Cronología de la tecnología de los motores térmicos

Esta cronología de la tecnología de los motores térmicos describe cómo estos se conocen desde la antigüedad, pero se han convertido en dispositivos cada vez más útiles desde el siglo XVII, a medida que se adquiría una mejor comprensión de los procesos involucrados. Un motor térmico es cualquier sistema que convierte el calor en energía mecánica , que luego se puede utilizar para realizar trabajo mecánico . Hoy en día, continúan desarrollándose.

En ingeniería y termodinámica , un motor térmico realiza la conversión de energía térmica en trabajo mecánico aprovechando el gradiente de temperatura entre una "fuente" caliente y un " sumidero " frío. El calor se transfiere al sumidero desde la fuente y, en este proceso, parte del calor se convierte en trabajo .

Una bomba de calor es un motor térmico que funciona en sentido inverso. Se utiliza trabajo para crear un diferencial de calor. La cronología incluye dispositivos clasificados como motores y bombas, además de identificar avances significativos en la comprensión humana.

• Prehistoria – El pistón de fuego utilizado por las tribus del sudeste asiático y las islas del Pacífico para encender fuego.
• C. 450 a. C. – Arquitas de Tarento utilizó un chorro de vapor para propulsar un pájaro de madera de juguete suspendido de un alambre. ^[1]
• C. 50 d. C. – La máquina de Herón de Alejandría , también conocida como Eolípila , muestra el movimiento rotatorio producido por la reacción de chorros de vapor. ^[2]
• C. siglo X – China desarrolla las primeras lanzas de fuego , que eran armas similares a lanzas que combinaban un tubo de bambú que contenía pólvora y proyectiles similares a metralla atados a una lanza.
• C. siglo XII – China, la representación más antigua de un arma que muestra un cuerpo de metal y un proyectil ajustado que maximiza la conversión de los gases calientes en movimiento hacia adelante. ^[3]
• 1125 – Gerbert, profesor de las escuelas de Reims, diseñó y construyó un órgano impulsado por aire que escapaba de un recipiente en el que estaba comprimido por agua caliente. ^[4]
• 1232: se registra el primer uso de un cohete en una batalla entre los chinos y los mongoles (consulte la Cronología de la tecnología de cohetes y misiles para obtener una visión del desarrollo de los cohetes a lo largo del tiempo).
• C. 1500 – Leonardo da Vinci construye el Architonnerre , un cañón propulsado por vapor. ^[5]
• 1543 – Blasco de Garay, un oficial naval español, demuestra un barco propulsado sin remos ni velas que utilizaba la reacción de un chorro emitido desde una gran olla de agua hirviendo. ^[4]
• 1551 – Taqi al-Din demuestra una turbina de vapor , utilizada para hacer girar un asador . ^[6]

• 1629 – Giovanni Branca demuestra una turbina de vapor . ^[7]
• 1662 – Robert Boyle publica la Ley de Boyle , que define la relación entre el volumen y la presión en un gas a temperatura constante. ^[8]
• 1665 – Edward Somerset , segundo marqués de Worcester, construye una fuente de vapor que funciona. ^[9]
• 1680 – Christiaan Huygens publica un diseño para un motor de pistón propulsado por pólvora , pero nunca se construye.
• 1690 – Denis Papin – produce el diseño de la primera máquina de vapor de pistón.
• 1698 – Thomas Savery construye una bomba de agua a vapor sin pistón para bombear agua de las minas.

• 1707 – Denis Papin – produce el diseño de su segunda máquina de vapor de pistón junto con Gottfried Leibniz .
• 1712 – Thomas Newcomen construye la primera bomba de agua impulsada por vapor con pistón y cilindro que tuvo éxito comercial para extraer agua de las minas. Se la conoce como motor atmosférico y funciona condensando vapor en un cilindro para producir un vacío que mueve el pistón por presión atmosférica.
• 1748 – William Cullen demuestra la primera refrigeración artificial en una conferencia pública en la Universidad de Glasgow en Escocia.
• 1759 – John Harrison utiliza una tira bimetálica en su tercer cronómetro marino (H3) para compensar los cambios inducidos por la temperatura en el espiral. Esto convierte la expansión y contracción térmica de dos sólidos diferentes en trabajo mecánico.
• 1769 – James Watt patenta su primera máquina de vapor atmosférica mejorada, véase máquina de vapor de Watt, con un condensador separado fuera del cilindro, duplicando la eficiencia de las máquinas anteriores.
• 1787 – Jacques Charles formula la ley de Charles , que describe la relación entre el volumen y la temperatura de un gas. Sin embargo, no la publica y no se reconoce hasta que Joseph Louis Gay-Lussac la desarrolla y la cita en 1802.
• 1791 – John Barber patenta la idea de una turbina de gas .
• 1799 – Richard Trevithick construye la primera máquina de vapor de alta presión. Esta utilizaba la fuerza del vapor presurizado para mover el pistón.

• 1802 – Joseph Louis Gay-Lussac desarrolla la ley de Gay-Lussac , que describe la relación entre la presión y la temperatura de un gas.
• 1807 – Nicéphore Niépce instaló su motor de combustión interna pireóforo alimentado con «musgo, polvo de carbón y resina» en un barco y remontó el río Saona en Francia.
• 1807 – El ingeniero franco-suizo François Isaac de Rivaz construyó el motor De Rivaz , impulsado por la combustión interna de una mezcla de hidrógeno y oxígeno, y lo utilizó para propulsar un vehículo con ruedas. ^[10]
• 1816 – Robert Stirling inventa el motor Stirling , un tipo de motor de aire caliente .
• 1824 – Nicolas Léonard Sadi Carnot desarrolló el ciclo de Carnot y la máquina térmica de Carnot hipotética asociada , que es el modelo teórico básico para todas las máquinas térmicas . Esto proporciona la primera idea temprana de la segunda ley de la termodinámica .
• 1834 – Jacob Perkins obtuvo la primera patente para un sistema de refrigeración por compresión de vapor.
• Década de 1850: Rudolf Clausius establece el concepto de sistema termodinámico y posiciona la entropía como que en cualquier proceso irreversible una pequeña cantidad de energía térmica δQ se disipa de manera incremental a través del límite del sistema.
• 1859 – Etienne Lenoir desarrolló el primer motor de combustión interna comercialmente exitoso , un motor monocilíndrico de dos tiempos con encendido eléctrico de gas de iluminación (no gasolina).
• 1861 – Alphonse Beau de Rochas de Francia origina el concepto del motor de combustión interna de cuatro tiempos enfatizando la importancia previamente no apreciada de comprimir la mezcla de combustible y aire antes del encendido.
• 1861 – Nicolaus Otto patenta un motor de combustión interna de dos tiempos basado en Lenoir.
• 1867 – James Clerk Maxwell postuló el experimento mental que más tarde se conocería como el demonio de Maxwell . Este experimento aparentemente violaba la segunda ley de la termodinámica y fue el comienzo de la idea de que la información era parte de la física del calor.
• 1872 – Charles Henry Hall patenta la bomba de vapor pulsómetro , una bomba sin pistón inspirada en la bomba de vapor Savery.
• 1873 – El químico británico Sir William Crookes inventa el molino de luz, un dispositivo que convierte el calor radiante de la luz directamente en movimiento rotatorio.
• 1877 – El teórico Ludwig Boltzmann visualizó una forma probabilística de medir la entropía de un conjunto de partículas de gas ideal, en la que definió la entropía como proporcional al logaritmo del número de microestados que dicho gas podría ocupar.
• 1877 – Nicolaus Otto patenta un práctico motor de combustión interna de cuatro tiempos ( patente estadounidense 194.047 ).
• 1883 – Samuel Griffin de Bath, Reino Unido, patenta un motor de combustión interna de seis tiempos . ^[11]
• 1884 – Charles A. Parsons construye la primera turbina de vapor moderna .
• 1886 – Herbert Akroyd Stuart construye el prototipo de motor de bulbo caliente , un motor de encendido por compresión de carga homogénea alimentado con aceite similar al diésel posterior pero con una relación de compresión más baja y que funciona con una mezcla de aire y combustible.
• 1887 – Lord Rayleigh discutió la posibilidad teórica de un motor térmico termoacústico que pudiera convertir una diferencia de temperatura directamente en movimiento mecánico utilizando únicamente ondas sonoras. El tubo de Rijke ya lo había demostrado en 1859.
• 1892 – Rudolf Diesel patenta el motor diésel ( patente estadounidense 608.845 ), en el que una alta relación de compresión genera gas caliente que enciende el combustible inyectado . Después de cinco años de experimentación y con la ayuda de la empresa MAN, construye un motor diésel funcional en 1897.

• Hacia 1910, un inventor desconocido produce el juguete " Pájaro bebedor ", un pájaro de juguete que oscila continuamente sobre un pivote impulsado por la evaporación y condensación de un líquido volátil. Un extremo húmedo y un extremo seco del juguete producen una ligera diferencia de temperatura a través de la evaporación del agua.
• 1909, el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes desarrolla el concepto de entalpía para la medida del trabajo "útil" que se puede obtener de un sistema termodinámico cerrado a presión constante.
• 1913 – Nikola Tesla patenta la turbina Tesla basada en el efecto de capa límite .
• 1926 – Robert Goddard de EE. UU. lanza el primer cohete de combustible líquido .
• 1929 – Felix Wankel patenta el motor rotativo Wankel ( patente estadounidense 2.988.008 )
• 1929 –   Leó Szilárd , en un refinamiento del famoso  escenario del demonio de Maxwell,  concibe un motor térmico que puede funcionar únicamente con información, conocido como el motor Szilard .
• 1930 – Sir Frank Whittle en Inglaterra patenta el primer diseño de una turbina de gas para propulsión a chorro .
• 1933 – El físico francés Georges J. Ranque inventa el tubo Vortex , un dispositivo de flujo de fluido sin partes móviles, que puede separar un gas comprimido en corrientes calientes y frías.
• 1935 – Ralph H. Fowler inventa el título de " ley cero de la termodinámica " para resumir los postulados hechos por físicos anteriores de que el equilibrio térmico entre sistemas es una relación transitiva .
• 1937 – Hans von Ohain construye una turbina de gas
• 1940 – El húngaro Bela Karlovitz, que trabaja para la empresa Westinghouse en EE. UU., presenta la primera patente para un generador magnetohidrodinámico , que puede generar electricidad directamente a partir de un gas caliente en movimiento.
• 1942 – RS Gaugler de General Motors patenta la idea del tubo de calor , un mecanismo de transferencia de calor que combina los principios de conductividad térmica y transición de fase para gestionar eficientemente la transferencia de calor entre dos interfaces sólidas.
• Década de 1950 – La empresa Philips desarrolla el refrigerador criogénico de ciclo Stirling , que convierte la energía mecánica en una diferencia de temperatura.
• 1957: V. Wilson realizó la primera demostración práctica de un convertidor termoiónico de vapor de cesio en modo arco . Los electrones de un cátodo caliente actúan como un fluido de trabajo que se condensa en un ánodo frío y produce una corriente eléctrica. En la década siguiente se demostraron varias aplicaciones, incluido su uso con fuentes de calor solares , de combustión , de radioisótopos y de reactores nucleares . ^[12]
• 1959 – Geusic, Schultz-DuBois y Scoville de Bell Telephone Laboratories, EE.UU., construyen un máser de tres niveles que funciona como un motor térmico cuántico que extrae trabajo de la diferencia de temperatura de dos depósitos de calor.
• 1962 – William J. Buehler y Frederick Wang descubren la aleación de níquel-titanio conocida como Nitinol , que tiene memoria de forma que depende de su temperatura.
• 1962 – Nikolaus Rott reabrió el tema de los motores termoacústicos descritos por Lord Rayleigh en 1887 y produjo un análisis teórico completo que condujo al desarrollo tecnológico y a un dispositivo funcional transportado a bordo del transbordador espacial en 1992.
• 1992 – Se construyen los primeros generadores magnetohidrodinámicos prácticos en Serbia y EE.UU.
• 1996 – Se patenta el motor Quasiturbine . Un motor rotativo sin pistones que utiliza un rotor romboidal cuyos lados están articulados en los vértices. Similar al motor Wankel , pero la articulación en los bordes permite una mayor relación de volumen.

• 2011 – Shoichi Toyabe y otros demuestran un motor Szilard en funcionamiento utilizando un microscopio de contraste de fase equipado con una cámara de alta velocidad conectada a una computadora. ^[13]
• 2011 – La Universidad Estatal de Michigan construye el primer motor de disco de ondas . Se trata de un motor de combustión interna que prescinde de pistones, cigüeñales y válvulas y los reemplaza por un generador de ondas de choque en forma de disco. ^[14]
• 2019 – Roberto Serra y otros de las Universidades de Waterloo , la Universidade Federal do ABC y el Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas demuestran un motor térmico cuántico funcional basado en un sistema de espín 1/2 y técnicas de resonancia magnética nuclear . ^[15]
• 2020 – Los ingenieros del Laboratorio de Dispositivos Avanzados RIKEN demuestran un dispositivo a escala nanométrica que puede actuar como motor térmico o como refrigerador utilizando efectos cuánticos . ^[16]

Líneas de tiempo relacionadas:

• Cronología de la tecnología de cohetes y misiles : Los cohetes pueden considerarse motores térmicos. El calor de sus gases de escape se convierte en energía mecánica.
• Historia de la termodinámica
• Historia del motor de combustión interna
• Cronología de la tecnología de motores y máquinas
• Cronología de la energía del vapor
• Cronología de la tecnología de medición de temperatura y presión

Para ver una cronología de toda la tecnología humana, consulte:

• Cronología de inventos históricos