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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD TICOMAN

INGENIERIA EN AERONAUTICA

FUNDAMENTOS DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

PROFESORA: VALDEZ PEREZ MARISELA

ALUMNO:

GUEVARA MARTINEZ EDUARDO JAVIER

“MCI Rotativo”

5AM1

Índice 1. ¿Qué es un Motor Rotativo? 1.1. Estructura y Funcionamiento 2. Motores rotativos en aeronaves 3. Motores rotativos Mazda 4. Características del motor rotativo 4.1. Tamaño pequeño y ligero 4.2. Par constante 4.3. Menos vibración y menos niveles de ruido 4.4. Estructura simple 4.5. Confiabilidad y ductilidad 5. Ventajas 6. Desventajas 6.1. Problemas del sello 7. Factores que afectan el desarrollo o desempeño de M.C.I.A Rotativos 7.1. Altitud y Densidad 7.2. Velocidad 7.3. Cámaras de combustión 7.4. Ruido 7.5. Sistema de lubricación del motor 7.6. Sistema de protección contra el hielo 7.7. Perdidas del compresor 7.8. Las perdidas rotacionales 7.9. Sobrecarga del compresor 8. Bibliografía

1. ¿Que es un Motor Rotativo? Un motor rotativo es un motor de combustión interna. Se diferencia de los motores convencionales porque no tiene pistones. El ciclo de admisión de combustible/aire, compresión, combustión y escape se produce mientras un rotor triangular gira dentro del cilindro del motor. El giro del rotor crea el efecto de tener tres cámaras de combustión en movimiento dentro del motor. Este motor fue inventado por el ingeniero alemán Félix Wankel. Su concepto de motor rotativo ofrece más potencia de salida con menos piezas móviles y menos peso que los tradicionales motores de ciclo de pistón Otto.

Ilustración 1"Motor rotativo Wankel"

1.1. Estructura y Funcionamiento El motor rotativo se compone de una carcasa en forma de capullo y rotor de forma triangular en el interior. El espacio entre el rotor y la pared de la carcasa proporciona las cámaras de combustión interna y la presión de la expansión de los gases sirve para girar el rotor. Con el fin de hacer que el motor rotativo funcione como un motor de combustión interna; los cuatro procesos de admisión, compresión, combustión y escape se llevan a cabo en la en la cámara de combustión dentro de la carcasa. Supongamos que el rotor triangular fuera colocado concéntricamente dentro de una cubierta circular de verdad. En este caso, la cámara de combustión no variaría en volumen a medida que el rotor gira en el interior. Incluso si la mezcla airecombustible se encendiera allí, la presión de la expansión del gas de combustión no haría más que trabajar hacia el centro del rotor y no daría lugar a la rotación. Por eso la periferia interior de la carcasa se contornea como una forma curveada llamada trocoide y el rotor gira instalado en un eje excéntrico. La cámara de combustión cambia de volumen dos veces por revolución, por lo que los 4 tiempos del motor de combustión interna pueden ser realizados. Con el motor rotativo Wankel, los picos del rotor siguen el contorno oval de la periferia interior de la carcasa del motor, mientras que permanecen en contacto con el engranaje en el eje de salida que está también en órbita excéntrica alrededor del punto central de la carcasa del motor. Un mecanismo de engranaje fase dicta la órbita del rotor triangular. El engranaje de fase consiste en un engranaje de dientes en el interior del rotor y un engrana exterior de dientes fijos en un eje excéntrico. Si el engrane del rotor iban a tener 30 dientes en su interior, el engranaje del eje que tiene 20 dientes en su perímetro por lo que la relación de transmisión es de 3:2. Debido a esta relación de transmisión, la tasa de velocidad de giro entre el rotor y el eje se define como 1:3.

El rotor tiene un período de rotación más largo que el eje excéntrico. El rotor gira una vuelta, mientras que el eje excéntrico gira tres vueltas. Con el motor funcionando a 3000 rpm, el rotor girará a 1000rpm.

Ilustración 2"Funcionamiento MCIR"

2. Motores rotativos en aeronaves En 1970, los motores rotativos Wankel comenzaron a ser utilizados en algunos aviones. Aeronáutica Wright probó tres motores rotativos Wankel RC2-60 en diferentes tipos de aeronaves. El primero en volar con un motor Wankel fue un Cessna Cardinal. El motor de ese avión se encuentra en exhibición en el Museo Aeroespacial Nacional del Instituto Smithsoniano. Según la Asociación de Aviones Silenciosos, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos instaló motores rotativos Wankel en el avión de reconocimiento experimental Q-Star W. Dicho motor accionaba un planeador modificado con una hélice de madera montada sobre un eje largo que sobresalía en frente de la aeronave.

Ilustración 3 "Motor rotativo Gnome Monosoupape"

3. Motores rotativos Mazda Mazda introdujo el primer automóvil impulsado por un motor rotativo en el Salón del Automóvil de Tokio en 1964. El prototipo Cosmo obtenía su energía de un motor Wankel de dos rotores y abría el camino a las aplicaciones comerciales y de competición para el Wankel. En 1999, Mazda introdujo el RX-8 comenzando una nueva generación de potentes motores rotativos. De acuerdo con la Mazda Motor Corporation, el nuevo diseño del motor rotativo incrementó considerablemente la eficiencia de combustible del motor y redujo el nivel de emisiones de escape.

Ilustración 4"Mazda RX-8"

4. Características del motor rotativo 3.1. Tamaño pequeño y ligero El motor rotativo tiene varias ventajas, pero las más importante es que se reducen el tamaño y el peso. Cuando un motor rotativo se considera equivalente a un motor de seis cilindros en línea, en nivel de ruido y

suavidad de funcionamiento, el motor rotativo puede ser dos tercios del peso y tamaño, y lograr el mismo nivel de potencia y torque. Esta ventaja es muy atractiva para los diseñadores de automóviles, especialmente a la luz de las tendencias actuales con requisitos más estrictos en la resistencia al impacto (seguridad en choques), la aerodinámica, la distribución del peso y la utilización del espacio, poniendo el motor rotativo en el centro de atención una vez más. 3.2. Par constante El motor rotativo tiene una curva de par bastante constante en todo el rango de velocidades y de acuerdo a los resultados de la investigación, las fluctuaciones de par durante la operación están en el mismo nivel que un motor de seis cilindros en línea, incluso con el diseño de dos rotores, y un diseño de tres rotores es más suave que un motor V8. 3.3. Menos vibración y menos niveles de ruido Con el motor de pistones, el movimiento del pistón es en sí una fuente de vibración, mientras que el mecanismo de válvulas genera ruidos no deseados. Los movimientos suaves del motor rotativo generan vibraciones considerablemente menores y la ausencia de un mecanismo de válvulas, contribuye a un funcionamiento más suave y silencioso. 3.4. Estructura simple A medida que el motor rotativo convierte la presión de la expansión de la mezcla aire-combustible quemada directamente en fuerza de giro del rotor triangular y del eje excéntrico; no hay necesidad de bielas. La admisión y escape se abren y cierran por el movimiento del rotor en sí, por lo tanto tampoco hay necesidad del mecanismo de válvulas que incluye la correa o cadena de distribución, el árbol de levas, los balancines, las válvulas, los resortes de válvula, etc. Por lo tanto se puede construir un motor rotatorio con menos piezas.

Ilustración 5 "Funcionamiento"

3.5. Confiabilidad y ductilidad Como se mencionó antes, el rotor gira en un tercio de la velocidad del motor. Por lo tanto, cuando el motor rotativo gira a velocidades de 7000 o 8000 rpm, el rotor está girando una tercera parte de este coeficiente. Además, puesto que el motor rotativo no tiene balancines y bielas, es más confiable y duradero en condiciones de alta demanda. Esto fue demostrado por la victoria general en Le Mans en 1991. 5. Ventajas Las ventajas de la relación potencia-peso del motor Wankel lo convirtió en una opción ideal para las pequeñas aeronaves y los aviones no tripulados. Ejercitos en Europa y la India han desarrollado vehículos aéreos no tripulados con motores rotativos Wankel para utilizarlos en operaciones de reconocimiento. De acuerdo con la Fábrica Militar, el vehículo aéreo no tripulado Elbit Hermes 450 es usado por las fuerzas de defensa israelíes para operaciones de reconocimiento. Esta aeronave es impulsada por un motor rotativo Wankel serie R802/902 UEL (W). El motor puede propulsar al avión no tripulado a velocidades de hasta 109 millas por hora (175 km por h) y tiene un alcance de 124 millas (200 km). 6. Desventajas Los motores rotativos tienen una gran desventaja cuando se trata de rendimiento de gasolina, ya que usan más gasolina que los motores de pistón. Asimismo, queman más aceite comparativamente que los motores de pistón. Este problema no es por defecto, sino por diseño. Parte de la razón es que el motor rotativo está

diseñado para mezclar una pequeña porción de aceite con gas para fines de lubricación. Un motor rotatorio típico consigue un millaje promedio de cerca de 25 millas (40,23 km) por galón. También es importante señalar que los motores rotativos no podrían funcionar con combustible diésel debido a su diseño. 6.1. Problema del sello Los motores rotativos tienden a tener más problemas con el sello que los motores de pistón. Este problema ocurre con más frecuencia, sobre todo en las regiones más frías. No está muy claro por qué este es el caso. También hay un problema con el costo de algunas piezas de repuesto. Las reparaciones pueden ser más caras en una base comparativa. Además, hay menos distribuidores que están certificados para arreglar los motores rotativos, y los distribuidores regulares de los motores de pistón no manejan dichos motores. 7. Factores que afectan el desarrollo o desempeño de M.C.I.A Rotativos o o o o o o

Numero de mach (Régimen de vuelo). Efecto de la velocidad en la aeronave Efectos de la altitud de la aeronave Post-combustión Tipo de operación Configuración de las MCIA Rotativos

Ilustración 6 "Cessna Cardinal con MCIR"

7.1. Altitud y Densidad

A medida que ascendemos, la presión y temperatura disminuyen. Al reducirse la presión, la densidad también disminuye, por lo que el gasto másico es menor y por consecuencia el empuje disminuye. 7.2. Velocidad Teóricamente, si la velocidad de avance de la aeronave aumenta el empuje disminuye. Esta conclusión se puede sacar observando la fórmula del empuje: E=m(Vs−Ve)

7.3. Cámaras de combustión Las características funcionales y problemas operacionales de las cámaras de combustión son su rendimiento, perdidas de presión, intensidad de la combustión, distribución de la temperatura a la salida y problemas de contaminación atmosférica. 7.4. Ruido Las principales fuentes de ruido son el compresor, turbina y tobera de escape. Este tipo de fenómeno causa más fricción con el aire (disminuye el empuje), aumentando el consumo de combustible. 7.5. Sistema de lubricación del motor El objetivo de la lubricación es de disminuir el rozamiento entre las piezas mecánicas, mejorando el rendimiento del motor. 7.6. Sistema de protección contra el hielo Es frecuente que en los vuelos de alta altura la temperatura exterior baje de los 0°C, por lo que el empuje de los rectores se ve afectado simplemente por la formación del hielo en la admisión, siendo los compresores auxiliares los más afectados por el hielo. 7.7. Perdidas del compresor La “pérdida del compresor”, resultado de la aparición del fenómeno de perdida en los alabes del compresor de un motor a reacción con turbina de gas. Y este pierde la habilidad de comprimir correctamente al aire necesario para la combustión.

7.8. Las perdidas rotacionales Son una perturbación local del flujo de aire del compresor, en la cual, a pesar de que este sigue comprimiendo el aire, un grupo de alabes de un rotor caen en perdida sin llegar a desestabilizar el trabajo del compresor. 7.9. Sobrecarga del compresor Es la caída total de la compresión en el compresor del motor como resultado de la reversión del flujo de aire y la expulsión violenta del mismo por el canal de entrada.

8. Bibliografía http://www.ehowenespanol.com/tipos-motores-rotativos-lista_95942/ http://www.e-auto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=199 https://es.scribd.com/doc/207096723/Limites-operacionales-de-los-MCIR https://prezi.com/snae8fq3x2j4/motor-de-combustion-interna-rotativo/