigues van aparèixer a la Xina durant la dinastia Han (202 aC-220 dC).
Diverses serradores a Àsia romana ia Síria bizantina durant els segles III-VI dC utilitzaven mecanismes de biela per transformar el moviment rotatori d'una roda hidràulica en un moviment lineal que accionava fulles de serra.
Invenció del cigonyal
El 1206, l'enginyer àrab Al-Jazari va perfeccionar aquest principi en inventar el cigonyal, un component clau en els motors alternatius moderns. El seu treball en la transmissió de moviment va establir les bases per al desenvolupament dels motors de combustió interna segles després.
El cigonyal va ser inventat a l'antiguitat, però el seu desenvolupament ha passat per diverses etapes.
Els primers exemples de mecanismes similars es troben a l'antiga Roma, on l'enginyer Filó de Bizanci (segle III aC) va descriure dispositius que feien servir un sistema de bieles i manetes. Tot i això, no era un cigonyal complet.
Qui va inventar el cigonyal?
El disseny més proper al cigonyal modern va aparèixer al segle IX, gràcies a l'enginyer musulmà Al-Jazari (1136-1206). Al seu llibre "El llibre del coneixement d'enginyosos dispositius mecànics", va il·lustrar un mecanisme de cigonyal amb biela, utilitzat en una de les seves màquines hidràuliques. Est va ser un pas clau en l'evolució del cigonyal tal com el coneixem avui.
El desenvolupament del cigonyal modern va passar amb la Revolució Industrial, especialment amb l'arribada dels motors de combustió interna al segle XIX. Aquí, noms com James Watt i Nikolaus Otto van ser claus en el seu perfeccionament i aplicació en maquinària i automòbils.
Evolució dels motors de pistó
Els motors de pistó han tingut un paper fonamental en la història de l'energia mecànica. Un motor de pistó lliure és un tipus de motor de combustió interna en què el moviment del pistó no està controlat per un cigonyal, sinó per la interacció entre les forces dels gasos de la cambra de combustió, un dispositiu de rebot i un dispositiu de càrrega.
La potència generada en aquests motors s'extreu mitjançant la pressió del gas d'escapament per impulsar una turbina, accionar un compressor d'aire o generar electricitat mitjançant un alternador lineal incorporat als pistons.
El desenvolupament dels motors de pistó es va accelerar a Europa durant el segle XVIII, començant amb els motors atmosfèrics i, posteriorment, amb la màquina de vapor de James Watt. Aquesta invenció va revolucionar la indústria i el transport, facilitant la creació de ferrocarrils i vaixells de vapor.
Durant el segle XIX, van sorgir noves innovacions com el motor Stirling i el motor de combustió interna, que es va convertir en la tecnologia dominant al segle XX. La seva aplicació en automòbils, vaixells i aviació va permetre un gran avenç en la mobilitat i el comerç mundial.
Actualment, els motors alternatius de combustió interna funcionen amb gasolina, dièsel, gas liquat de petroli (GLP) o gas natural comprimit (GNC) i són essencials en la propulsió de vehicles i la generació d'energia.
Primera generació de motors de pistó lliure
El motor de pistó lliure modern va ser proposat per RP Pescara i es va utilitzar inicialment com a compressor d'aire de pistó únic.
Pescara va establir l'Oficina Tècnica de Pescara per al desenvolupament d'aquests motors, amb Robert Huber com a director tècnic des del 1924 fins al 1962.
Entre 1930 i 1960, es van desenvolupar diversos motors de pistó lliure de primera generació, destacant els de disseny oposat, en els quals dos pistons estaven mecànicament units per garantir un moviment simètric.
Aquests motors oferien avantatges com a menor vibració i major compacitat en comparació dels motors convencionals, i van ser emprats en aplicacions industrials i militars.
Motors alternatius destacats al llarg de la història
Al llarg del temps, diversos motors alternatius han marcat fites a l'enginyeria mecànica.
- Motor radial Pratt & Whitney R-4360 "Wasp Major" (Segona Guerra Mundial): Aquest motor de 28 cilindres i 3.500 hp (2.600 kW) va impulsar l'última generació de grans avions amb motor de pistó abans de l'adopció generalitzada de motors a reacció i turbohés. potència-pes i va permetre la fabricació de bombarders i transports aeris més eficients.
- Motor dièsel Wärtsilä-Sulzer RTA96-C (2006): Considerat un dels motors recíprocs més grans en producció, aquest motor turbocarregat s'utilitza en els portacontenidors més grans, com l' Emma Mærsk . En la seva versió de 14 cilindres, fa 13,5 m d'alçada, 27 m de llarg i pesa més de 2.300 tones mètriques, generant més de 84,42 MW (114.800 bhp). Cada cilindre té una capacitat de 1.820 L, cosa que dóna un total de 25.480 L per a les versions més grans. La seva eficiència permet transportar grans volums de càrrega amb un consum de combustible optimitzat.
Impacte i futur dels motors alternatius
Els motors alternatius han estat la base de la revolució industrial i del desenvolupament tecnològic del transport terrestre, marítim i aeri. La seva evolució va permetre l'expansió de les xarxes ferroviàries, l'apogeu de l'aviació comercial i la globalització del comerç.
Tot i l'apogeu de les tecnologies elèctriques i d'hidrogen, els motors de combustió interna continuen evolucionant amb millores en eficiència i reducció d'emissions contaminants.
Investigacions actuals exploren nous combustibles com l'hidrogen, els biocombustibles i els combustibles sintètics per estendre la vida útil dels motors alternatius dins un model energètic més sostenible. A més, la combinació de motors tèrmics amb tecnologies híbrides podria permetre una transició gradual cap a l'electrificació del transport sense perdre els avantatges dels sistemes actuals.
El futur dels motors alternatius dependrà de la seva capacitat per adaptar-se a normatives ambientals més estrictes i de la investigació en materials més lleugers i eficients. El seu llegat a la història de l'enginyeria continuarà sent fonamental en l'evolució de la mobilitat global.