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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