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Historia del Motor Rotatorio
Desde 1588 ya se propusieron diseños de motores rotatorios (Ramelli), pero hubo que esperar trescientos años más para que se pudiera llevar a cabo la construcción de un motor rotatorio, primero fue el desarrollo del motor del ciclo Otto en 1876 y la invención del automovil en el año 1896.
En estos trescientos años de espera, se fueron concibiendo ideas de este tipo de motores, por ejemplo en 1759 Vatio de James fabricó un motor de vapor de pistón rotatorio, en 1903 Juan Cooley hizo un motor tipo Wankel, y en 1908 Umpleby lo aplicó a la combustión interna, pero nunca se llevó a cabo.
En 1936 Felix Wankel obtuvo una patente para su motor rotatorio. No fue hasta 1959 en que la fabrica Alemana N.S.U. (productora de motocicletas y pequeños automóviles) anunció que el motor ideado por el Doctor Ingeniero Felix Wankel había llegado a un estado experimental y que prometía una aplicacióm práctica inmediata.
Desde entonces han trabajado en este motor importantes empresas que adquirieron licencias de aplicación; Curtiss-Wright, en Estados Unidos (en aplicaciones para motores de aviación); en Alemania, Mercedes Benz (para automóviles y aplicaciones Diesel); Fitchels-Sans (para motores de motocicletas) y en Japón Toyo-Kogyo (fabricante de Mazda). Ademas empresas como Perkins, Rolls-Royce, Fiat, Renault, Citroën y Volkswagen, se interesaron en una u otra forma.
Ha habido mucha publicidad para este motor ya que en la realidad no ha tenido muchas dificultades que vencer, pero tiene algunos problemas como el de estanquidad que se expondrá luego con detalle.Pese a esto la idea de un motor rotatorio es atractiva por su sencillez, los motores pesan y ocupan la tercera parte de sus equivalentes con pistones y el número de piezas es mucho menor.
Funcionamiento
Los motores Wankel utilizan un engranaje cicloidal, una antigua e inusual forma de engranaje usada en relojes, Sopladores de las Raíces, compresores del tornillo y bombas.Estos se pueden ver en las siguientes fotografías.
El motor Wankel se diferencia enormemente de los motores convencionales. Conserva el producto, la compresión, la potencia, y el ciclo familiar del extractor pero utiliza, en vez de un pistón, de un cilindro, y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico.
Sigue habiendo los tres apexes, o las extremidades, de este rotor en contacto constante, ajustado con las paredes del combustor-chamber. La única otra pieza móvil es el cigüeñal.
Las dimensiones de volumen y la posición de estos compartimentos son alteradas constantemente por la rotación a la derecha del rotor y la rotación más rápida del excéntrico.
El ciclo de cuatro tiempos generalmente ocurre con la frecuencia simple de la válvula y del movimiento del motor de dos-tiempos.
El rotor abre el acceso de la mezcla de combustible y aire, que entran como en el motor convencional (1-4). El rotor continúa, cerrando el acceso de la mezcla pasando más allá de él; entonces la compresión comienza (5-9), seguido por la ignición (9), la combustión , y la extensión para el movimiento de potencia hasta que el sello del ápice en la extremidad del triángulo abre el acceso del escape (10-12). El ciclo de escape entonces ocurre, otra vez sin un mecanismo que sincronice la apertura de la válvula (13-18) y todo vuelve a comenzar..
En todo el ciclo completo de cuatro tiempos el rotor sólo a girado una vuelta, mientras que el eje a dado tres, ya que los engranajes estan a una razón uno a tres.
En cada una de las caras del rotor sucede lo mismo, mientras en una cara ocurre la admisión (1-2-3-4) a un tercio de vuelta del rotor (una vuelta completa del eje), en la otra cara se hace la correspondiente compresión (5-6-7-8), salta la chispa ( 9 ) y se inicia la explosión (10-11-12), seguida por el escape (13-14-15-16), en tanto ocurre esto en las otras caras esta ocurriendo la admisión, compresión y explosión, así con todo esto el motor Wankel es como un motor de tres cilindros que ejecutan el ciclo de cuatro tiempos en una sola vuelta de rotor que son tres del eje de salida.
Desventajas del Motor Wankel
En el motor los tiempos del ciclo ocurren siempre en el mismo sitio del estator; la admisión y compresión que pueden ser cosideradas fases frías ocurren en la parte superior (Figura 3), mientra que la explosión y el escape, que son fases calientes, ocurren en la parte inferior. Esto implica que un lado del motor alcance temperaturas de 150 ºC y al otro supere los 1000 ºC, lo que provoca problemas de refrigeración por un desequilibrio térmico.
Otro problema que se ha presentado es el de estanquidad. Cada uno de los tres lóbulos giratorios debe ser impermeable respecto a los otros dos para que no perturben las fases del ciclo. Para esto en el vértice del motor se colocan muelles de berilio u otro material siguiendo los bordes del estator, esta pieza es la que más fallas a tenido.
El problema de la estanquidad en los vértices se agrava por que la "fuerza centrífuga" y el empuje del engranaje de l rotor se aunan para hacer que el segmento se apriete con gran fuerza sobre la pared curvada del estator, con presión variable en cada vuelta.
Tiene una baja eficacia en el uso de combustible y además como la punta de la combustión del rotor es muy exacta, si el motor está desincronizado la combustión puede llegar a ocurrir antes de que el rotor este en su posición adecuada, lo que podría producir es que la ignición empuje el rotor contra el ciclo del motor dañándolo.
Ventajas del Motor Wankel
Este motor tiene un 40 por ciento menos de piezas y la mitad de volumen y peso de un motor comparable a pistones.
Es de diseño simple, hay muy poca vibración y no hay problemas con la disipación de calor, los puntos calientes, o la detonación, que son consideraciones en el motor convencional del intercambio.
Los motores de Wankel, la mayoría de los cuales son enfriados por líquido, son capaces de ejecutarse en las velocidades inusualmente altas por períodos del tiempo largos.
El motor exhibe una curva excepcionalmente alta de relación de transformación de potencia-peso y una buena curva del esfuerzo de torsión a todas las velocidades del motor.
La ventaja más grande es que dentro del compartimento del rotor están ocurriendo los cuatro ciclos simultáneamente, dando un empuje constante.
También, el rotor da una mitad de vuelta de revolución por cada rotación completa del eje, comparada con una rotación del eje para un movimiento completo del pistón. Esto da más esfuerzo de torsión por ciclo de la ignición y también requiere menos revoluciones por minuto para obtener la misma potencia que en un motor de pistón.
Dentro del Wankel, tres compartimentos son formados por las caras del rotor y la pared de la cubierta.
También este motor necesitaría una gasolina de setenta octanos lo que presenta ya una
simplificación en la producción de los combustibles.
Usos
El motor Wankel tuvo que esperar más que los motores a pistones para que su funcionamiento se adecuara con la tecnologia existente, por esto el motor en los años 70 tuvo sus primeros prototipos, como Mazda que ofreció su modelo RX apagado y encendido. Actualmente Mazda ofrece el RX-7, que utiliza dos rotores que trabajan sincrónicamente para la mayor potencia, y los cargadores gemelos de turbo para el retroceso, agregado más bien que la aplicación tradicional del rotatorio para la economía. Con sus cargadores gemelos de turbo el motor puede generar 255 caballos de fuerza con 1,3 litros de capacidad (comparada con la dislocación de Chevrolet Camaro de 3,8 litros para 200 caballos de fuerza con cilindros, o 285 caballos de fuerza en los 5,7 litros V8).
Mazda no es la única compañía que maximiza el diseño de Wankel. El motor rotatorio del motor B, de Leva & Trade;del rand es un prototipo del registro Technologies, es una ramificación del diseño rotatorio que elimina el engranaje complejo de Wankel. Este motor representa nueve años de trabajo y ofrece la última tecnología en materiales: hierro y cerámica de altas temperaturas de fundido.
El objetivo del proyecto de la Leva & Trade;del rand era diseñar un motor rotatorio diesel de destacada simplicidad, potencia y eficacia. Las tecnologías del registro han logrado esto manejando una relación de transformación de peso-a-caballos de fuerza de cerca de 3/4 libra a un caballo de fuerza (comparados a seis libras por caballos de fuerza en un motor de pistón), y teniendo un total de siete piezas móviles para reducir al mínimo la fricción (seis paletas y un rotor).
El motor también maneja el esfuerzo de torsión máximo en solamente 1.700 revoluciones por minuto.
La versión diesel del motor está siendo diseñada por Alliant Techsystems y la universidad de Virginia Occidental, y será el primer motor rotatorio diesel en el mundo.
Estos éxitos no significan que el Wankel está sin problemas. Los motores RX-7 generalmente se consideran confiables por los primeros seis años, pero luego los sellos comienzan a fallar y las piezas necesitan ser substituidas, para mantener los compartimentos aislados el uno del otro.
http://www.youtube.com/watch?v=6BCgl2uumlI
Conclusiones
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 desición 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.
Desde 1588 ya se propusieron diseños de motores rotatorios (Ramelli), pero hubo que esperar trescientos años más para que se pudiera llevar a cabo la construcción de un motor rotatorio, primero fue el desarrollo del motor del ciclo Otto en 1876 y la invención del automovil en el año 1896.
En estos trescientos años de espera, se fueron concibiendo ideas de este tipo de motores, por ejemplo en 1759 Vatio de James fabricó un motor de vapor de pistón rotatorio, en 1903 Juan Cooley hizo un motor tipo Wankel, y en 1908 Umpleby lo aplicó a la combustión interna, pero nunca se llevó a cabo.
En 1936 Felix Wankel obtuvo una patente para su motor rotatorio. No fue hasta 1959 en que la fabrica Alemana N.S.U. (productora de motocicletas y pequeños automóviles) anunció que el motor ideado por el Doctor Ingeniero Felix Wankel había llegado a un estado experimental y que prometía una aplicacióm práctica inmediata.
Desde entonces han trabajado en este motor importantes empresas que adquirieron licencias de aplicación; Curtiss-Wright, en Estados Unidos (en aplicaciones para motores de aviación); en Alemania, Mercedes Benz (para automóviles y aplicaciones Diesel); Fitchels-Sans (para motores de motocicletas) y en Japón Toyo-Kogyo (fabricante de Mazda). Ademas empresas como Perkins, Rolls-Royce, Fiat, Renault, Citroën y Volkswagen, se interesaron en una u otra forma.
Ha habido mucha publicidad para este motor ya que en la realidad no ha tenido muchas dificultades que vencer, pero tiene algunos problemas como el de estanquidad que se expondrá luego con detalle.Pese a esto la idea de un motor rotatorio es atractiva por su sencillez, los motores pesan y ocupan la tercera parte de sus equivalentes con pistones y el número de piezas es mucho menor.
Funcionamiento
Los motores Wankel utilizan un engranaje cicloidal, una antigua e inusual forma de engranaje usada en relojes, Sopladores de las Raíces, compresores del tornillo y bombas.Estos se pueden ver en las siguientes fotografías.
El motor Wankel se diferencia enormemente de los motores convencionales. Conserva el producto, la compresión, la potencia, y el ciclo familiar del extractor pero utiliza, en vez de un pistón, de un cilindro, y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico.
Sigue habiendo los tres apexes, o las extremidades, de este rotor en contacto constante, ajustado con las paredes del combustor-chamber. La única otra pieza móvil es el cigüeñal.
Las dimensiones de volumen y la posición de estos compartimentos son alteradas constantemente por la rotación a la derecha del rotor y la rotación más rápida del excéntrico.
El ciclo de cuatro tiempos generalmente ocurre con la frecuencia simple de la válvula y del movimiento del motor de dos-tiempos.
El rotor abre el acceso de la mezcla de combustible y aire, que entran como en el motor convencional (1-4). El rotor continúa, cerrando el acceso de la mezcla pasando más allá de él; entonces la compresión comienza (5-9), seguido por la ignición (9), la combustión , y la extensión para el movimiento de potencia hasta que el sello del ápice en la extremidad del triángulo abre el acceso del escape (10-12). El ciclo de escape entonces ocurre, otra vez sin un mecanismo que sincronice la apertura de la válvula (13-18) y todo vuelve a comenzar..
En todo el ciclo completo de cuatro tiempos el rotor sólo a girado una vuelta, mientras que el eje a dado tres, ya que los engranajes estan a una razón uno a tres.
En cada una de las caras del rotor sucede lo mismo, mientras en una cara ocurre la admisión (1-2-3-4) a un tercio de vuelta del rotor (una vuelta completa del eje), en la otra cara se hace la correspondiente compresión (5-6-7-8), salta la chispa ( 9 ) y se inicia la explosión (10-11-12), seguida por el escape (13-14-15-16), en tanto ocurre esto en las otras caras esta ocurriendo la admisión, compresión y explosión, así con todo esto el motor Wankel es como un motor de tres cilindros que ejecutan el ciclo de cuatro tiempos en una sola vuelta de rotor que son tres del eje de salida.
Desventajas del Motor Wankel
En el motor los tiempos del ciclo ocurren siempre en el mismo sitio del estator; la admisión y compresión que pueden ser cosideradas fases frías ocurren en la parte superior (Figura 3), mientra que la explosión y el escape, que son fases calientes, ocurren en la parte inferior. Esto implica que un lado del motor alcance temperaturas de 150 ºC y al otro supere los 1000 ºC, lo que provoca problemas de refrigeración por un desequilibrio térmico.
Otro problema que se ha presentado es el de estanquidad. Cada uno de los tres lóbulos giratorios debe ser impermeable respecto a los otros dos para que no perturben las fases del ciclo. Para esto en el vértice del motor se colocan muelles de berilio u otro material siguiendo los bordes del estator, esta pieza es la que más fallas a tenido.
El problema de la estanquidad en los vértices se agrava por que la "fuerza centrífuga" y el empuje del engranaje de l rotor se aunan para hacer que el segmento se apriete con gran fuerza sobre la pared curvada del estator, con presión variable en cada vuelta.
Tiene una baja eficacia en el uso de combustible y además como la punta de la combustión del rotor es muy exacta, si el motor está desincronizado la combustión puede llegar a ocurrir antes de que el rotor este en su posición adecuada, lo que podría producir es que la ignición empuje el rotor contra el ciclo del motor dañándolo.
Ventajas del Motor Wankel
Este motor tiene un 40 por ciento menos de piezas y la mitad de volumen y peso de un motor comparable a pistones.
Es de diseño simple, hay muy poca vibración y no hay problemas con la disipación de calor, los puntos calientes, o la detonación, que son consideraciones en el motor convencional del intercambio.
Los motores de Wankel, la mayoría de los cuales son enfriados por líquido, son capaces de ejecutarse en las velocidades inusualmente altas por períodos del tiempo largos.
El motor exhibe una curva excepcionalmente alta de relación de transformación de potencia-peso y una buena curva del esfuerzo de torsión a todas las velocidades del motor.
La ventaja más grande es que dentro del compartimento del rotor están ocurriendo los cuatro ciclos simultáneamente, dando un empuje constante.
También, el rotor da una mitad de vuelta de revolución por cada rotación completa del eje, comparada con una rotación del eje para un movimiento completo del pistón. Esto da más esfuerzo de torsión por ciclo de la ignición y también requiere menos revoluciones por minuto para obtener la misma potencia que en un motor de pistón.
Dentro del Wankel, tres compartimentos son formados por las caras del rotor y la pared de la cubierta.
También este motor necesitaría una gasolina de setenta octanos lo que presenta ya una
simplificación en la producción de los combustibles.
Usos
El motor Wankel tuvo que esperar más que los motores a pistones para que su funcionamiento se adecuara con la tecnologia existente, por esto el motor en los años 70 tuvo sus primeros prototipos, como Mazda que ofreció su modelo RX apagado y encendido. Actualmente Mazda ofrece el RX-7, que utiliza dos rotores que trabajan sincrónicamente para la mayor potencia, y los cargadores gemelos de turbo para el retroceso, agregado más bien que la aplicación tradicional del rotatorio para la economía. Con sus cargadores gemelos de turbo el motor puede generar 255 caballos de fuerza con 1,3 litros de capacidad (comparada con la dislocación de Chevrolet Camaro de 3,8 litros para 200 caballos de fuerza con cilindros, o 285 caballos de fuerza en los 5,7 litros V8).
Mazda no es la única compañía que maximiza el diseño de Wankel. El motor rotatorio del motor B, de Leva & Trade;del rand es un prototipo del registro Technologies, es una ramificación del diseño rotatorio que elimina el engranaje complejo de Wankel. Este motor representa nueve años de trabajo y ofrece la última tecnología en materiales: hierro y cerámica de altas temperaturas de fundido.
El objetivo del proyecto de la Leva & Trade;del rand era diseñar un motor rotatorio diesel de destacada simplicidad, potencia y eficacia. Las tecnologías del registro han logrado esto manejando una relación de transformación de peso-a-caballos de fuerza de cerca de 3/4 libra a un caballo de fuerza (comparados a seis libras por caballos de fuerza en un motor de pistón), y teniendo un total de siete piezas móviles para reducir al mínimo la fricción (seis paletas y un rotor).
El motor también maneja el esfuerzo de torsión máximo en solamente 1.700 revoluciones por minuto.
La versión diesel del motor está siendo diseñada por Alliant Techsystems y la universidad de Virginia Occidental, y será el primer motor rotatorio diesel en el mundo.
Estos éxitos no significan que el Wankel está sin problemas. Los motores RX-7 generalmente se consideran confiables por los primeros seis años, pero luego los sellos comienzan a fallar y las piezas necesitan ser substituidas, para mantener los compartimentos aislados el uno del otro.
http://www.youtube.com/watch?v=6BCgl2uumlI
Conclusiones
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 desición 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.