MOTORES ROTATIVOS. Tipologías y combustibles alternativos.

7/27/2019 MOTORES ROTATIVOS. Tipologas y combustibles alternativos.

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MOTORES ROTATIVOSTIPOLOGAS Y COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS

Proyecto de final de carreraIngeniera Tcnica NavalFacultat de Nutica de Barcelona - UPC

Autor: Marc Barthe Farell

Director: Manuel Rodrguez CastilloJulio 2009


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NDICE.

PRLOGO.... 1

1. INTRODUCCIN. 2

2. EL MOTOR WANKEL. 32.1. Introduccin.. 32.2. Principios de funcionamiento. 6

2.2.1. Descripcin general del motor...62.2.2. Evolucin termodinmica8

2.3. Geometra del motor112.4. Elementos del motor14

2.4.1. Rotor.. 142.4.2. Estator152.4.3. Engranajes de transmisin.18

2.4.4. Mecanismos de sellado.................... 192.5. Procesos y sistemas222.5.1. Caractersticas de la combustin.. 222.5.2. Equilibrado del rotor 232.5.3. Refrigeracin del estator.242.5.4. Refrigeracin del rotor. 252.5.5. Sistema de distribucin...262.5.6. Sistema de lubricacin 262.5.7. Encendido doble.. 28

2.6. Ventajas y desventajas... 292.6.1. Principales ventajas.292.6.2. Principales inconvenientes.30

3. EL MOTOR RADMAX. 313.1. Introduccin.. 313.2. Principios de funcionamiento. 32


3.3. Elementos del motor373.3.1. Disco-leva. 373.3.2. Rotor y eje. 373.3.3. Estator383.3.4. Paletas y elementos de sellado.38

3.4. Ventajas e inconvenientes..40

3.4.1. Principales ventajas 403.4.2. Principales inconvenientes.40

4. LA QUASITURBINA 414.1. Introduccin4.2. Principios de funcionamiento. 41


4.3. Elementos del motor474.3.1. Estator474.3.2. Tapas laterales. 474.3.3. Rotor.. 484.3.4. Brazos de conexin y abrazaderas.. 484.3.5. Conjunto 49


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4.4. Ventajas e inconvenientes..504.4.1. Principales ventajas.504.4.2. Principales inconvenientes.50

5. ROUND ENGINE. 515.1. Introduccin.. 515.2. Principios de funcionamiento. 51


5.3. Elementos del motor555.3.1. Toroide.. 555.3.2. Pistones rotativos.555.3.3. Disco de trasmisin. 555.3.4. Disco distribuidor o disco de distribucin555.3.5. Correa y engranajes de distribucin. 555.3.6. Cmara de combustin...56

5.4. Procesos y sistemas565.4.1. Admisin y expansin. 56

5.4.2. Volmenes de cmara de combustin. 575.4.3. Sistema de refrigeracin y de lubricacin575.5. Ventajas e inconvenientes..58

5.5.1 Principales ventajas..585.5.2. Principales inconvenientes.58

6. EL MOTOR ROTATIVO RIPALDA... 596.1. Introduccin.. 596.2. Principios de funcionamiento. 60

6.2.1. Descripcin general del motor...606.2.2. Parmetros geomtricos bsicos..616.2.3. Evolucin termodinmica historia angular62

6.3. Elementos del motor746.3.1. Carcasas... 756.3.2. Rotores.. 756.3.3. Elementos de sellado..766.3.4. Ejes y engranaje de sincronizacin.. 77

6.4. Geometra del motor786.4.1. Aspectos geomtricos del conducto de admisin.. 786.4.2. Cavidades cerradas.796.4.3. Aspectos geomtricos del conducto de escape. 796.4.4. Aspectos geomtricos de los trnsferes entre cmaras80

6.5. Procesos y sistemas816.5.1. Necesidades de sellado en el motor.81

6.5.2. Sellado perifrico y entre rotores.. 826.5.2.1. Segmento rascador. 826.5.2.2. Segmentos perifricos 836.5.2.3. Sellado entre rotores...84


7. EL MOTOR ROTATIVO ANTONIO SNCHEZ.. 867.1. Introduccin.. 867.2. Principios de funcionamiento. 86


7.3. Elementos del motor90


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7.3.1. Rotores.. 907.3.2. Estator907.3.3. Pistn semitoroidal.. 917.3.4. Bieletas, casquillos y cigeales...917.3.5. Eje.. 927.3.6. Eje con rotores. 927.3.7. Elementos de sellado..927.3.8. Conjunto 93


8. EL MOTOR HBRIDO ANTONIO SNCHEZ. 958.1. INTRODUCCIN. 958.2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO. 95


8.3. ELEMENTOS DEL MOTOR...988.3.1. Rotor.. 988.3.2. Pistones, bielas y cigeales.998.3.3. Engranajes 1008.3.4. Estator1008.3.5. Elementos de sellado..101

8.4. PROCESOS Y SISTEMAS.1018.4.1. Refrigeracin 1018.4.2. Lubricacin102

8.5. VENTAJAS E INCONVENIENTES... 1048.5.1. Principales ventajas.1048.5.2. Principales inconvenientes.104

9. APLICACIONES DE LOS MOTORES ROTATIVOS. 1059.1. Aplicaciones en el sector naval. 1059.2. Aplicaciones en el sector del automvil y motocicletas. 108

9.2.1. Automviles comerciales 1089.2.2. Automviles de competicin.. 1099.2.3. Motocicletas..109

9.3. Aplicaciones en el sector aeronutico.. 1109.4. Otras aplicaciones1129.5. Aplicaciones potenciales.112

10. EMISIONES CONTAMINANTES DE LOS MOTORES ROTATIVOS.. 113

10.1. Introduccin 11310.2. Gases contaminantes115

10.2.1. Monxido de carbono (CO)..11510.2.2. Dixido de carbono (CO2) 11610.2.3. Hidrocarburos (HC)... 11710.2.4. xidos de nitrgeno (NOx).. 11810.2.5. Partculas 11910.2.6. xidos de azufre (SOx) 120

11. COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS.. 12111.1. Introduccin 12111.2. Combustibles de origen fsil 121

11.2.1. GLP. 12111.2.1.1. Definicin 121


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11.2.1.2. Composicin.. 12111.2.1.3. Obtencin12111.2.1.4. Propiedades... 12211.2.1.5. Caractersticas medioambientales..123

11.2.2. Gas natural..12311.2.2.1. Definicin 12311.2.2.2. Composicin.. 12311.2.2.3. Obtencin12411.2.2.4. Propiedades... 12511.2.2.5. Transporte y almacenamiento.12511.2.2.6. Caractersticas medioambientales. 125

11.3. Combustibles de origen no fsil.. 12611.3.1. Biogs. 126

11.3.1.1. Definicin 12611.3.1.2. Composicin.. 12611.3.1.3. Origen y generacin. 12711.3.1.4. Propiedades... 128

11.3.1.5. Caractersticas medioambientales. 12911.3.2. Biocarburantes... 12911.3.2.1. Biodiesel. 129

11.3.2.1.1. Definicin12911.3.2.1.2. Composicin.. 13011.3.2.1.3. Origen. 13011.3.2.1.4. Propiedades... 13111.3.2.1.5. Caractersticas medioambientales.131

11.3.2.2. Alcoholes 13111.3.2.2.1. Definicin13111.3.2.2.2. Composicin qumica... 13311.3.2.2.3. Obtencin de los alcoholes. 133

11.3.2.2.4. Propiedades... 13411.3.2.2.5. Caractersticas medioambientales.13511.3.3. Hidrgeno135

11.3.3.1. Definicin 13511.3.3.2. Composicin.. 13511.3.3.3. Obtencin y generacin de hidrgeno...13511.3.3.4. Propiedades... 13611.3.3.5. Caractersticas medioambientales. 136

11.4. Aplicacin en motores rotativos.. 13711.4.1. GLP. 13711.4.2. Gas Natural 13811.4.3. Biogs..... 138

11.4.4. Biodiesel. 13911.4.5. Alcoholes.14011.4.6. Hidrgeno14111.4.7. Tabla resumen... 143

12. Nota sobre IMPACTO AMBIENTAL. 144

13. CONCLUSIONES.. 145

BIBLIOGRAFA 146

APNDICE.148


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MOTORES ROTATIVOS. Tipologas y combustibles alternativos.

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PRLOGO.

Este proyecto de fin de carrera tiene como objetivo principal ofrecer una visin generalsobre la situacin actual de la tecnologa de los motores de combustin internarotativos y el estudio de algunas de sus tipologas ms interesantes.

En primer lugar, y una vez valoradas todas las versiones, prototipos y diseos queexisten en la actualidad, se realiza una seleccin de los motores rotativos msrepresentativos y se analizan con detalle. Los motores escogidos son: el motorWankel, el motor Radmax, la Quasiturbina, el motor Round engine, el motor Ripalda, yel motor rotativo e hbrido de Antonio Snchez. Todos, excepto el motor Wankel, seencuentran en plena fase de desarrollo. Para cada uno de ellos se estudian conceptoscomo: principios de funcionamiento, elementos del motor, geometra del motor,procesos y sistemas y finalmente se genera una lista de ventajas y desventajas quepermiten valorar y comparar los motores entre s.

A continuacin se detallan los usos y aplicaciones de los motores rotativos en losdistintos sectores y tambin las posibles aplicaciones potenciales futuras. Se sigue conun estudio de las emisiones contaminantes de estos motores. Son tambin objeto deestudio los factores que inciden en estas emisiones as como las medidas a tomarpara reducirlas.

Posteriormente, se lleva cabo una investigacin sobre los combustibles alternativosexistentes. Tambin se detallan cules son los ms idneos para la aplicacin enmotores rotativos y se valora la viabilidad de su aplicacin en este tipo de motores. Enesta fase del proyecto no se podr llegar a concluir cual es el combustible ptimo quedeba consumir un motor pues el estado embrionario de la mayora de tipologasestudiadas no permite tal afirmacin. Para tal fin (que no es el que se persigue en este

pfc) se debera ensayar cada uno de los motores con las modificaciones oportunas enfuncin de cada combustible y realizar pruebas y ensayos de laboratorio. Por lo tanto,el objetivo buscado en esta fase no es otro que determinar qu motor rotativo essusceptible de trabajar con ciertos combustibles alternativos en funcin de losconocimientos adquiridos al estudiar cada una de las tipologas.

Es necesario explicarle al lector que el hecho de que algunas tipologas seanexplicadas con mayor o menor grado de detalle es consecuencia de las polticas deprivacidad de cada una de las empresas como resultado de encontrarse sus proyectosan en fase de desarrollo. El autor ha intentado siempre mantener el mismo criterio yrigurosidad en el estudio de cada tipo de motor rotativo.


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1. INTRODUCCIN.

Despus de 150 aos de historia de motores de combustin interna volumtricos esevidente afirmar que existe un tipo que ha destacado y dominado totalmente estecampo de la ingeniera: son los motores de combustin interna alternativos.

Es evidente que a da de hoy los motores alternativos han alcanzado un elevado gradode perfeccionamiento en cuanto a diseo, fiabilidad, mtodos productivos, consumo,emisiones, ruidos, etc. De todas maneras, tampoco es menos cierto afirmar que losmotores alternativos presentan ciertas caractersticas desfavorables: dificultad deequilibrado, necesidad de valvulera en motores 4T, emisin de hidrocarburosinquemados a la atmsfera debido al cortocircuito de gases en motores 2T, relacinpeso/potencia mejorable Adems, el petrleo es finito y se sabe que sus reservasdisminuyen paulatina pero inexorablemente, a pesar de haber yacimientospotencialmente grandes sin explorar en la actualidad. Debido a la realidad ambientalactual es necesario buscar nuevos combustibles alternativos y nuevos procesos de

transformacin de energa.Desde el primer motor de combustin interna volumtrico han surgido muchasarquitecturas diferentes y entre ellas infinidad de motores rotativos. Solo el motorWankel ha conseguido tener alguna repercusin en la industria. Qu hay de losdems?

A da de hoy, los motores rotativos no pueden desbancar a los motores alternativospero en un futuro podran jugar un papel importante convirtindose en motores detransicin hacia nuevos motores ms eficientes y respetuosos con el medio ambienteo hacia nuevos procesos de transformacin de energa. Los motores rotativos an endesarrollo pueden ser una solucin en combinacin con este tipo de combustibles y

aunar sus beneficios a los propios de este tipo de motores: facilidad de equilibrado,ausencia de vlvulas, elevadsimas relaciones potencia/peso y potencia/volumen, etc.

Por tanto es razonable realizar un proyecto cuyo objetivo sea el estudio y anlisis, loms profundo posible, dentro de las limitaciones, de los motores rotativos. Creopositivo dotar a los motores rotativos propuestos de un cuerpo terico para su anlisis,generar una lista de ventajas e inconvenientes lo ms completa posible as como elestudio de sus aplicaciones y de su aplicabilidad con combustibles alternativos.


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2. EL MOTOR WANKEL.

2.1. INTRODUCCIN:

El motor rotativo Wankel debe su nombre al ingeniero alemn Flix Wankel. En 1924,a la edad de 22 aos, Wankel estableci un pequeo laboratorio para el desarrollo delmotor rotativo, donde comenz la investigacin. En el ao 1929 el primer motorWankel ya fue patentado. Durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), continusu trabajo con el apoyo del Ministerio alemn de Aviacin y otras corporaciones civiles.Ambos sectores ofrecan respaldo a las investigaciones y pensaban que servira alinters nacional una vez fuera desarrollado. Sostenan que el motor rotativo, una vezprobado, podra empujar al mximo el desarrollo industrial alemn.

Al trmino de la Segunda Guerra Mundial, Wankel estableci un Instituto Tcnico parael Estudio de la Ingeniera y continu su trabajo de investigacin y desarrollo del motoras como de un compresor rotativo de uso comercial.

En esa poca una importante empresa constructora de motocicletas, NSU, mostrgran inters en las investigaciones de Wankel. Debido a ello NSU y Flix Wankelformaron una sociedad y se concentraron en el desarrollo de un nuevo bloque para elmotor rotativo.

Imagen 2.1. Felix Wankel.

En 1957, en cooperacin con laempresa NSU el Dr. Wankel complet elmotor tipo DKM, el primer motor rotativo

en la historia. En 1958 complet unoms prctico, tipo KKM, que se convirtien la base del motor rotativo en laactualidad

Antes de ello, sin embargo, NSU complet eldesarrollo del compresor rotativo y lo aplic al usode un supercargador de tipo Wankel. Con estesupercargador, una motocicleta NSU estableciuna nueva marca en velocidad para la categorade 50 cc, con una velocidad mxima de 192,5km/h. En 1957, Wankel y NSU completaron el

prototipo del motor rotativo tipo DKM. Este primermotor Wankel, llamado Drehkolbenmotor yabreviado a DKM, tena una cmara de volumenvariable formada por dos cuerpos que girabanrespecto a dos ejes paralelos, en el mismo sentidopero a velocidades distintas. Esto lo converta enun motor poco prctico. Posteriormente, en 1958,un ingeniero llamado Froede consigui fijar uno delos cuerpos (concretamente el exterior) y el otrorealizaba un movimiento planetario en su interior.Este motor recibi la denominacin deKreiskolbenmotor (KKM). Este nuevo KKM se

convirti en el prototipo del actual motor Wankel.Desde la aparicin del primer prototipo de motorWankel, numerosas empresas del sectoradquirieron licencias de aplicacin: Curtiss-Wright(para motores de aviacin), en Estados Unidos;

Mercedes-Benz y M.A.N., en Alemania; y en 1961 Toyo Cork Kogyo1 (actualmenteMazda) en Japn.

1La empresa Mazda se fund en Japn en 1920 como Toyo Cork Kogyo Co., Ltd. Originalmente

fabricaba herramientas y maquinaria pesada, pero cambi a la fabricacin de vehculos en 1931. La

compaa pas a llamarse formalmente Mazda en 1984, aunque todos los modelos vendidos desde elprincipio llevaron ese nombre.


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Inmediatamente Mazda y NSU empezaron a trabajar conjuntamente y como primeraaccin se acord enviar un grupo tcnico de ingenieros de Mazda a la sede de NSU,mientras que en la fbrica de Mazda en Japn se organiz un comit de estudio. Elgrupo tcnico logr obtener planos y un prototipo monorotor de 400 cc. con el quecorroboraron problemas de desgaste anormal en el bloque que alberga el rotor(estator). Esto no solamente era un problema para Mazda, sino que era tambin elproblema con el que se haba encontrado NSU en el desarrollo del motor rotativo ensus motocicletas.

Imagen 2.2. Marcas de Rozamiento. La efectividad de los primeros motores rotativos se veaseriamente afectada debido a la erosin que causaban los segmentos. Este es el aspecto quepresentaba la superficie trocoidal del estator.

Las marcas de rozamiento quedaban dentro de bloque trocoidal, por donde sedeslizan los tres segmentos de los vrtices del rotor. Los segmentos creaban unavibracin abrasiva y una fatiga anormal.

Otro problema que surgi durante las primeras etapas de desarrollo del motor era laemanacin de humo blanco debido a la combustin de aceite, lo que constitua otro

inconveniente para la comercializacin. Esto era causado por una estanqueidaddeficiente entre los vrtices del rotor y el bloque que lo contiene. La solucin a esteproblema consisti en un aceite especial que cre Mazda y que prob ser la solucinms adecuada.

A principios de la dcada de 1960 Mazda dise e investig tres tipos de motoresrotativos de dos, tres y cuatro rotores respectivamente. La versin monorotor, cuyoprototipo haba sido diseado por la alemana NSU bajo el nombre de motor rotativoKKM, poda operar acompasadamente a altas revoluciones, pero tenda a producirvibraciones y aquejaba de una falta evidente de par a bajas revoluciones. Mazdaentonces decidi desarrollar un birotor del cual se esperaba que las fluctuaciones depar fueran comparables a las de un motor en lnea de 6 cilindros.

El primer motor de pruebas birotor diseado por Mazda, se denomin L8A (con unacmara de 399 c.c.), y fue instalado en un prototipo de coche deportivo (L402A) quems tarde fue el originario del modelo Mazda Cosmo Sport. En diciembre de 1964 sedise otro motor rotativo de pruebas con una cilindrada de 491c.c. el cual acabdesembocando en el primer motor rotativo de produccin: el L10A.


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Imagen 2.3. Motor rotativo L10A. An siendo el primer motor rotativo que se comercializ yase puede observar el tamao compacto en comparacin con un motor tradicional conconfiguracin de cilindros en lnea o en V.

El 30 de mayo de 1967, Mazda sac al mercado el primer vehculo que montaba unmotor rotativo, el Mazda Cosmo Sport, que equipaba un motor L10A (491 c.c.) quedesarrollaba 110 CV de potencia y usaba unos aros de carbono que daban mejorestanqueidad al conjunto.

El motor dispona de un carburador de cuatro bocas para mantener estable lacombustin a cualquier rgimen de funcionamiento. En cuanto al sistema de ignicin,cada rotor estaba dotado de una buja que garantizaba la ignicin de la mezcla bajocualquier circunstancia.

Imagen 2.4. Mazda Cosmo Sport. Montaba motor de dosrotores de 110 CV y solo 490cc. El automvil de esttica yprestaciones deportivas sorprendi al mercado de aquellapoca que vea por primera vez la irrupcin en el sector deun vehculo con motor no lineal.

El desarrollo de motores rotativos por parte de Mazda continu y en 1973 la marcapresent en sociedad una nueva versin de su motor rotativo que se conoci como13B. Este era un motor de dos rotores y de 672cc el cual fue expresamente diseadopara rebajar las emisiones del motor anterior.

Por aquel entonces, en la dcada de los 70, se daba la crisis del petrleo a escalamundial y el precio del carburante creci desorbitadamente. Debido a esto, Mazda sevio obligada a reducir el consumo de sus motores si quera hacer subsistir el motorrotativo. Por esta razn naci el Proyecto Fnix el cual tena como objetivo unaprimera etapa de reduccin de un 20% de consumo de combustible para el primer aode investigacin con una meta de reduccin de un 40%.

Mazda no slo logr sus objetivos, sino que como resultado del Proyecto Fnix lanzal mercado el deportivo RX7, en 1978, que prob que el Wankel haba llegado almercado para quedarse definitivamente. El lanzamiento del RX7 vino acompaado conel desarrollo de un sistema cataltico especialmente diseado que logr mayores

ahorros en consumo de combustible. Actualmente el RX-8, sucesor del RX-7, es elnico automvil del mercado que dispone de motor rotativo.


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2.2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO:

2.2.1. Descripcin general del motor:

Mientras en un motor alternativo se efectan sucesivamente 4 trabajos diferentes(admisin, compresin, combustin y escape) en el mismo volumen (cilindro), en unmotor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de lacarcasa (tambin llamada bloque o estator). Concretamente, el estator es una cavidadcon una forma que recuerda a un 8, dentro de la cual se encuentra un rotor con formade prisma triangular de caras convexas que realiza un giro de centro variable. Esterotor comunica su movimiento rotativo a un cigeal que se encuentra en su interior, yque gira ya con un centro nico. En siguientes apartados se detallar mejor lageometra del estator y del rotor.

Al igual que un motor de pistones, el motor rotativo emplea la presin creada por lacombustin de la mezcla aire-combustible para producir trabajo. La diferencia radicaen que esta presin est contenida en la cmara formada por una parte del estator y

por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplazara alos pistones siguiendo con la comparacin.

El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vrtices en contacto con elestator, delimitando as tres compartimentos separados: las cmaras de trabajo. Amedida que el rotor gira dentro de la cmara, cada uno de los 3 volmenes seexpande y contrae alternativamente; es esta expansin-contraccin la que succiona lamezcla aire-combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energa alexpansionar y realiza el escape. Por cada vuelta del rotor, el rbol motriz gira tresveces. No hay sistema de distribucin, ya que la admisin y escape estn controladospor lumbreras del propio bloque sin la interposicin de vlvulas.

Cada una de las tres cmaras de combustin al terminar su vuelta alrededor del rbolmotriz har los cuatro tiempos, y se producirn tres explosiones en un giro completodel rotor.

Para transmitir la fuerza generada por la combustin al cigeal el rotor acta con unbrazo de palanca con respecto al cigeal. El rotor gira sobre una excntrica queforma parte del cigeal. Mientras el rotor gira alrededor de su propio eje, stedescribe un crculo, cuyo radio es igual a la excentricidad de la excntrica.

El rotor gira en contacto con el cigeal mediante un par de ruedas dentadas de lascuales una, con dientes interiores, es concntrica con el rotor y solidaria a este, y laotra, con dientes exteriores, es concntrica con el cigeal y solidaria con el estator.

La relacin entre los nmeros de dientes de las dos ruedas es de 3 a 2, por lo que elrotor hace tres vueltas sobre s mismo mientras su centro de rotacin recorre el crculocompleto descrito en una vuelta por el excntrico del cigeal.


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Figura 2.5. Despiece del motorWankel.Adaptada del libro Motores Endotermicos de Dante Giacosa

Figura 2.6. Seccin del motorWankel.Adaptada del libro Motores Endotermicos de Dante Giacosa

1-2-3: Vrtices del rotor.A) B) C): Cmaras de trabajo.R) Radio del rotor.a) Lado del rotor.b) Superficie de perfil trocoidal.

c) Cmara de combustin de volumen constante.Z) z) Engranajes para la sincronizacin.O) Centro del rotor.O) Eje del cigeal.e) Excentricidad.

El movimiento del rotor es por tanto el resultado de dos rotaciones: la del cigeal y ladel rotor sobre su propio eje. La relacin entre las velocidades angulares de los dosmovimientos es tal como para hacer describir a cada uno de los vrtices del rotor lacurva segn la cual se ha trazado el perfil del estator.

Como en los motores de pistn, el momento de giro experimenta un desarrollo variable(aunque peridico) y es necesario implantar un volante de inercia para conseguir unamarcha satisfactoriamente uniforme.


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El motor Wankel se puede implementar, al igual que los motores alternativos, comomotor de encendido provocado o como motor de encendido por compresin,acercndose a los ciclos de referencia Otto y Diesel respectivamente. Laimplementacin ms usual ha sido la de motor de encendido provocado.

La implementacin del motor Wankel como motor de encendido por compresin seresume en un intento de la empresa Rolls-Royce, en la dcada de los 70.Bsicamente, estaba compuesto por dos cmaras: una pequea situada por encimade otra ms grande y ambas en el interior de un mismo estator. Con esta construccinse puede alcanzar una relacin de compresin de 18:1, con un cociente entre lasuperficie y el volumen de la cmara de combustin semejante al de un motoralternativo equivalente trabajando tambin en ciclo Diesel.

La turbulencia del aire fresco requerida para la correcta combustin de la mezcla final,se realiza mediante el estrechamiento que hay entre una cmara y la otra. Almismo tiempo, este obstculo genera una depresin en el otro extremo, que propiciaun aumento de la velocidad de propagacin de la llama, y la salida de los gases

quemados.Dejando de lado el trabajo realizado por la firma britnica, nadie ms se ha aventuradoen el desarrollo de un motor rotativo funcionando segn esta tipologa de encendidopor compresin. Todos los esfuerzos se han centrado en la versin Otto, ya querequiere unas exigencias trmicas menores gracias a una relacin de compresin msbaja.

2.2.2. Evolucin termodinmica:

A continuacin se muestran una serie de imgenes secuencialmente que aclarancmo se producen los cuatro tiempos en una de las cmaras de combustin del motorWankel y que ayudarn a profundizar en el funcionamiento del motor.

1rTIEMPO: ADMISIN

Mezcla admitida

Lumbrerade admisin

Lumbrerade escape

La fase de admisin del ciclo empieza cuando el vrtice del rotor descubre la lumbrerade admisin. En este momento el volumen de la cmara de combustin es mnimo. Amedida que el rotor avanza, el volumen de la cmara de combustin aumentaabsorbiendo la mezcla de aire-combustible. Cuando el otro vrtice de la cara del rotor

ha pasado por la lumbrera de admisin el volumen contenido queda aislado y empiezala compresin.


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2 TIEMPO: COMPRESIN

Lumbrera

de admisin

Lumbrerade escape

Mezcla comprimida

A medida que el rotor contina su movimiento dentro del bloque, el volumen contenidoen la cmara de combustin se hace cada vez ms pequeo y la mezcla aire-combustible se comprime. En el momento en que la cara del rotor queda enfrente de

las bujas, el volumen de la cmara es mnimo. En este punto se produce el salto de lachispa y la consiguiente combustin de la mezcla.

Ya que en la fase de compresin la cara del rotor se cie a la pared del estator, lacompresin sera excesiva si no se practicasen unas hendiduras sobre las caras delrotor. Estas hendiduras forman las cmaras de combustin del rotor. No obstante,estas cavidades presentan un inconveniente: se produce una comunicacin de losconductos de admisin y escape (semejante al de los motores de dos tiemposalternativos). A pesar de todo, las relaciones de compresin con las que se trabajahabitualmente van desde 8:1 hasta 9,5:1. Para esta ltima parece obtenerse elconsumo mnimo.

3rTIEMPO: COMBUSTIN Y EXPANSIN

Lumbrera Lumbrerade admisin de admisin

Lumbrera Lumbrerade escape de escape

Salto de la chispa Expansin de la mezcla

La mayora de los motores rotativos tienen dos bujas. La cmara de combustin eslarga, as que la llama se inflamara demasiado lentamente si hubiera solamente unabuja. Cuando las chispas encienden la mezcla de aire-combustible, la presinaumenta rpidamente, forzando el rotor a moverse en la direccin en la que elvolumen del compartimiento crece. Los gases de combustin continan

expandindose, moviendo el rotor y transformando energa, hasta que el vrtice delrotor descubre la lumbrera de escape.


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4 TIEMPO: ESCAPE

Lumbrera Escape de los gasesde admisin

Lumbrerade escape

Una vez el vrtice del rotor descubre la lumbrera de escape, los gases de lacombustin pueden escapar. A medida que el rotor se mueve, el volumen vadisminuyendo forzando as la salida de los gases. En el momento en que el volumendel compartimiento es mnimo, el vrtice del rotor vuelve a descubrir la lumbrera deadmisin repitindose otra vez el ciclo.

Es en este momento en el que se produce el cortocircuito de gases que ya hemoscomentado ya que se produce una comunicacin de los conductos de admisin yescape a travs de la cmara de combustin labrada en las caras de los rotores (verfigura anterior).

De esta manera se puede ver como cada una de las tres caras del rotor est siempretrabajando en una etapa del ciclo. En una revolucin completa del rotor se producentres combustiones. El eje de salida gira tres veces por cada revolucin del rotor o loque es lo mismo, hay una combustin por cada revolucin del eje de salida.

El mismo proceso se ha realizado paralelamente en las otras dos cmaras decombustin. De esta manera se puede ver como cada una de las tres caras del rotorest siempre trabajando en una etapa del ciclo. Todo el ciclo completo de cuatrotiempos se lleva a cabo en una sola vuelta del rotor, que equivale a tres del cigeal.El cigeal gira tres veces por cada revolucin del rotor, esto quiere decir que el ejedel motor gira tres veces ms rpido y, por lo tanto, para conseguir la misma cifra depotencia se necesita un tercio del par motor que se necesitara si el rotor y el ejegiraran a la misma velocidad.

Los tiempos del ciclo ocurren siempre en el mismo sitio del estator: la admisin, quehasta cierto punto se considera una fase refrigerante por la evaporacin de la gasolinaque entra pulverizada en el seno de la mezcla fresca, tiene lugar en la parte superior

de las figuras vistas as como la fase de compresin. Por el contrario, las fasescalientes (explosin y escape) suceden en la parte inferior. La consecuencia directa esque una parte del motor se calienta mucho ms que la otra (la diferencia llega a serentre 150 la parte de admisin y casi 1000 la de escape); esta circunstancia motivaruna asimetra en la forma externa del motor por motivos de refrigeracin (ver figuras2.10, 2.12 y 2.13. En ellas se aprecia esta diferencia debido a las galeras derefrigeracin que se disponen en la parte caliente del estator).


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2.3. GEOMETRA DEL MOTOR:

La gran innovacin del motor Wankel consisti en conseguir una forma geomtrica delbloque motor o estator que permitiera al pistn realizar un movimiento rotativogenerando un volumen variable de igual forma que un motor alternativo clsico.

La curva que define la forma del estator del motor Wankel se denomina epitrocoide.Como se observa en la figura 2.7, para generar un perfil epitrocoidal, se debe hacerrodar sin deslizar un crculo S (o circunferencia generatriz) de dimetro D , sobre uncrculo base S de dimetro d , con d > D ; y siendo el punto P , el que genera lacurva deseada, un punto situado en el interior de la circunferencia generatriz.

Para la generacin de perfiles epitrocoidales se puede tomar un punto cualquiera delinterior del crculo, con la nica restriccin de que la razn entre los dimetros de lacircunferencia fija y de la mvil sea un nmero entero. De esta forma, se aseguraque la curva se cerrar tras una vuelta completa de la circunferencia generatrizsobre el crculo base.

Figura 2.7. Generacin del perfil epitrocoidal mediante un movimiento epicicloidal.

Este mismo cociente, tambin indica el nmero de lbulos de la epitrocoide. Como sepuede observar en la figura 2.6., el motor Wankel est formado por un estator de dos

lbulos y un rotor de tres vrtices, lo que implica que el cociente entre dimetrosd/D=2.


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)

Figura 2.8. Generacin del perfil epitrocoidal mediante un movimiento pericicloidal.

Dado que el punto generador de la curva que forma el estator puede situarse a unadistancia cualquiera sobre el radio del crculo que rueda, se pueden hallar infinidad deperfiles diferentes que son susceptibles de ser utilizados como estator de un motorWankel. Esta distancia desde el centro de la circunferencia generatriz hasta el puntoque trazar la curva recibe el nombre de excentricidad e, y es uno de los parmetroscaractersticos de la curva.

Como se muestra en la figura 2.8., el perfil epitrocoidal tambin puede ser obtenido si

se hace rodar sin deslizar un crculo S sobre una circunferencia fija S, interior a ste(curva pericicloidal). Como se demostrar a continuacin, esta nueva construccinrequiere que la relacin entre los dimetros sea de 2 / 3. Al igual que antes, estecociente es equivalente al que hay entre el nmero de lbulos del estator y el nmerode vrtices del rotor.

De la figura 2.7. se obtiene que las coordenadas del punto P son:

x (d

y (d

D)sen( )

D)cos( )

sen( )

cos(

Dado que el crculo rueda sin deslizar sobre la circunferencia base, entonces el arcoBQ es igual al IoI y por lo tanto: d = D . Como ya se ha explicadoanteriormente, es necesaria una relacin de radios d / D = 2, para tener unaepitrocoide de dos lbulos.Entonces:

dComo

D

d d1 3

D DEsto significa que mientras el centro de la circunferencia generatriz O describe unarco , alrededor del centro de la circunferencia base O, el punto P realiza un giro dengulo 3, entorno al centro O de la circunferencia generatriz.


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Para pasar a la figura 2.8. hay que cambiar la posicin de O , de tal forma que OOsea igual a e, manteniendo el ngulo de 3 respecto al eje y.

Cuando la circunferencia mvil S gira sobre la S, OO debe mantener un ngulo de 3con el eje y, a la vez que el segmento O P, de longitud d+D, forma un ngulo con elmismo eje y.

Al igual que antes, los arcos IIo e IB son equivalentes y se cumple que:

Rs 3

Rs

Rs

2Rs'

3

Dado que: Rs-Rs = e, y empleando los resultados anteriores se demuestra fcilmenteque Rs=2e y que Rs=3e. Estos son los radios de las circunferencias fija y mvil,respectivamente, para un valor dado de e. Este movimiento de rodadura se consigueen el motor mediante dos engranajes. En las Figuras 2.9. y 2.13. puede observarseesta disposicin, respectivamente. El mayor de ellos, con dientes interiores (rotor),engrana sobre un pin de dientes exteriores fijo (estator), siendo la relacin dedientes entre ambos de 3:2. Segn el tamao del motor, las parejas de engranajes quems se utilizan son: 45/30, 33/22 y 30/20. Esta realizacin peritrocoidal es mucho mssencilla de llevar a la prctica que la basada en la epitrocoide inicial, si bien ambasobtienen idnticos resultados de forma. Por eso es la empleada en los motores de tipoWankel.

Llamando radio de generacin a la suma R=d+D, y sustituyendo por su valor, lascoordenadas del punto P pasan a ser:

x R( ) sen(3 ) y Rcos( ) cos(3 )

El cociente entre el radio de generacin R y la excentricidad e recibe el nombre deconstante de la trocoide K: K=R/e. Este parmetro sirve para determinar valorestericos de la relacin de compresin, ngulo mximo de oscilacin, velocidad de loselementos de sellado y otras dimensiones caractersticas del motor.


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2.4. ELEMENTOS DEL MOTOR:

2.4.1. Rotor:

El rotor cumple la misma funcin que el conjunto pistn-biela en el motor alternativo,transmitiendo la presin que ejercen los gases de la combustin directamente alcigeal. Al mismo tiempo, el rotor hace el trabajo de las vlvulas de admisin yescape en un motor alternativo (ver Fig. 2.9.).

En cada uno de los vrtices del rotor se sitan unos elementos de sellado, as como alo largo de ambas caras laterales, para evitar que la mezcla de aire-combustible, losgases quemados o el aceite lubricante salgan del espacio en el que estn confinados.El engranaje y el cojinete del rotor estn situados en su interior.

Como ya se ha explicado en el apartado 2.2, el contorno del rotor tiene la forma de laenvolvente interior del estator. El pequeo espacio libre que existe entre el rotor y elestator se consigue mecanizando el rotor segn una epitrocoide algo ms pequea de

la que realmente forma el estator.De cara al rendimiento del motor, interesa que este espacio o juego sea lo mspequeo posible. No obstante, se deben tener en cuenta las deformaciones trmicas ylas tolerancias de fabricacin, entre otros aspectos. Al final, esta distancia se suelesituar en torno a 0.5 mm.

Figura 2.9. Vistas generales del rotor.

Cada uno de los flancos del rotor est rebajado con la finalidad de aumentar elvolumen de la cmara de combustin. Tanto la forma como la localizacin de estashendiduras influyen notablemente en el rendimiento de la combustin.

El material a emplear en la fabricacin del rotor debe cumplir los siguientes requisitos:

- Gran resistencia a la fatiga a altas temperaturas.- Bajo coeficiente de dilatacin trmica.- Gran resistencia al desgaste.- Buenas caractersticas de maleabilidad.- Buenas propiedades para la mecanizacin.


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En general, se usa fundicin nodular de grafito esferoidal (tiene un precio superior a lafundicin gris, pero mejora sensiblemente sus propiedades mecnicas y mantiene lasdems). Posteriormente, basta acabar de mecanizar los flancos mediante mquinasde control numrico.

No obstante, es un material con una densidad muy elevada y el peso final del rotor esdemasiado grande. Por esta razn, se estn empezando a utilizar aleaciones dealuminio, al igual que en los pistones de algunos motores alternativos, en especial losde automocin.

De esta forma, un peso menor del rotor implica una reduccin de las cargas queactan sobre el cojinete central y permite conseguir mayores velocidades de giro a lasalida (con un desgaste moderado), sin necesidad de emplear un cojinete de altasprestaciones.

2.4.2. Estator:

El estator del motor rotativo es el equivalente al conjunto formado por el bloque motory la culata de los motores alternativos. Para un motor de un solo rotor, el estator estformado por tres partes: una, perifrica, que envuelve al rotor; y otras dos, laterales,una a cada lado del rotor.

a) Estator perifrico:

En el motor rotativo, la cmara de combustin se mueve siguiendo cada una de lasfases del ciclo de cuatro tiempos. La zona donde se realiza la admisin de lamezcla se enfra con la entrada de sta, mientras que la zona de expansin estexpuesta a elevadas temperaturas.

Algo parecido sucede con las presiones. La presin ejercida por los segmentos(debido a la fuerza centrfuga) y los gases quemados, desgastan la superficieinterior del estator perifrico (figura 2.10) en zonas muy localizadas (relacionadascon los puntos donde se produce la combustin). El estator puede estar sometidoa un gradiente importante de presiones y temperaturas (fcilmente se obtienensaltos de 100 C).

Por lo tanto, las caractersticas bsicas que debe cumplir el material del estatorperifrico son:

- Proporcionar la resistencia suficiente para resistir los esfuerzos causados

por la combustin.

- Asegurar la mnima diferencia de temperaturas y resistir las tensionestrmicas provocadas por este gradiente, as como asegurar unas buenascondiciones de refrigeracin y lubricacin.

- Resistir con la mnima deformacin posible para asegurar una buenaestanqueidad de las cmaras de combustin.


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Figura 2.10. Estatorperifrico.

Los segmentos de los vrtices del rotor se deslizan por el interior de la superficie

del estator perifrico. Para reducir el desgaste entre ambas superficies, adems deconstruir un estator segn una curva paralela y desplazada respecto a la terica,se debe conseguir una gran exactitud dimensional, evitando la deformacin de losdiferentes elementos sometidos a gradientes importantes de temperatura. Engeneral, se utilizan aleaciones de aluminio. Tambin se podra realizar enfundicin, pero la capacidad de evacuacin de calor es muy inferior; en el ladonegativo, el aluminio posee un coeficiente de dilatacin trmica mucho mselevado (casi el doble).

Cuando se utilizan aleaciones de aluminio, se procede a cromar la superficieinterior del estator con la finalidad de aumentar su resistencia al desgaste.Concretamente, se recubre el interior del estator con una capa de acero y,

posteriormente, se lleva a cabo el cromado de esta superficie. La superficieexterior de la capa de acero tiene una forma de diente de sierra para mejorar laadherencia con la aleacin de aluminio (figura 2.11.).

En un principio, el movimiento a alta velocidad de los segmentos de los vrtices delrotor propiciaba que se rayara la superficie interior del estator, lo cual afectabatanto a la durabilidad del motor como a su rendimiento. Finalmente, se hallaronvarios tratamientos superficiales que disminuan los efectos del roce entre amboselementos. Una solucin es, como ya se ha explicado, cromar la superficie;aunque tambin se obtienen buenos resultados niquelndola o empleandoaleaciones de molibdeno.

Los agujeros donde se alojan las bujas atraviesan todo el estator hasta llegar a lasuperficie interior de ste. La superficie que se encuentra alrededor de la bujaalcanza temperaturas realmente elevadas, por lo que debe ser capaz de soportargrandes tensiones trmicas.

Adems, en esta zona el aceite de refrigeracin se degrada con facilidad. Por esoes imprescindible realizar un estudio a fondo para optimizar tanto el sistema derefrigeracin como de lubricacin en los alrededores de la buja.


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Figura 2.11. Estructura del estator.

b) Estator lateral:

Las caras laterales del estator deben ser muy deslizantes para que los segmentosde las esquinas y de los laterales del rotor puedan mantener un contactocontinuado sin producirse un desgaste prematuro. Al igual que la parte perifricadel estator, las tapas laterales estn sometidas a grandes presiones ytemperaturas en algunas zonas y momentos concretos, aunque las condicionesde lubricacin son mucho ms favorables que antes. No obstante, las tapaslaterales del estator son fundamentales para el buen funcionamiento del motor. Porun lado, se encargan de canalizar los sistemas de lubricacin y de refrigeracin, ypor otro, a travs de ellas se realiza la admisin y el escape del motor (caso delumbreras laterales). Debido a las menores exigencias trmicas y mecnicas quese requieren, es ms habitual utilizar fundicin nodular en la fabricacin de lastapas laterales.

No obstante, tambin se han empleado, al igual que en el rotor y el estatorperifrico, aleaciones de aluminio, de mejores caractersticas y coste ms elevado.

Para motores de bajas prestaciones, con las tapas laterales de fundicin, no esnecesario llevar a cabo ningn tipo de tratamiento superficial adicional, si seescoge el material adecuado para los segmentos. Pero si el motor est sometido acargas ms elevadas, la superficie deslizante de la chapa puede ser endurecidapor induccin o por nitruracin.

Como siempre, las aleaciones de aluminio tienen la ventaja de un peso muyinferior y de una gran capacidad de evacuacin de calor. Pero tienen una

resistencia al desgaste menor y requieren un recubrimiento de capas metlicasde aceros especiales como el de la figura 2.11. para mejorar sus caractersticasantifriccin.


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Figura 2.12. Estatorlateral.

2.4.3. Engranajes de transmisin:

Este mecanismo est formado por un pin (engranaje de dientes exteriores), fijo a latapa lateral del estator, (figura 2.13.) y otro, de dientes interiores, slidamente unido alinterior del rotor. El primero de ellos, permanece inmvil (hace la funcin de crculo debase de la curva) y el otro, al engranar con ste, realiza el movimiento de generacinde la epitrocoide, como ya se ha descrito anteriormente.

Figura 2.13. Vista del pin fijo situado sobre el estatorlateral.

La relacin entre el nmero de dientes de ambos engranajes es de 2:3. Esta diferenciaproporciona una relacin de transmisin de 1:3 entre la velocidad del rotor y la del ejede salida. El engranaje fijo est encajado a la tapa lateral del estator y sujetadomediante tornillos de fijacin. Adems, se le da una forma y grosor adecuados paraque el engranaje tenga una rigidez y una resistencia a la fatiga aceptables.

En cuanto al engranaje de dientes interiores, tiene una forma cilndrica de un espesormuy pequeo y se aloja en el interior del rotor. Al igual que el engranaje fijo, puede

fijarse mediante tornillos, aunque es ms frecuente emplear unos pequeos muellesque, al mismo tiempo que sujetan el engranaje, absorben parte de las cargas a las queest sometido.


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En el diseo de los engranajes, tanto el de dientes exteriores como el de dientesinteriores, se emplean engranajes rectos. stos, si bien hacen ms ruido, son muchoms baratos y transmiten perfectamente el movimiento del rotor al eje y no transmitenningn esfuerzo axial al rotor.

Figura 2.14. Conjunto de estator y rotor.

En la figura 2.14. se muestra el conjunto abierto de estator (el perifrico y un lateral) yrotor, y se puede observar dos cosas. En primer lugar, cmo engranan los dientesexteriores del pin con los dientes interiores del rotor para realizar el movimientodescrito con anterioridad. En segundo lugar, la figura muestra perfectamente que lamezcla fresca entra a la cmara de trabajo a travs de un conducto de admisinlabrado en el estator lateral (recordemos que las lumbreras de admisin y de escapepueden disponerse tambin en la superficie de contacto con el estator perifrico).

2.4.4 Mecanismo de sellado:

El mecanismo que asegura la estanqueidad de las cmaras de combustin en el motorrotativo equivale a los aros flexibles que se acoplan a los pistones en el motoralternativo. En este caso, se compone de elementos de sellado dispuestos de tresformas caractersticas, diseadas para asegurar que los gases y los fluidos

permanezcan en todo momento en su sitio.Los segmentos del motor rotativo estn sometidos a unas presiones muy elevadas, ascomo a unas temperaturas de trabajo tambin bastante altas. Por eso, es muyimportante un correcto estudio de su diseo para definir tanto la forma como elmaterial. Al igual que el material, requiere una consideracin especial el tratamientosuperficial de la pieza con la que los segmentos van a mantener contacto: estatorperifrico y lateral.

En el motor rotativo, el sistema que asegura la estanqueidad est formado por trestipos de segmentos:


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alojamiento hasta que pasa a tocar con la otra cara. As, el segmento se ir moviendo,una y otra vez, segn el sentido del gradiente de presiones.

Como el segmento se desliza sobre el estator, manteniendo el contacto en todomomento, la durabilidad de ambos elementos est ntimamente ligada con losmateriales y los tratamientos superficiales que se emplean en la fabricacin de cadauno de ellos. Anteriormente, se vena utilizando el grafito para los segmentos (por susaltas propiedades lubricantes) deslizndolo sobre una superficie interior del estator,cromada. Posteriormente, se pas a emplear un segmento de fundicin enfriada porchorro de electrones, manteniendo la misma superficie cromada del estator.

Figura 2.16. Funcionamiento del segmento perifrico.

b) Segmento lateral y perno de anclaje:

El segmento lateral, que suele ser de fundicin, como el perifrico, se coloca a lo largode la cara lateral del rotor para evitar que los gases a alta presin de la cmara decombustin pasen al hueco lateral del rotor (donde estn situados los engranajes detransmisin).

En la interseccin con el perno de anclaje, hay un pequeo espacio libre de entre 0.05y 0.15 mm. para absorber las posibles dilataciones de los materiales. Este segmentomantiene la estanqueidad en la unin de los otros dos. Al mismo tiempo, el perno sirvede gua a los segmentos perifricos y laterales en el pequeo desplazamiento queambos pueden realizar. Para ello, el agujero que alberga el segmento debe tener unasdimensiones muy ajustadas para que se produzca una firme fijacin del conjunto(despus de las dilataciones trmicas). Con esta disposicin, el desgaste por friccinen la cara exterior del segmento es muy importante, y se emplea una fundicin deacero con la superficie de contacto cromada. Al igual que el segmento perifrico, tantoel lateral como el perno llevan unos muelles alojados en sus respectivas bases con lafinalidad de asegurar, en todo momento, una presin de los elementos de sellado

contra las paredes del estator y as impedir que los gases se desplacen de unacmara a otra.

Figura 2.17. Detalle del rotor con elementossellantes.

Figura 2.18. Despiece de los elementossellantes en el vrtice del rotor.


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Por ltimo, la figura 2.19. muestra el aspecto de un motor Wankel con todas las piezasdescritas anteriormente situadas en su sitio, a excepcin del estator (para facilitar elentendimiento del conjunto). Gracias a este montaje se puede observar cmo el giroproducido al engranar los dientes del pin fijo al estator y los dientes realizados sobreel perfil del rotor es transmitido al eje del motor. Para ello, se acopla en el interior delrotor el rodamiento excntrico, que gira obligado por ste, y al estar rgidamente unidoal cigeal, consigue el deseado movimiento giratorio de salida.

Figura 2.19. Conjunto formado por estator, rotor y eje.

2.5. PROCESOS Y SISTEMAS:

2.5.1. Caractersticas de la combustin:

En el motor Wankel, la cmara de combustin se encuentra dividida en dos cuandollega al punto de mxima compresin. Poco despus, en el lado ms avanzadorespecto del sentido de rotacin (figura 2.20) empieza un aumento de volumen,mientras contina la compresin en el lado ms retrasado de la misma. Esta situacinprovoca un desplazamiento turbulento de la mezcla que har aumentar la velocidad depropagacin de la llama.

Por el contrario, la forma alargada y delgada de la cmara de combustin, y el elevadocociente entre la superficie y volumen de sta, no favorecen una rpida propagacinde la llama. Estos factores enfrentados compiten entre ellos para proporcionar unavelocidad de propagacin intermedia.

Por su parte, el diseador puede intentar, mediante la variacin de la forma y lalocalizacin de los diferentes elementos (hendidura del rotor o cmara de combustin,situacin de la buja, etc.) fijar el valor de esta velocidad cuanto ms convenga.


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Figura 2.20. Divisin de la cmara de combustin. (Giro en sentido horario)

Cuando empieza la combustin, la cmara ms adelantada atrae, por diferencia depresiones, el frente de llama. Al mismo tiempo, la cmara retrasada cada vez es msalargada, y la llama tiende a apagarse en su interior, lo cual frena la propagacin delfrente. Para prevenir esta situacin es frecuente utilizar el sistema de encendido doble

que se explica en el apartado 2.5.7. y que consigue disminuir el tiempo de combustin.

2.5.2 Equilibrado del rotor:

Cuando se trata de equilibrar un nico rotor, hay que emplear dos contrapesos (uno enla parte delantera y otro en la trasera del eje) que giren excntricos de forma quecreen unas fuerzas totales opuestas a las proporcionadas por el rotor.

Si el motor a equilibrar posee dos rotores, dado que stos van desfasados 180, slohabr que compensar un momento de inercia, ya que las fuerzas de ambos rotores seequilibran entre ellas, y los contrapesos debern ofrecer un par simtrico al realizado

por los dos rotores. Igualmente se pueden equilibrar motores rotativos con un nmeromayor de rotores.

El clculo para el equilibrado de un motor rotativo se realiza igual que en unoalternativo. Es decir, primero se plantea el equilibrio esttico (fuerzas de inercia) y,posteriormente, el equilibrio dinmico (momentos de inercia).

Figura 2.21. Cigeales.El de arriba monorrotor y elde abajo birrotor. Ambosdisponen de contrapesos


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2.5.3. Refrigeracin del estator:

Como ya se ha explicado anteriormente, el estator sufre unos enormes gradientes detemperatura debido al hecho de que cada una de las fases del ciclo de cuatro tiemposse realiza en la misma parte del estator. Por eso hay unas zonas fras (son las quecorresponden a la admisin y a la compresin) y otras mucho ms calientes (las de lacombustin y el escape) que provocan unas tensiones trmicas que deben seranuladas, en la medida de lo posible, por un sistema de refrigeracin adecuado.

La finalidad de dicho sistema es, por lo tanto, la de homogeneizar al mximo latemperatura de todo el estator y as evitar las deformaciones trmicas.

El mismo sistema de refrigeracin debe ser capaz de evacuar el calor almacenado enel rotor, el cual forma parte de la cmara de combustin y est en contacto con losgases quemados hasta que salen por la lumbrera de escape.

Para refrigerar el estator se puede hacer circular un refrigerante (se suele utilizar agua)

por el interior del bloque motor o emplear una corriente de aire.a) Refrigeracin por agua:

La refrigeracin por agua puede llevarse a cabo mediante dos construccionesdistintas:

- Sistema de refrigeracin por agua con flujo axial. Los conductos realizadosen el interior del bloque lo atraviesan de extremo a extremo en la direccindel cigeal segn ejes paralelos que rodean todo el motor.

- Sistema de refrigeracin por agua con flujo tangencial. Cuando el flujo es

tangencial, el agua refrigera independientemente secciones transversalesdel estator. Este sistema es muy utilizado en el caso de motores de ms deun rotor, en los que cada estator recibe una refrigeracin independiente.

Figura 2.22. Sistema de refrigeracin por agua con flujo axial.

Motor con lumbreras en el estatorlateral.


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interior del rotor, de forma que capte la mayor cantidad posible de calorprocedente de ste y, posteriormente, se introduce la mezcla en la cmara decombustin a travs de la lumbrera de admisin.

La refrigeracin mediante la mezcla fresca, adems de la sencillez constructiva,ya que no requiere ningn intercambiador de calor como en el caso de larefrigeracin por aceite, tiene una segunda ventaja, ya que al ser la mezcla laque absorbe el calor, se consigue una mayor vaporizacin del combustible.

2.5.5 Sistema de distribucin:

Las lumbreras de admisin y de escape pueden estar situadas de dos formas distintassobre el estator. No obstante, siempre es el rotor el encargado de permitir el paso delfluido desde el exterior hacia las cmaras y viceversa. La entrada y salida de fluidopuede darse a travs de la periferia del estator o a travs de sus placas laterales.

El motor Wankel fue concebido con lumbreras perifricas, y as es como locomercializ la empresa N.S.U. Esta disposicin implica que los vrtices del rotor y,ms concretamente, los segmentos perifricos son los encargados de distribuir elfluido dado que las lumbreras siempre estn abiertas, y lo que hace el rotor es dirigir lavena de fluido a una u otra cmara en la admisin, o hacia el exterior, en el escape.

Los vrtices del rotor deben asegurar, en todo momento, la estanqueidad de lasdiferentes cmaras durante el ciclo pero, al mismo tiempo, cuando llegan a laslumbreras, los segmentos deben pasar sobre ellas sin ningn tipo de interferenciamecnica. Este doble comportamiento implica una gran complejidad a la hora deconseguir un diseo satisfactorio de los elementos de sellado perifricos.

Posteriormente, tanto la empresa Curtiss-Wright como la Toyo Kogyo (en su deportivodenominado Mazda RX-7), adoptaron un sistema de distribucin por lumbreraslaterales, donde las caras del rotor son las encargadas de permitir el intercambio degases. Esta segunda solucin se asemeja a la empleada en los motores alternativosde dos tiempos.

Con ambas soluciones, el intercambio de mezcla y gases se produce con una facilidadmuy superior a la que se da en los sistemas de distribucin por vlvulas, donde lapresencia de stas reduce, de forma considerable, la seccin de paso e introduce unaprdida de carga y una disminucin de la turbulencia que impide una combustinptima de la mezcla.

2.5.6 Sistema de lubricacin:

Con respecto al motor alternativo de cuatro tiempos, el rotativo tiene unas prdidaspor rozamiento notablemente inferiores. Estas diferencias aumentan a medida que seincrementa el rgimen de giro del motor. Y no es de extraar, ya que el motor rotativono posee piezas con movimiento alternativo, eliminando las grandes inercias que seproducen (mayores cuanto ms rpido gira el motor).

Aun as, los cojinetes del motor rotativo, siguen estando sometidos a grandes fuerzasde friccin, pero se pueden reducir a base de disminuir las masas con movimientorotativo y lubricar correctamente todas las superficies que tienen un contacto con

movimiento relativo. Para conseguirlo, es recomendable la utilizacin de materiales


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ms ligeros (aunque igualmente resistentes) y con buenos coeficientes de friccinentre ellos.

Habitualmente, se emplean dos sistemas independientes que permiten llegar a todaslas piezas que lo necesitan. Por un lado, se dispone de un mecanismo de lubricacinque aporta el aceite necesario a todos los componentes que intervienen en laestanqueidad del rotor (los segmentos, los muelles y dems superficies mviles).Por el otro lado, se utiliza un sistema de lubricacin a presin que se encarga delubricar el resto de partes mviles del motor, expuestas a fuertes desgastes por elrozamiento continuo al que estn sometidas (sobre todo, cojinetes y engranajes detransmisin).

Aunque posible, en muy raras ocasiones se emplea una mezcla de gasolina y aceitepara lubricar el rotor, de forma parecida a como se realiza en los motores alternativosde dos tiempos.

a) Lubricacin de los elementos de sellado:

Igual que en el sistema de refrigeracin, para lubricar los segmentos y demspartes que intervienen en el sellado de las cmaras de combustin, se empleauna bomba que enva un caudal de aceite en funcin de las condiciones detrabajo (bsicamente, la carga del motor y la velocidad de funcionamiento). Deesta forma, llega la cantidad justa de aceite y se evita, en la medida de loposible, una mezcla excesiva de gasolina y aceite. Esto se consigue uniendo,directamente, el acelerador con la leva de control de la bomba de aceite, lacual ajusta la carrera del mbolo de sta en funcin de las exigencias delmotor. La lubricacin de los segmentos aporta una ventaja adicional, ya que,gracias a las caractersticas viscosas del aceite, se dificulta el intercambio degases entre las diferentes cmaras, favoreciendo la accin de los segmentos.

b) Lubricacin del eje motor:

Como ya se ha dicho, para asegurar la correcta lubricacin del eje de salida,rodamientos y engranajes, se emplea un sistema a presin, con unintercambiador de calor para enfriar el aceite debido a su doble funcinrefrigeradora para que no pierda sus propiedades de forma prematura. Esteintercambiador acta slo cuando la temperatura del aceite sobrepasa un ciertovalor. El sistema favorece, adems, que el motor alcance rpidamente latemperatura adecuada de trabajo y se mantenga, ms o menos constante, unavez alcanza la temperatura de funcionamiento.

Pero la necesaria lubricacin de estas piezas, sometidas a gran friccin, debeser controlada, y se debe evitar que el aceite en exceso acceda, a travs delespacio que queda entre la cara lateral del rotor y el estator, hacia las cmarasde combustin.

Con la finalidad de evitar estas prdidas de lubricante, se insertan unos arosmuy similares a los empleados en los motores alternativos. Se colocan sobre lacara lateral del rotor, junto al engranaje interior, y van recogiendo todo el aceitesobrante, devolvindolo de nuevo hacia el sistema de lubricacin. Paraasegurar un contacto continuo de los aros con la superficie exterior, se colocanunos muelles planos en las ranuras que presionan los segmentos hacia lascaras laterales del estator.


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2.5.7. Encendido doble:

En el motor rotativo Wankel, la buja debe situarse en la cara interior del estator. Esnecesario evitar, en todo momento, el contacto entre los electrodos y los segmentosdel rotor. Para conseguir esta localizacin, se hace un agujero que atraviesa todo elestator, donde se fija la buja mediante roscado. El electrodo debe quedar totalmenteenrasado sin sobresalir de la superficie del estator.

La disposicin de la buja tiene una gran influencia en la propagacin del frente dellama y, por lo tanto, en el rendimiento de la combustin. Por esta razn, debeestudiarse con detenimiento su ubicacin, teniendo muy presente la forma que se leha dado a la superficie del rotor y que define las caractersticas de la cmara decombustin. Como ya se ha explicado, en el momento de la activacin de la mezcla lacmara de combustin est dividida en dos subcmaras.

Para obtener un mejor rendimiento de la combustin en un amplio margen defuncionamiento, es muy habitual la utilizacin de dos bujas, una instalada en el lado

retrasado y la otra en el lado avanzado (figura 2.20.).En principio, el encendido de la mezcla es ms favorable para un hueco de la buja degran dimetro. No obstante, los elementos de sellado (solamente los perifricos)podran tener problemas para asegurar la estanqueidad debido a las elevadasdiferencias de presin entre las dos cmaras de combustin adyacentes.

Como el gradiente de presiones es ms acusado cuando el segmento sobrepasa laprimera buja, se realiza un agujero ms pequeo para alojar la primera de ellas(segn el sentido de avance del rotor), y otro, de mayor tamao, donde situar lasegunda buja (en este lugar la presin ya habr descendido y la diferencia respecto ala de la cmara adyacente ser menor).

Los ensayos demuestran que la segunda buja interviene activamente en la estabilidadde funcionamiento del motor; es decir, la intensidad elctrica del arco que genera hacevariar sustancialmente el rendimiento de la combustin.

Figura 2.23. Situacin de cortocircuito entre cmaras debido al hueco de la buja.


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La utilizacin de dos bujas, frente al sistema, comnmente empleado en los motoresalternativos de automocin, de una sola buja (excepcin hecha de algunas marcascomo Alfa Romeo con su ya clsico sistema Twin Spark de doble encendido) seexplica por dos motivos:

- La notable disminucin del consumo especfico de combustible comoconsecuencia de una combustin de mayor calidad.

- La reduccin de la temperatura de los gases de salida como consecuenciade un tiempo menor de combustin y por lo tanto un mayor grado deexpansin de los gases.

Pero no todo son ventajas, ya que se debe aadir que, a cambio, hay un importanteaumento de las emisiones contaminantes de NOx.

2.6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

2.6.1. Principales ventajas:

- Menos piezas mviles que un motor de combustin interna alternativo (40%menos de piezas), y por tanto, mayor fiabilidad.

- Obtencin de un par motor casi constante ya que se producen los cuatrotiempos del ciclo simultneamente dentro del estator.

- Ausencia de vlvulas de admisin y de escape. Esto conlleva evitar lasdificultades que plantean las distribuciones de los motores de cuatrotiempos: rboles de levas, empujadores, balancines, muelles, etc.

- Mecanismo totalmente rotativo. Con dos contrapesos debidamentedimensionados y dispuestos en el eje se puede equilibrar esttica ydinmicamente el motor. Esto le confiere una mayor suavidad defuncionamiento frente a los motores alternativos.

- Menor velocidad de rotacin: Dado que los rotores giran a 1/3 de lavelocidad del eje, las piezas principales del motor se mueven mslentamente que las de un motor convencional, aumentando la fiabilidad.

- Menos vibraciones: al no haber bielas, ni volante de inercia, ni recorrido delos pistones, las inercias son menores.

- Las relaciones potencia/peso y potencia/volumen son muy elevadas, dehecho son las ms elevadas de todos los motores rotativos.


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3.2.2. Evolucin termodinmica:

Explicar la evolucin de la masa fresca que entra en el motor y los procesos que sufreen su interior es ms complicado en este motor que en otras tipologas vistasanteriormente y otras que se vern con posterioridad. Esto es debido a la formacilndrica que tiene el motor Radmax y a que el mismo proceso al que se ve sometidala masa fresca de combustible se lleva a cabo a la vez en doce recintos separados.

Para conseguir una correcta interpretacin del funcionamiento se utilizar unasecuencia de imgenes que viene a ser la representacin en plano de lo que se verasi a partir de un corte realizado en la cubierta lateral observramos su interior mientrasgiramos a su alrededor 360.

Adems en estas imgenes se puede observar como se repiten los procesos tanto enla parte superior como en la parte inferior del rotor.

1

r

Tiempo: ADMISIN:

La mezcla aire-combustible se inyecta a cada una de las cmaras de combustin atravs de las lumbreras de admisin. Las lumbreras de admisin son canales pasanteslabrados en el interior de los discos-levas inferior y superior. Recordemos que lascmaras de trabajo en este motor estn delimitadas por el rotor, las paletas, losdiscos-levas y las paredes de la cubierta lateral. La ranura acanalada realizada en lasuperficie interior de la cubierta lateral tiene la funcin de reforzar el guiado de laspaletas a travs del hueco que dejan entre s los dos discos-levas.


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2 Tiempo: COMPRESIN:

Despus de llenarse de mezcla, las cavidades quedan inmediatamente encerradascuando la paleta posterior de cada cmara acaba su paso por la lumbrera deadmisin. Justo en ese instante y durante una fraccin muy pequea de tiempo elvolumen de la cmara de trabajo no vara. Pero inmediatamente despus ycoincidiendo con el paso de la cmara por el seno superior del camino onduladosinusoidal, el volumen de la cmara de trabajo empieza a disminuir. En este momento

empieza la compresin. Esta dura hasta que la cmara alcanza el valle del caminosinusoidal. En ese punto la compresin es mxima.

3rTiempo: EXPLOSIN-EXPANSIN:


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La ignicin de la mezcla se produce mediante una buja o, en el caso de la versindiesel, instantneamente cuando la temperatura alcanzada mediante la compresinhace que la mezcla se inflame. Al producirse la combustin, los gases comprimidos enla cmara de trabajo (ahora cmara de combustin) se expanden contra las paredesque forman la cmara (rotor, paleta anterior y posterior, superficie ondulada del discoleva y pared interna de la cubierta lateral. De todas ellas, las nicas que no son fijasson el rotor y las paletas y como el rotor no tiene movimiento axial, el resultado es quelos gases empujan sobre la paleta anterior. Esta paleta es la que se encuentra en elcostado de la cmara de combustin en el que est aumentando el volumen. Con todoesto se consigue realizar trabajo sobre el rotor y por tanto que este gire en el sentidocorrespondiente (marcado con flechas en el esquema).

Recordemos que se producen 24 explosiones por cada rotacin del eje coincidentescon las 24 cmaras de combustin que se forman en el interior del motor Radmax tal ycomo se puede observar en las imgenes explicativas. 12 de estas explosiones seproducen en la parte superior del rotor y las otras 12 en la parte inferior.

4 Tiempo: ESCAPE:

Al llegar la cmara de combustin al siguiente seno superior en su camino entre losdos discos-levas el volumen de la cmara ya no puede aumentar ms con lo que losgases ya no producen trabajo sobre el rotor. En este momento se hace necesaria laevacuacin de los gases quemados y es justo en ese instante en el que la paletaanterior descubre la lumbrera de escape a su paso por ella.

Los gases escapan inicialmente debido a la posible mnima presin a la que an seencontraban y acto seguido se fuerza su evacuacin. Esta evacuacin forzada seproduce por la disminucin del volumen de la cmara de trabajo a medida que estasigue su curso hasta el valle siguiente del camino sinusoidal.

Como se observa en el esquema anterior, las lumbreras de escape se encuentranperforadas en los discos-levas inferior y superior.


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La consiguiente combustin de la mezcla hace que los gases de escape aumenten suvolumen producindose as la expansin. Esta termina cuando el segmento delsellador siguiente descubre la lumbrera de escape, momento en que empieza la fasede escape:

Figura 4.9. Inicio del escape.

Como puede observarse en la siguiente figura, cuando la fase de escape est llegandoa su fin, tambin est a punto de empezar una nueva fase de admisin y el ciclovuelve a repetirse figura 4.10.:

Figura 4.10.


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5. ROUND ENGINE.

5.1. INTRODUCCIN:

El concepto en el que se basa el motor rotativo Round Engine empez a tomar formael ao 1995 de las manos de Rudy Pekau, un experto en termodinmica y profesor dela misma en la Technical University of Munich.

Con el objetivo de financiar la investigacin, y en ltima instancia comercializar latecnologa, se fund una empresa privada llamada VGT Technologies Inc. situada enCalgary, Alberta, Canad.

En la dcada pasada VGT Technologies Inc. ha completado varias fases de diseo ydesarrollo del motor y ha realizado numerosas pruebas. Tambin se ha llevado a caboun escrupuloso estudio independiente sobre el funcionamiento del motor toroidal degeometra variable por parte de especialistas en motores de combustin de laUniversidad de Calgary.

En 2002, VGT construy un prototipo de su motor Round Engine. El motor tena unacilindrada de 625 c.c., y un nico pistn y se construy con el objetivo de comprobaraspectos mecnicos del diseo y averiguar el ratio de compresin ms adecuado ascomo el par y la potencia que se podran conseguir. Los resultados que se obtuvieronfueron sumamente alentadores, sobre todo teniendo en cuenta el estado de inmadurezen que an se encontraba el desarrollo del motor.

Mientras la investigacin sigue, la empresa est empezando a comercializar latecnologa Round Engine a travs de la venta de licencias a varios fabricantes demotores de combustin, motores hidrulicos, compresores y generadores.


5.2.1. Descripcin general del motor.

El motor Round Engine tiene dos pistones rotativos. Para cada revolucin completa delrbol motor, se producen dos combustiones mientras que en un motor alternativo de 4tiempos, cada cilindro produce una combustin cada 2 revoluciones. Por tanto, paracrear dos combustiones por revolucin en un motor de 4 tiempos alternativo, senecesitan 4 cilindros. El motor Round Engine es equivalente a un motor alternativo decuatro cilindros y 4 tiempos.

Figura 5.1. Vista interior del motor rotativo Round Engine.


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5.3.6. Cmara de combustin:

En ella se produce la inyeccin del combustible para que se mezcle con el airecomprimido. En el caso de las versiones a gasolina, la chispa hace que se produzca lainflamacin de la mezcla, mientras que en las versiones diesel es la propia presin laque hace que la mezcla se autoinflame.

El hecho de tener la cmara de combustin fuera de la toroide tiene las siguientesventajas:

- Es ms sencillo realizar un sistema de refrigeracin independiente para lacmara.

- En caso de motor a gasolina solo se necesita una buja para producir laexplosin de la mezcla porque el volumen de la cmara est optimizadopara que se produzca una combustin ideal (en este motor no existencmaras de combustin alargadas como en el motor Wankel).

- El volumen puede ser alterado como ya se ha comentado.

- Fcilmente extrable para la reparacin.

Parece recomendable disponer otra cmara de combustin opuesta a la comentada(es decir 180 antes o despus en el plano de la toroide) en caso de motores RoundEngine de grandes dimensiones.

5.4. PROCESOS Y SISTEMAS:

5.4.1. Admisin y expansin:

El Round Engine puede disponer de varias vlvulas de admisin. En el ejemplo queveremos a continuacin (Figura 5.8.) se muestra un motor con dos vlvulas deadmisin. La eleccin de una u otra afecta a la carga con la que trabaja el motor ypuede ser modificada en funcionamiento. De este modo, el volumen al principio de lacompresin, puede ser ms pequeo (caso de estar abierta la vlvula posterior) o msgrande (caso de estar abierta la vlvula anterior). En la fase de expansin ocurre lomismo, puesto que existen varias vlvulas de escape y segn acte una u otra, laexpansin dura ms o menos tiempo. VGT Technologies Inc. no ha accedido a aclararqu sistema emplea para el accionamiento de las vlvulas.

Figura 5.8. Volmenes de aire a comprimir diferentes. Imagen de la izquierda: Vlvula posteriorabierta.Imagen de la derecha: Vlvula anteriorabierta.


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5.5. VENTAJAS E INCONVENIENTES:

5.5.1 Principales ventajas:

- Menos vibraciones que un motor alternativo, aunque igualmente el rotordeber ser equilibrado con contrapesos debido a las fuerzas de inercia delos pistones rotativos.

- Altos valores de par a bajas revoluciones por minuto. Adems, la bajavelocidad de rotacin es una gran ventaja puesto que requiere menorescajas de cambio o incluso prescindir de ella. Par constante contra msnmero de pistones rotativos se coloquen.

- La disposicin de mltiples vlvulas de admisin y de escape permite variarlos recorridos efectivos de compresin y expansin.

- Volumen de la cmara de combustin ajustable, lo que permite el cambio

de la relacin de compresin y por tanto poder implementar el motormediante encendido provocado o mediante encendido por chispa.

- Posibilidad de consumir diferentes combustibles incluidos los combustiblesalternativos.

- Modularidad. El diseo del motor permite conectar varias unidades de ellosal mismo eje.

- El volumen de la cmara est optimizado para que se produzca unacombustin ideal.

- Es ms sencillo realizar un sistema de refrigeracin independiente para lacmara y esta es fcilmente extrable para la reparacin.

- Se espera que se alcancen ahorros del 15-35% en el consumo decombustible respecto a motores de combustin alternativos.

5.5.2. Principales inconvenientes:

- Correa, engranajes de distribucin y vlvulas. En la mayora de motoresrotativos se evita cualquier tipo de mecanismo semejante a la distribucinde los motores alternativos por razones de sencillez de diseo, eficacia,simplicidad, etc. La arquitectura de este motor impide llevar a cabo esta

solucin lo que hace que pierda sencillez, que es una de las grandesventajas de los motores rotativos.

- La sincronizacin entre el disco distribuidor y los pistones rotativos esaparentemente crtica y de eficacia ms que dudosa debido a las altasvelocidades de giro entre ambos elementos.

- El sellado del disco distribuidor con la superficie toroidal y ms an con lospistones rotativos se prev de extrema dificultad.

- El diseo de un sistema de lubricacin verdaderamente eficaz (an pordesarrollar) se prev muy dificultoso. La solucin de realizar la lubricacinmediante la mezcla del lubricante con el combustible no parece la msadecuada por el aumento de emisiones y depsitos que se producen.


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6.2.1. Descripcin general del motor:

En la figura 6.1. se pueden apreciar los componentes principales del motor:

Figura 6.1. Componentes principales del motor rotativo Ripalda.

El motor rotativo est compuesto por dos cmaras que trabajan en paralelo perorealizando cada una de ellas distintas fases del ciclo termodinmico completo. Este esun motor de encendido provocado (MEP) y al igual que los motores alternativosconvencionales la masa fluida que evoluciona dentro del motor realiza un ciclo queconsiste en las fases de admisin, compresin, ignicin-combustin y escape, pero adiferencia de estos las fases no se realizan todas en la misma cmara.

En la primera cmara, que llamaremos cmara fra, se realiza la admisin de gasesdesde la atmsfera y la compresin. Una vez comprimidos, los gases son transferidosa la segunda cmara en la que se realizarn las fases de ignicin-combustin yescape. Nos referiremos a esta cmara como cmara caliente. Esta cmara disponede dos agujeros roscados donde se albergan las bujas (indicadas con un 3 en lafigura 6.1.).

Ambas cmaras son paralelas y estn atravesadas por dos ejes, tambin paralelosentre s y perpendiculares a stas, que giran sncronamente, pero en sentidoscontrarios (4). Estos ejes son los que se ven movidos por los cuatro rotores, que

operan en pareja dentro de cada una de las dos cmaras (1: rotores de la cmara fra,2: rotores de la cmara caliente). As, el eje derecho est unido al rotor derecho de lacmara fra y al rotor derecho de la cmara caliente, mientras que el eje izquierdohace lo propio con sus rotores homnimos repartidos en las dos cmaras. Los ejes seapoyan sobre las tapas laterales de las cmaras (6) mediante rodamientos (7).

Ambos ejes sincronizan sus movimientos mediante un engranaje de ruedas dentadasde relacin de transmisin unitaria (5). Para operar correctamente el engrane debe sersin juego. Estos ejes son los encargados de extraer la potencia generada dentro delmotor hacia el exterior.

La pieza ms exclusiva y representativa de este motor es el rotor. Estos, disponen de

un perfil tal que una pareja de rotores iguales girando en sentidos opuestos, consiguen


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s s

definir unas cavidades entre ellos cuyos volmenes evolucionan en la maneradeseada para conseguir realizar las fases termodinmicas que tienen encomendadas.Los rotores disponen de una segmentacin lateral para conseguir minimizar lasprdidas de masa gaseosa que escapa entre las paredes laterales de los rotores y lasde las cmaras.

La cmara fra se comunica con la atmsfera a travs de la tobera de admisin. Porella es aspirada la mezcla de aire y combustible que puede ser suministrada por uncarburador (9) o bien por un sistema de inyeccin, y se dirige hacia las cavidades quese van generando entre los rotores de la cmara fra, para su posterior compresin.

Anlogamente, los rotores de la cmara caliente se encargan de expulsar los gasesquemados fuera de la cmara caliente a travs de la tobera de escape. Despus deesta debera disponerse de un dispositivo silenciador (10), comunicado con laatmsfera.

Ambas cmaras estn comunicadas para transferir la mezcla combustible entre s, a

travs de los trnsferes, que son controlados por mediacin de vlvulas rotativaslaterales (8) movidas por los ejes (las vlvulas rotativas son solidarias a los ejes). Lostrnsferes son conductos practicados en el tabique que separa las cmaras fra ycaliente; a dicho tabique le podemos denominar tabique intermedio.

En el apartado 6.3. ELEMENTOS DEL MOTOR se estudiarn ms detalladamente loselementos bsicos del motor.

6.2.2. Parmetros geomtricos bsicos:

En el motor rotativo Ripalda podemos definir una serie de parmetros geomtricos quehacen referencia a la forma y el tamao de los rotores.La siguiente figura nos ayuda a entenderlos:

Figura 6.2. Parmetros geomtricos principales.

Parmetros geomtricos principales:

R : radio mayor, exterior o de contornor : radio menor o de cierre del rotorh : anchura del rotor

Parmetros derivados:

Kr = r/R: relacin de radiosS = R + r = R (1 + Kr): separacin entre ejes

arccoR r arcco

1 Kr: ngulo de contacto entre las puntas de

2R

los rotores. 2


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Figura 6.11.

Este proceso dura hasta que = 540 - (figura 6.12.), instante en el cual el volumende la cavidad #1 es totalmente nulo, y la vlvula rotativa se ha cerrado, con lo cual seha terminado totalmente la fase de compresin y transferencia.

En esta figura puede observarse como la cavidad #2 est en plena fase decompresin.

Figura 6.12.

En la siguiente figura se muestra la disposicin de las vlvulas rotativas con respecto alos rotores.

Figura 6.13. Rotores, ejes, vlvulas y elementos de sellado.


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c) Transferencia, ignicin y combustin:

A partir de este instante la masa combustible que estamos siguiendo se encuentra enla cmara caliente (lado derecho de las figuras).Siguiendo fielmente el diseo de Fernando Ripalda, se observa que cuando en lacmara fra est comenzando el barrido de la cavidad #1, los rotores de la cmaracaliente se encuentran en la posicin mostrada en el lado derecho de la figura 6.15a.

En las figuras 6.15a. y 6.15b. puede verse el comienzo y el final de la transferencia demasa combustible ya comprimida, desde el transfer practicado en el tabiqueintermedio, a travs de la vlvula rotativa, hacia la cavidad #1, en la cmara caliente.Recordemos que las figuras corresponden respectivamente a = 540 2 y = 540 -.

En los alred

MOTORES ROTATIVOS. Tipologías y combustibles alternativos.

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