Por Santiago García Garrido
Director Técnico RENOVETEC

El motor alternativo es un motor térmico cíclico de combustión interna, de movimiento alternativo, como su propio nombre indica, que convierte la energía química contenida en un combustible en energía mecánica de rotación de un eje. La reacción explosiva de la mezcla aire-combustible en el interior de un cilindro provoca el movimiento lineal del pistón, que la biela convierte en rotación del cigüeñal. De esta manera también se asegura el movimiento alternativo del pistón, que permite renovar los gases producto de la combustión por mezcla fresca, lista para explosionar.

El motor alternativo es una máquina cíclica, pero el fluido se renueva en cada ciclo; se trata por tanto de un ciclo abierto.

El motor alternativo de combustión interna está basado en una tecnología bien conocida y ampliamente usada. Está presente en máquinas tan habituales como los automóviles, barcos, aviones, equipos de obras públicas, y por supuesto, las plantas de producción de energía eléctrica. Los motores empleados en estas plantas se denominan motores estacionarios, porque no van montados sobre vehículos en movimiento. En realidad los motores estacionarios grandes e intermedios, para aplicaciones terrestres son prácticamente iguales a los motores marinos, y desde el punto de vista del diseño de ellos tienen su origen en estos. Existe una gran variedad de motores estacionarios para el mercado de generación eléctrica, que incluye sistemas de emergencia y de respaldo, equipos para picos de demanda, para demandas intermedias y para ser utilizados como carga base. Muchos de estos motores combinan la producción de energía eléctrica con la producción de energía térmica. Su sistema de funcionamiento se puede ver en la siguiente figura de forma esquemática:

Fig 2.29 Flujo de fluidos principales en un motor alternativo

Los motores se pueden clasificar según diferentes parámetros: su ciclo termodinámico, el combustible empleado, la presencia o no de compresor, la velocidad de giro, etc.

Los ciclos termodinámicos que se emplean casi exclusivamente en motores son dos: el ciclo Otto y el ciclo Diesel. En ambos casos el ciclo puede tener dos o cuatro tiempos. Los motores alternativos de gas que se usan en plantas de cogeneración siguen un ciclo Otto, y son de cuatro tiempos.

Los motores diesel o de compresión han sido tradicionalmente los más usados para pequeñas y grandes aplicaciones en generación eléctrica. Pero sus mayores niveles de emisión  y el alto precio del combustible los han ido relegando hasta el papel secundario que ocupan en la actualidad, salvo en el caso de generación eléctrica en islas y para motores de emergencia.

En cuanto a la recuperación térmica, en motores, a diferencia de lo que ocurre en turbinas de gas, la energía térmica recuperable está repartida entre tres circuitos:

• Gases de escape
• Agua de refrigeración de camisas y aire de alta temperatura (circuito de alta temperatura)
• Agua de refrigeración de aceite y aire de admisión de baja temperatura (circuito de baja temperatura)

Esta distribución del calor aprovechable en el motor complica la recuperación, e incluso la hace imposible en algún caso (el calor que va al circuito de baja temperatura es difícil de recuperar).

Los motores diesel utilizan combustibles líquidos y suelen ser los de menor potencia (hasta unos 15 MW) de cuatro tiempos y los mayores de 10 a 50 MW de dos tiempos. Las fases son las mismas para ambos ciclos.

Las fases preparatorias son a) expulsión de los gases de escape del ciclo anterior, b) admisión del aire puro, c) compresión del aire e introducción del combustible, que debe mezclarse bien con el aire (carburación)

La transformación consta de dos periodos: la ignición del combustible y la expansión de los gases de la combustión.

Los periodos de compresión y expansión tienen lugar cada uno durante una carrera del pistón. Los períodos de evacuación de gases e introducción de aire tienen lugar: a) en los motores de cuatro tiempos, cada uno de ellos, en una carrera completa del pistón y, b) en los motores de dos tiempos, parcialmente al final de la expansión y parcialmente al principio de la compresión. Así en los motores de cuatro tiempos los ciclos se suceden cada cuatro carreras del pistón, es decir cada dos vueltas de cigüeñal  y en los de dos tiempos cada dos carreras del pistón, o lo que es lo mismo, cada vuelta de cigüeñal.