Unos motores titánicos

Para mi, la escena mas memorable de “Titanic” no es su hundimiento. Tampoco la imagen de sus protagonistas en la proa. Como ingeniero sigo fascinado por la imagen de gigantescos motores del tamaño de un edificio de 3 plantas. El Titanic, que fue el objeto móvil mas grande de su época, necesitaba unos motores apropiados. Sus motores de vapor de triple expansión era la culminación de siglos de avance tecnológico en motores de combustión externa pero, ¿qué es un motor de combustión externa?

Para entender los motores del Titanic tenemos que pensar en el combustible que utilizaban. En aquella época el rey era el carbón. Y el carbón es un combustible sólido y no líquido como los derivados del petróleo que utilizamos actualmente. Intentar dividirlo finamente para mezclarlo con el aire es posible pero difícil y costoso. La alternativa era que ardiese lentamente lo que era mucho mas seguro y fácil. Muy bueno para producir calor pero no para realizar un trabajo.  De hecho, si olvidamos el juguete de Heron de Alejandria, este fue un problema no resuelto hasta que el navarro Jerónimo de Ayanz y Beaumont  desarrollo la primera bomba impulsada por vapor y destinada a extraer agua de las minas. La forma correcta de resolver este desafío fue dividirlo en dos. Separar por un lado la producción de calor y por otro la producción del movimiento. Un combustible sólido como carbón o madera ardían y calentaban agua hasta formar vapor. Y este vapor, ya como fluido, podía realizar un trabajo. Esta separación entre la fuente de calor y el fluido que realiza el movimiento es lo que caracteriza a los motores de combustión externa.

Una vez entendido este principio hay varias formas de llevarlo a la práctica. El primero fueron las máquinas de vapor y el Titanic utilizaba uno de los motores de vapor mas avanzados que jamas se hayan construido. Se trataba de motores de pistones de triple expansión. Básicamente, el agua se calentaba para producir vapor a alta presión en varias calderas. Este vapor se inyectaba en sucesivos pistones de alta, media y baja presión donde se producía el movimiento.  Podéis verlo en mas detalle en la animación de Wikipedia:

Pero para verlo funcionar y quedar convenientemente impresionados, nada mejor que este video del mayor motor de vapor de triple expansión que se conserva en funcionamiento.

Podéis encontrar mas información y una estupenda animación en la página oficial del  Kempton Great Engines Trust.

Como decíamos, estos motores de triple expansión eran lo mejor de la ingeniería de su tiempo pero dentro  del propio Titanic se encontraba el embrión de una tecnología que los dejaría obsoletos. El vapor que salia de los cilindros era aprovechado, por cuarta y última vez, en una turbina Parson.  Era un sistema más sencillo donde la presión del vapor impulsaba unos alabes que hacían girar  el eje. Turbinas de vapor como estas fueron evolucionando hasta sustituir a los motores de pistones.

Actualmente no vemos motores de este tipo por nuestras calles. Y es que  los motores de combustión externa también tienen algunos inconvenientes. Para empezar, necesitan más tiempo para ponerse en marcha ya que es necesario calentar la caldera y el circuito de agua. También suelen ser mas grandes,  pesados y con una refrigeración mayor y mas compleja. A lo largo del siglo XX, estos problemas los fueron apartando gradualmente de cualquier aplicación relacionada con el transporte. Los famosos Liberty Ships, buques mercantes construidos por centenares durante la segunda guerra mundial, seguían utilizando los viejos pero fiables motores de vapor de triple-expansión.   Después de esta guerra, el petroleo barato los marginó definitivamente.

Hoy en día, rodeados por buques y  automóviles con motores de combustión interna, podría parecer que estamos hablando de una tecnología obsoleta. Pero se trata de un error. Los motores de combustión externa, casi siempre turbinas de vapor, han mantenido un nicho inexpugnable. La mayoría de nuestras centrales eléctricas siguen utilizando carbón, gas o uranio para calentar agua y obtener vapor que mueve sus turbinas y generadores. También  son parte del funcionamiento de las centrales de ciclo combinado, las mas avanzadas y con mejor rendimiento. Incluso tienen su lugar en instalaciones geotérmicas o centrales solares térmicas. Todas las tecnologías disponibles como espejos cilindro-parabólicos,  helióstatos para concentrar el sol en una torre  o   concentradores adaptados para utilizar motores Stirling  pueden considerarse motores de “combustión” externa donde el sol ocupa el lugar de las calderas para calentar agua u otros fluidos.

Como el titan Atlas soportaba la Tierra, estos motores siguen soportando nuestra civilización de forma callada y oscura. Y, sean cuales sean nuestras futuras fuentes de energía, parecen bien colocados para seguir haciéndolo por mucho tiempo.

Esta anotación fue publicada inicialmente en Amazings.