Micromotores de combustión interna

Un equipo de investigadores de la Universidad de Birmingham dirigido por el Dr. Kyle Jiang, director del Departamento de Ingeniería Mecánica, ha fabricado el que se puede considerar como motor de combustión interna y pistón más pequeño construido hasta ahora, ya que tiene unas dimensiones de algo menos de un centímetro. Para poder resistir el calor producido durante su funcionamiento han utilizado materiales cerámicos, alúmina y carburo de silicio. El minimotor podría funcionar durante dos años con una pequeña cantidad de combustible para encendedores. Para fabricar el micromotor se ha utilizado un avanzado proceso de litografía de rayos ultravioleta desarrollado en Birmingham para trabajar con gruesas capas de SU-8. En este proceso, el tiempo de precocción se utiliza para mantener la propiedad de absorción UV muy baja en el sustrato de SU-8, y permitir que la luz UV pueda penetrar en la capa de SU-8 con una intensidad uniforme. Este proceso permite trabajar en grandes espesores y con paredes laterales bien definidas, lo que ayuda además a separar las piezas fabricadas del sustrato de la oblea de silicio.

Tamaño comparativo del micromotor.

Micromotor adaptado para su funcionamiento con Co² líquido.

Cilindro abierto, mostrando el pistón de alúmina.

Despiece del micromotor.

Micromotor Wankel de la Universidad de Birminghan.

En marzo del año 2004 se llevó a cabo un proyecto de investigación en la Universidad de Birmingham para desarrollar un micromotor. En la primera etapa se fabricó un micromotor de tipo Wankel para que funcionase con CO² líquido a presión, con la intención de que sirviera de base para la fabricación de un micromotor de combustión interna, en el que se eliminará la etapa de compresión del ciclo Otto.

En aquel tiempo la densidad energética de las baterías utilizadas en ordenadores portátiles y móviles era del orden de 220 Wh/Kg. Se esperaba que con un micromotor utilizado como generador de electricidad para estos dispositivos móviles se pudiese incrementar esta densidad energética hasta 60 veces.

Microturbina del MIT.

En el año 2001 el MIT estaba implicado en el desarrollo de una microturbina de gas formada con seis obleas (Capas) de silicio, con una potencia de 10 a 50 vatios. Su cámara de combustión tenía un volumen menor de 1 Cm³ y proporcionaba una llama de hidrógeno estable, con una temperatura de salida de gases de más de 1.600 ºC.

En abril del año 2001, en un laboratorio de Berkeley, se puso en marcha un pequeño motor de acero del tipo Wankel, no mucho más grande que una moneda de un centavo de dolar. Como combustible utilizaba butano y propano, que se encendía mediante una chispa, produciendo 2,5 vatios de electricidad, suficiente para alimentar una bombilla de un foco de bicicleta. Con unos 28 gramos de combustible este motor estuvo funcionando durante dos horas. La intención del equipo de investigadores era aumentar el tamaño del motor hasta obtener una potencia de 30 vatios, suficiente para alimentar algunos dispositivos electrónicos, con la ventaja de tener un menor peso que el de las baterías de iones de litio.

El equipo dirigido por Carlos Fernández-Pello, (Profesor de ingeniería mecánica) que trabajó en colaboración con Kenji Miyaska de la Universidad Fukui de Japón, esperaba utilizar la experiencia como paso previo a la fabricación de un micromotor con tecnología MEMS. El diseño del motor Wankel es ideal para la miniaturización debido a su simplicidad, y los componentes son relativamente fáciles de fabricar utilizando las tecnologías de fotogravado sobre película de silicio. En el tamaño de una cabeza de alfiler cabría un motor en miniatura que con una milésima de gramo de combustible funcionaría durante dos horas.

En el 2004 el equipo de Berkeley, en la Universidad de California, desarrolló un micromotor rotativo de 30-40 vatios de potencia, utilizando técnicas de fabricación de electroerosión (EDM). En aquel momento el equipo de investigadores tenía la intención de desarrollar un modelo de micromotor de 1 mm. En aquel año un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Washington estaba trabajando en un motor de combustión externa que convierte la energía mecánica en electricidad mediante una delgada película piezoeléctrica.