El documento describe el motor Wankel, también conocido como motor rotativo. Es un motor de combustión interna alternativo que funciona mediante un rotor triangular giratorio en lugar de pistones. Tiene menos piezas móviles que un motor convencional y proporciona una marcha más suave, pero tiene mayores desafíos para cumplir con las normas de emisiones y una eficiencia termodinámica menor. El documento también explica los materiales, combustible y ventajas y desventajas de este tipo de motor.

1. MOTOR WANKEL
(CICLO ROTATIVO)

2. El motor rotativo fue uno de los primeros tipos de motores de combustión
interna en el cual el cigüeñal permanece fijo y el motor entero gira a su
alrededor. El diseño fue muy usado en los años anteriores a la Primera
Guerra Mundial y durante esta para propulsar aviones, y también en
algunos de los primeros autos y motocicleta. A principios de los años 20
del siglo XX el motor rotativo comenzó a volverse obsoleto, principalmente
debido a su bajo par motor, consecuencia de la forma en que trabaja el
motor. También estaba limitado por su restricción inherente dada por

3. También estaba limitado por su restricción inherente dada por la forma de
aspirar la mezcla de aire/combustible a través del cigüeñal y cárter hueco,
que afectan directamente a su rendimiento volumétrico. Sin embargo, en su
tiempo fue una solución muy eficiente para los problemas de potencia, peso y
fiabilidad.1
Un motor rotativo es en esencia un motor de ciclo Otto, pero en lugar de
tener un bloque de cilindros con un cigüeñal rotatorio como en el motor
radial, este permanece fijo y es el bloque de cilindros entero el que gira a su
alrededor. En la mayoría de los casos, el cigüeñal está sólidamente fijado a la
estructura del avión, y la hélice se encuentra atornillada al frente del cárter.

4. Un motor rotativo o Wankel es un motor de combustión interna que
funciona de una manera completamente diferente a los motores
alternativos.
Es un motor alternativo de 4 tiempos pero en zonas distintas del estátor o bloque, con
el pistón moviéndose sin detenciones de un tiempo a otro. Más concretamente, la
envolvente es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un rotor
triangular o triángulo-lobular que realiza un giro de centro variable (rotor excéntrico).
Este pistón transmite su movimiento rotatorio a un eje cigüeñal que se encuentra en
su interior, y que gira ya con un centro único.

5. Al igual que un motor de pistones, el rotativo
utiliza la presión producida por la combustión
de la mezcla aire-combustible. La diferencia
radica en que esta presión está contenida en la
cámara formada por una parte de la envolvente
o estátor y cerrada por uno de los lados del
rotor triangular, que en este tipo de motor
reemplaza a los pistones. Estos motores, en su
mayoría, desarrollan una mayor potencia que
los cilíndricos debido a una mayor compresión
aero-explosiva, por ejemplo un 2 rotores
equivale en potencia a un 6 cilindros de motor
convencional.1

6. EL ROTOR SIGUE UN RECORRIDO EN EL QUE MANTIENE SUS 3 VÉRTICES EN CONTACTO CON EL "ESTÁTOR" O
"EPITROCOIDE", DELIMITANDO ASÍ TRES COMPARTIMENTOS SEPARADOS DE MEZCLA. A MEDIDA QUE EL ROTOR
GIRA DENTRO DE LA CÁMARA, CADA UNO DE LOS 3 VOLÚMENES SE EXPANDE Y CONTRAE ALTERNATIVAMENTE; ES
ESTA EXPANSIÓN-CONTRACCIÓN LA QUE ASPIRA EL AIRE Y EL COMBUSTIBLE HACIA EL MOTOR, COMPRIME LA
MEZCLA, EXTRAE SU ENERGÍA EXPANSIVA Y LUEGO EXPULSA LOS GASES QUEMADOS HACIA EL ESCAPE. 2
ROTOR MOTOR WANKEL
ROTOR CON
ACIENTO DE
VALVULA PEGADO

7. VENTAJAS Menos piezas móviles: el motor Wankel tiene
menos piezas móviles que un motor convencional, tan
solo 4 piezas: bloque, rotor (que a su vez está formado
por segmentos y regletas), árbol motor y sistema de
refrigeración/engrase (similar a los que montan los
motores de pistón). Esto contribuye a una mayor
fiabilidad.

8. Suavidad de marcha: todos los componentes de un motor rotativo giran
en el mismo sentido, en lugar de sufrir las constantes variaciones de
sentido a las que está sometido un pistón. Están equilibrados
internamente con contrapesos giratorios para suprimir
cualquier vibración. Incluso la entrega de potencia se desarrolla en forma
más progresiva, dado que cada etapa de combustión dura 90° de giro del
rotor y a su vez como cada vuelta del rotor representa 3 vueltas del eje,
cada combustión dura 270° de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta;
se compara con un motor monocilíndrico, en el que cada combustión
transcurre durante 180° de cada 2 revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta
del cigüeñal: se produce una combustión cada 120º del rotor y 360º del
eje. Un motor Wankel de dos rotores equivale en uniformidad de par a un
motor de 6 cilindros alternativo.

9. Menor velocidad de rotación: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del
eje y al tocar el estátor, las piezas principales del motor se mueven más
lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad. Una vez
resueltos los problemas iniciales para la elección de los materiales más
adecuados, los segmentos siempre están en movimiento respecto a las partes
fijas, no hay puntos muertos como en los motores alternativos. Precisamente los
mayores desgastes se producen en esos puntos muertos, donde al no haber
velocidad relativa de una pieza respecto a otra no hay lubricación

10. Menores vibraciones: dado que las inercias internas del motor son muy
pequeñas (no hay bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de pistones, ni
movimiento), solo se producen pequeñas vibraciones en la excéntrica.
Menor peso: debido al menor número de piezas que forman el motor en
comparación con los de pistones y dado que generalmente se construyen
motores de dos o tres rotores de 600 cc o 700 cc cada uno, ayuda a conseguir
un menor peso final del motor.
INCONVENIENTES
Freno motor El motor rotativo Wankel, como los motores de 2T, tiene menos
freno motor que los motores alternativos de 4T, por lo que los vehículos que lo
usan precisan unos frenos de mayores dimensiones.

11. Emisiones: es más complicado (aunque no imposible) ajustarse a las normas
de emisiones contaminantes, ya que trabaja igual que un motor de 2 tiempos,
consumiendo aire, combustible y aceite.
Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta
más complejo por la dificultad en encontrar personal con formación adecuada
en este tipo de motor.
Consumo: la eficiencia termodinámica (relación energía disponible en el
combustible / potencia efectiva) se ve reducida por la forma alargada de las
cámaras de combustión, con una alta relación superficie/volumen.

12. Difícil estanqueidad: resulta muy difícil aislar cada una de las 3 secciones del rotor,
que deben ser estancas unas respecto a otras para un buen funcionamiento. Además,
en los primeros modelos se hacía necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada
6 años aproximadamente, por su desgaste, que puede reducirse manteniendo una
pequeña proporción de aceite mezclado directamente en el combustible +1%, las
bombas fallan, con lubricantes sólidos tipo MoS2, y redondeando las aristas de las
lumbreras y huecos de las bujías, para evitar choques bruscos entre los segmentos
de estanqueidad y el estátor.

13. Sincronización: la sincronización de los distintos componentes del motor debe ser muy
buena para evitar que el encendido de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se
encuentre en la posición adecuada. Si el encendido es precoz, empujará en sentido
contrario al deseado, pudiendo averiar el motor.
Encendido: El número y la situación de las bujías influían en el rendimiento del motor y en
su complejidad: han evolucionado a una única bujía por cámara para la mayoría de
aplicaciones, como en los motores alternativos.
Freno motor El motor rotativo Wankel, como los motores de 2T, tiene menos freno motor
que los motores alternativos de 4T, por lo que los vehículos que lo usan precisan unos
frenos de mayores dimensiones.

14. COMBUSTIBLE

15. Dada la ausencia de puntos calientes en la cámara de combustión, se ha
calculado que una gasolina con un octanaje de 87 es suficiente para un motor
Wankel, lo que puede representar una ventaja práctica. Para la lubricación, que
se hace como en los motores de dos tiempos mediante mezcla combustible y
aceite, se han usado los sistemas de mezcla previa o una bomba dosificadora
que añade una pequeña cantidad de aceite a la admisión, lubricante igual al
empleado para la lubricación y refrigeración del rotor, pero gente con
experiencia en el uso de motores rotativos indica como medida de precaución
añadir a la gasolina al menos un 1% de aceite lubricante, como en los motores 2T
de antes, pues sería fácil que se descebe la bomba de aceite, y quede el motor
sin lubricación suficiente, acelerándose el desgaste, que también se pude
disminuir redondeando las aristas de las lumbrears y agujeros de las bujías,

16. MATERIALES

17. Para el estátor o bloque motor se han utilizado aleaciones de
aluminio, aluminio/silicio o Al/Si/Cu, por ejemplo la aleación Alcoa
A-132, ya que el aluminio tiene una mayor conductividad térmica y
un coeficiente de dilatación más adecuado. En el interior del bloque
se colocaba una chapa de acero con la forma de la epitrocoide, con
rugosidades en su cara externa para asegurar el anclado al bloque,
sobre esta lámina se aplicaba una capa de revestimiento antifricción,
que al mismo tiempo permitía que se mantuviese una lámina de
aceite lubricante

18. Los rotores se suelen fabricar en fundición y también de aluminio. Suzuki íntentó,
para resolver el problema de la duración del estátor del motor, extendiéndola a
más de 250.000 km, el uso de segmentos de vértice hechos de la aleación
ferrotic, junto con el revestimiento de la superficie de trabajo del estátor descrito
por A EP Grazen.
Se dice que los prototipos de motor rotativo Wankel que construyó General
Motors -GM- tenían una duración superior a los 800.000 km, y aunque GM
aseguró haber resuelto el problema de la economía en el consumo del motor
Wankel, no llegaron a poder resolver en un mismo diseño los problemas del
consumo y de la emisión de gases contaminantes

19. Las máquinas-herramienta para producir motores Wankel de OMC (Outboard Marine
Co) y GM (General Motors) y la tecnología de John Deere las adquirieron Freedom-
Motors y Möller, el club Wankel alemán tendría los elementos de producción de los
motores rotativos Sachs. Inicialmente era necesaria una máquina específica para
producir cada tamaño distinto de motor rotativo, pero una empresa inglesa patentó
una: "Máquina generadora de epitrocoides" que facilitaba la producción de modelos
distintos con la misma maquinaria.

20. DIFICULTADES TECNICAS

21. El motor Wankel por sus propias características produce poca
contaminación por NO; uno de los procedimientos clásicos de
reducción de emisiones de NO ha sido la recirculación de los gases de
escape, que en el motor Wankel era un rasgo intrínseco. (En general, en
los motores se producen más NOx si la temperatura en la cámara de
combustión es más alta; según Harry Ricardo -1920, por cada 1% de
incremento de la proporción de gases de escape en la mezcla que entra
en el tiempo de admisión, se produce un descenso de 45º F en la
temperatura de la llama).

22. Yanmar Diesel ha publicado información referente a las características propias de
diversas formas y posiciones del hueco de combustión en la superficie del rotor en
relación con el número y posición de la/s bujía/s, (Puede verse también en el libro
de Kenichi Yamamoto "Rotary engine"); en sus motores de pequeño
desplazamiento y refrigeración del rotor por mezcla aire/combustible, Yanmar
Diesel y Toyota (SAE paper 790435) comprobaron que la colocación de una válvula
de láminas (Reed-Valve) en el colector de admisión, o cerca de la lumbrera de
admisión, mejoraba las actuaciones bajo carga parcial y a bajas rpm., que es
donde el rendimiento volumétrico del Wankel es menor.

23. Inicialmente, algunos motores Wankel tenían las lumbreras de admisión
y escape en las caras laterales del rotor, lo que produjo problemas de
distorsiones térmicas y de depósitos de carbonilla y de gomas, que sólo
llegaron a resolverse en el motor Renesis de Mazda mediante la
colocación de segmentos especiales rascadores en la caras laterales del
rotor, y mejoras en los materiales, como inclusión de piezas de
materiales cerámicos. Las lumbreras laterales evitan el solapamiento de
los tiempos de admisión y escape que podría producir entrada de gases
quemados en la fase de admisión, y salida de mezcla aire/combustible
sin quemar al sistema de escape, ambas cosas pueden ser perjudiciales
para la emisión de gases contaminantes. La entrada de gases de escape
al tiempo de admisión producía lo que se llamaba en inglés:
"misfirings", o ciclos sin encendido de la mezcla, también desfavorables
para la estabilidad del ralentí y el consumo.