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:

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

2 Termodinámica II

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.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

3 Termodinámica II

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:

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

4 Termodinámica II

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.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

5 Termodinámica II

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).

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

6 Termodinámica II

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.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

7 Termodinámica II

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

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

8 Termodinámica II

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

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

9 Termodinámica II

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

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD

AZCAPOTZALCO

10 Termodinámica II

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