Tecnología y Dimensionamiento de Válvulas de Motor: Fabricación y Características
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Fabricación de Válvulas
Válvulas Monometálicas
Se fabrican en un solo material a partir de una pieza en bruto que se moldea por recalcado. Este proceso implica calentar la zona a trabajar para darle forma por presión, sin arranque de virutas, lo que permite conservar sus cualidades iniciales. El material empleado habitualmente es acero al cromo-silicio.
La punta del vástago y el asiento cónico se someten a un tratamiento de templado por inducción y se recubren con estelita, lo que las protege de las altas temperaturas y de la corrosión.
Válvulas Bimetálicas
Se emplean dos materiales: uno con propiedades deslizantes para el vástago y otro, para la cabeza, con aleaciones de acero de alta calidad resistentes a altas temperaturas. Ambas partes se unen mediante soldadura de fricción.
Válvulas Refrigeradas con Sodio
Este metal tiene un bajo punto de fusión y es un excelente conductor del calor. Este tipo de válvulas se fabrican huecas y se rellenan hasta la mitad con sodio. Al calentarse, el sodio se funde y pasa a estado líquido, desplazándose dentro de la válvula y transmitiendo el calor desde la cabeza hasta el vástago para su evacuación. Este tipo de válvulas se emplean sobre todo para el escape.
Dimensiones de las Válvulas
El diámetro de las válvulas de admisión es entre un 20% y un 30% mayor que el diámetro de la válvula de escape con el fin de mejorar el llenado de los cilindros. El diámetro de la válvula de escape es menor, ya que su apertura tiene lugar al final de la expansión, de modo que la presión existente en el interior del cilindro facilita un rápido vaciado de los gases quemados. Las medidas más importantes que afectan a las válvulas son:
Diámetro de la Cabeza
Se calcula en función del diámetro del cilindro, del espacio disponible y de la forma de la cámara de combustión. Es necesario dejar una cierta separación entre los conductos de admisión y escape con el fin de soportar las tensiones térmicas y evitar interferencias en la entrada y salida de gases.
En los motores con dos válvulas por cilindro, el diámetro de la válvula de admisión (da) toma valores entre 0.40 y 0.48 veces el diámetro del cilindro (D).
En motores multiválvulas, se aprovecha mejor el espacio aumentando el diámetro de las válvulas y, por tanto, la sección del paso de gas. En admisión (da) puede llegar hasta 0.80 x D.
Alzado de la Válvula
Es el desplazamiento de apertura de la válvula (L) y se determina en función del diámetro de la cabeza (d). Ambas medidas determinan el área que queda descubierta entre la válvula y su asiento. La relación L/d suele estar entre 0.25 y 0.30.
Sección de Paso de los Gases
Debe ser tal que oponga la menor resistencia posible al paso de los gases para mejorar el llenado de los cilindros. Para una válvula de admisión, el valor del área de esta sección determina la cantidad de masa gaseosa que puede ser admitida, y está en función del perímetro de la cabeza de la válvula y su alzado.
Ángulo de Asiento
Es el ángulo formado por las generatrices del cono de asiento. Se emplean habitualmente ángulos de:
- 90º: Proporciona una buena resistencia mecánica y soporta bien las altas temperaturas, obteniendo un buen cierre, aunque con mayor resistencia al paso de los gases.
- 120º: Favorece la entrada de los gases, por lo que se emplea en válvulas de admisión.
Esta medida influye sobre la efectividad del cierre, ya que la presión ejercida sobre la válvula es inversamente proporcional a la superficie sobre la que se aplica.
Diámetro del Vástago
Se calcula en función del diámetro de la cabeza de la válvula, considerando factores como la temperatura, la velocidad lineal o la lubricación.
Guías de Válvulas
Su misión es permitir el deslizamiento del vástago de la válvula en su desplazamiento y mantenerla centrada en su asiento. Generalmente es una pieza postiza insertada a presión en su alojamiento, fabricada en fundición de hierro con aleación de fósforo y cromo, o en cobre con aleación de cinc y aluminio. Presenta una buena resistencia al desgaste y buena conductividad térmica, importante para evacuar el calor.