Descripción de Factores que afectan un motor de combustión internaDescripción completa
Descripción de Factores que afectan un motor de combustión internaFull description
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD TICOMAN
INGENIERIA EN AERONAUTICA
FUNDAMENTOS DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
PROFESORA: VALDEZ PEREZ MARISELA
ALUMNO:
GUEVARA MARTINEZ EDUARDO JAVIER
“MCI Rotativo”
5AM
Índice 1. ¿Qué es un Motor Rotativo?
1.1.Estructura y Funcionamiento 2. Motores rotativos en aeronaves 3. Motores rotativos Mazda 4. Características del motor rotativo 4.1. Tamaño pequeño y ligero 4.2. Par constante 4.3. Menos vibración y menos niveles de ruido 4.4. Estructura simple 4.5. Coniabilidad y ductilidad 5. Ventaas !. "esventaas !.1. Problemas del sello #. $actores %ue a&ectan el desarrollo o desem'e(o de M.C.).* Rotativos #.1. !ltitud y "ensidad #.2. #elocidad #.3. C$maras de combustión #.4. %uido #.5. &istema de lubricación del motor #.!. &istema de protección contra el 'ielo #.#. Perdidas del compresor #.+. (as perdidas rotacionales #.,. &obrecarga del compresor +. -ilio/ra&ía
1. ¿Que es un Motor Rotativo?
)n motor rotativo es un motor de combustión interna. &e dierencia de los motores convencionales porque no tiene pistones. El ciclo de admisión de combustible*aire+ compresión+ combustión y escape se produce mientras un rotor triangular gira dentro del cilindro del motor. El giro del rotor crea el eecto de tener tres c$maras de combustión en movimiento dentro del motor. Este motor ue inventado por el ingeniero alem$n F,li- an/el. &u concepto de motor rotativo orece m$s potencia de salida con menos pie0as móviles y menos peso que los tradicionales motores de ciclo de pistón tto.
Ilustración 1"Motor rotativo Wankel"
1.1. Estructura y Funcionamiento
El motor rotativo se compone de una carcasa en orma de capullo y rotor de orma triangular en el interior. El espacio entre el rotor y la pared de la carcasa proporciona las c$maras de combustión interna y la presión de la e-pansión de los gases sirve para girar el rotor. Con el in de 'acer que el motor rotativo uncione como un motor de combustión interna2 los cuatro procesos de admisión+ compresión+ combustión y escape se llevan a cabo en la en la c$mara de combustión dentro de la carcasa. &upongamos que el rotor triangular uera colocado conc,ntricamente dentro de una cubierta circular de verdad. En este caso+ la c$mara de combustión no variar3a en volumen a medida que el rotor gira en el interior. 4ncluso si la me0cla aire5 combustible se encendiera all3+ la presión de la e-pansión del gas de combustión no 'ar3a m$s que traba6ar 'acia el centro del rotor y no dar3a lugar a la rotación. Por eso la perieria interior de la carcasa se contornea como una orma curveada llamada trocoide y el rotor gira instalado en un e6e e-c,ntrico. (a c$mara de combustión cambia de volumen dos veces por revolución+ por lo que los 7 tiempos del motor de combustión interna pueden ser reali0ados. Con el motor rotativo an/el+ los picos del rotor siguen el contorno oval de la perieria interior de la carcasa del motor+ mientras que permanecen en contacto con el engrana6e en el e6e de salida que est$ tambi,n en órbita e-c,ntrica alrededor del punto central de la carcasa del motor. )n mecanismo de engrana6e ase dicta la órbita del rotor triangular. El engrana6e de ase consiste en un engrana6e de dientes en el interior del rotor y un engrana e-terior de dientes i6os en un e6e e-c,ntrico. &i el engrane del rotor iban a tener 89 dientes en su interior+ el engrana6e del e6e que tiene :9 dientes en su per3metro por lo que la relación de transmisión es de 8;:. "ebido a esta relación de transmisión+ la tasa de velocidad de giro entre el rotor y el e6e se deine como 1;8.
El rotor tiene un per3odo de rotación m$s largo que el e6e e-c,ntrico. El rotor gira una vuelta+ mientras que el e6e e-c,ntrico gira tres vueltas. Con el motor uncionando a 8999 rpm+ el rotor girar$ a 1999rpm.
Ilustración 2"Funcionamiento MCIR"
2. Motores rotativos en aeronaves
En 1<=9+ los motores rotativos an/el comen0aron a ser utili0ados en algunos aviones. !eron$utica rig't probó tres motores rotativos an/el %C:5>9 en dierentes tipos de aeronaves. El primero en volar con un motor an/el ue un Cessna Cardinal. El motor de ese avión se encuentra en e-'ibición en el Museo !eroespacial ?acional del 4nstituto &mit'soniano. &eg@n la !sociación de !viones &ilenciosos+ la Fuer0a !,rea de los Estados )nidos instaló motores rotativos an/el en el avión de reconocimiento e-perimental A5&tar . "ic'o motor accionaba un planeador modiicado con una ',lice de madera montada sobre un e6e largo que sobresal3a en rente de la aeronave.
Ilustración 3 "Motor rotativo Gnome Monosoupape"
3. Motores rotativos Mazda
Ma0da introdu6o el primer automóvil impulsado por un motor rotativo en el &alón del !utomóvil de To/io en 1<>7. El prototipo Cosmo obten3a su energ3a de un motor an/el de dos rotores y abr3a el camino a las aplicaciones comerciales y de competición para el an/el. En 1<<<+ Ma0da introdu6o el %B5 comen0ando una nueva generación de potentes motores rotativos. "e acuerdo con la Ma0da Motor Corporation+ el nuevo diseño del motor rotativo incrementó considerablemente la eiciencia de combustible del motor y redu6o el nivel de emisiones de escape.
Ilustración 4"Mazda R!"
4. Características del motor rotativo 3.1. Tamaño pequeño y ligero
El motor rotativo tiene varias venta6as+ pero las m$s importante es que se reducen el tamaño y el peso. Cuando un motor rotativo se considera equivalente a un motor de seis cilindros en l3nea+ en nivel de ruido y
suavidad de uncionamiento+ el motor rotativo puede ser dos tercios del peso y tamaño+ y lograr el mismo nivel de potencia y torque. Esta venta6a es muy atractiva para los diseñadores de automóviles+ especialmente a la lu0 de las tendencias actuales con requisitos m$s estrictos en la resistencia al impacto Dseguridad en c'oques+ la aerodin$mica+ la distribución del peso y la utili0ación del espacio+ poniendo el motor rotativo en el centro de atención una ve0 m$s. 3.2. Par constante
El motor rotativo tiene una curva de par bastante constante en todo el rango de velocidades y de acuerdo a los resultados de la investigación+ las luctuaciones de par durante la operación est$n en el mismo nivel que un motor de seis cilindros en l3nea+ incluso con el diseño de dos rotores+ y un diseño de tres rotores es m$s suave que un motor #. 3.3. Menos vibración y menos niveles de ruido
Con el motor de pistones+ el movimiento del pistón es en s3 una uente de vibración+ mientras que el mecanismo de v$lvulas genera ruidos no deseados. (os movimientos suaves del motor rotativo generan vibraciones considerablemente menores y la ausencia de un mecanismo de v$lvulas+ contribuye a un uncionamiento m$s suave y silencioso. 3.4. Estructura simple
! medida que el motor rotativo convierte la presión de la e-pansión de la me0cla aire5combustible quemada directamente en uer0a de giro del rotor triangular y del e6e e-c,ntrico2 no 'ay necesidad de bielas. (a admisión y escape se abren y cierran por el movimiento del rotor en s3+ por lo tanto tampoco 'ay necesidad del mecanismo de v$lvulas que incluye la correa o cadena de distribución+ el $rbol de levas+ los balancines+ las v$lvulas+ los resortes de v$lvula+ etc. Por lo tanto se puede construir un motor rotatorio con menos pie0as.
Ilustración # "Funcionamiento"
3.5. Coniabilidad y ductilidad
Como se mencionó antes+ el rotor gira en un tercio de la velocidad del motor. Por lo tanto+ cuando el motor rotativo gira a velocidades de =999 o 999 rpm+ el rotor est$ girando una tercera parte de este coeiciente. !dem$s+ puesto que el motor rotativo no tiene balancines y bielas+ es m$s coniable y duradero en condiciones de alta demanda. Esto ue demostrado por la victoria general en (e Mans en 1<<1. 5. Ventaas
(as venta6as de la relación potencia5peso del motor an/el lo convirtió en una opción ideal para las pequeñas aeronaves y los aviones no tripulados. E6ercitos en Europa y la 4ndia 'an desarrollado ve'3culos a,reos no tripulados con motores rotativos an/el para utili0arlos en operaciones de reconocimiento. "e acuerdo con la F$brica Militar+ el ve'3culo a,reo no tripulado Elbit ermes 7G9 es usado por las uer0as de deensa israel3es para operaciones de reconocimiento. Esta aeronave es impulsada por un motor rotativo an/el serie %9:*<9: )E( D. El motor puede propulsar al avión no tripulado a velocidades de 'asta 19< millas por 'ora D1=G /m por ' y tiene un alcance de 1:7 millas D:99 /m. !. "esventaas
(os motores rotativos tienen una gran desventa6a cuando se trata de rendimiento de gasolina+ ya que usan m$s gasolina que los motores de pistón. !simismo+ queman m$s aceite comparativamente que los motores de pistón. Este problema no es por deecto+ sino por diseño. Parte de la ra0ón es que el motor rotativo est$
diseñado para me0clar una pequeña porción de aceite con gas para ines de lubricación. )n motor rotatorio t3pico consigue un milla6e promedio de cerca de :G millas D79+:8 /m por galón. Tambi,n es importante señalar que los motores rotativos no podr3an uncionar con combustible di,sel debido a su diseño. !.1. Problema del sello
(os motores rotativos tienden a tener m$s problemas con el sello que los motores de pistón. Este problema ocurre con m$s recuencia+ sobre todo en las regiones m$s r3as. ?o est$ muy claro por qu, este es el caso. Tambi,n 'ay un problema con el costo de algunas pie0as de repuesto. (as reparaciones pueden ser m$s caras en una base comparativa. !dem$s+ 'ay menos distribuidores que est$n certiicados para arreglar los motores rotativos+ y los distribuidores regulares de los motores de pistón no mane6an dic'os motores. #. $actores %ue a&ectan el desarrollo o desem'e(o de M.C.).* Rotativos o o o o o o
?umero de mac' D%,gimen de vuelo. Eecto de la velocidad en la aeronave Eectos de la altitud de la aeronave Post5combustión Tipo de operación Coniguración de las MC4! %otativos
Ilustración $ "Cessna Cardinal con MCIR"
#.1. !ltitud y "ensidad
! medida que ascendemos+ la presión y temperatura disminuyen. !l reducirse la presión+ la densidad tambi,n disminuye+ por lo que el gasto m$sico es menor y por consecuencia el empu6e disminuye. #.2. #elocidad
Teóricamente+ si la velocidad de avance de la aeronave aumenta el empu6e disminuye. Esta conclusión se puede sacar observando la órmula del empu6e; E
= m( Vs −Ve )
#.3. C$maras de combustión
(as caracter3sticas uncionales y problemas operacionales de las c$maras de combustión son su rendimiento+ perdidas de presión+ intensidad de la combustión+ distribución de la temperatura a la salida y problemas de contaminación atmos,rica. #.4. %uido
(as principales uentes de ruido son el compresor+ turbina y tobera de escape. Este tipo de enómeno causa m$s ricción con el aire Ddisminuye el empu6e+ aumentando el consumo de combustible. #.5. &istema de lubricación del motor
El ob6etivo de la lubricación es de disminuir el ro0amiento entre las pie0as mec$nicas+ me6orando el rendimiento del motor. #.!. &istema de protección contra el 'ielo
Es recuente que en los vuelos de alta altura la temperatura e-terior ba6e de los 9HC+ por lo que el empu6e de los rectores se ve aectado simplemente por la ormación del 'ielo en la admisión+ siendo los compresores au-iliares los m$s aectados por el 'ielo. #.#. Perdidas del compresor
(a Ip,rdida del compresorJ+ resultado de la aparición del enómeno de perdida en los alabes del compresor de un motor a reacción con turbina de gas. K este pierde la 'abilidad de comprimir correctamente al aire necesario para la combustión.
#.+. (as perdidas rotacionales
&on una perturbación local del lu6o de aire del compresor+ en la cual+ a pesar de que este sigue comprimiendo el aire+ un grupo de alabes de un rotor caen en perdida sin llegar a desestabili0ar el traba6o del compresor. #.,. &obrecarga del compresor
Es la ca3da total de la compresión en el compresor del motor como resultado de la reversión del lu6o de aire y la e-pulsión violenta del mismo por el canal de entrada.
