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Motor Wankel

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by

Juan W.

on 26 April 2011

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Transcript of Motor Wankel

EL MOTOR ROTATIVO
WANKEL UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERIA

Laboratorio de Máquinas Térmicas
Semestre 2011-2

Blanco Camarillo Juan Antonio Ventajas y desventajas ¿Qué es el motor Wankel? Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el Dr. Felix Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores alternativos. ¿Motor de combustión interna? Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Este tipo de motores deben de tener algunas características: Buen rendimiento Bajo consumo Poco contaminante Fiabilidad y durabilidad Bajo coste de fabricación Mantenimiento Otto Diesel Cuatro tiempos Dos tiempos Pistón rotativo Se le llama tambien motor de encendido provocado (MEP)

Consume generalmente una mezcla de aire gasolina que se prepara en el exterior de la cámara Fue una mejora del primer motor (Etienne Lenoir) de combustión interna
Nikolaus Otto en 1876 (alemán) También llamado motor de encendido por compresión (MEC)

Consume combustibles pesados (como el gasóleo)
La mezcla se realiza en el interior de la cámara
Se inflama por compresión
Las presiones son elevadas y sus componentes robustos, por lo que el número de revoluciones queda limitado. En 1892 el alemán Rudolf Diesel inventa un motor que no requiere sistema de encendido y funciona con combustibles pesados Puede ser Diesel o de explosión (Otto)
Se desarrolla en 4 etapas:
Admisión, compresión, expansión y escape durante dos vueltas del cigüenal

El intercambio de gases se controla por válvulas Pueden ser Otto y Diesel

Su ciclo se realiza en dos carreras del pistón o una del cigüeñal
El intercambio de gases se da por lumbreras

Se usan en motocicletas y en la marina. También llamado motor Wankel

El movimiento se genera directamente en un pistón de sección triangular que gira en una carcasa formando tres cámaras. Funciona como ciclo de cuatro tiempos
No posee válvulas ya que la admisión y escape se realiza por lumbreras

Su empleo actual en automoción es limitado Debe su nombre al cientifico alemán Felix Wankel, en 1929 se patentó el primero En 1957, se concretó el motor Wankel DKM
(Cámara de volumen variable con dos cuerpos que giran a ejes paralelos) Posteriormente, en 1958 se creó el motor KKM, el cual es el prototipo actual del motor Wankel, donde se fija uno de los cuerpos. A partir de ese momento, numerosas empresas adquirieron esta aplicación:
Curtiss-Wright (aviación)
Mercedes Benz
Toyo Cork Kogyo (actualmente Mazda) Sin embargo se presentaron algunos inconvenientes:
Rozamiento
Emanación de humo blanco
Fatiga anormal En 1967 Mazda sacó al mercado el primer vehículo con motor rotativo Mazda ha seguido con sus innovaciones hasta hoy en día: Principio de funcionamiento En el motor Wankel se desarrollan los 4 tiempos en lugares distintos de la carcasa o estator El estator es una cavidad con forma de 8 dentro de la cual se coloca el rotor con forma de prisma triangular con caras convexas Al igual que un motor de pistones, el motor rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible para producir trabajo. El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el estator, delimitando así tres compartimentos separados: las cámaras de trabajo. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expande y contrae alternativamente Por cada vuelta del rotor, el árbol motriz gira tres veces. El rotor gira en contacto con el cigüeñal mediante un par de ruedas dentadas.

La relación entre los números de dientes de las dos ruedas es de 3 a 2, por lo que el rotor hace tres vueltas sobre sí mismo mientras su centro de rotación recorre el círculo Se puede implementar, al igual que los motores alternativos, como motor de encendido provocado o como motor de encendido por compresión (Otto y Diesel) Todos los esfuerzos se han centrado en la versión Otto, ya que requiere unas exigencias térmicas menores gracias a una relación de compresión más baja. Video Completo Geometría del motor La gran innovación del motor Wankel consistió en conseguir una forma geométrica del bloque motor o estator que permitiera al pistón realizar un movimiento rotativo generando un volumen variable de igual forma que un motor alternativo clásico. La curva que define la forma del estator del motor Wankel se denomina epitrocoide. Elementos del motor Rotor Estator Engranes de transmisión Mecanismo de sellado El rotor cumple la misma función que el conjunto pistón-biela transmitiendo la presión que ejercen los gases de la combustión directamente al cigüeñal.
Al mismo tiempo, el rotor hace el trabajo de las válvulas de admisión y escape. - Gran resistencia a la fatiga a altas temperaturas.
- Bajo coeficiente de dilatación térmica.
- Gran resistencia al desgaste.
- Buenas características de maleabilidad.
- Buenas propiedades para la mecanización Para un motor de un solo rotor, el estator está
formado por tres partes: una, periférica, que envuelve al rotor; y otras dos, laterales, una a cada lado del rotor. Este mecanismo está formado por un piñón (engranaje de dientes exteriores), fijo a la tapa lateral del estator En el motor rotativo, el sistema que asegura la estanqueidad está formado por tres tipos de segmentos: - Los segmentos periféricos son unos patines que aseguran la
estanqueidad radial y que evitan la transferencia de gases entre una cámara de combustión y la adyacente.

- Los segmentos laterales son unas láminas que aseguran la estanqueidad axial del rotor

- Los pernos de anclaje (o de guía) son unos elementos que se encargan de mantener unidos los segmentos anteriores. Lo cual se ve como sigue: Sin embargo, requiere de algo más para poder funcionar... Procesos y Sistemas Equilibrado del rotor Refrigeración del estator Refrigeración del rotor Sistema de distribución Sistema de lubricación Encendido doble La utilización de dos bujías, frente al sistema, comúnmente empleado en los motores alternativos de automoción, de una sola bujía se explica por dos motivos:

- La notable disminución del consumo de combustible (combustión de mayor calidad).

- La reducción de la temperatura de los gases de salida como consecuencia
de un tiempo menor de combustión y por lo tanto un mayor grado de
expansión de los gases.

Pero no todo son ventajas, ya que se debe añadir que, a cambio, hay un importante aumento de las emisiones contaminantes de NOx. Con respecto al motor de cuatro tiempos, el rotativo tiene unas pérdidas por rozamiento notablemente inferiores Habitualmente, se emplean dos sistemas independientes que permiten llegar a todas las piezas que lo necesitan.

Por un lado, se aporta el aceite necesario a todos los componentes que intervienen en laestanqueidad del rotor .

Por el otro lado, se utiliza un sistema de lubricación a presión que se encarga de lubricar el resto de partes móviles del motor, expuestas a fuertes desgastes
Las lumbreras de admisión y de escape pueden estar situadas de dos formas distintas sobre el estator. Esta disposición implica que los vértices del rotor y,
más concretamente, los segmentos periféricos son los encargados de distribuir el fluido dado que las lumbreras siempre están abiertas, y lo que hace el rotor es dirigir la vena de fluido a una u otra cámara en la admisión, o hacia el exterior, en el escape. Básicamente, hay dos formas de refrigerar el rotor. Por un lado, cabe la posibilidad de utilizar un aceite lubricante y, por el otro, puede emplearse la propia mezcla fresca, antes de proceder a su combustión. Hay unas zonas frías (son las que corresponden a la admisión y a la compresión) y otras mucho más calientes (las de la combustión y el escape) que provocan unas tensiones térmicas que deben ser anuladas, en la medida de lo posible, por un sistema de refrigeración adecuado.

La finalidad de dicho sistema es, por lo tanto, la de homogeneizar al máximo la
temperatura de todo el estator y así evitar las deformaciones térmicas. Cuando se trata de equilibrar un único rotor, hay que emplear dos contrapesos (uno en la parte delantera y otro en la trasera del eje) que giren excéntricos de forma que creen unas fuerzas totales opuestas a las proporcionadas por el rotor.

Igualmente se pueden equilibrar motores rotativos con un número
mayor de rotores. Menos piezas móviles que un motor de combustión interna alternativo, mayor fiabilidad.

Ausencia de válvulas de admisión y de escape. Esto conlleva evitar las
dificultades que plantean las distribuciones de los motores de cuatro
tiempos: árboles de levas, empujadores, balancines, muelles, etc.

Mecanismo totalmente rotativo. Con dos contrapesos debidamente
dimensionados y dispuestos en el eje se puede equilibrar estática y
dinámicamente el motor. Esto le confiere una mayor suavidad de
funcionamiento frente a los motores alternativos.

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

Menos vibraciones: al no haber bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de los pistones, las inercias son menores.

Las relaciones potencia/peso y potencia/volumen son muy elevadas, de
hecho son las más elevadas de todos los motores rotativos. Resulta muy difícil aislar cada una de las 3 secciones del cilindro en
rotación. Como consecuencia, se hace necesaria la sustitución de
los segmentos cada seis-siete años.

Durante unos cuantos grados de giro del cigüeñal los conductos de
admisión y de escape están comunicados a través de la cámara de
combustión.Este fenómeno se conoce como cortocircuito y es bastante perjudicial puesto que empeora el rendimiento y aumenta las emisiones de hidrocarburos inquemados.
Geometría alargada de la cámara de combustión. Esta forma provoca un alto consumo de combustible debido a la baja eficiencia termodinámica.

Mantenimiento costoso y motor comercial poco extendido. Las reparaciones
más complicadas sólo pueden realizarse en la casa de fábrica pues el
conocimiento de este tipo de motores no es habitual por parte de talleres de
mecánica general.

La sincronización de los distintos elementos debe ser muy buena para
evitar que la explosión de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo
se encuentre en la posición adecuada. Si esto ocurre, la ignición empujará
en sentido contrario al deseado, pudiendo dañar el motor (dieseling).

Distribución heterogénea de temperaturas.

Poca eficiencia en grandes unidades motoras.

Consumo de aceite lubricante. Debido al mal sellado, parte del aceite
llega a mezclarse con el combustible y se quema con él, con el
consiguiente aumento en el consumo de aceite y en las emisiones
contaminantes producidas. Aplicaciones hoy en día... Basadas en la automotriz y la marina ..."Nuevo motor rotativo de Mazda, necesita mayor evolución".. Consume demasiado combustible
Contamina mucho
Mantenimiento Video Mazda Conclusiones Debido a la realidad ambiental
actual es necesario buscar nuevos combustibles alternativos y nuevos procesos de transformación de energía. A día de hoy, los motores rotativos no pueden desbancar a los motores alternativos pero en un futuro podrían jugar un papel importante convirtiéndose en motores de transición hacia nuevos motores más eficientes y respetuosos con el medio ambiente
o hacia nuevos procesos de transformación de energía. Por tanto es razonable realizar un proyectoscuyo objetivo sea el estudio y análisis, lo más profundo posible, dentro de las limitaciones, de los motores rotativos. Bibliografia s. sanz. Motores. Editex. México, facultad de ingenieria.
ttp://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7367/1/MOTORES%20ROTATIVOS.%20Tipolog%C3%ADas%20y%20combustibles%20alternativos..pdf
http://es.autoblog.com/2009/10/23/el-nuevo-motor-rotativo-de-mazda-necesita-una-mayor-evolucion/
http://www.elmotor.net/ficha_mecanica.asp?Id=7 El motor Wankel
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