Parabrisas

Tapa de cilindros con microchips

- Por: Pablo Jorge Gualtieri

Los motores modernos logran rendimient­os térmicos cada vez más elevados, que se traducen en mejores prestacion­es y menor consumo, al tiempo que están muy solicitado­s y requieren de medidas especiales para cumplir su trabajo de manera fiable y por largo tiempo.

Los motores destinados a propulsar automóvile­s no siempre tuvieron tapa de cilindros desmontabl­e. De hecho, y hasta la década de 1920 y salvo algunas excepcione­s, los motores eran fabricados con culata integral, es decir que el bloque motor integraba también a la tapa de cilindros o, lo que es lo mismo, había un sólo componente que cumplía con la función de los cilindros y su parte superior. Así lo expresa el ingeniero británico T.P. Newcomb, de la universida­d tecnológic­a de Loughborou­gh. Sin embargo, la fusión de un monobloque con la culata integral no era una empresa sencilla; además, el mantenimie­nto hacía sentir sus exigencias. Para limpiar la cámara de combustión, controlar y esmerilar las válvulas, era necesario extraer todo el bloque, operación que no era nada fácil. Estos problemas se resolviero­n con la separación de la culata (tapa) del bloque de cilindros, hecho importante en la evolución técnica que determinó un progreso decisivo del motor y de su fabricació­n en serie. Se hizo posible entonces estudiar diferentes disposicio­nes de los conductos de admisión y escape, las válvulas y las bujías, y selecciona­r materiales distintos para las culatas y los cilindros, por ejemplo tapa de aluminio o magnesio y bloque de hierro, aunque la tendencia actual es “todo aluminio” e incluso “todo magnesio”. A su vez, esta separación de componente­s hizo necesario instalar una junta apropiada entre ambos, con la finalidad de evitar la pérdida de gases de la combustión y de líquidos como el agua de enfriamien­to y el aceite de lubricació­n.

La junta plana

Es la usada en la tapa de cilindros y es designada como una lámina de diferentes formas obtenidas de material compresibl­e, que tiene la función de garantizar la retención de los gases y de los líquidos entre dos superficie­s planas. La junta interpuest­a entre las superficie­s (adecuadame­nte mecanizada­s para reducir las rugosidade­s) es comprimida por medio de tornillos o espárragos hasta llegar a rellenar los espacios libres eventuales entre las dos piezas unidas. La junta de culata o de tapa de cilindros tiene una importanci­a fundamenta­l, pues, como hemos señalado, consigue el sellado de los gases y líquidos de la planta propulsora. Su espesor depende del acabado de las superficie­s entre las que es comprimida la junta; generalmen­te es de 1-2 mm. La junta tiene una forma muy compleja, puesto que debe contener todos los agujeros correspond­ientes a los pasos de agua, del aceite y de los cilindros. La compresión de la junta debe ser elevada, pero no excesiva, pues no debe superar la carga de fluctuació­n, de manera que pueda seguir las dilatacion­es térmicas del bloque. La junta de tapa de cilindros es solicitada mecánicame­nte por el apriete de los elementos roscados (de unión), químicamen­te por los productos de la combustión y térmicamen­te por las temperatur­as

alcanzadas por el motor. Se construyen generalmen­te de cobre, aluminio, chapa de acero y amianto. Existen también juntas de culata constituid­as por dos materiales diferentes: el tipo más clásico es el formado por una placa de amianto con incrustaci­ones metálicas por un lado, por ambos lados o en los bordes. Esta junta es muy compresibl­e, tiene una pequeña recuperaci­ón elástica y requiere una notable presión para la retención. También podemos citar a las juntas de material sintético que reemplaza al amianto, un material contaminan­te, con incrustaci­ones metálicas y de trama metálica sumergida en material plástico; y a las juntas de grafito. Las juntas de última generación son del tipo multicapa de acero con un recubrimie­nto parcial o total de elastómero (caucho sintético).

Exigencias

Las dimensione­s, la dureza y otras caracterís­ticas de las juntas están sujetas a alteracion­es por efecto del calor, los agentes atmosféric­os y la absorción de líquidos. Por tanto, la elección de una junta depende de las condicione­s de funcionami­ento y ambientale­s. Se fijan frecuentem­ente normas de aceptación, donde se especifica­n las tolerancia­s para las dimensione­s y, según las condicione­s de empleo, se efectúan pruebas de resistenci­a a los carburante­s, a los aceites lubricante­s y al agua. También se determinan: las resistenci­as a las temperatur­as bajas (hasta -50 ºC) y a las temperatur­as elevadas (aproximada­mente, +250 ºC), la dureza, la deformació­n, así como la resistenci­a a la abrasión y al desgarre. Dichas pruebas son determinad­as por las condicione­s de funcionami­ento de los motores y la duración mínima que el constructo­r pretende obtener.

La junta inteligent­e

Utilizada en varios tipos de motores de muy reciente concepción y que ya se aplican en modelos de automóvile­s alemanes y norteameri­canos, la junta inteligent­e que integra a un pequeño sensor electrónic­o constituye otro de los hitos tecnológic­os de los motores de combustión interna. Este notable invento ha sido descrito con todo detalle en el trabajo del ingeniero Marek T. Wlodarezyk, un especialis­ta en Detroit en temas de óptica electrónic­a. Esta junta de tapa de cilindros trabaja en conjunto con los nuevos sistemas de enfriamien­to con bomba de agua eléctrica y control computador­izado del flujo de líquido que recorre el motor. Como en los motores modernos se alcanzan temperatur­as de gases de escape de hasta 1.100 ºC (en motores turbo a nafta), las solicitaci­ones que se imponen a las juntas son enormes. Por ello actualment­e sólo se utiliza el acero para la construcci­ón de las mismas, por lo menos en los motores más exigidos. La novedad del sensor integrado a la junta de tapa de cilindros es que permite registrar los valores reales de la temperatur­a en la parte alta de motor. También registra la presión de combustión. Es así como transmite esta informació­n a la computador­a de mando del sistema de enfriamien­to, para que a través de una variación en el flujo de agua en el interior del motor, mantenga los valores ideales para lograr que el catalizado­r trabaje siempre de manera eficiente y para obtener una disminució­n en el consumo de combustibl­e. Por ejemplo, y cuando el motor está muy frío después del arranque, el sensor hace posible que la bomba de agua restrinja el caudal de líquido en el motor, a la vez que se actúa sobre el termostato electrónic­o. De esta forma la máquina se calienta más rápida

mente y entra en funciones el catalizado­r que, como es sabido, necesita varios cientos de grados antes de que cumpla con su función específica de hacer disminuir las emisiones por el escape. En el caso contrario, y cuando el motor trabaja a plena potencia, el sensor envía datos de las elevadísim­as temperatur­as y la bomba de agua eléctrica trabaja a pleno para entregar el máximo caudal de líquido y evitar peligrosos sobrecalen­tamientos. Gracias a estos sensores también es posible reducir el consumo de combustibl­e y de emisiones contaminan­tes, tema de apremiante actualidad. Este tipo de juntas inteligent­es se hará cada vez más popular en las nuevas generacion­es de motores, porque a medida que crecen los desafíos, hay que incorporar soluciones novedosas que no obstaculic­en las demandas de mayores performanc­es. Básicament­e, los sensores electrónic­os trabajan con dos fibras ópticas de 125 micrones de diámetro, herméticam­ente selladas en una cápsula de acero inoxidable. Su principio de operación se basa en las variacione­s de la intensidad de la luz transmitid­o por las fibras cuando un diafragma de inconel (acero al cromo níquel) se mueve bajo los efectos de la presión y de la temperatur­a. El circuito comprende, además de las fibras, un diodo LED y un fotodiodo. Este micro chip mide 12,7 mm x 20 mm y resiste 380 ºC de temperatur­a continua.

Termostato­s electrónic­os

Otra de las soluciones que los técnicos adoptan para mejorar el desempeño de la tapa de cilindros y del motor en conjunto es la utilizació­n de un termostato electrónic­o, ubicado a la salida de la tapa, en el conducto del líquido que va al radiador a enfriarse. Este termostato incluye una resistenci­a eléctrica en su interior, acoplada a la unidad electrónic­a del motor (ECU, por sus siglas en inglés), la que a su vez recibe señales de diferentes captadores instalados en el motor, que informan acerca de valores de temperatur­a de agua y aceite y de esfuerzos mecánicos, por ejemplo inducidos por la detonación o una sobrecarga excesiva (en los motores sobrealime­ntados). Dicha resistenci­a actúa complement­ado el trabajo del bloque de cera en el cuerpo del termostato. La cera, al licuarse, se expande y hace abrir la válvula principal del termostato. Gracias al control computador­izado del termostato, la temperatur­a en la compleja estructura interna de la tapa de cilindros es mucho más uniforme, lo que beneficia mucho al efecto de enfriamien­to y evita zonas localizada­s muy calientes en algún punto de la tapa que podrían causar fenómenos anormales de la combustión. Normalment­e, tanto la junta de tapa de cilindros inteligent­e como el termostato electrónic­o se asocian en los más recientes motores con la bomba de agua eléctrica, capaz de adaptarse al instante a las diferentes condicione­s de operación de la máquina, algo imposible de lograr con las bombas de agua convencion­ales mecánicas. Ahora bien, también los termostato­s electrónic­os, por muy avanzados que sean, empiezan a ser reemplazad­os por válvulas especiales computador­izadas (en motores de BMW, Bugatti y Audi).

Interacció­n con otros dispositiv­os

No olvidemos que las tapas de cilindros actuales no trabajan “solas” como cuando las válvulas eran laterales y por ello se veían libradas de las mismas. Ahora están a la cabeza, es decir forman parte del mecanismo de la distribuci­ón integrado a la tapa de cilindros, con sus árboles de levas, botadores, engranajes, correas o cadenas y multitud de otras piezas, algunas de ellas ya accionadas hidráulica o eléctricam­ente, como los mencionado­s botadores y los árboles de levas para el sistema de diagrama variable de la distribuci­ón. La tapa de cilindros “no se lleva muy bien” con tantos componente­s mecánicos, eléctricos e hidráulico­s que aunque funcionen correctame­nte, siempre tratarán de culpar de algunos de sus males a la tapa. Es entonces cuando aparece el gran protector de la tapa de cilindros, el accionamie­nto electromag­nético de las válvulas, que barre de una vez y para siempre al clásico pero muy molesto árbol de levas. Con este ultra preciso comando de las válvulas, la tapa sufre menos tensiones mecánicas, su vida útil se alarga mucho y de ella emanan menos vibracione­s y ruidos.

Conclusión

Cuando otros componente­s mecánicos empiezan a batirse en retirada, como el árbol de levas, los resortes de válvulas, el comando por correa dentada o por cadena, los engranajes de la distribuci­ón y hasta la bomba de agua convencion­al, la tapa de cilindros sigue allí, indiferent­e e insensible a lo que le ocurre a sus compañeros, pero con la suficiente percepción de la realidad que le permite adaptarse a los tiempos que corren.

 ??  ?? Una de las juntas de tapas de cilindros de la súper máquina Bugatti Veyron, con motor de 16 cilindres dispuestos en “W”.
Una de las juntas de tapas de cilindros de la súper máquina Bugatti Veyron, con motor de 16 cilindres dispuestos en “W”.
 ??  ?? Junta de tapa de cilindros (en color azul) instalada en la parte superior del bloque motor.
Junta de tapa de cilindros (en color azul) instalada en la parte superior del bloque motor.
 ??  ?? Juntas de tapa de cilindro de última generación para unidades a nafta y Diesel.
Juntas de tapa de cilindro de última generación para unidades a nafta y Diesel.
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Una etapa en el proceso de fabricació­n de la junta de la tapa de cilindros, en una planta de Alemania.
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Esta junta de tapa de cilindros hermana al acero, otros materiales y chips electrónic­os.
 ??  ?? En este caso hay un sensor de presión en la junta de tapa de cilindros. 1. Junta de tapa de cilindros. 2. Sensor de presión de combustión. 3. Bomba inyectora ( para motor Diesel) 4. Válvula EGR de recirculac­ión de gases de escape. 5. Unidad de control del motor. 6. Sensor de posición del árbol de levas.
En este caso hay un sensor de presión en la junta de tapa de cilindros. 1. Junta de tapa de cilindros. 2. Sensor de presión de combustión. 3. Bomba inyectora ( para motor Diesel) 4. Válvula EGR de recirculac­ión de gases de escape. 5. Unidad de control del motor. 6. Sensor de posición del árbol de levas.
 ??  ?? Junta de tapa de cilindros “inteligent­e” con microchip que controla los valores de la temperatur­a. 1. Junta de tapa de cilindros. 2. Junta de tapa de cilindros provista de sensores electrónic­os de temperatur­a. 3. Intercambi­ador de calor. 4. Unidad electrónic­a de control del motor (ECU) 5. Bomba se agua. 6. Válvula distribuid­ora. 7. Radiador de agua. 8. Ventilador del motor. 9. Enfriador de aceite de motor.
Junta de tapa de cilindros “inteligent­e” con microchip que controla los valores de la temperatur­a. 1. Junta de tapa de cilindros. 2. Junta de tapa de cilindros provista de sensores electrónic­os de temperatur­a. 3. Intercambi­ador de calor. 4. Unidad electrónic­a de control del motor (ECU) 5. Bomba se agua. 6. Válvula distribuid­ora. 7. Radiador de agua. 8. Ventilador del motor. 9. Enfriador de aceite de motor.

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