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• Edson Bony Lopez

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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE CIENCIAS DE LA INGENIERIA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

22/11/2012

ING. ERICK GONZALES

MOTOR ROTATIVO WANKEL

INTEGRANTES: ALLAN ELEAZAR NIMATUJ CUC 200730438 HEBER PUAC GARCIA 200730570 SERGIO ROMERO CAPRIEL 200731290 MIGUEL RAFAEL ICAQUIC IXCAQUIC 200630529

INTRODUCCIÓN

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 ésta para propulsar aviones, y también en algunos de los primeros autos y motocicletas. 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. 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, éste 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. La rotación de la mayor parte de la masa del motor produce un poderoso volante con efecto giroscópico, que suavizan la entrega de potencia y reduce las vibraciones

OBJETIVOS

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Uno de los objetivos principales de esta demostración es conocer las unidades o partes de las que está constituido el motor rotativo Wankel.

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También para conocer el funcionamiento de dicho motor ya que su funcionamiento es completamente diferente a los motores de combustión interna alternativos.

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Para uso didáctico en el laboratorio y así poder tener un mejor aprendizaje y una mejor visualización de su estructura interna.

MOTOR ROTATIVO WANKEL El motor Wankel es un tipo de motor de combustión interna, inventado por Félix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores convencionales. Wankel concibió su motor rotativo en 1924 y recibió su patente en 1929. Durante los años 1940 se dedicó a mejorar el diseño. Se hizo un considerable esfuerzo en el desarrollo de motores rotativos en los 1950 y los 1960. Eran particularmente interesantes por funcionar de un modo suave, silencioso y fiable, gracias a la simplicidad de su diseño. Funcionamiento: Animación de un motor Wankel Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el Dr. Félix Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores convencionales. Es un motor alternativo; en el mismo volumen (cilindro) se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos - admisión, compresión, combustión 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 pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un pistón triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único.

Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara 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 vértices en contacto con el alojamiento, 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 contraen alternativamente; es esta expansión-contracción la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energía expansiva y la expele hacia el escape.

Comparación con motor de pistones Con el fin de obtener la fuerza de giro, tanto el motor de pistón y el motor rotativo se basan en la presión de expansión creada por la combustión de la mezcla airecombustible. La diferencia entre los mecanismos de los dos motores es en la forma en

que la presión de expansión se utiliza. En el motor de pistón, la presión de la expansión empuja el pistón empujándolo hacia abajo y la fuerza mecánica se transfiere a la biela, que provoca la rotación del cigüeñal. En el caso del motor rotativo, la presión de expansión se aplica al costado del rotor, obteniendo como resultado que uno de los tres lados de un triángulo sea forzado hacia el centro del eje excéntrico (PG en la figura). Este movimiento está formado por dos fuerzas divididas. Una es la fuerza hacia el centro del eje de salida (Pb en la figura) y la otra es la fuerza tangencial (Ft), que hace girar el eje de salida. El motor Wankel es un tipo de motor de combustión interna, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores alternativos.

Principio de generación de torque Con el motor de pistón, la presión de la expansión de los gases de combustión se convierte en movimiento a través de la biela y se transfiere al cigüeñal. Mientras que, en el motor rotativo, se hace a través del efecto del eje excéntrico, la fuerza de expansión directa hace girar el rotor y luego el rotor hace girar el eje excéntrico. El espacio interior de la carcasa (o la cámara de trocoide) está siempre dividida en tres cámaras de combustión. Debido al giro del rotor, las tres cámaras de trabajo están siempre en movimiento para realizar los cuatro tiempos: admisión, compresión, ignición (combustión) y escape dentro de la carcasa. Cada proceso se lleva a cabo en un lugar diferente en la cámara trocoide. Esto es significativamente diferente de la del motor de pistón, donde los cuatro procesos se llevan a cabo dentro de cada cilindro fijo.

El volumen de desplazamiento del motor rotativo se expresa generalmente por el volumen de la cámara por el número de rotores. Por ejemplo, con el modelo 13, motor rotativo de dos rotores, el volumen de desplazamiento se muestra como "654cc X 2". El volumen de la cámara representa la diferencia entre el volumen máximo y el volumen mínimo de una cámara de combustión, mientras que la relación de compresión se define como el cociente entre el volumen máximo y el mínimo volumen. Las definiciones que se utilizan son las mismas para el motor de pistón. En la siguiente figura, se comparan los cambios del volumen de la cámara de combustión del motor rotativo y el motor de pistones. Aunque, en ambos motores, el volumen de la cámara de combustión varía suavemente en una forma de onda, hay dos diferencias distintivas entre los dos motores. Una diferencia es el ángulo de giro por proceso. El motor de pistón gira 180 grados, mientras que el motor rotativo gira 270 grados, una vez y media lo del motor de pistón. En otras palabras, en el motor de pistón, el cigüeñal (eje de salida) hace dos vueltas (720 grados) durante los cuatro procesos, mientras que en el motor rotativo, el eje excéntrico (eje de salida) hace tres vueltas (1080 grados), mientras que el rotor hace una vuelta. De esta manera, el motor rotativo tiene un proceso más tardado, lo que produce un torque con menor fluctuación y por lo tanto un funcionamiento más suave. Además, incluso a alta velocidad, la velocidad del rotor es comparativamente más lento, por lo tanto, los tiempos de la admisión y el escape son más largos, lo que facilita el desarrollo de todo el proceso y se logra un mejor rendimiento.

Características únicas del motor rotativo 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.

2) Características de par constante El motor rotativo tiene una curva de par bastante cosntante 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) Menos vibración y menores 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. 4) Estructura simple A medida que el motor rotativo convierte la presión de la expansión de la mezcla airecombustible 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. 5) Confiabilidad y Durabilidad 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.

Los Componentes Principales del Motor Rotativo El motor rotativo no tiene necesidad de un mecanismo de válvulas para abrir y cerrar los puertos de admisión y escape y, en comparación con el motor de pistón, se compone de menos piezas. La foto de abajo muestra el despiece del motor Mazda RX-8 Renesis. Los principales componentes son: (A) carcasa posterior, (B) alojamiento del rotor, (C) carcasa intermedia, (D) carcasa frontal, (E) múltiple de admisión 1, (F) múltiple de admisión 2, (G) válvula de aceleración - electrónica, (H) engrane estacionario, (I) rotor, (J) eje excéntrico, (k) múltiple de escape.

Ventajas: Menos piezas móviles: el motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor alternativo de 4 tiempos, tan solo 4 piezas; bloque, rotor (que a su vez esta formado por segmentos y regletas), árbol motriz y sistema de refrigeracion/engrase (similar a los que montan los motores de pistón). 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 está sometido un pistón. Están balanceados 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. 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. Menores vibraciones: dado que las inercias internas del motor son muy pequeñas (no hay bielas, ni volante de inercia, ni recorrido de pistones), solo las pequeñas vibraciones en la excéntrica se ven manifestadas.

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. Desventajas: Emisiones: es más 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 termodinámica (relación consumo-potencia) se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión y la baja relación de compresión. Difícil estanqueidad: resulta muy difícil aislar cada una de las 3 secciones del cilindro en rotación, que deben ser impermeables unas de otras para un buen funcionamiento. Además se hace necesario cambiar el sistema de estanqueidad cada 6 años aproximadamente, por su fuerte desgaste. Sincronización: la sincronización de los distintos componentes del motor 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 no ocurre, la ignición empujará en sentido contrario al deseado, pudiendo dañar el motor. Desgaste: debido a la gran friccion entre la pansa de pagot y el piston de weber se produce un desgaste que hace que los gases se mezclen con los liquidos.

PROCESO: Para poder realizar la estructura donde posteriormente se montara el motor, se recurrió a una estructura que se encontraba en el área de mantenimiento del Centro Universitario,

FIGURA 1

Se procedió a cortar las piezas necesarias de la estructura para poder realizar la mesa en donde se montara el motor,

FIGURA 2

FIGURA 3

Luego de haber obtenido las piezas necesarias, y del tamaño adecuado, se procedió a pulir cada una de las piezas para poder retirar las soldaduras de la

estructura anterior y el oxido acumulado pues la estructura anterior se encontraba expuesta a las inclemencias del clima.

FIGURA 4

Luego de haber pulido las piezas, se procedió al proceso de soldadura, para poder ir dándole la forma a la mesa.

FIGURA 5

FIGURA 6

Luego de haber terminado la estructura de la mesa, se procedió a limpiar el motor, se procedió a seccionar el motor por cada una de sus partes.

FIGURA 7

FIGURA 8

Luego de haber limpiado las piezas y sellos del motor se procedió a darle el acabado final, el cual se trato de pintar cada una de las partes de dif3erente color para poder identificar cada una ellas.

FIGURA 9

FIGURA 10

FIGURA 11

FIGURA 12

FIGURA 13

CONCLUSIONES

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El motor rotativo Wankel es un motor que tiene menos componentes mecánicos (piezas), más económico, menos ruidoso y más rendidor.

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Los motores rotativos WANKEL tienen ventajas enormes, pueden desarrollar altas velocidades y conseguir un par motor muy alto.

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En cuanto a las desventajas, no existe reparación, solo recambio del mismo, aunque a un costo de casi el 50% del costo de un motor tradicional.

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Ellos 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.

BIBLIOGRAFÍA http://www.e-auto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=199 http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_Wankel http://www.e-auto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=199