¿Cómo funciona un motor rotativo?
Los motores rotativos son motores de combustión que funcionan sin necesidad de pistones. Este tema se refiere a los que se utilizan en los automóviles, a menudo llamados motores de combustión rotativos para distinguirlos de ciertos tipos de motores de motocicletas y aviones anteriores. Existen múltiples diseños diferentes para este tipo de propulsión, pero la mayoría usa al menos un rotor o pistón rotatorio para crear locomoción a partir de la combustión de combustibles fósiles. El único motor de este tipo que tiene un uso generalizado es el motor Wankel.
Contents
Diferencia entre motores rotativos y de pistones.
Entre los dos tipos, los motores de pistón son, con mucho, el motor más común. Utilizan los pistones antes mencionados para comprimir una mezcla de combustible y aire y luego encenderla, forzando al pistón hacia atrás y creando un movimiento de rotación en el proceso. Estos motores utilizan dos o cuatro tiempos para este proceso. Los motores de dos tiempos comprimen y encienden el combustible cada vez que se extiende el pistón, lo que permite que el escape escape a medida que se empuja, completando dos tiempos por cada rotación completa del cigüeñal. Las variantes de cuatro tiempos encienden el combustible como lo hacen las variantes de dos tiempos, pero solo encienden la mezcla de aire y combustible una vez cada dos rotaciones del cigüeñal. En cambio, esta segunda extensión del pistón empuja el escape fuera del motor. Los motores de cuatro tiempos queman más limpiamente que los que solo usan dos tiempos, ya que estos últimos permiten que el combustible se escape junto con el escape. Los motores de dos tiempos, a su vez, tienen menos piezas móviles, son menos vulnerables al desgaste y tienen una alta relación potencia-peso.
Los motores Wankel funcionan de manera completamente diferente, pero se parecen más a los motores de dos tiempos en su funcionamiento. En lugar de pistones, los motores rotativos Wankel utilizan un rotor triangular. Este rotor tiene lados que se curvan hacia afuera. A diferencia de los motores con pistones, este rotor aspira simultáneamente combustible, comprime la mezcla de aire y combustible y elimina los gases de escape. Esto es posible porque las esquinas del rotor separan la carcasa ovalada en tres cámaras de combustión, una para admisión, compresión y encendido, y escape. No hay trazos de los que hablar ya que todo el trabajo ocurre en un movimiento fluido. Los motores Wankel disfrutan de una relación potencia-peso particularmente alta, ya que son capaces de realizar tres pulsos de potencia por revolución mientras que los motores de dos tiempos logran solo uno y los motores de cuatro tiempos solo uno cada dos revoluciones. Se han intentado crear un motor rotativo diesel basado en el diseño de Wankel, pero nunca han avanzado más allá de la etapa de prototipo.
Ventajas de los motores rotativos
Los motores Wankel son superiores a los motores de pistón en varias áreas. Principalmente, esto se debe a su relación potencia-peso significativamente más alta, así como al tamaño relativamente compacto. Esto los hace particularmente útiles para vehículos pequeños o maquinaria. También contienen menos piezas, lo que simplifica la producción y el mantenimiento. No hay vibraciones perceptibles cuando están funcionando, lo que hace que su funcionamiento sea fluido. También son resistentes a la detonación del motor.
Desventajas de los motores rotativos
Sin embargo, estos motores tienen algunos inconvenientes. Por un lado, sellar las cámaras es complicado ya que la carcasa está sujeta a temperaturas que varían significativamente sin dejar de ser del mismo material. El diseño también hace imposible una lubricación precisa, lo que resulta en un mayor consumo de aceite que con los motores de pistón. Los motores de gasolina también tienen problemas con las emisiones. Debido a cómo se quema la mezcla aire-combustible, la gasolina sin quemar puede escapar durante el proceso, lo que genera peores emisiones o el uso de una relación aire-combustible ineficiente para mitigar esto. Esto tiene mucho que ver con cómo la gasolina se quema un poco más lento en la cámara larga y delgada. En general, muchas de estas desventajas son un problema cuando las rpm son bajas y se mitigan con velocidades o cargas altas.
Aplicaciones
Debido a sus características únicas, hay varias formas diferentes de implementar los motores Wankel. Si bien la aplicación más obvia es en maquinaria motorizada a pequeña escala, como motosierras, también hay algunos automóviles con motores rotativos.
Herramientas y subsistemas
El tamaño pequeño y la falta de vibración hacen que el motor rotativo sea ideal para herramientas eléctricas como motosierras o unidades de potencia auxiliar. Estos últimos son particularmente frecuentes en los aviones. Otras implementaciones incluyen cortadoras de césped.
Carros de carreras
Debido a que son más adecuados para rpm más altas, los motores rotativos encuentran aplicación en las carreras de automóviles. Mazda ha desarrollado motores con este fin y cosechando éxitos en las 24 Horas de Le Mans. En particular, la serie Mazda 787 utiliza este tipo de motor.
Motocicletas
Su excelente relación potencia-peso es una ventaja para la construcción de motocicletas, donde el espacio es primordial. Sin embargo, el problema con el que se encuentran a menudo estos diseños son sus necesidades de refrigeración únicas. Sin embargo, las empresas Yamaha, Kawasaki, Hercules, Suzuki, Van Veen y Norton construyeron motocicletas con motores basados en el diseño del motor Wankel desde que el fabricante alemán Motorenwerke Zschopau presentó el primero en 1960. Sin embargo, las complicaciones del diseño han resultado en la mayoría de estos se abandonaron por su baja rentabilidad. Desde 1992 no se han fabricado nuevas motocicletas con este tipo de motores para la venta al público.
Los aviones son quizás algunos de los vehículos para los que el motor rotativo es más adecuado. La propulsión ligera y compacta con una alta relación potencia-peso es imprescindible para el vuelo motorizado. La falta de vibraciones también es extremadamente beneficiosa. Que el motor se agarrote o sufra un golpe de motor también es mucho más desastroso en un avión, por lo que la eliminación del riesgo de que esto suceda es un alivio para cualquier fabricante de aeronaves y especialmente para cualquier piloto. Un inconveniente importante, a saber, los problemas que tiene el motor a bajas velocidades o antes de calentarse, se mitiga haciéndolo funcionar mientras el avión se somete a la verificación previa al vuelo antes del despegue.
Otros vehículos
Los vehículos pequeños, como motos de nieve, motos acuáticas y go-karts, utilizan motores rotativos. Nuevamente, el tamaño compacto con una salida de alta potencia es lo que lo hace viable para este tipo de sistemas. Incluso hay motores para vehículos tan pequeños como modelos de aviones que pesan solo 380 g. El uso quizás más extravagante de un motor Wankel es en el tanque de batalla principal estadounidense M1A3 Abrams, que utiliza la potencia adicional que tiene un motor de este tipo para mover su peso extremadamente grande.
