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DESCRIPCIN Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE

COMBUSTIN INTERNA A GASOLINA (ARQUITECTURA)

UNIDAD 3: El Motor Wankel o Motor Rotativo

Este motor fue uno de los primeros tipos de motores de combustin interna en el cual el cigeal

permanece fijo y el motor es el que gira. Este diseo fue muy usado en los aos anteriores a la

Primera Guerra Mundial, para propulsar aviones y tambin se utiliz en algunos de los primeros

automviles.

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TABLA DE CONTENIDO

MOTOR ROTATIVO ................................................................................................................................. 3

TRABAJO DEL MOTOR ........................................................................................................................... 5

PRIMER CICLO: ADMISIN .............................................................................................................................. 5

SEGUNDO CICLO: COMPRESIN ..................................................................................................................... 6

TERCER CICLO: COMBUSTIN ......................................................................................................................... 6

CUARTO CICLO: ESCAPE .................................................................................................................................. 7

TRANSMISION DEL MOVIMIENTO DEL ROTOR ....................................................................................... 8

ROTOR Y EJE EXCNTRICO .............................................................................................................................. 8

ALOJAMIENTO ROTOR .................................................................................................................................... 9

DISEO Y PARTES DEL MOTOR ..................................................................................................................... 10

ESTRUCTURA, PESO Y LUBRICACIN ............................................................................................................ 11

VENTAJAS DEL MOTOR ....................................................................................................................... 11

DESVENTAJAS DEL MOTOR.................................................................................................................. 12

COMPARACIN MOTOR OTTO Y WANKEL ........................................................................................... 13

TRABAJOS DE REPARACIN ................................................................................................................. 14

CONCLUSIONES FINALES ..................................................................................................................... 14

CIBERGRAFA ........................................................................................................................................ 15

IMGENES ............................................................................................................................................ 15

CRDITOS ............................................................................................................................................. 17

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MOTOR ROTATIVO El Motor Rotativo es otro tipo de motor de combustin interna, pero de diferente concepcin, debido a que el tradicional mbolo o pistn ha sido remplazado por un rotor triangular que se desplaza dentro de un alojamiento en una trayectoria de forma "epitrocoidal". Luego del invento del famoso Motor Otto a gasolina, en 1.957 se fabric en Alemania el primer motor Rotativo, construido por la Fbrica NSU Wankel, motor novedoso pero que no dio los resultados esperados, porque a pesar de brindar una excelente potencia para su pequeo tamao, tiene ciertas falencias, especialmente, debido al alto consumo de combustible y de aceite. (Imagen 1)

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Imagen 1

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Aos ms tarde, la Fbrica Japonesa MAZDA compra esta patente, iniciando una produccin de autos en serie con este motor, comercializndolos hasta nuestros das. Comenzando con los Mazda RX2, luego el RX3 y llegando a disear autos deportivos y muy potentes como el Mazda RX7 y RX8; llegando a destacarse en competencias automovilsticas, con excelentes resultados. Cuando el rotor se desplaza en el alojamiento, girando y al mismo tiempo formando otro movimiento de "traslacin", se van formando cmaras entre los vrtices del rotor y el alojamiento. En este momento se pueden completar tres combustiones en cada vuelta completa del rotor, es decir se realizan tres trabajos comparativos a los cuatro ciclos del motor, por lo que podramos comparar a este motor de 1 slo rotor con un motor de tres cilindros de pistn alternativo. (Imagen 2) Se lo llama pistn rotativo porque el centro de desplazamiento del pistn gira con movimiento uniforme, describiendo una trayectoria circular en lugar del tradicional motor de pistn alternativo, en donde el pistn describe un movimiento de ida y vuelta o de vaivn dentro de un cilindro. Esta trayectoria forma una curva "epitrocoidal", entre el vrtice y el rotor, formndose las tres cmaras permanentes, las cuales van cambiando de volumen mientras gira. Para el llenado de la mezcla y la salida de los gases quemados, se han diseado dos lumbreras o canales en las paredes del alojamiento del rotor, que son cubiertas o descubiertas con el giro mismo del rotor, similar al proceso de lumbreras de un motor de dos ciclos a gasolina. En el alojamiento se encuentra la buja de encendido, en sus electrodos se forma el arco voltaico capaz de encender la mezcla comprimida y con ello se produce la combustin de la mezcla aire combustible, que se encarga de empujar al rotor en un giro de 120. El rotor, al girar una vuelta completa, completar los cuatro ciclos de funcionamiento, a saber: Admisin, Compresin, Trabajo y Escape, pero por tres veces consecutivas, ya que en su movimiento de giro y traslacin va formando diferentes cmaras entre sus vrtices.

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Imagen 2

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Como su estructura es completamente diferente al motor convencional de pistn, se va a explicar su funcionamiento en cuatro etapas, entendiendo que entre los dos vrtices del rotor y el alojamiento se forma una cmara, por lo tanto, tendremos siempre tres cmaras que van cambiando de forma y volumen. En el video encontraremos dos bujas de encendido y notaremos que en la buja superior salta inicialmente una chispa y luego de pocos grados de giro del rotor salta una segunda chispa en la cmara de combustin. Este nuevo diseo ha sido realizado para combustionar totalmente la mezcla y que la segunda combustin impulse con mayor efectividad al rotor en sentido de giro. (Imagen 3)

TRABAJO DEL MOTOR

Como su estructura es completamente diferente al motor convencional de pistn, su funcionamiento se puede dividir en cuatro etapas, entendiendo que entre los dos vrtices del rotor y el alojamiento se forma una cmara, por lo que se tendrn siempre tres cmaras que van cambiando de forma y volumen. PRIMER CICLO: ADMISIN

Cuando el rotor inicia su giro en sentido derecho, entre los dos vrtices del rotor que se encuentran cercanos a la lumbrera de admisin, se va formando una cmara, que va aumentando su volumen con el desplazamiento del rotor. Cuando aumentamos el volumen en una cmara, en ella se produce una depresin o succin y, en este caso, la succin que se produce obliga a ingresar la mezcla aire combustible desde un carburador, localizado en el ingreso de la tobera de admisin o un combustible que se inyecta en esta tobera y se mezcla con el aire aspirado (en versiones modernas). Esta mezcla, debido a la velocidad producida al ingresar, permite que las molculas del combustible se mezclen homogneamente con las molculas del aire aspirado. (Imagen 4)

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Imagen 3

Imagen 4

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SEGUNDO CICLO: COMPRESIN Cuando el rotor contina su giro, la mezcla aire combustible que fue aspirada en el primer ciclo es comprimida entre los mismos dos vrtices del rotor y las paredes del alojamiento, reducindose el volumen anterior en un pequeo volumen, similar al proceso de un motor Otto, cuando el desplazamiento del pistn desde el PMI hasta el PMS comprime la mezcla en la cmara de combustin. Recordemos que la relacin comprima la mezcla en el Motor Otto era desde 7, 8 y hasta 10.5 veces ms pequea.

En el caso del motor rotativo sucede exactamente lo mismo, es decir, el gran volumen aspirado se comprime en un pequeo volumen, desde aproximadamente 8 hasta 9 veces, lo que significa que tenemos una relacin de compresin de aproximadamente 8:1 hasta 9:1, similar o igual al motor anterior. Cuando la mezcla ha sido comprimida, su temperatura aumenta considerablemente debido a la presin de compresin, igual a lo que sucede con la temperatura y la presin del Motor Otto. Con esta alta temperatura, ser fcil que una chispa elctrica combustione a la mezcla comprimida. (Imagen 5)

TERCER CICLO: COMBUSTIN Justamente cuando la mezcla comprimida ha aumentado su temperatura y su presin, salta una chispa elctrica entre los electrodos de una buja, instalada en la pared del alojamiento, justamente en el lugar en el que se ha formado la cmara de compresin o de combustin. La chispa inflama rpida y progresivamente a la mezcla aire combustible y la expansin de los gases que se estn combustionando impulsan con gran fuerza al rotor.

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Imagen 5

Imagen 6

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En los primeros motores rotativos, era solamente una buja la encargada de combustionar la mezcla dentro de la cmara de combustin, y ya que la propagacin de la llama no era tan eficiente, en las siguientes versiones se han diseado motores con dos bujas dentro de la cmara. La primera buja inicia la combustin en la parte superior de la cmara, pero si revisamos la estructura de este motor, esta combustin no ayuda para impulsar al rotor hacia abajo o hacia el lado derecho, sino que ocasiona un cierto empuje perpendicular sobre l, por lo que la segunda buja, en cuyos electrodos salta una segunda chispa despus de pocos grados del rotor, logra completar la combustin en la parte baja de la cmara, impulsando efectivamente al rotor en su recorrido. (Imagen 6) CUARTO CICLO: ESCAPE Una vez el vrtice del rotor descubre la lumbrera de escape, los gases de la combustin pueden escapar. A medida que el rotor se mueve, el volumen va disminuyendo forzando as la salida de los gases, la eficacia del intercambio de gases depende de la posicin de las lumbreras. Es en este momento en el que se produce se produce una comunicacin de los conductos de admisin y escape a travs de la cmara de combustin labrada en las caras de los rotores. (Imagen 7). De esta manera se puede ver como cada una de las tres caras del rotor est siempre trabajando en una etapa del ciclo. En una revolucin completa del rotor se producen tres combustiones. El eje de salida gira tres veces por cada revolucin del rotor o lo que es lo mismo, hay una combustin por cada revolucin del eje de salida. El cigeal gira tres veces por cada revolucin del rotor, esto quiere decir que el eje del motor gira tres veces ms rpido y, por lo tanto, para conseguir la misma cifra de potencia se necesita un tercio del par motor que se necesitara si el rotor y el eje giraran a la misma velocidad.

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Imagen 7

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TRANSMISION DEL MOVIMIENTO DEL ROTOR El rotor transmite durante su giro este movimiento a un eje o rbol excntrico, eje que podramos decir cumple con una similar funcin como la cumplida por el cigeal en el Motor Otto. Para hermetizar cada cmara formada, en las paredes laterales del pistn o rotor se alojan unos sellos, de igual manera, en las tres esquinas se encuentran sellos o estancos que tienen una funcin similar a los "rines" o anillos del pistn. En uno de los costados, el rotor tiene un dentado interior en la donde se apoya una rueda dentada lateral fija. Al girar el rotor, este dentado no efecta ningn tipo de transmisin de fuerzas, ya que solamente sirve para gua del rotor, el cual gira siempre en correlacin correcta con respecto a las revoluciones del eje de excntrica y la rotacin en la camisa o alojamiento. El nmero de dientes de la rueda dentada lateral fija y el dentado interior del pistn estn en relacin de 2:3. (Imagen 8) ROTOR Y EJE EXCNTRICO El eje Excntrico del motor rotativo tendr tantos codos como nmero de rotores posea el motor. Los primeros motores rotativos disponan exclusivamente de un solo rotor, de tal manera que este eje requera de un solo codo excntrico, que era movido por el rotor nico. En las siguientes versiones de motores rotativos, se han utilizado dos, tres y hasta cuatro rotores, y por lo tanto el eje excntrico dispondr de dos, tres o cuatro codos excntricos que recibirn el impulso de los rotores que se conectan en ellos. (Imagen 9)

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Imagen 8

Imagen 9

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El rotor, como lo podemos ver, est compuesto de las tres caras y los tres vrtices. En las caras estn formadas las cmaras de combustin, cuya profundidad dependern de la relacin de compresin que se desee dar al motor y tanto en sus caras laterales como en los vrtices el rotor disponen de los sellos que se encargan de hermetizarlo contra las paredes laterales y la pared de desplazamiento del cuerpo o alojamiento, sellos que realizan el trabajo similar a los anillos del pistn. (Imagen 10)

ALOJAMIENTO ROTOR El alojamiento del rotor est conformado por una pared que tiene la forma del desplazamiento "epitrocoidal" que realiza el rotor durante su giro y traslacin, en cuyas paredes se encuentran las toberas o lumbreras de admisin y de escape. Estas lumbreras se pueden encontrar en otros diseos en las paredes laterales del alojamiento y no en el alojamiento central. Este alojamiento dispone de los conductos de refrigeracin, por los que debe circular el agua o el refrigerante, que debe adquirir el calor producido y transmitirlo hacia el radiador.

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Imagen 10

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En la pared del otro extremo del alojamiento tambin se dispone de los orificios roscados para las bujas de encendido, que como repetimos, en las primeras versiones se dispona de solamente una y luego se ha diseado con dos en cada rotor, para lograr combustionar eficientemente la mezcla. (Imagen 11)

DISEO Y PARTES DEL MOTOR El motor puede disponer de dos o ms rotores, de tal manera, que dispondr su eje excntrico de dos codos que recibirn el impulso de estos rotores. En el grfico 12 podemos ver un despiece completo de este motor, en el que veremos a los alojamientos centrales de los rotores, la tapa delantera que aloja a la bomba de agua, la tapa intermedia que separa a los dos alojamientos y la tapa posterior, que permite la salida de la fuerza del eje excntrico hasta el sistema de embrague en motores con caja mecnica o al convertidor de torsin en motores que trabajan con cajas automticas. (Imagen 12)

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Imagen 11

Imagen 12

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ESTRUCTURA, PESO Y LUBRICACIN El motor rotativo, al no tener tantos mecanismos que mover y al reducir adems notablemente el peso del rotor y del eje de excntrica, adquiere una gran potencia y un nmero significativo de revoluciones. Para lubricar las paredes del cuerpo y de la misma forma al rotor, se inyecta una cantidad dosificada de aceite limpio en la lumbrera de admisin. Para ello se utiliza una bomba exterior, que est controlada por el nmero de revoluciones del motor y por la aceleracin dada, similar a la bomba utilizada de los motores de dos tiempos, llamada "bomba autolube". Para la lubricacin de las partes mviles, es decir el eje, los engranajes y el sector dentado del rotor, se utiliza una bomba de engranaje, que lubrica a presin estos elementos. En la imagen 13, podemos ver la estructura de un motor rotativo, pero en este caso, refrigerado por aire, como lo demuestra su cuerpo aleteado. (Imagen 13)

VENTAJAS DEL MOTOR Al tener solamente dos partes giratorias principales, es decir, el rotor y el eje de excntrica o cigeal, su giro es muy uniforme, teniendo muy poco peso por unidad de potencia entregada. Significando un menor nmero de componentes que mover con respecto al motor de pistn alternativo o motor Otto, convirtindolo en un motor de pequeo tamao y consecuentemente de menor peso total, con una gran potencia de entrega. Adems, al no necesitar de un tren de vlvulas, no necesita "desperdiciar" su energa en ello, ya que tambin no tiene estrangulamientos en las lumbreras de admisin y de escape como lo tiene un motor de pistn alternativo.

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Imagen 13

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Otra gran ventaja que presenta es que al mantener un movimiento continuo, es casi insensible al "pistoneo" debido al bajo octanaje del combustible o a la alta relacin de compresin. Finalmente, este motor, con un solo rotor, es diseado tambin con dos, tres o cuatro rotores, aumentando considerablemente su fuerza y la Potencia entregada. (Imagen 14)

DESVENTAJAS DEL MOTOR Como el eje de excntrica gira tres vueltas en tan slo una vuelta completa del pistn, el eje girar a un buen nmero de revoluciones, mientras el pistn girar muchas menos, por lo tanto el desgaste de los elementos de estanqueidad ser menor, as como las superficies laterales y la superficie de desplazamiento del cuerpo o de la camisa. Una de las desventajas que podramos mencionar frente al motor tradicional de pistn alternativo, es su falta de puntos muertos, que sirve como freno por compresin para el vehculo en las etapas de desaceleracin; adems de un mayor consumo especfico de aceite y combustible. Si tomamos en cuenta el desgaste del motor, se podra decir que tambin aumenta, pero el nmero de rotaciones que describe el rotor es similar a lo que sucede con el motor de dos tiempos, es decir, frente a la potencia entregada en el mismo tiempo de funcionamiento. (Imagen 15)

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Imagen 14

Imagen 15

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COMPARACIN MOTOR OTTO Y WANKEL Si comparamos el trabajo que realiza el motor Otto a gasolina con el trabajo del motor rotativo, podemos darnos cuenta de que ambos motores, diferentes en su forma, en su diseo y en su forma de trabajar, cumplen con los mismos cuatro ciclos bsicos. En el motor Otto es el pistn que al desplazarse hacia el PMI admite un gran volumen de la mezcla aire combustible, mientras que en el motor rotativo es el rotor que al describir su trayectoria permite aspirar a la mezcla en un gran volumen producido. Esta mezcla, se comprime en el motor Otto en una pequea cmara que ocupa un pequeo volumen, en la que se localiza la buja de encendido y en el motor rotativo es el desplazamiento del rotor que consigue comprimir esta mezcla entre las paredes del alojamiento y los dos vrtices del rotor, en donde se hallan alojadas las dos bujas de encendido. Si realizamos ahora una comparacin volumtrica, los dos motores pueden mantener de forma idntica esta relacin de compresin y por lo tanto la fuerza de expansin de los gases combustionados dar una similar energa a ellos, aunque el torque del motor Otto ser superior al motor rotativo, pero este ltimo podr girar a un mayor nmero de revoluciones. (Imagen 16)

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Imagen 16

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TRABAJOS DE REPARACIN Prcticamente las partes que ms expuestas al desgaste del motor son los sellos del rotor, tanto los laterales como los localizados en los tres vrtices del rotor. Ellos son los elementos, adems de los alojamientos centrales y las paredes laterales, que estn en rozamiento permanente durante el trabajo del motor. Este rozamiento se reducir totalmente con la programacin de un mantenimiento adecuado, especialmente los cambios frecuentes del aceite de lubricacin y los procedimientos adecuados de manejo y cuidados del motor. Por ltimo, las altas temperaturas de funcionamiento y una defectuosa lubricacin producirn desgastes excesivos en estas partes indicadas, que debern ser remplazadas cuando ya se hace necesaria la reparacin del motor. (Imagen 17)

CONCLUSIONES FINALES Revisando la estructura y la forma de funcionamiento del motor rotativo, y entendiendo las ventajas y desventajas que tendr frente al motor tradicional Otto de cuatro ciclos, podremos sacar como conclusin que este motor podr generar un trabajo muy efectivo, con mucha potencia y revoluciones altas de giro. De la misma manera, podramos decir que el consumo especfico de aceite es debido a su particular diseo (se parece mucho al diseo de un motor de dos ciclos a gasolina) y a un mayor consumo de combustible comparativo con el motor Otto. Ya que en cada vuelta del rotor se necesita generar tres combustiones y podr girar a mayores revoluciones que su competidor, pudindose convertir en un motor menos eficiente y hasta menos amigo de la atmsfera por que puede generar mayores emisiones contaminantes. Todos estos factores pueden resultar para algunos menos importantes, cuando se puede considerar que un motor tan pequeo puede generar potencias que llegan a sobrepasar los 1.000 caballos de fuerza, como el motor de cuatro rotores del ejemplo, al cual se le ha invertido mucha tecnologa.

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Imagen 17

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CIBERGRAFA

"El Motor Rotativo Wankel." El Motor. N.p.. Web. 04 Sep 2012.

. " Historia del

Motor rotativo ." . N.p., 07 2010. Web. 11 Dec 2012. .

"Doble Embrague." . N.p.. Web. 05 Oct 2012. .

Rodrguez, Diego. "El Motor Rotativo." Drifting. N.p., 30 2007. Web. 11 Dec 2012.

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IMGENES

Imagen 1: Motor Wankel. N.d. El MotorWeb. 29 Sep 2012. .

Imagen 2: Motor Rotativo. N.d. SpportcarbrWeb. 13 Oct 2012. .

Imagen 3: Sena 2012

Imagen 4: Sena 2012

Imagen 5: Sena 2012

Imagen 6: Sena 2012

Imagen 7: Sena 2012

Imagen 8: Partes Rotor. N.d. Drifting Web. 15 Nov 2012.

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Imagen 9: Motor Rotativo. N.d. Topauto Web. 10 Nov 2012.

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Imagen 10: Sena 2012

Imagen 11: Mazda Interior Wankel. N.d. Motor PasinWeb. 14 Nov 2012.

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Imagen 12: Sena 2012

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Copyright SENA - 2012 16

Imagen 13: N.d. bp.blogspotWeb. 10 Nov 2012.

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Imagen 14: Vista General Wankel. N.d. DriftingWeb. 14 Nov 2012.

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Imagen 15: Mazda2. N.d. Mazdarx7enginesWeb. 10 Nov 2012.

Imagen 16: Sena 2012

Imagen 17: Sena 2012

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CRDITOS

Experto Temtico:

Carlos Edwin Abello Rubiano

Asesor Pedaggico:

Luisa Fernanda Gonzlez Guarnizo

Guionista:

Alexandra Johanna Bazurto Galvis

Equipo de Diseo:

Lina Marcela Garca Lpez

Dalys Ortegn Caicedo

Nazly Mara Victoria Daz Vera

Equipo de Programacin:

Charles Richar Torres Moreno

Luis Fernando Amrtegui Garca

Lder de Lnea:

Julian Andres Mora Gmez

Lder de Proyecto:

Juan Pablo Vale Echeverry

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