Válvulas de motor: ¿Qué son? Como funcionan, Tipos y más
Gran parte de la eficiencia que demuestran los motores de combustión actuales depende de la precisión con que trabajen sus válvulas de motor. Estas diminutas piezas con forma de clavo contribuyen enormemente a que nuestros vehículos se mantengan circulando sin problemas.
¿Qué son las válvulas de motor?
Las válvulas son piezas esenciales para el funcionamiento de un motor de combustión interna como el que utilizan los automóviles de hoy en día.
Dichos motores cuentan con válvulas de admisión y de escape. Las primeras se encargan de permitir el ingreso de la mezcla aire-combustible al cilindro mientras que la segunda permiten el escape de los gases remanentes de la combustión.
¿Para que sirven las válvulas de un motor?
La energía que producen los motores de combustión interna proviene de la explosión que tiene lugar en su interior y que es canalizada a través de los pistones y el cigüeñal hasta ser convertida en movimiento. Para que tenga lugar la combustión se requiere de una mezcla de aire y combustible y una chispa que la haga arder.
Un motor 4 tiempos funciona en 4 etapas: Admisión, Compresión, Explosión y Escape. En cada una de esas etapas intervienen las válvulas. Estas piezas se utilizan en este tipo de motores para regular tanto la entrada de aire y combustible como para controlar la salida de los gases producto de proceso de combustión.
Por medio de la combustión, los motores producen la energía suficiente para poner en marcha un vehículo y permitir que se desplace por un tiempo prolongado. Para que un motor funcione de forma eficaz, su sistema de válvulas debe funcionar de manera precisa.
Las válvulas de un motor pueden soportar temperaturas de hasta 800 °C. Cada válvula sube y baja hasta 70 veces cada segundo y en promedio la vida útil del motor efectúa unos 300 millones de recambios de la carga en promedio.
¿Cómo funciona una válvula de motor?
Cuando el conductor de un vehículo hacer girar la llave de contacto, una señal eléctrica es enviada al motor de arranque. Toda vez se pone en movimiento al cigüeñal, éste hace que gire el árbol de levas y se activen las válvulas del motor.
En un primer tiempo desciende el pistón y se abre la válvula de admisión para permitir el ingreso tanto del aire como del combustible al interior del cilindro.
Al apenas cerrarse esta válvula, el pistón sube para comprimir la mezcla de aire-combustible y la bujía, que se encuentra justo en medio de ambas válvulas, proporciona la chispa necesaria para encender dicha mezcla, lo que da inicio al proceso de combustión.
La combustión genera un volumen de energía que será entregada al pistón, el cual la convertirá en movimiento y la transferirá al cigüeñal del motor durante su ciclo de descenso.
En el próximo tiempo se abre la válvula de escape para permitir que los gases resultantes de la combustión salgan al exterior.
Para que el motor trabaje con la mayor eficiencia posible ambas válvulas deben funcionar de forma constante y con gran exactitud.
Una válvula de motor, ya sea de admisión o de escape, se compone de las siguientes partes:
Cabeza: Pieza que sella herméticamente el acceso al cilindro. Durante la fase de admisión se cierra la válvula de escape, y durante la fase de escape se cierra la válvula de admisión. Presenta varias formas: plana, convexa o cóncava.
Vástago: Constituye el cuerpo de la válvula, su parte más alargada y delgada. En uno de sus extremos se encuentra la cabeza.
Muelle: Su finalidad es producir el cierre de las válvulas y mantener la hermeticidad dentro del cilindro. Esta conformado por resortes, cuya tensión deberá ser lo suficientemente alta para mantener cerrada la válvula aun a altas revoluciones y lo suficientemente baja para no forzar la válvulas durante su apertura.
Chaveta: Pieza que une el platillo de resorte (donde se apoya el muelle) con la válvula. Permite que el resorte mantenga a la válvula en la posición correcta.
Guía: Casquillo con forma cilíndrica que se inserta en la culata y que posibilita que el eje de la válvula coincida con el centro del asiento de válvula.
Asiento: Esta ubicado en la cámara de combustión y tiene forma cónica. La cabeza de la válvula se apoya en él y hace posible el cierre hermético del cilindro.
¿Dónde se encuentran las válvulas de un motor?
Tanto las válvulas de admisión como las de escape se encuentran alojadas en la parte superior de los cilindros, en la pieza conocida como culata o cámara del motor.
La cabeza de la válvula (parte ancha) se apoya en el asiento para válvula donde se ajusta perfectamente sellando de manera apropiada el cilindro. De su lado, el vástago (parte delgada) va por dentro de una guía y está sujetado al árbol de levas. El movimiento de apertura y cierre de las válvulas es provocado por el accionar de las levas.
Tipos de válvulas de motor
Las válvulas de motor se clasifican de acuerdo a su función como «de admisión» o «de escape». Ambos modelos pueden también subdividirse en varios tipos de acuerdo a sus características o su materiales de fabricación. Ellas son:
Válvulas monometálicas: Elaboradas en un solo material el cual debe obtener dos importantes requerimientos: Resistir altas temperaturas altas y contar con excelentes propiedades de deslizamiento.
Válvulas bimetálicas: Se fabrican en base a la aleación de dos elementos. Se caracterizan por resistir temperaturas muy elevadas (requerido para la cabeza) y por su alta capacidad para deslizarse (requerido para el vástago). La aleación de los dos materiales se obtiene mediante soldadura en frío.
Válvulas huecas: Son estructuras cuya sección interna es hueca (lo cual las hace mas livianas) y ha sido rellenada con sodio, material con cualidades de enfriamiento sobresalientes. A 97,5 ºC el sodio se vuelve líquido y disipa el calor de forma eficiente. El calor es transferido de la cabeza al vástago, el cual lo dispersa a través de las guías hacia la cabeza del cilindro.
Las válvulas también pueden clasificarse de acuerdo a las características de su cabeza:
Planas: proveen mayor resistencia.
Convexas: especiales para motores industriales.
Cóncavas: debido a su baja resistencia y gran flujo se recomiendan para los autos de competencia.
¿De que material esta hechas las válvulas del motor?
Dadas la elevadas temperaturas que se alcanzan en la cámara de combustión, las válvulas del motor deben estar elaboradas con materiales que aguanten tales condiciones de trabajo.
La válvula de admisión se fabrican generalmente de acero con aleación de cromo y silicio. Esta combinación de materiales proporciona excelente resistencia al calor y al estrés mecánico.
Tanto la cabeza como el vástago de la válvula de escape se elaboran en acero con aleación de cromo-manganeso lo cual ofrece mas fuerza contra la oxidación y a las altas temperaturas. No obstante, el material con que esta hecha la parte superior del vástago es usualmente cromo-silicio.
¿Cuáles son las diferencias entre una válvula de escape y una de admisión?
Lo que principalmente diferencia a una válvula de admisión de una de escape, es que la primera se encarga de permitir el ingreso de aire al cilindro sin dejar que retroceda, mientras que la segunda sirve para facilitar el egreso del cilindro de los gases producto de la combustión, sin permitir que éstos retornen.
Otra de las diferencias notorias es la relacionada con su tamaño. Aunque a veces se dificulta distinguir entre ambas válvulas, las de admisión son mas grandes para favorecer el ingreso de la mezcla de aire y combustible o de aire solamente (sistemas de inyección), al tanto las de escape son algo más pequeñas para forzar el egreso de gases.
Las válvulas de admisión deben soportar temperaturas de trabajo de hasta 300 ºC, aun así el aire fresco que ingresa le provee algo de refrigeración. Hasta 800 ºC deben tolerar las válvulas de escape. Para una mayor disipación del calor, las cabezas y vástagos de estas válvulas se elaboran huecos y se rellenan de sodio.
¿Qué pasa si se dobla una válvula de motor?
Son varias las causas que pueden provocar que una válvula de motor se doble. Las mas usuales son:
Asimismo, son muchos los efectos que sobre el funcionamiento del motor pueden ser ocasionados por una válvula de motor dañada. Los vehículos modernos cuentan con sensores para detectar este tipo de falla, lo cual es advertido mediante el encendido de una luz de control del motor en el tablero.
La operación correcta de una válvula del motor esta directamente asociada a su estado de lubricación. Mientras la válvula se encuentra sellada, el vástago es lubricado con aceite. Una válvula doblada afectaría la hermeticidad del sello y permitiría el ingreso de aceite al cilindro, lo que, a su vez, incidiría en el proceso de combustión.
Una incorrecta combustión produce consecuentemente una pérdida de potencia. En ciertos casos, la escasa potencia es producto de la disminución de compresión en el cilindro. Cuando la compresión es muy baja, el proceso de combustión se ve alterado y el combustible no se quema de forma correcta.
Una válvula deteriorada puede provocar que el motor tiemble debido a fallos en el encendido. El doblado de una válvula de motor se puede también reconocer por lo denso del humo que sale de los cilindros.
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