Motor Rotativo Wankel

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    19-Jan-2016
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MOTOR ROTATIVO WANKEL

El motor Wankel es un tipo de motor de combustin interna, inventado por Felix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores alternativos.

La principal caracterstica de este tipo de motor frente a uno habitual como puede ser un motor de gasolina de cuatro tiempos o uno diesel es el movimiento con el que realizan el trabajo.

Mientras estos lo hacen mediante un movimiento lineal alternativo que es trasformado a uno de rotacin con un sistema de biela-manivela, el motor Wankel genera un movimiento de rotacin directamente sobre su pistn triangular, que gira dentro de una carcasa sin que exista ninguno alternativo.

Este tipo de motores dentro del mundo del automvil es utilizado por ejemplo por la marca Mazda con su modelo RX-8.

1.- FUNCIONAMIENTO

En un motor alternativo; en el mismo volumen (cilindro) se efectan sucesivamente 4 diferentes trabajos - admisin, compresin, combustin y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; es decir, viene a ser como tener un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos, con el pistn movindose continuamente de uno a otro. Ms concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un pistn triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistn comunica su movimiento rotatorio a un cigeal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro nico.

Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presin creada por la combustin de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presin est contenida en la cmara formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones.

El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vrtices en contacto con el alojamiento, delimitando as tres compartimentos separados de mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cmara, cada uno de los 3 volmenes se expanden y contraen alternativamente; es esta expansin-contraccin la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energa expansiva y la expele hacia el escape.

Los procesos de admisin y escape se realizan mediante lumbreras (como los motores de dos tiempos) que son controladas por el giro del motor (no se necesita por tanto distribucin).

El rotor de forma triangular gira sobre una excntrica situada en el rbol motriz. Durante su rotacin, los tres vrtices del rotor estn en permanente contacto con la superficie interna de la camisa.

El dentado interno del motor engrana con un pin describiendo rbitas alrededor de el. El giro del rotor es trasmitido al rbol motriz a travs de la excntrica, de manera que por cada revolucin del rotor del rbol motriz gira tres vuelta (el dentado interno describe tres rbitas alrededor del pin estacionario) o dicho de otro modo cuando el rotor avanza 120, el rbol motriz o eje de salida a girado 360. Por ejemplo cuando el motor alcanza un rgimen de 3000 rpm el rotor gira solamente a 1000 rpm. (Par motor ms uniforme y ms tiempo para realizar el intercambio de los gases).

En cada una de las tres cmaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo un ciclo de cuatro tiempos en una vuelta del rotor, es decir, tres ciclos completos por revolucin, esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120 (360 en el rbol motriz)

En el motor rotativo el rbol motriz gira 1080 (tres vueltas) para completar un ciclo en cada una de las tres cmaras, en este tiempo el rotor gira 360 (una vuelta). En cambio en el motor de pistn alternativo un ciclo completo se realiza cada 720 (dos vueltas) de rotacin del cigeal.

1.1 ADMISION

La admisin de la mezcla aire-combustible comienza cuando el vrtice R descubre la lumbrera de admisin, el desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cmara que va llenndose de aires frescos, hasta que el vrtice E cierra al lumbrera.

1.2 COMPRESION

La mezcla admitida queda encerrada en la cmara de lado RE, que ahora disminuye su volumen producindose la compresin de los gases, Antes de llegar a la mxima compresin, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de la chispa en la o las bujas, inicindose la combustin.

1.3 EXPLOSION

El aumento de presin que produce la combustin, impulsa al rotor mientras se realiza la expansin de los gases, que se prolonga hasta que el vrtice R abre la lumbrera de escape.

1.4 ESCAPE

Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presin residual de la expansin. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cmara hasta completar el proceso cuando el vrtice E rebasa la lumbrera de escape. La eficacia del intercambio de gases depende de la posicin de las lumbreras.

2.- VENTAJAS

Menos piezas mviles: el motor Wankel tiene menos piezas mviles que un motor convencional, tan solo 4 piezas; bloque, rotor (que a su vez est formado por segmentos y regletas), rbol motriz y sistema de refrigeracin/engrase (similar a los que montan los motores de pistn). Esto redunda en 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 est sometido un pistn. Estn equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibracin. Incluso la entrega de potencia se desarrolla en forma ms progresiva, dado que cada etapa de combustin dura 90 de giro del rotor y a su vez como cada vuelta del rotor representa 3 vueltas del eje, cada combustin dura 270 de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta; comprenlo con un motor mono cilndrico, donde cada combustin transcurre durante 180 de cada 2 revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta del cigeal. Se produce una combustin cada 120 del rotor y 360 del eje.

Menor velocidad de rotacin: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje, las piezas principales del motor se mueven ms lentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad.

Menores vibraciones: dado que las inercias internas del motor son muy pequeas (no hay bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de pistones), solo se producen pequeas vibraciones en la excntrica.

Menor peso: debido al menor nmero de piezas que forman el motor en comparacin con los de pistones y dado que generalmente se construyen motores de dos o tres rotores de 600cc o 700cc cada uno, ayuda a conseguir un menor peso final del mismo.

3.- DESVENTAJAS

Emisiones: es ms complicado (aunque no imposible) ajustarse a las normas de emisiones contaminantes.

Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta costoso.

Consumo: la eficiencia termodinmica (relacin consumo-potencia) se ve reducida por la forma alargada de las cmaras de combustin y la baja relacin de compresin.

Difcil estanqueidad: resulta muy difcil aislar cada una de las 3 secciones del cilindro en rotacin, que deben ser impermeables unas de otras para un buen funcionamiento. Adems se hace necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada 6 aos aproximadamente, por su fuerte desgaste.

Sincronizacin: la sincronizacin de los distintos componentes del motor debe ser muy buena para evitar que la explosin de la mezcla se inicie antes de que el pistn rotativo se encuentre en la posicin adecuada. Si esto no ocurre, la ignicin empujar en sentido contrario al deseado, pudiendo daar el motor.

4.- SISTEMA DE REFRIGERACION

Los motores tienen una temperatura ptima de funcionamiento, la cual debe alcanzarse con la mxima rapidez y posteriormente mantenerse en toda circunstancia. Esta va a ser la funcin encomendada al sistema de refrigeracin. En funcin del agente elegido para la evacuacin del calor nos encontramos ante dos tipos de sistemas: refrigeracin por agua o refrigeracin por aire, este ltimo no utilizado en los motores Wankel.

La refrigeracin de los motores Wankel se realiza mediante agua como en la mayora de los vehculos actuales, el sistema es el mismo que los motores convencionales, la diferencia est en que los motores convencionales el agua circula a travs de los orificios que se encuentran en el bloque motor, y en los motores rotativos el agua circula a travs del Epitrocoide Carcasa.

5.- SISTEMA DE LUBRICACION Y ENGRASE

Son similares a los que montan los motores de pistn alternativo. La lubrificacin de los segmentos se realiza aadiendo aceite al combustible mediante un dispositivo dosificador que dosifica la cantidad de aceite necesario segn las revoluciones y la carga del motor.

6.- CARACTERISTICAS DEL MOTOR ROTATIVO WANKEL

Para analizar las caractersticas especficas del motor Wankel, se va a comparar con un motor convencional de pistn alternativo, para una mejor comprensin:

No hay sistema de distribucin.

Realiza la transformacin energtica 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 (admisin, compresin, expansin y escape).

La transmisin del movimiento rotativo del rotor cigeal se efecta mediante el engranaje interior del rotor con una relacin de transmisin tal que por cada vuelta del rotor el cigeal da tres.

La entrada y salida de gases del cilindro no se controla con vlvulas, sino que es el propio rotor, en su giro, el que efecta esta funcin destapando y tapando las lumbreras.