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Conceptos Básicos sobre Válvulas

¿Qué es una buena válvula?
Respuesta
La válvula cumple con la función de abrir y cerrar en forma hermética y en un momento dado los conductores de entrada y salida de la mezcla a la cámara de combustión y que una vez encendida la misma, con su expansión permite el funcionamiento del motor.

Una buena válvula, debe reunir las siguientes características:
A) Materiales y estructura que puedan resistir altas temperaturas y presiones de gases de combustión, cambios bruscos de presión y temperatura, vibración del motor y corrosión química de los gases de combustión.
B) Amplio grado térmico para mantener sin quemarse los sedimentos acumulados durante baja velocidad y carga liviana. Disipar el calor recibido de las elevadas temperaturas de los gases de combustión durante altas velocidades y cargas pesadas.
C) Forma, dimensión, materiales, tratamientos térmicos en todo de acuerdo a especificaciones de planos de equipos originales.

Pregunta Nº 2
¿En qué se diferencia un válvula de Admisión a una de Escape?
Respuesta
La perfección en el llenado de los cilindros en los motores, no llega nunca a efectuarse de una manera absoluta. A pesar de este inconveniente y para la obtención de un elevado rendimiento térmico, detallamos a continuación algunas de las formas con que los constructores de motores solucionaron en parte el problema:

Con la adopción de válvulas adecuadas.
Con una alzada conveniente de las mismas.
Con una disposición favorable de las válvulas.
Con un reglaje de distribución óptimo.

Si observamos una tapa de cilindros notamos, por lo general, que el diámetro de la válvula de admisión es mayor que el de Escape, salvo en los motores multiválvulas. La entrada de la mezcla en la cámara de combustión, que está limitada a la acción de la presión atmosférica reinante (esta varía según la altura).
En cambio la salida de los gases quemados se produce en condiciones muy diferentes a lo antes descrito para la entrada de al mezcla. La presión residual de los gases quemados después de su expansión es muy superior a la presión atmosférica. La acción provocada por el ascenso del pistón favorece el aumento de la velocidad de expulsión de los gases.

A) El diámetro de la cabeza de la válvula de Admisión es de 20% a 25% mayor que la de Escape, para facilitar el llenado de los cilindros.
B) De ser menor el diámetro de la válvula de Escape, hay un volumen menor expuesto a los gases calientes con lo que también se reduce la cantidad de calor acumulado.
C) Las temperaturas de la mezcla antes y después de la ignición (válvulas de escape 700º, válvula de Admisión 200º) son muy diferentes. La válvula de Escape esta expuesta a recibir más calor, por lo tanto la estructura, materiales y tratamientos térmicos no son iguales a la válvula de Admisión.
D) El contacto de asiento de válvula-casquillo es por lo general mas ancho que en Admisión.
E) El huelgo de vástago de válvula-guía, por razones de diferente temperatura, también es mayor el de escape que el de admisión.

Pregunta Nº 3
¿Qué calor recibe una válvula en funcionamiento?
Respuesta
Una vez comprimida la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión es encendida por una bujía (motores a nafta o gas) o por una elevada compresión (motores diesel) generando altas temperaturas que se transmiten a los elementos que funcionan en el interior de dicha cámara.

A) Una válvula recibe la elevada cantidad de calor generada en la cámara de combustión, en cada ciclo de funcionamiento del motor.
B) La mayor cantidad de calor que recibe la válvula se acumula en la cabeza y parte del cuello (76% aproximadamente y el resto se transmite al vástago, 24%).
C) A medida que se aumentan las revoluciones del motor los golpes de calor se suceden con más frecuencia y la acumulación del mismo en las válvulas es mayor.

Pregunta Nº 4
¿Cómo se evacua ese calor?
Respuesta
Sabemos que en cada ciclo la válvula acumula calor que debe ser disipado continuamente. En un motor que funciona a 4000 PRM (revoluciones por minuto), una válvula abre y cierra 33 veces por segundo y su permanencia en contacto con su asiento es escasamente de 2 centésimos de segundo (0,02 s).
A modo de información detallamos algunas causas mecánicas y/o naturales que influyen en mayor o menor medida para lograr una buena evacuación del calor.

A) La mayor disipación de calor (acumulado en la cabeza de la válvula) debe ser transmitido a través del contacto perfecto de la válvula con su asiento a la tapa de cilindros y de aquí al refrigerante del motor.
B) Por su forma irregular, la cámara de combustión tiene zonas de distintas temperaturas, por consiguiente el giro constante de la válvula en funcionamiento evita acumulaciones puntuales de calor con lo que se logra una temperatura más uniforme en la cabeza.
C) El huelgo vástago-guía debe cumplir con lo especificado por el fabricante del motor. Esto es porque si el huelgo es menor y el diámetro del vástago del la válvula se ve aumentado por la temperatura, se produce un razonamiento severo con corte de película de aceite y el engrifamiento. Por lo contrario si el huelgo es mayor la interferencia no permite la disipación de calor por el vástago-guía-tapa de cilindros en esta zona.
D) No colocar pegamentos entre guía o casquillo y tapa de cilindros, por su concepción aislante tal tipo de adhesivo no permite la disipación de calor de la válvula.
E) No recuperar válvulas, al rectificar los asientos de válvulas usadas reducimos espesor de margen (sobre diámetro de cabeza) a valores menores que los especificados por el fabricante, de esta manera hay mayor acumulación de calor en esta zona.

 

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Pregunta Nº 5
¿Por qué puede quemarse una válvula?
Respuesta
Tenemos conocimiento que la válvula de escape es la que funciona en condiciones más severas. Por lo tanto, salvo en raras excepciones cuando se presenta una falla es por fusión localizada o quemadura en el asiento y/o en la cabeza de la válvula ocasionada por una o varias causas que determinan este tipo de fallas.
Por una mala disipación, el calor se va acumulando progresivamente en cada ciclo, lo que origina:

A) distorsiones.
B) mayores dilataciones ocasionando interferencias (vástago-guía) (* Con posibilidad de engrane)
C) perdida de la capa de lubricación con posibilidad de engrifado.
D) fatiga térmica.

Cada una de estas causas en forma individual o en conjunto originan fallas prematuras en las válvulas .
¿Cómo se evitan estas causas que desencadenan una falla? (Ver pregunta Nº 6).

Pregunta Nº 6
¿Cómo se enfría una válvula para evitar el quemado?
Respuesta
Para que una válvula funcione en forma correcta y no pierda sus propiedades durante la vida útil del motor, es necesario que la misma no exceda ciertas temperaturas en funcionamiento. De esta manera sus tratamientos térmicos y/o estructuras no sufrirán modificaciones.

A continuación detallaremos condiciones y/o especificaciones deben cumplir para que una válvula conserve una temperatura ideal:
A) La mezcla correcta aire-combustible es un elemento útil, que al gasificarse dentro de la cámara de combustión absorbe parte del calor acumulado en las válvulas.
B) La disipación rápida de temperatura por un correcto contacto de cabeza de válvula casquillo a la tapa de cilindros y de ésta al refrigerante del motor.
C) La disipación de calor-vástago-guía de válvula por un huelgo ideal. (Ver especificaciones de fabricante)
D) El resto de calor por radiación y contactos con otros elementos del motor (platillos, resortes, balancines, etc.)
E) Por último y debido a sistemas de fabricación una válvula debe girar constantemente para evitar contactar dos veces en la misma posición. Naturalmente, por la construcción misma del motor, existen dentro de la cámara de combustión zonas de distintas temperaturas

 

 

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