Motor rotativo wankel

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO
“MOTOR ROTATIVO WANKEL”

TERMODINAMICA II

Integrantes:
Leyva Pérez Erick Daniel
Reyna Briseño Francisco Abraham
Romero Pérez Alejandro

GRUPO: 5MM9

PROFESOR:Ing. Martínez García Lilian Viridiana

CALIFICACIÓN:

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD
AZCAPOTZALCO
GENERALIDADES
Innumerables patentes han sido registradas y muchos proyectos han sido realizados en el
intento de crear un motor rotativo volumétrico que tuviese características constructivas y
funcionales superiores a las del motor rotativo alternativo.
Se han estudiado motor de cilindros toroidales en los que los pistones durante el
movimiento circular se aproximan y se alejan, motores con rotores provistos de alabes,
motores con discos o alabes oscilantes y por fin motores llamados de pistón rotativo en
los cuales el pistón es un rotor de forma especial.
Se trata de motores volumétricos sin biela-manivela, con ciclos de funcionamiento
similares a las de los motores alternativos. También se les llama motores rotativos, pero
son muy diferentes de las turbinas de gas que constituyen los más genuinos motores
rotativos: Mientras que la turbina funciona a combustión continua, los motores de pistón
rotativo funcionan, como los motores alternativos, a combustión intermitente.
Los motores de pistón rotativo se idearon para tener:
Ausencia o reducción de las fuerzas de inercia no equilibradas, en cuanto a que no
habiendo partes dotadas de movimiento alternativo, puede llevarse a cabo un
equilibrado natural o fácil.
Reducción del número de piezas móviles y por lo tanto sencillez de construcción.
Volumen total pequeño y en consecuencia peso limitado.
Pero, aunque en teoría parecían prometedores y, al menos sobre el papel, de
construcción más económica que los motores alternativos, no tuvieron gran secuela,
debido a las grandes dificultades de carácter mecánico y térmico entre las que puede
mencionarse el problema de la contención de los gases (sellado) y la inusitada forma de la
cámara de combustión.
Solo recientemente, después de un largo periodo (iniciado en 1954) de tentativas y de
investigaciones, la empresa alemana N.S.U. pudo poner en producción un motor de pistón
rotativo de ciclo Otto: el famoso motor Wankel.

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DESARROLLO DEL CICLO
El motor Wankel es un motor de 4 tiempos: Mecánicamente difiere de manera notable del
motor alternativo por que la función de los cilindros es realizada por un recipiente
estacionario o estatorque tiene la forma que recuerda vagamente a un 8, mientras que la
del pistón es realizada por un rotor o pistón rotativoque tiene la forma de un triángulo
equilátero de lados convexos.

El estator contiene los conductos de aspiración y de escape los cuales dan directamente al
interior si la interposición de válvulas por que el rotor, además de las funciones de piston,
cumple también las de distribuidor, sustituyendo a las valculas.
Los vértices de rotor se mantienen constantemente en contacto con la pared del estator y
delimitan tres cámaras: Las cámaras de trabajo.
Como se ve en las figuras, estas se desplazan con el rotor variando continuamente de
volumen:

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Posicion (I):Mientras el lado “A” del rotor esta expulsado los últimos restos de
gases quemados y esta por comenzar la fase de admisión, el lado “B” comienza la
compresión y el lado “C” esta terminando la fase de expansión.
Posicion (II): Mientras “A” continua en la aspiración, “B” se aproxima al punto de
máxima compresión y “C” esta al comienzo de la fase de escape.
Posicion (III): El lado “A” casi ha completado la aspiración mientras salta la chispa
en el lado “B” que ha alcanzado el punto de máxima compresión (que podría
también llamarse punto muerto superior) y “C” esta a la mitad de la fase de
escape.
Posicion (IV): “A” ha terminado la fase de aspiración, “B” esta en la fase de
expansión y “C” en la fase de escape. Todo esto se ha producido con una rotación
de (π/2) del rotor y de (3π/2) del árbol del motor o cigüeñal. A una vuelta del rotor
sobre su propio eje corresponden por lo tanto 3 vueltas del eje cigüeñal. Cada una
de las fases del ciclo se completa entonces con una rotación de (3π/2) del cigüeñal,
mientras que en los motores alternativos se acompleta en (π).

Cada lado del rotor completa las 4 fases del ciclo en cada vuelta dada por el rotor en torno
a su propio eje. Puesto que los lados son 3, en una vuelta del rotor se completan tres
ciclos desfasados entre sí en (2π/3). Sucede así que sobre las tres caras del rotor, en cada
instante, se verifican simultáneamente tres condiciones diferentes de presión, tales como
para mantener el rotor en movimiento.
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Cada vez que un vértice del rotor pasa sobre la lumbrera de admisión, el cigüeñal
comienza una nueva vuelta; se tiene así un impulso por cada tercera parte de vuelta del
rotor, y un encendido por cada vuelta del cigüeñal.
Desde el punto de vista de las cargas térmicas el motor Wankel puede en consecuencia
compararse con un motor monocilindrico de 2T donde justamente se verifica un
encendido por cada vuelta del cigüeñal.
Cada lado del rotor se dispone, durante el giro del rotor, dos veces en la posición normal
al eje menor de la cámara del estator. Una corresponde al fin de la fase de escape y al
comienzo de la aspiración; la otra, opuesta, al fin de la compresión y comienzo de la
expansión, es decir, al encendido. El volumen en ese instante es el de la cámara de
combustión (la cual está formada por dos partes: una de volumen constante, practicada
en el lado del pistón rotativo, la otra de volumen variable por estar comprendida entre el
rotor y la superficie trocoidal).

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CARACTERISTICAS
A continuación voy analizar las características específicas del motor Wankel,
comparándolo con un motor convencional de pistón alternativo, para una mejor
comprensión:
Realiza la transformación energética en tres fases que corresponden a los tres
ciclos de trabajo que se dan en cada vuelta completa del rotor, pero esto lo ejecuta
en un ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, expansión y escape).
La transmisión del movimiento rotativo del rotor cigüeñal se efectúa mediante el
engranaje interior del rotor con una relación de transmisión tal que por cada
vuelta del rotor el cigüeñal da tres.
La entrada y salida de gases del cilindro no se controla con válvulas, sino que es el
propio rotor, en su giro, el que efectúa esta función destapando y tapando las
lumbreras.
Comparte las ventajas del motor de dos tiempos, puesto que también carece de
distribución y realiza la admisión y el escape a través de lumbreras: alto
rendimiento mecánico, más económico, etc.
Como consecuencia de lo anterior, el motor es más compacto y ligero: eso hace
que pueda girar más rápido, más silencioso y con menos vibraciones (menos
inercia de masas oscilantes).
La estanqueidad ha de ser prefecta para evitar que unos tiempos interfieran en
otros, pero resulta muy difícil de conseguir. Este sistema sufre gran desgaste, lo
que obliga a unos intervalos de mantenimiento más cortos.

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Son motores muy suaves, ya que 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.
La entrega de potencia es más progresiva y la velocidad de rotación menor, puesto
que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje. Consecuentemente, las piezas
principales del motor se mueven más lentamente que las de un motor
convencional, aumentado la fiabilidad.
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 motriz y sistema de
refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón). Esto
contribuye a una mayor fiabilidad.
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; compárenlo con un motor monocilíndrico, donde
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 6 cilindros alternativo.

Menor velocidad de rotación: Dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad
del eje y al tocar el estator, las piezas principales del motor se mueven más
lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad, una
vez resueltos los problemas iniciales en elegir los materiales más adecuados,
los segmentos siempre están en movimiento respecto a las partes fijas, no hay
puntos muertos como en los motores alternativos, y precisamente en esos
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puntos muertos, donde al no haber velocidad relativa de una pieza respecto a
otra no hay lubricación (ver tribología) se producen los mayores desgastes.
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 mismo.
DESVENTAJAS
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 adecuadamente formado 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.
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 estator.
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
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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.
Mantenimiento: Los segmentos que garantizan la estanqueidad debían cambiarse
en plazos determinados debido al desgaste producido por el constante rozamiento
de los vértices del rotor con la superficie de revestimiento de la epitrocoide,
asunto solucionado desde los años 70.
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.

CAMPOS DE APLICACIÓN
En términos generales y de acuerdo con las características expuestas, los campos de
aplicación de los motores Wankel serán aquellos donde el peso, el volumen y el costo
inicial por unidad de potencia sean factores importantes y, donde no sea indispensable
una gran eficiencia ni una larga duración. Es decir, esto lo ubica en los rangos de pequeñas
potencias para usos esporádicos o intermitentes.
Por ser una maquina relativamente, aún no han sido debidamente explorados todos los
campos de aplicación en los que su uso pueda resultar adecuado; encontrándose
actualmente en proceso de experimentación en varios campos.
Dadas sus características, es de esperarse que el motor Wankel encuentre aplicación
ventajosa en muchos de los campos donde se usan los motores alternativos ciclo Otto de
dos tiempos, y en algunos de los cuatro tiempos.
Los importantes campos de aplicación particulares del motor Wankel en la actualidad son
los siguientes:
Transportes
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a) Por carretera. En este campo se está usando ya en forma comercial, con cierto
éxito, en pequeños automóviles principalmente de marcas alemanas y
japonesas, pero existe un marcado interés hacia esta máquina por parte de la
industria automotriz norteamericana. También ha empezado a aplicarse,
aunque en pequeña escala, en vehículos más ligeros como motocicletas.
b) Marinos. Se empieza a usar en plan experimental, como motor fuera de borda
en pequeñas embarcaciones.
c) Aéreos. También en plan experimental se está aplicando.

SITUACION ACTUAL
El Motor Wankel ha sido una revolución dentro de los motores a gasolina, ha tenido que
esperar más que sus pares ya que necesitaba la tecnología y decisión de las compañías
fabricantes de automóviles para tenerlo en su línea de producción.
Ahora con los nuevos materiales de construcción, aleaciones, cerámicos, etc. y cuando sea
el día en que las compañías dejen de ver a este motor como un diseño de prototipo, el
motor Wankel dará su salto definitivo aprovechando todas las cualidades que éste tiene,
junto con superar sus fallas.

BIBLIOGRAFIA:
Maquinas Térmicas, Alberto A. Tapia Dávila, Jorge Cupido González, Academia de
Térmicas, 2da. Edición, 2012.
http://wankelrotativomiguel.blogspot.mx/
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Wankel

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