MOTOR WANKEL
A.
INTRODUCCIÓN
Esta exposición
que los integrantes del grupo a
continuación presentamos trata de desarrollar un análisis de los aspectos
termodinámicos y tecnológicos fundamentales del
motor Wankel,
Stirling, hidrógeno y las celdas de combustible.
éstas constituyen actualmente las principales alternativas
al motor reciprocante de pistones.
La primera sección de este trabajo se
ocupa del análisis del motor Wankel o rotativo, en el
análisis que se presentará en las páginas
siguientes se tratarán de manera general algunos aspectos
mecánicos del motor, pero no se dejarán de
mencionar ya que en ellos se basan los principales beneficios que
ofrece este tipo de motor. Nos enfocaremos principalmente en un
análisis de tipo termodinámico para este
equipo.
Este motor resulta particularmente atractivo por su
funcionamiento suave y silencioso, su menor velocidad en
el rotor, debida a su geometría,
además de su menor número de piezas móviles
y por consiguiente menor vibración. Esto parece bastante
bueno, sin embargo, este motor también tiene algunos
inconvenientes. El control de sus
emisiones es más complicado que el de un motor
alternativo, aunque se puede controlar y sus costos de
mantenimiento
son también más elevados.
El desarrollo de
este motor comenzó en 1957 cuando el Dr. Félix
Wankel, trabajando en conjunto con el fabricante alemán
NSU, puso a prueba el primer motor rotativo del mundo que fue el
resultado de estudios que comenzaron en 1924. En 1958 se
terminó un motor que superaba algunas fallas detectadas en
el primero y que llegaría a ser la base de los motores rotativos
actuales.
El único fabricante que ha mantenido un interés en
el desarrollo sostenido del motor Wankel ha sido la japonesa
Mazda. En 1961 Mazda mostró su interés en este tipo
de motor y firmó un contrato con la
NSU, para 1963 ya se encontraba fabricando su propio diseño
y en 1967 apareció su primer vehículo, el Cosmo
Sport 110S. Para 1968 Mazda introdujo el modelo R-100,
haciéndose por primera vez de un mercado masivo
para este tipo de vehículos.
En 1979 introdujeron el RX-7, un modelo de auto deportivo con
el motor rotativo. Este modelo se siguió perfeccionando y
en junio de 1991 ganaron las 24 horas de Le Mans con un RX-7
equipado con cuatro rotores. A partir del 2000 Mazda
comenzó el desarrollo del RX-8 que es el modelo con motor
rotativo que actualmente Mazda ofrece.
B. PRINCIPIOS
TERMODINÁMICOS DE FUNCIONAMIENTO
i. Procesos
involucrados:
El ciclo que sigue el portador de energía en el motor
rotativo es bastante parecido al ciclo Otto para motores
alternativos de cilindro-pistón a gasolina. Este puede ser
un análisis general, pero básicamente el motor
rotativo que ocupa el análisis en este trabajo es el motor
RENESIS del Mazda RX-8 (gasolina sin plomo 95 octanos – encendido
mediante 2 bujías).
Dada la geometría del motor, se realizan tres
ciclos por cada vuelta del rotor, lo que equivaldría a
decir que se realiza un ciclo por cada vuelta del eje
(cigüeñal).
La mezcla aire-combustible
pasa entonces por los cuatro procesos ya conocidos:
admisión, compresión, ignición y
expulsión; que como ya se explicó se modelan para
efectos de análisis como los cuatro procesos que componen
al ciclo Otto:
– Adiabático de compresión: La mezcla
aire-combustible se comprime sin transmisión de calor. El
rotor gira comprimiendo los gases
admitidos durante aproximadamente 120° en su recorrido.
– Isocóro con transmisión de calor: Se
idealiza el proceso de
combustión por una transmisión de
calor al portador de energía a volumen constante
(PMS). El lado del rotor queda frente a las dos
bujías.
– Adiabático de expansión: El portador de
energía a alta temperatura se
expande sin transmisión de calor. Se ejerce la presión
contra el rotor, generando el trabajo
útil, desde el PMS al PMI.
– Isócoro con transmisión de calor: El
proceso se realiza a volumen constante y se libera calor,
aquí se completa el ciclo y el flujo de calor al foco de
baja temperatura. El rotor queda frente a la lumbrera de escape y
se expulsan los gases de combustión.
ii. Análisis energético:
Una vuelta completa del rotor es equivalente a 3 ciclos, y
dado que el eje gira tres veces más rápido que el
rotor; tenemos un ciclo cada vuelta de cigüeñal. Este
análisis previo nos permite establecer la equivalencia y
decir que un motor rotativo de un rotor es equivalente a tener un
motor de cuatro tiempos con dos cilindros, en términos de
ciclos completados por vuelta de cigüeñal.
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