Válvulas de admisión y escape

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.

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.

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.

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?

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 es de hierro cementado. Durante el trabajo del motor la válvula de admisión cambia su temperatura entre los 200° y 400° Celsius.

Partes de las válvulas de admisión y escape

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.

Fallos en las válvulas de entrada y salida

Ajuste incorrecto del juego de válvulas

El juego de la válvula es demasiado pequeño o demasiado grande.

Resultado: la válvula ya no cierra correctamente. Los productos de la combustión que pasan por el asiento de la válvula calientan la cabeza de la válvula. La cabeza de la válvula se sobrecalienta y se quema en el asiento de la válvula.

Instalación incorrecta del muelle de la válvula

El muelle, instalado incorrectamente durante el montaje, se ha deformado, haciendo que el vástago de la válvula se doble lateralmente.

Instalación incorrecta del balancín hidráulico o taqué

Una vez colocado el pistón, no se respetó el tiempo de espera recomendado antes de arrancar el motor (30 minutos). Como resultado, el exceso de aceite en la cámara de trabajo del pistón no tiene tiempo de salir. Si el motor arranca demasiado pronto, las válvulas golpean los pistones, se deforman o se rompen.

Mal funcionamiento

La válvula no cierra bien, se sobrecalienta y la superficie del asiento se quema. La carga unilateral del cabezal de la válvula también puede provocar grietas por fatiga en la zona del molde hueco.

Juego excesivo en las guías de las válvulas

Los conductos de combustible calientes pueden provocar una importante carbonización en la zona de las guías de las válvulas. La válvula se mueve demasiado, deja de cerrar y se produce un sobrecalentamiento de las superficies de asiento (canales de combustión, detonación).

La holgura de la válvula es demasiado pequeña.

Esto provoca una lubricación insuficiente, la obstrucción del movimiento y el bloqueo del vástago de la válvula en la guía. Esto puede causar más daños, por ejemplo, el sobrecalentamiento de la válvula y el asiento.

¿De qué material son las válvulas de entrada y escape ?

Dependiendo de la función, cada válvula está hecha de diferentes materiales, pero siempre son resistentes a la presión y la temperatura.

La válvula de entrada suele ser de una aleación de acero al cromo-silicio. Esto le confiere una buena resistencia a la temperatura.

La válvula de escape está hecha de diferentes materiales: cabeza y vástago. Suele ser de acero cromado o de una aleación de magnesio, resistente a la oxidación y a las altas temperaturas. Además, los vástagos de las válvulas de escape (de una sola pieza) son de cromo-silicio.

De este modo, las válvulas de admisión y de escape pueden cumplir sus funciones en el proceso de combustión del motor. Sin embargo, también señalamos que los materiales pueden variar en función del tipo de válvula.

¿Cómo se refrigeran las válvulas de escape?

Las válvulas se refrigeran mediante el contacto con el asiento de la válvula y este a su vez hacia la culata quien es la que recibe la mayor cantidad de ese calor. Además, a través de su vástago también se refrigera algo. Vale resaltar que, las válvulas de escape trabajan a una temperatura mucho mayor que las de admisión.

Síntomas de fallo de las válvulas de admisión y escape

• Se oye el ruido cuando el motor está en marcha
• Pérdida significativa de energía
• Poca eficiencia en el consumo de combustible
• Daños o deformaciones causados por la suciedad, el metal suelto o una lubricación deficiente (esto puede verificarse mediante una inspección rápida).

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