GENERALIDAES

 
 
 
 
 
 

TIPOS DE MOTORES ROTATIVOS

    El motor rotativo se define como: “Un motor de combustión interna que realiza los cuatro tiempos de succión, compresión, expansión y escape mientras que, la cámara de trabajo cambia su volumen, y además, las partes en movimiento siempre rotan en la misma dirección”.

    En el caso de la turbina de gas, aunque esta consiste solamente de partes rotatorias, no esta incluida en el termino motor rotativo usado aquí, porque una turbina de gas obtiene su potencia mediante el flujo de gas. El volumen de la cámara de trabajo no cambia.

    Los motores rotativos se pueden agrupar en los siguientes  tipos:

1.       Motores rotativos simples

2.       Motores rotativos oscilatorios

3.       Motores rotativos planetarios
 

MOTORES ROTATIVOS SIMPLES

    Un motor rotativo simple es un motor en el cual, el rotor gira a una cierta velocidad angular y el centro de su rotación no se traslada. Como ejemplo podemos citar el motor de MALLORY (E.E.U.U), Ilustración 1.

Ilustración 1.    Motor Rotativo de Mallory Co. (Mecanismo)
    Este motor puede ser explicado de la siguiente manera: El rotor, el cual esta dividido por cierto numero de paletas, rota excéntricamente en la carcasa. La  Ilustración 2 muestra como opera el motor. La succión de la mezcla aire-combustible es sobrealimentada mediante  un soplador y es comprimida mientras que el rotor gira. La mezcla, la cual se enciende después de una carrera de compresión de aproximadamente 180 grados de ángulo de rotación del cigüeñal; sucesivamente se completan las carreras de expansión y escape. Y luego, con el fin de prevenir que el gas de escape se mezcle con la carga fresca, se cuenta con un puerto de barrido el cual succiona hacia fuera el gas de escape mediante una presión negativa.
 
Ilustración 2.    Motor Rotativo por Mallory Co. (Funcionamiento)

    En cuanto a otros motores rotativos simples, existen aquellos de diferentes estructuras como se muestran en la Ilustración 4.

 
Ilustración 3.    Motor Rotativo por Mallory Co. (cambio de presión)
 
Ilustración 4.    Motores rotativos uní-rotor 
 

MOTORES ROTATIVOS OSCILATORIOS

    Un motor rotativo oscilatorio es un motor en el cual, un número mayor de rotores giran alrededor del centro de rotación, mediante su velocidad angular variable, y el volumen de la cámara cambia a medida que los rotores se acercan uno del otro o separan uno del otro. Como ejemplo tenemos el motor de KAUERTZ, Ilustración 5.
 
 Ilustración 5.    Motor Kauertz (construcción)
 
 Ilustración 6.    Motor Kauertz (Funcionamiento) 

    En este motor, un solo rotor giratorio y un rotor oscilatorio giran concéntricamente y realizan un movimiento relativo dentro de una carcasa redonda. El movimiento relativo de los dos rotores son controlados por engranes y pasadores, y, si tiene adaptado correctamente los puertos de alimentación y escape, cada carrera de succión, compresión, expansión y escape puede ser realizada por el giro de los rotores los cuales abren y cierran los puertos.

    Como este tipo de motor requiere un mecanismo oscilatorio complicado,  es normal que ocurran problemas con respecto a esfuerzos y ruido.

    La Ilustración 7 muestra otro ejemplo de un motor rotativo oscilante.
 
 Ilustración 7.    Motor rotativo oscilatorio 
 

MOTOR ROTATIVO PLANETARIO

    Un motor rotativo planetario es un motor en el cual un rotor gira mediante un movimiento planetario. Un ejemplo típico de este es el motor tipo NSU-Wankel  el cual será explicado en detalle posteriormente.

    Por lo pronto, en esta sección, se presentara un motor turbo-radial y su mecanismo Ilustración 8.

    En este motor, una curva peritrocoide es usada para darle forma al rotor y su respectiva envolvente exterior es usada para darle la forma a la carcasa. Un engranaje del rotor es proyectado del rotor, y este engrana con un engranaje estacionario el cual es concéntrico con el eje del cigüeñal. Siempre y cuando el centro del rotor y el centro del cigüeñal sean excéntricos uno del otro, la potencia rotativa podrá ser obtenida de la presión del gas la cual recibe el rotor. En este motor, la cámara de combustión no realiza un movimiento rotativo. Por lo tanto, los sellos del gas que aseguran la hermeticidad del gas son arreglados sobre las caras laterales de la carcasa.

    Existen otros motores rotativos planetarios los cuales son de diferentes configuraciones como muestra la Ilustración 9.

 
 Ilustración 8.    Motor Turbo-radial (construcción)
 
 Ilustración 9.    Motores rotativos planetarios
 

REQUERIMIENTOS PARA UN MOTOR ROTATIVO PRÁCTICO

    Los requerimientos para que un motor rotativo sea calificado como un motor de combustión interna práctico se resumen en los siguientes cinco aspectos. La practicidad de las diversas ideas sobre motores rotativos, pueden ser juzgadas mediante su evaluación siguiendo estos criterios:

    A. Cada parte en movimiento incluyendo el mecanismo de sincronización debe realizar un movimiento rotatorio.

Un mecanismo con inercia reciprocante incrementara el ruido mecánico y las vibraciones, y trabajara en contra de la alta velocidad y las altas revoluciones. Por consiguiente, las estructuras que requieren válvulas y mecanismos  de succión y escape, usando los rotores de movimiento oscilatorio, no son deseables.

    B. Los sellos para el gas de la cámara de trabajo deben ser tridimensionalmente  confiables.

El sello mecánico del gas de un motor rotativo debe estar constituido por medio de la conexión de sellos individuales tridimensionalmente.

    C. Debe llevarse a cabo un intercambio apropiado de gases en la succión y en el escape.

Junto con la presencia de un mecanismo que pueda abrir y cerrar correctamente los puertos, se debe proveer del tiempo suficiente para la succión y escape, especialmente para las altas velocidades y revoluciones. Entre las ideas sobre motores rotativos, existen algunas que ignoran este punto.

    D. Cada parte constructiva debe tener la resistencia a la fatiga a altas revoluciones y  a las altas presiones.

Como las partes del motor están expuestas a altas presiones, altas velocidades de deslizamiento y altas cargas de calor, cada parte debe tener la suficiente capacidad en tamaño y en forma.

    E. Se debe proveer suficiente lubricación y refrigeración.

    Para calificar como un motor de combustión interna, aunque esto esta relacionado con lo de arriba en (D), se requiere de alta durabilidad versus las altas cargas de calor, altas velocidades deslizantes, etc. Por lo tanto, la estructura debe ser simple, y las ideas sobre la refrigeración del motor, lubricación, partes de sellado, y la configuración de sellado por aceite deben ser estas que estén dadas por un análisis adecuado.

    También, es deseable para un motor rotativo práctico tener una estructura simple y compacta. Cuando nosotros evaluamos los tipos diferentes de motores rotativos ideados teniendo en cuenta los requerimientos mencionados arriba, el motor rotativo NSU-Wankel es el motor que mejor satisface aquellos requerimientos.

    De aquí en adelante, el motor rotativo tipo NSU-Wankel será simplemente llamado como motor rotativo, y el motor de pistón reciprocante será llamado como motor reciprocante.
 

ESTRUCTURA BÁSICA

    La estructura básica de un motor rotativo tipo NSU-Wankel es mostrada en la Ilustración 10.

    La superficie interna de la carcasa del rotor es de forma casi ovalada, y el rotor describe un movimiento rotativo dentro de la carcasa. La configuración del conjunto: carcasa del rotor, tapas laterales de la carcasa y rotor, permite la formación de tres cámaras de trabajo dentro del motor. La carcasa del rotor y las tapas laterales corresponden al cilindro y al bloque del cilindro del motor reciprocante, y el rotor corresponde al pistón.

 Ilustración 10.    Construcción básica de un motor rotativo tipo NSU-Wankel 
    Un engrane tallado en el rotor y un engrane estacionario adaptado en la tapa lateral de la carcasa, con una relación de engrane de 3:2, sirven como engranes de sincronización para controlar el movimiento rotativo del rotor. Como se muestra en la Ilustración 11, mientras que el rotor gira engranando sincronizadamente, con el engranaje estacionario, los sellos del rotor giraran describiendo una peritrocoide la cual es la curva básica de la carcasa del rotor.
 
 Ilustración 11.    Generación de la curva peritrocoide
 

PRINCIPIO DE OPERACIÓN

 

    La Ilustración 12 muestra la operación de un motor rotativo.

 

  Ilustración 12.    Principio de funcionamiento de un motor rotativo 
 
 

    El puerto de succión se abre en (1), donde comienza la carrera de succión. El volumen de la cámara de trabajo se expande gradualmente mientras el rotor gira como es ilustrado en (2) y (3), y se alcanza un volumen máximo en (4). El puerto de entrada automáticamente se cierra en (5).

 

    La mezcla aire-combustible es comprimida en (6), (7) y (8), y se dirige hacia la carrera de expansión luego de que se inicia la combustión cerca del punto muerto de compresión (9). Luego de ir a través de la carrera de expansión (10,) (11) y (12), el puerto de escape se abre en (13). La carrera de escape va a través de (14), (15), (16) y (17), y se completa en (18). De este punto la carrera retorna a (1), donde la carrera de succión comienza nuevamente

 

    Como se describió arriba, el motor rotativo es un motor con un ciclo de cuatro tiempos (mas conocido como un motor de cuatro tiempos) el cual continuamente desempeña claramente los distintos cuatro tiempos de succión, compresión, expansión y escape. Hasta que una de las cámaras de trabajo complete las cuatro carreras, o tiempos, empezando desde (1), las carreras ilustradas de i) a vi) de la Ilustración 12 son repetidas tres veces, lo cual significa que el rotor gira una vez mientras que el cigüeñal gira tres veces. También, las otras dos cámaras de trabajo completaran respectivamente las cuatro carreras una sola vez durante este periodo, lo cual significa que el total de las tres combustiones toman lugar en el mismo periodo de tiempo. En otras palabras, el motor rotativo experimenta una combustión mientras el cigüeñal gira una vez, como en el caso de un motor reciprocante de dos-tiempos.

 

    Además, desde que el cigüeñal gire tres veces mientras una cámara de trabajo completa los cuatro tiempos una vez, el tiempo requerido de una carrera será de 270 grados en términos de ángulo de rotación del cigüeñal. Cuando en comparación con un motor reciprocante de cuatro tiempos (180 grados para una carrera), esto es 1.5 veces mas largo.

 

CARACTERISTICAS DEL MOTOR ROTATIVO

 

    Con respecto al motor reciprocante, el motor rotativo tiene las siguientes características básicas:

 

    1.       No hay piezas reciprocantes.

 

    Debido a que los motores reciprocantes tienen partes reciprocantes, existen problemas de desbalance  causado por la inercia de la partes reciprocantes y las vibraciones complicadas del motor.

 

    Mientras que, en un motor rotativo compuesto solo de piezas rotativas, las vibraciones del motor son muy bajas porque es posible balancear perfectamente el motor mediante el uso de pesos compensadores o balanceadores.

 

    También, debido a que el motor rotativo no requiere de un mecanismo biela manivela, esto le da la ventaja de un movimiento suave, menores pérdidas mecánicas, construcción simple y compacticidad.

 
 Ilustración 13.    Comparación del tamaño de los motores
 

Ilustración 14.    Comparación de las principales piezas del motor 

 
Ilustración 15.    Distribución de la potencia y el peso de los motores

German: Pferdestärke = horse strength= ps

1 PS = 75 kp·m/s = 0.73549875 kW = 0.9863201652997627 hp (SAE)

 

    2.       No hay mecanismo de válvulas de admisión y escape.
 
    Para aquellos motores los cuales requieren un mecanismo de válvulas de admisión y escape como los motores reciprocantes, el ruido mecánico es producido por la apertura y cierre de estas, y las mismas válvulas obstruyen el flujo de aire. Existen otros problemas adicionales tales como la incapacidad de las válvulas para seguir las levas a altas revoluciones.
 
    Debido a que el motor rotativo tiene un rotor que abre y cierra directamente los puertos de admisión y escape, este no requiere dicho mecanismo de válvulas para la admisión y escape; por lo tanto, la sincronización correcta para la apertura y cierre puede ser mantenida inclusive a altas velocidades.
 
    3.      El tiempo requerido para una carrera en términos del ángulo que gira el eje de salida es de 270 grados, y se presenta solo una ignición durante un giro completo del eje de salida.
 
    La carrera prolongada de la admisión se traduce en una eficiencia volumétrica mayor aun en el rango de altas velocidades, y reduce la caída del torque. Además, una carrera larga de expansión significa que es ventajoso desde el punto de vista de la fluctuación del torque. En un motor rotativo que tiene dos rotores, la carrera de expansión se superpone, de esta manera la fluctuación del torque es tan pequeña como en el caso de un motor reciprocante de seis pistones.
 
    Como se describió en las líneas anteriores, el motor rotativo tiene las grandiosas características de peso liviano, compacticidad, vibraciones y ruido bajo, características de torque estable, etc. Los vehículos dotados con un motor rotativo tienen mas libertad en el diseño del cuerpo para mejorar su estilo y la comodidad. Y el conductor experimentara mayor silencio, suavidad, comodidad y mejor respuesta al manejo.
 
 
 

LICENCIAS

 

    Alrededor del año 1977, más de 20 compañías de seis países, colaboraron con Audi NSU Auto Union AG y Wankel GmbH, en el desarrollo del motor rotativo tipo NSU-Wankel. Aunque existieron concesionarios los cuales se especializan en diferentes campos de industrialización del motor  en términos de potencia del motor, tipos de combustible, etc, sus investigaciones se enfocaron en su respectivo campo, mientras se intercambiaron mutuamente información técnica bajo su principal meta, la cual era desarrollar e investigar el motor rotativo.
 
Ilustración 16.    Licenciadores, concesionarios y aplicaciones
 
Ilustración 17.    Licenciadores, concesionarios y aplicaciones
 
 
 

VIDEOS

 

Presentacion del RENESIS

Cómo funciona un Motor Rotativo?

Funcionamiento RENESIS

History Channel Documental

 

Principios de Funcionamiento

Partes y Funcionamiento

Como se repara un motor rotativo?

 

 

 
 
 
 
 
 
 

LINKS DE INTERES 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Comments