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Motores de pistones vs. Motores rotativos: Diferencias, ventajas e inconvenientes de cada uno

Sabéis que me encanta hablaros de motores. Primero vino el listado de los 10 propulsores de producción que marcaron una época, después los ocho mejores bloques de cuatro cilindros de los últimos 20 añosseguido de algunos de los motores V12 con mejor sonido de la historia aquellos coches que casi recordamos más por su sonido que por su estética. Todo ello sin olvidarnos de aquellos deportivos de ensueño que tomaron prestados sus motores de modelos generalistas y a los que les ocurría todo lo contrario, que fueron originalmente diseñados para arrasar en el circuito.

Pues bien, tras las últimas entregas de la saga de curiosidades mecánicas que cerré con ‘La entrega de par: Motores de combustión Vs. motores eléctricos‘ y los seis propulsores de los que probablemente nunca tuviste constancia por alguna razón, hoy os traigo un curioso tutorial en el que trataré de explicaros cuáles son las principales diferencias entre las mecánicas tradicionales de pistones y el deseado motor rotativo de Mazda cuyo supuesto regreso está causando gran expectación.

Como ya sabéis, la gran mayoría de automóviles que vemos en las carreteras tienen una cosa en común: tradicionales motores en línea de tres y cuatro cilindros con un desplazamiento que normalmente va de los 1.4 a los 2.0 litros. Aquellos modelos algo más grandes, como los pick up, los todoterrenos o los deportivos de alto rendimiento, cuentan con mecánicas algo más jugosas en sus entrañas, con mayor cilindrada y diversas configuraciones como los motores bóxer, los cinco cilindros, los V6, los V8, los V12… e incluso alguna salvajada como el poderoso bloque de 16 cilindros del Bugatti Chiron. En cualquier caso, todos ellos desempeñan su tarea de la misma manera, con el esfuerzo de los pistones. Sin embargo, los motores rotativos son la oveja negra del automovilismo y su manera de entregar la potencia es completamente distinta.

Para que entendáis las diferencias existentes entre los motores de pistones y los motores rotativos, así como sus principales ventajas e inconvenientes, comenzaré explicándoos cómo funciona cada uno de ellos. El ciclo de funcionamiento teórico de cuatro tiempos de un motor de combustión interna es común para todos los tipos existentes: admisión, compresión, combustión y escape. Sin embargo, es cierto que cada motor utiliza distinta tecnología para hacer su trabajo y puede haber variaciones entre ellos que ahora veremos.

¡Comencemos!

Funcionamientos de estos motores

Para las mecánicas de pistones, tomaremos de ejemplo un motor de combustión interna de gasolina con cuatro cilindros, el cual basa su funcionamiento, como su propio nombre indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, lo que permite incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón. En este caso, tenemos un total de cuatro cilindros en los que ocurre este proceso.

En el motor, el pistón se ubica dentro del cilindro, de forma que las paredes de este restringen su movimiento lateral y le permiten únicamente un desplazamiento lineal alternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI). Es lo que popularmente conocemos como ‘carrera’. Como podéis ver en el vídeo, el pistón desciende dejando entrar aire. Este movimiento está sincronizado esencialmente con el sistema de encendido y con el sistema de válvulas -compuesto por el conjunto de válvulas de admisión y escape-, cuya función no es otra que servir de compuerta para permitir la entrada de la mezcla y la salida de los gases de escape. Quizá lo entendáis algo mejor echándole un vistazo al post de las diferencias entre los motores V-TEC, VANOS y VVT-i, donde lo expliqué con todo lujo de detalles.

Al mismo tiempo, se inyecta gasolina en el cilindro y, en ese momento, el pistón vuelve a subir, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. En ese momento, el sistema de encendido provoca la combustión a través de una chispa de alta tensión, dando lugar a una pequeña explosión que provoca un aumento considerable de la temperatura y empuja de nuevo el pistón hacia abajo. Una vez el pistón toca de nuevo el PMI, vuelve a subir expulsando los gases por la válvula de escape.

En los motores diésel hay una pequeña diferencia a la hora de llevar a cabo la inyección de combustible. En los gasolina, la mezcla se hace primero y se detona mediante la chispa que produce la bujía al comprimir, mientras que en los diésel el pistón primero comprime el aire y luego inyecta el combustible que se detona a altas presiones, sin necesidad de chispa. Para más información podéis leer nuestro artículo sobre los tipos de inyección.

Básicamente, a través del proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida en el combustible es transformada en energía calorífica, parte de la cual se transforma en energía cinética -movimiento- para mover las ruedas, mientras que el resto se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, en el accionamiento de accesorios y en perdidas por fricción. Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada en el proceso de combustión se transmiten por la biela al cigüeñal, que es un eje asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor. Este cuenta con unos descentramientos en los cuales se apoyan las bielas, que a su vez son los que permiten que el movimiento lineal del pistón transmitido por la biela se transforme en un movimiento circular del cigüeñal.

Allí se convierte en movimiento rotativo que, posteriormente, se transmite a los mecanismos de transmisión de potencia, tales como la caja de velocidades, los ejes o el diferencial, entre otros. Finalmente este pasa las ruedas, con la fuerza potencia para desplazar el vehículo a la velocidad deseada por el conductor.

Por otra parte, un motor Wankel, más conocido como “motor rotativo” es un tipo especial de motor de combustión interna que se caracteriza porque está constituido por una cámara de combustión en la que un rotor hace posible que se produzcan los cuatro tiempos de la combustión de gasolina, pero contando con un movimiento constante y sin “tiempos muertos”. Es decir, el rotor gira constantemente mientras se efectúa la admisión, compresión y combustión de combustible, seguido por el escape de los gases resultantes. En cierto modo podemos decir que es un motor de cuatro tiempos que se comporta como un dos tiempos, y que consume aceite en el proceso.

Este tipo de motores prescinde del típico sistema piston-biela de vaivén. En su lugar utiliza un sistema de rotores, con forma triangular, que giran alrededor de un cigüeñal excéntrico, dentro de una cámara ovalada.

El rotor, está diseñado para mantener sus vértices en contacto con el estator (la cavidad, para entendernos), de manera que en cada momento existen tres compartimentos estancos que se encuentran en fases diferentes del proceso, de forma que cuando un compartimento está expulsando gases, el otro está en la fase de admisión y el tercero se encuentra ya en la de combustión. De esta forma se asegura el continuo movimiento del rotor, que transmite la fuerza a un cigüeñal que tiene un centro único alrededor del que gira.

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Ventajas y desventajas de un motor de pistones

En conjunto, los motores de pistones cuentan con algunas ventajas reseñables como su fiabilidad, sus múltiples aplicaciones en vehículos de distintos segmentos, su menor coste de mantenimiento, el mínimo gasto de aceite o sus bajas emisiones y consumos debidos a su bajo desplazamiento y su eficiente ciclo de combustión.

Respecto a las desventajas de este tipo de propulsores, encontramos que:

  • Tienen un mayor número de piezas móviles, lo que se traduce en mayores posibilidades de averías y desgastes, con el desembolso que ello supone, aunque las piezas sean más baratas que en el caso de un motor rotativo.
  • Por lo general, su tamaño es bastante generoso, especialmente en el caso de los seis cilindros en línea longitudinales como los empleados por BMW. Estos requieren que el vehículo sea de tracción trasera y cuenten con una cavidad considerable en el vehículo, lo que limita su uso en modelos de segmentos inferiores.
  • Para un mismo desplazamiento, produce mucha menos potencia que un motor rotativo.

Adicionalmente, hemos de tener claro que existen algunas diferencias entre las mecánicas de gasolina y las mecánicas diésel. Daré únicamente unas pinceladas sobre ello, ya que si estáis interesados en profundizar en el tema y ver todas las ventajas de cada uno, podéis echar un vistazo a nuestra breve guía de motores de combustión interna, donde explicamos lo mejor y lo peor de cada uno:

  • Peso: La necesidad en los motores diésel de soportar presiones mayores para la compresión del combustible y su explosión, obliga a que en su fabricación se utilicen materiales más pesados y resistentes.
  • Fiabilidad: Debido a la estructura más fuerte y pesada de los motores diésel respecto a los de gasolina, su fiabilidad también es más alta. Esto se traduce en una vida útil más larga. Además al utilizar un combustible que detona por alta presión, se prescinde de las bujías, por lo que no es necesario un cableado y bobinas para su funcionamiento.
  • Precio: Al igual que en los puntos anteriores la necesidad de soportar mayores presiones también afecta al coste. Un motor con piezas más resistentes también es un motor más caro.
  • Potencia: Al tratarse de dos combustibles totalmente distintos, sus prestaciones evidentemente también lo serán. Si lo que estas buscando en un motor con mucha fuerza en bajas revoluciones y capaz de arrastrar lo que se te pase por la cabeza, tu opción es el diésel. Si por el contrario buscas una respuesta rápida, alto régimen de vueltas y caballos por doquier, lo mejor para ti es elegir un motor gasolina.

Ventajas y desventajas de un motor rotativo

Estas son las ventajas principales de los motores Wankel, o rotativos:

  • El motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor convencional, tan solo 4 piezas; bloque, el rotor, árbol motor y sistema de refrigeración y engrase, por eso, en principio deberían dar menos problemas por desgaste y ser más fiables.
  • Todos los componentes están equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración y contribuir a la suavidad de la marcha. También favorecen una entrega de potencia más suave. En general las vibraciones son mínimas porque las inercias dentro del motor son muy pequeñas, y como dijimos, hasta el cigüeñal tiene un solo centro.
  • Otra ventaja es que, dado que hay menos piezas dentro del motor, el peso total es mejor en comparación con los motores convencionales.

En cuanto a las desventajas, no son pocas, tampoco, y de hecho son las principales razones por las que fabricantes como Mazda pongan en duda que el motor rotativo tenga cabida en sus planes futuros:

  • Las normas cada vez más exigentes en cuanto a emisiones contaminantes hacen que este tipo de motor tenga pocas probabilidades de supervivencia, pues para ajustarse a dichas normas es necesario “complicarse” más la vida. Se puede decir que los motores rotativos tienen dificultades equivalentes a las de los motores de dos tiempos en cuanto a emisiones. Además, consume aire, combustible y aceite, todo un “combo”.
  • Menos cantidad de motores rotativos en el mundo significa que los mantenimientos son más caros. Si nos fijamos en los motores más extendidos, los mantenimientos son más baratos precisamente por esa “universalidad”: para los rotativos existe menos personal cualificado en comparación.
  • En general, son motores que consumen más, ya que su bajo par es necesario compensarlo con la caja de cambio, usando el motor un poco más alto de vueltas.
  • Son motores complejos y se nota en las necesidades de estanqueidad entre las diferentes secciones del rotor. Aparte de eso, la complejidad también se nota en el encendido, pues todas las piezas y componentes deben estar perfectamente sincronizados para que no se produzca una combustión precoz, que podría estropear el motor.
  • El freno motor, como tal, no existe, o al menos podemos decir que es más parecido a un 2T que a un 4T, motivo por el cual es necesario compensarlo con sistemas de frenos más potentes de lo que parecería necesario.

Por esto mismo se puede decir que son motores obsoletos y sin continuidad a corto, medio o largo plazo: son motores más caros, más peculiares en su mantenimiento, en cierto sentido son frágiles, y sus ventajas no terminan de compensar lo que se necesita para mantenerlos en perfectas condiciones. Por si fuera poco, consumen aceite, algo que normalmente asociamos a un mal funcionamiento, pero que en motores de cierta potencia no solo es normal, sino que nos obligará a volver a pensar “como si fuese” un motor 2T (¿reviviendo los tiempos de la Vespino?).

El papel del aceite en el motor rotativo

Si has leído con atención, pensarás acertadamente que los motores rotativos deben ser alimentados con un buen aceite motor para que todo vaya sobre ruedas. Al tener los vértices del rotor en permanente contacto con el estator es necesario lubricar perfectamente, y como además, la combustión implica quema de aceite (del que existe en la cámara en ese momento), el depósito va a ir consumiéndose progresivamente.

En algunos modelos hay que revisar el nivel de aceite en cada repostaje, y si por un casual nos metemos en circuito y le damos bien a la zapatilla, pues seguramente haya que estar al tanto cada menos tiempo, todavía.

A la hora de elegir el aceite más adecuado para este tipo de motores hay que tener en cuenta varias cosas: en un motor rotativo el aceite es necesario para el funcionamiento, pero es que además el aceite debe consumirse (algo que sabemos que no es cierto en motores convencionales), y debe consumirse de la manera más limpia posible. Es tradicional recomendar aceites minerales para este tipo de motores. No se solían recomendar sintéticospor su combustión: no todos van a entrar en combustión igual, ni igual de limpiamente, y por eso hay que tener mucho cuidado (de todos modos, de forma recurrente nos encontramos con la recomendación del aceite sintético Idemitsu Rotary Engine Oil, que lleva desde la década de los 70 haciendo aceites específicos para motor rotativo).

Sin entrar en “honduras”, el aceite que Mazda recomendaba, por ejemplo, era un aceite “mineral”, pero realmente es un Grupo III, que es sintético. ¿Cómo? Quizás por un error de traducción, y de confusión entre estándares, se dijo que los aceites sintéticos ensuciarían el motor rotativo, cuando en realidad depende mucho del aceite sintético que se utilice. Sea como sea, la “palabra oficial” de Mazda es que no recomiendan el uso de aceites sintéticos en sus motores rotativos, pero sin embargo es común encontrar consejos sobre el uso de aceites 5w20 y 5w30 en foros especializados. Eso sí, tal como dijimos, este tipo de motores está en franco desuso, salvo que aparezca una solución viable.

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