Válvulas De Admisión Y Escape, Tipos, Características Y Cómo Cambiarlas.

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A continuación, se va hablar acerca de las válvulas de admisión y escape, Sin embargo, antes de entrar en materia vamos a contextualizar estos elementos. Para que un motor pueda distribuir los gases de admisión y escape necesita un medio por el cual pueda controlarlos y desplazarlos a través del colector al múltiple de admisión, cámara de combustión y múltiple de escape.

Esto se logra a través de diversos mecanismos en serie que forman un conjunto cuya denominación usual es la distribución.

En un motor de combustión interna se necesita una mezcla de aire combustible que al quemarse mueve los mecanismos del motor.

En el colector se filtra el aire para que sea llevado al múltiple de admisión en donde se realiza la dosificación de la mezcla de combustible, a través de sistemas como el carburador o inyección.

Cuando se encuentra lista esta mezcla pasa a la cámara de combustión para que este gas sea quemado y así convertir la energía térmica en mecánica.

Culminado este proceso es necesario que los gases combustionados salgan de la cámara y permitan que el ciclo se repita.

Para el desarrollo de este proceso el motor tiene que controlar la entrada y salida de los gases en cada cilindro, esto lo logra a través de válvulas de admisión y escape que serán los responsables de abrir y cerrar los conductos en los momentos deseados.

Ciclo del motor

valvulas de admision y escape

El funcionamiento del motor 4 tiempos está comprendido por 4 etapas, éstas son las de Admisión, Compresión, Expansión o Explosión y Escape.

Admisión

Para la etapa de la admisión la válvula de admisión se abre, esto permite la entrada de aire que proviene del exterior y se genera el descenso del pistón, así como el movimiento de la biela y el cigüeñal.

Compresión

La etapa de compresión mantiene las válvulas de admisión y escape cerradas mientras el cigüeñal gira y ascienden la biela y el pistón, esto permite que el aire inyectado en la etapa de admisión aumente su presión unas cuantas veces, al final de la carrera de compresión es inyectado el combustible y aire a alta presión.

Expansión

En la etapa de expansión el pistón comienza a descender, ya que, el combustible y el aire entra en ignición producto la chispa de la bujía, generándose así una explosión dentro de la recamara de combustión.

Escape

Finalmente, en la etapa de escape el cigüeñal gira a la derecha, moviendo así a la biela para que el pistón pueda elevarse mientras la válvula de escape se abre y deja que el gas de combustión sea liberado a través de ella.

¿Qué son válvulas de admisión y escape?

Las válvulas de admisión y escape son elementos que tienen la función de controlar el paso de un líquido o gas; las que se usan en la admisión y escape de un motor de 4 tiempos generalmente son válvulas de asiento.

¿Qué función cumplen las válvulas de admisión y escape?

Las válvulas son piezas de precisión del motor y cumplen cuatro tareas muy importantes en el funciona miento motriz:

  • Bloqueo de secciones del flujo
  • Control del intercambio de gases
  • Cierre hermético de los cilindros
  • Disipación del calor absorbido de los gases de escape de la combustión, transfiriéndolo hacia los insertos de asiento de válvulas y hacia las guías de válvulas.

A temperaturas de hasta 800° Celsius cada válvula se abre y se cierra hasta 70 veces por segundo y durante la vida útil del motor soporta, como término medio, 300 millones de recambios de la carga.

Características de las válvulas de admisión y escape

Válvulas de admisión

la válvula de admisión cumple la función de conectar al múltiple de admisión con el cilindro dependiendo del tiempo de distribución, están generalmente están hechas de un solo metal acero con aleación de cromo y silicio que permite una buena resistencia al calor y al trabajo.

Se suele templar el metal de algunas zonas para reducir el desgaste como son el asiento, vástago y cabeza.

La refrigeración de esta válvula es dada en gran parte por su contacto con la mezcla aire combustible que disipa en gran parte su temperatura generalmente en el contacto con el vástago, y su temperatura de trabajo está entre los 200ºC y 300ºC.

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Válvulas de escape

La válvula de escape se encuentra en constante contacto con los gases de escape que están a temperaturas muy elevadas, por lo que deben tener una estructura más resistente que las de admisión.

El calor acumulado en la válvula se cede a través de su asiento en un 75%, no es de extrañar que alcance temperaturas del orden de los 800 ºC.

Esta válvula por su singular función debe ser construida de diferentes materiales, su platillo y vástago general mente se lo construye de acero con aleación de cromo y manganeso que tiene la gran cualidad de resistir a la oxidación y a las altas temperaturas.

En la sección alta del vástago usualmente se las construye de cromo-silicio.

Para la conductividad térmica se hacen platillos y vástagos huecos que se los rellena de sodio, el cual tiene la función de trasladar el calor rápido a la zona de refrigeración, logrando reducir la temperatura en el platillo hasta 100º C.

¿Cómo diferenciar las válvulas de admisión y escape?

valvula de admision y escape

Tipo de Fluido Manejado

La válvula de admisión deja entrar la mezcla de aire y combustible, para el caso de motores con carburador, o el aire solo en escaso de motores a inyección. En cambio la válvula de escape deja salir todos los gases de la combustión efectuada.

Tamaño

La válvula de admisión es de mayor diámetro para favorecer la fácil entrada de los elementos para la combustión (Por lo general 15%). En cambio la de escape es de diámetro más chico para que los gases salgan forzados por la presión que ejerce el pistón.

Material

El material con que se construyen las válvulas y los asientos son de fierro cementado. Durante el trabajo del motor la válvula de admisión cambia su temperatura entre los 200° y 400° Celsius.

La de escape entre 600° y 800°. Estas piezas están sujetas a grandes cargas de compresión en un ambiente de gases. A 7.000 RPM de motor las válvulas golpean el asiento 3.500 veces por minuto.

Tipos de válvulas

Válvulas monometálicas

Fabricadas racionalmente mediante proceso de extrusión en caliente o proceso de recalcado.

Válvulas bimetálicas

Hacen posible la combinación ideal de materiales tanto para el vástago como para la cabeza.

Válvulas huecas

Sirven por un lado para la reducción de peso y por otro para la disminución de temperatura. Rellena de sodio (punto de fusión 97,5° C), puede transportar calor desde la cabeza de la válvula hasta el vástago, a través del efecto agitador del sodio líquido, y lograr una disminución de la temperatura entre 80° hasta 150° C.

¿De qué están hechas las válvulas de admisión y escape?

Las válvulas de admisión y escape están hechas de diferentes materiales, a continuación, se aprecian los diferentes materiales utilizados en su fabricación.

  • CS = Acero bajo carbono para válvulas de admisión también utilizada como material del vástago en válvulas bimetálicas.
  • M = Acero cromo silicio para válvulas de admisión y de escape en servicios moderados, aún utilizados como material del vástago en válvulas bimetálicas.
  • MN = Acero cromo níquel silicio para válvulas de admisión con gran resistencia a la corrosión y temperaturas elevadas.
  • MV = Acero cromo molibdeno vanadio para válvulas de admisión con alta resistencia al desgaste, corrosión y altas temperaturas.
  • A = Acero austenítico cromo níquel manganeso para válvulas de escape resistentes a pesadas condiciones de operación.
  • AN = Acero austenítico cromo níquel para válvulas de escape resistentes a severas condiciones de operación.
  • AB = Acero austenítico cromo níquel manganeso para válvulas de escape resistentes a pesadas condiciones de operación.
  • X = Súper aleaciones para válvulas de escape fuertemente solicitadas.
  • ST = Altas aleaciones de blindaje del asiento de válvulas de alta resistencia a la oxidación, desgaste y corrosión.
  • SH = Válvula con asiento temperado.
  • N = Válvula nitretada.
  • CP = Válvula con vástago cromado.

Partes de las válvulas de admisión y escape

valvulas

Asientos

Los asientos de las válvulas tienen la función de cerrar herméticamente el cilindro en conjunto con las válvulas, estos están ubicados en la cámara de combustión y su forma es cónica.

Deben acoplarse exactos a la cabeza de la válvula con el asiento a través de un ángulo que generalmente es de 45º.

Cabeza

Es el elemento que se encarga de realizar el cierre en el proceso de combustión, este es hecho de varias formas, estas son plana, convexa y cóncava.

Guías

Las guías de válvula son unos casquillos cilíndricos que se insertan en la culata, de tal forma que la prolongación de su eje pase por el centro del asiento de la válvula

Vástago

El vástago es el cuerpo de la válvula, es el elemento alargado que se une a la cabeza en uno de sus extremos.

Chaveta

Las chavetas de válvula tienen la tarea de unir el platillo de resorte con la válvula, de manera que el resorte mantenga siempre la válvula en la posición debida.

Muelle

Los muelles tienen la función de cerrar las válvulas y mantener la hermeticidad dentro del cilindro, estos resortes tienen que ser lo suficientemente tensos para cerrar la válvula aun cuando el motor está a muchas revoluciones, pero al mismo tiempo tiene que ser su tensión lo más baja posible para no crear esfuerzos excesivos en la apertura de las válvulas.

¿Por qué se desgastan las válvulas de admisión y escape?

valvulas de admision

Los primeros motores tenían muchos problemas con la durabilidad de las válvulas, la metalurgia de ese tiempo no era tan desarrollada como la de hoy, y los materiales que se usaban no soportaban tan altas exigencias.

Tal era la condición que era necesario cambiar las válvulas y los asientos cada dos años promedio, para solucionar de cierta forma este problema se agregó tetra etilo de plomo a la gasolina el cual brindaba una capa protectora a estos componentes y reducía ligeramente su desgaste.

Con el desarrollo de los metales se logró juntar al acero el cromo cobalto el cual prácticamente hizo que desapareciera este problema.

El desgaste de las válvulas es un efecto normal ya que este componente soporta grandes temperaturas y fuerzas; por lo que se puede determinar su estado cuando se desensamblan de la culata, si estas tienen una ligera marca pueden ser reusadas, pero siempre en el mismo lugar, ya que tienen que sellar contra el mismo asiento formando la hermeticidad.

Una sombra marcada en el asiento da como referencia que la válvula no está trabajando de una forma alineada.

Si la válvula muestra grietas es un símbolo de altas temperaturas dentro del sector que trabaja la válvula, normalmente puede ser una sobrecarga de mezcla extremadamente rica, purificador de aire sucio, inyectores en mal estado (agujas con mal sello), un mal ajuste del tren de válvulas, sobrecalentamiento del motor.

Las principales causas de un desgaste prematuro en la válvula son materiales externos como tierra, polvo o metales sueltos.

También es común una mala lubricación del vástago que provoca un sobrecalentamiento y la deformación de la válvula, que también se puede observar por su color azulado o grisáceo en ciertos sectores de la misma.

Cuando existe una falla en el muelle o resorte esto traduce en problemas de la válvula, ya que esta queda flotando y no regresa a su posición a tiempo, en muchos casos choca contra el pistón provocando una ruptura en las válvulas y en la cabeza del pistón, rayando el cilindro y rompiendo el o los árboles de levas

¿Cómo cambiar las válvulas de admisión y escape?

Extracción de válvulas

  1. retirar la tapa de punterías.
  2. retirar múltiple de admisión y escape para liberar la cabeza o culata
  3. Aflojar la cabeza con el procedimiento adecuado (caracol) para evitar que se tuerza, una vez floja retiramos balancines y varillas para después retirar la cabeza.
  4. Con ayuda de un arco retiraremos cuidadosamente los resortes que llevan las válvulas y tener la precaución de acomodar bien el arco en la válvula para que no salga disparado el resorte y no tener un accidente debemos de cuidar no perder las cuñas que llevan en el resorte.
  5. Una vez afuera las válvulas checaremos que no estén torcidas del vástago ya que si esto suele pasar tendremos que remplazarlas. Una vez revisada retiraremos los excesos de carbonilla para empezar con el asentamiento de válvulas y su colocación.

Colocación de válvulas

  1. En el asiento de la válvula se colocará la grasa esmeril en pocas cantidades.
  2. Una vez colocada la pasta esmeril se le agregaran dos gotas de agua al asiento de válvula para después realizar los movimientos correspondientes ascendente, descendente y giratorio.
  3. Una vez pulida o asentada la válvula se constatará que quede de un mismo color el asiento de la válvula y así sabremos que el procedimiento está concluido.
  4. Una vez concluido el procedimiento se iniciará la colocación de válvulas con la ayuda del arco.
  5. Una vez colocadas todas las válvulas se constatará con gasolina o tiner que no tenga fugas colocando el tiner por las lumbreras de admisión, ya que estemos seguros que no ay fugas se colocará la cabeza en el motor después las varillas, balancines y tornillos.
  6. Para apretar la cabeza será con el mismo procedimiento (caracol de adentro hacia afuera) y al último la tapa de punterías

Como hemos detallado, el proceso eficiente de la combustión en nuestro vehículo depende mucho de la eficiencia de nuestras válvulas de admisión y escape, buenas válvulas supondrán mejor eficiencia.

Y siempre recuerda, una inspección a tu vehículo de manera periódica y constante siempre será el mejor camino para mantener la vida y eficiencia de nuestro vehículo.

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