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(VIDEO) Así funcionan las válvulas a 14.000 rpm

Cuando se diseña un motor desde cero lo más probable es que se empiece diseñando alrededor de la válvula de admisión. Se calculan cuántas revoluciones se buscan, qué volumen se barrerá en el cilindro, qué garganta hará falta para canalizar todo ese aire y así empezaremos a dimensionar las válvulas. Como seguramente sabrás, la válvula está compuesta por una cabeza y un vástago. El vástago debe ser capaz de soportar muchas tensiones y por eso su diámetro es clave. A su vez, el vástago desliza sobre el inserto de guía de la válvula, que también tiene que tener medidas suficientes como para garantizar durabilidad y rigidez. Así, los primeros condicionantes de espacio del nuevo motor empiezan a darle forma.

Les dejo aca abajo, el motor de una BMW S 1000RR abriendo y cerrando válvulas a 14.000 r.p.m.

Existen dos corrientes a la hora de diseñar un motor: diseñar y fabricar componentes como las válvulas o buscar en el mercado de especialistas unas válvulas que se adapten a nuestras exigencias y seguir diseñando el motor en torno a ellas. Una válvula en un motor que gira a 18.000 vueltas soporta 9.000 golpes por minuto. Además, debe garantizar el sellado en cualquier condición. La parte de atrás de la cabeza se hace cónica para mejorar el flujo de aire que la rodea cuando se abre y para repartir los esfuerzos entre el anillo más externo de la cabeza, donde apoya o asienta la válvula sobre el motor y la zona del vástago. Cuanto más alto sea el cono que forma esa parte trasera, más resistente será la válvula, pero también hará que pese mucho más y, como siempre, el peso de las partes de un vehículo que están continuamente acelerándose y frenándose se convierten en pérdidas y eso significa menos caballos. Otro de los factores que determinan la forma del cono es qué flujo queremos hacia la cámara de combustión en función del grado de refrigeración que queramos darle a la válvula.

Como te podés imaginar, el entorno en el que trabaja una válvula es un infierno. Además, la temperatura dependerá según se trate de una válvula de admisión o una de escape. Las válvulas de admisión trabajan a menor temperatura y, además, están refrigeradas por la mezcla del aire fresco y del combustible que entra. A cambio, está sometida a unas diferencias de temperatura muy grandes y eso significa que sufrirá mucha fatiga. Con estas válvulas sucede lo mismo que al tomar un clip y doblarlo. Si lo hacés una vez, no ocurre nada. Si los doblas dos; tampoco, pero la tercera vez que lo haces ya se nota que está más blando y la cuarta o quinta vez que lo doblás se rompe. Este es un ejemplo claro de esfuerzo a fatiga, y una válvula lo sufre 9.000 veces cada minuto. El caso de las válvulas de escape es parecido. Trabajan a bastante más temperatura que las de admisión y además no tienen quien las enfríe. Esto hace, por un lado, que haya que escoger un material que soporte esas condiciones, pero la ventaja es que los ciclos de cambio de temperatura no son tan exagerados como en las de admisión.

Huecas

Ya tenemos nuestras válvulas abriéndose y cerrándose sin parar y muy calientes… Date cuenta de que consiguen aceleraciones de varios miles de G’s. De ahí que su “entorno” también deba ser un tanto especial. ¿Cómo afectan esos esfuerzos al diseño de su alrededor? Afecta… y mucho. Sobre todo al casquillo de la válvula sobre el que se desliza. Hay que pensar que el ajuste entre estas dos piezas es clave. Si es demasiado apretado, nos arriesgamos a que se bloqueen. Si queda demasiado holgado, significará pérdida de aceite. Además, el calor que se produce en la válvula se transmite al asiento y de ahí pasa al motor. Por eso, en motores poco comprometidos, los asientos pueden ser de fundición o Stellite pero en competición se prefieren asientos de cobre al Berilio que conducen muchísimo mejor.

Como decíamos antes, el peso de una válvula hay que minimizarlo. Para ello se construyen huecas por dentro, generalmente sólo el vástago, pero en las mejores también la cabeza. Aparte de minimizar así las pérdidas de potencia, esto también permite usar un resorte menos fuerte y evita que se produzca la temida flotación de la válvula, o lo que es lo mismo, que no le dé tiempo al resorte a cerrar la válvula contra el asiento y se produzcan fugas y descompresión del cilindro.

Si tenemos válvulas huecas y expuestas a altas temperaturas, ¿por qué no ponemos algo dentro de ellas para que nos ayude a disipar calor y luego las sellamos? Eso mismo pensaron hace mucho tiempo, así que pusieron un material como el sodio. Este material se funde a unos 90 grados y se encarga de trasladar parte del calor de la cabeza hacia atrás a través del vástago. Esto se hace sobre todo para prolongar la vida útil de la válvula. Otros diseños en lugar de hacer hueca por dentro la cabeza prefieren excavar la cara que va dentro del cilindro dándole forma de copa. Esto reduce considerablemente el peso de la pieza, pero hace que transmita peor el calor y los esfuerzos. Como siempre, hay que buscar sin compromiso.

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