El flujómetro sirve para medir la resistencia a la circulación del aire, que existe en los conductos de la tapa de cilindros, del múltiple de admisión, del múltiple de escape, carburador , etc. Para probar admisión, el aire es succionado a través del conducto de la la tapa de cilindros hacia el interior del flujómetro, pasa a través del orificio de medición, luego por los sopladores que lo mueven y es expulsado por la parte trasera. Para las pruebas de escape, el aire sigue el camino inverso y esto se logra con el accionamiento de una serie de vlvulas que se encuentran en el panel de control. !a presión presión de prueba se mide con un un manómetro manómetro de columna columna de l"quido que tiene una rama rama conectada conectada a la presión presión atmosférica y la otra a la base del cilindro adaptador. !a presión de prueba se ajusta a valores estndar, por ejemplo #$ o %& pulgadas de agua, mediante el giro de una manivela de control de flujo. 'ay una vlvula para el control de admisión y otra para el control de escape. !a cantidad de flujo, se lee en los manómetro de tubo inclinado, que mide porcentajes de flujo para seis rangos determinados que se pueden seleccionar. Por ejemplo en el (lujómetro )aen* )+&& los rangos son +&&, %&&, #&&, &&, $&, #$ todos pie cúbicos por minuto -(/0.
1ue es una prueba de (lujo 2
3na prueba de flujo consiste consiste en medir el caudal de aire, o flujo de aire, aire, que pasa por dicho conducto, conducto, con una presión de prueba constante. El aire que puede ser soplado o succionado a través del conducto. !uego, una ve* hecha la medición, se trabaja el conducto y se vuelve a medir con la misma presión de prueba y si el valor del flujo medido es mayor que en el caso anterior, esto indica que el trabajo hecho fue positivo. 4ambién 4a mbién se pueden hacer clculos para determinar determinar la eficiencia eficiencia de la vlvula de una tapa de cilindros, la al*ada, etc.
Ejecución de la prueba de flujo.
5nstalamos el cilindro adaptador y sobre éste la tapa a probar. 6amos 6amos a efectuar distintas pruebas a distintas al*adas de vlvulas. Para Para comen*ar, comen*ar, con la vlvula cerrada cerrada medimos en el rango mas chico -#$0 y vemos vemos el caudal de pérdida que tenemos. Para saber el caudal multiplicamos el valor del rango de medición con el porcentaje indicado en el manómetro inclinado. Esto nos da el caudal de pérdida. 3n caudal de pérdida entre y & cfm puede considerarse normal siempre que sea corregido. 6am 6amos os a suponer que tenemos un caudal caudal de pérdida de $ cfm. 7 todas las mediciones posteriores con distintos valores de al*ada las vamos a restar por el valor de pérdida. El medidor de flujo est dise8ado para seis rangos de medición de manera que el flujo puede ser medido muy exactamente. Para obtener la mxima precisión, use el rango que le dé lecturas entre el $&9 y el &&9 de la escala. )i sobrepasa los &&9 seleccionamos el rango siguiente.
flujo laminar y flujo turbulento. En el siguiente grafico se ve como es el perfil de velocidades de un flujo laminar, gaseoso o liquido dentro de una ca8eria. !o que se ve es el perfil del ca8o - nuestro caso el conducto de admision0 y las lineas hori*ontales son las velocidades para cada parte de la ca8eria. )e ve que en las paredes del ca8o la velocidad es & y en el medio es maxima.
Esto mismo es lo que marcos menciono cuando hi*o referencia a la corriente de un rio.
7hora voy a poner poner lo mismo pero en este caso para un flujo turbulento. turbulento. En el grafico grafico se va a ver ver en forma superpuesta superpuesta un flujo laminar y uno turbulento.
En este grafico se ve como la velocidad de la corriente fluida es mucho ms uniforme para todas las alturas de la ca8er"a. )in embargo, lo que nos va a interesar a nosotros es lo que viene en el siguiente grafico y no se ve en los anteriores:
7c se ve que cada part"cula que compone el fluido no avan*a en l"nea recta en el caso de un flujo turbulento, sino que lo hace describiendo como remolinitos. Esto mismo es lo que hace que el aire y la nafta se me*clen mejor. El precio del flujo turbulento, es que tiene muchas pérdidas de energ"a, por lo que se necesita demasiado trabajo del pistón para bombearlo por la ca8er"a, y por lo tanto perjudica el llenado del cilindro. Es por eso que hay que buscar el limite donde lo que se gana mejorando la me*cla no se pierda por ese trabajo extra de bombeo. !a idea siempre es mejorar la potencia y el rendimiento del motor. 7hora la pregunta: omo lograr un flujo turbulento2 ;ueno, la transición entre un flujo turbulento y un flujo laminar se da en ca8er"as de sección circular cuando algo que se llama
imetro de la tuber"a, con la velocidad del fluido, con su densidad. =e ? ->ensidad x >iametro x 6elocidad0 @ -viscosidad0 A ahora como se relaciona todo esto con el motor ,;ueno en un conducto de admisión, nosotros tenemos un caudal determinado, de un fluido con una densidad determinada, y con una viscosidad determinada. Eso no podemos cambiarlo. Entonces que cambiamos22 ;ien, audal ? 6elocidad x 7rea de pasaje. Esto es lo que tocamos A aca es donde entran los dimetros de los conductos de admisión. Pero no olvidemos dos datos muy importantesB El primero de ellos es que para complicar ms las cosas estamos tratando con una me*cla de dos elementos: 7ire C
>esde el punto de vista teórico, todo cambio de sección trae consigo una pérdida de energ"a, lo que se traduce como mas trabajo de bombeo para el motor, lo que se traduce como menos potencia. A todo esto sin tener en cuenta los antes mencionados efectos sobre las part"culas liquidas, que se vern sometidas a aceleraciones y desaceleraciones. 1ui*s lo haga para compensar algunas aceleraciones o desaceleraciones que haya que hacer obligadamente. ;.D 1ue pasa cuando el flujo entra a la cmara de combustión. En este caso, se necesita buena velocidad. Aa que las camaras de combustion turbulentas tienen mejor rendimiento. Por que es esto2 Esto es también por los remolinitos antes citados. Pero primero vamos a mencionar algunos detalles sobre lo que es la combustión propiamente dicha. !a combustión, es justamente todo lo contrario a una explosión. !a combustión es en si una inflamación progresiva de la me*cla. Esto significa que la me*cla no se inflama toda de golpe, sino que la inflamación comien*a en el electrodo de la buj"a y avan*a progresivamente hasta quemar toda la me*cla de la cmara de combustión. uando por x ra*ón, como puede ser un deposito carbonoso o una me*cla de bajo octanaje o lo que fuera se produce la explosión de toda la me*cla en simultaneo aparece lo que se conoce como detonación. Esto incrementa en forma , excesiva la presión e n la cmara de combustión, da8ando el pistón y adems provoca una ca"da en el rendimiento y p otencia del motor, as" como también una vibración muy caracter"stica que es lo que detectan los sensores que actualmente usan algunos motores para detectar cuando hay detonación. 7hora bien. )i bien como dijimos una inflamación violenta de la me*cla es muy perjudicial, tanto para la vida del motor como para el rendimiento del mismo, también es perjudicial una me*cla que se inflame a una velocidad muy lenta. A es ac donde entra en juego la velocidad de la me*cla cuando entra a la cmara, los remolinitos y el 7ngulo con el que entra -ac juega el ngulo de las vlvulas0. Esos remolinitos hacen que la transferencia de calor entre la me*cla ya inflamada y la que est al ladito, pero aun no est inflamada sea mas rpida, y por ende el frente de llama avan*a mas rpido. on eso se consigue ms o menos lo siguiente:
!o que vemos ah" es un ciclo otto en un diagrama presiónDvolumen. Esto est muy lejos de un ciclo real, pero ms o menos sirve para tener una idea de todo esto. El grafico rojjo muestra que pasa cuando se aumenta la turbulencia en la cmara, con respecto al grafico blanco. omo bien se ve, en un caso se alcan*a una presión mayor -P0 en el punto muerto superior, con respecto al dibujo en blanco -P&0. !as areas rayadas en rojo y blanco nos dan una idea de la potencia que podemos obtener en uno y en el otro caso. 'asta ahi la importancia de la velocidad del aire en los conductos de admision
(lujo de aire a través del motor. !a potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad del aire que entra al cilindro y es retenido hasta que ocurre la ignición. =educiendo la resistencia del flujo de aire en el tramo de entrada y salida, el llenado del cilindro aumenta y la potencia se incrementa en forma directamente proporcional. !a cantidad de potencia que se gana por la mejora del flujo de aire depende de la eficiencia volumétrica del motor. 3n motor con &9 de eficiencia volumétrica puede ser mejorado en mayor medida que uno con F&9 de eficiencia. !a eficiencia volumétrica de un motor puede ser estimada de la siguiente manera:
>onde 5> es la cilindrada del motor en pulgadas cúbicas. >ebe estar seguro de ingresar la potencia exacta. )i la eficiencia volumétrica de un motor no sobrealimentado excede del %&9, el número de 'P o las =P/ estn probablemente mal determinadas.
El flujo total de aire a través de un motor determina su mxima potencia. En la potencia pico, un motor de carrera usar .G cfm para cada 'P que desarrolla. Por ejemplo, u n motor de &&'P usar G cfm. Esto se cumple para cualquier de carrera + tiempos. Para aumentar la potencia de un motor, tanto debe ser aumentada la capacidad de flujo de aire como la carga de combustible aire debe ser quemada ms efectivamente. !os preparadores han tendido a concentrarse principalmente en el aumento en el flujo de aire. Para hacer circular ms aire a través de un motor, debe reducirse la resistencia al flujo en el carburador, el múltiple y la tapa de cilindros.
!a experiencia ha demostrado que si se mide el caudal a una presión de prueba en & pulgadas de agua y en la al*ada mxima, la potencia del motor ser"a por cilindro la siguiente:
'P ? &.+% x -(/ a &H de agua0
Para alcan*ar este nivel, por supuesto el motor debe tener la mxima compresión, el rbol de levas correcto, y un sistema de escape que se adapte correctamente. En resumen, debe ser un motor de carrera bien equilibrado.-!a fórmula sirve para motores a nafta, de cuatro tiempos sin sobrealimentación0. 4ambién se puede determinar el régimen al cual el motor desarrollar la potencia mxima:
>onde 5> es la cilindrada del motor en pulgadas cúbicas por cilindro. Para motores de alta calidad que no llegan a ser motores de competición, la potencia mxima se obtendr a un &9 ms de régimen por lo que se debe usar ##&& y no # &&& en la fórmula.
En admision: En camaras con forma de cu8a, se toma la valvula de admision el $#9 del diametro del cilindro. Ej: haciendo numeros redondos, en un cilindro de && mm, una valvula de $# mm. En camaras semiesfericas, se toma hasta el $G9, por el espacio extra que nos da la forma. En Escape. )e debe mantener la presion de flujo por encima del $9 y hasta un F&9 del flujo de admision. Para lograr esto, se estima que el tama8o de valvula debe ser del GG al I&9 del diametro de la valvula de admision.
El flujo de escape, debe ser de entre el $ y I9 del de admision, para autos de picada y rally. >e entre G& y G%9 para autos de pista. !a valvula de escape, debe ser de entre GI y I#9 el diametro de la de admision, en camaras con forma de de cu8a y de ba8era y entre el I y I$9 en camaras hemiesfericas y pent roof -tipo techo a dos aguas0 )e calcula con la formula:
omo veran en la imagen, el conducto de HembudoH anterior a la vlvula es del I$9 del dimetro de la vlvula.
Para una mayor cantidad de flujo, el sistema de admisión ideal tendr"a que tener un solo carburador por cilindro con su respectiva mariposa y un venturi igual a &.I$ veces el dimetro de la vlvula de admisión. >ebajo del venturi, el dimetro del carburador debe aumentarse gradualmente hasta la medida de la vlvula de admisión en la entrada del múltiple y gradualmente disminuir a &.I$ veces el dimetro de la vlvula de admisión en un punto a @# pulgada bajo el asiento de la vlvula.
En la prctica es muy dif"cil llegar a este ideal, pero proporciona una pauta de lo que podr"a ser un conducto eficiente. uando se trabaja el conducto de una tapa de cilindros para obtener mayor flujo, hay que tener en cuenta lo siguiente: 0 !as pérdidas de flujo aparecen en los cambios de dirección y disminución de velocidades -curvaturas de lumbreras y expansiones0 #0 El rea de los conductos debe ser entre $9 y &&9 del rea de las vlvulas. %0 =emueva el material principalmente de la parte exterior de las curvaturas del conducto, no de la parte interior. Esto perfeccionar el flujo, incrementando el radio de curvatura. +0 El largo del conducto y su acabado superficial no son importantes para el flujo. $0 !a mayor pérdida de flujo en el conducto de admisión se debe a la expansión del aire fuera de la vlvula. Esto hace que el rea a @#H debajo de la vlvula y a @#H encima de la vlvula, sea la parte ms cr"tica de la lumbrera. 0 !a forma del asiento de la vlvula tiene un efecto sustancial sobre la pérdida de flujo. !a siguiente tabla nos muestra aproximadamente dónde ocurren las pérdidas de flujo en la tapa de cilindros de un motor hevy con un dimetro de vlvula de admisión de .F+H.
!as pérdidas por fricción en las paredes deber"an ser de %9 cuando la superficie est pulida. 4al como est fabricada esta tapa-cmara de combustión en cu8a0, el flujo est cerca del I%9 de su potencial. !as mejores tapas son capaces de aumentar el flujo hasta el F$9 de su potencial con la ayuda de un cuidadoso ensayo de flujo. Es muy dif"cil obtener mayores ventajas sin el devastado y relleno con soldadura. (resando y ensanchando las primeras @#H en el conducto del hevy, donde es fcil maquinar, tiene muy poco efecto.
? 73>7! 7 ? area del conducto 6? velocidad del conducto 4omaremos como velocidad del conducto de admisión entre & y #& mts@sg y en el escape unos I& mts@sg Por lo que vamos a decir:
J )E7 13E
)i aplicamos la formula de area del conducto quedar"a de esta manera: J<>34J =E>J<>J:
J<>34J =E47
/3!4567!63!7):
En tapas estndar este calculo se da a la perfeccion en el caso de tapas ya preparadas este valor puede llegar a &.% y en algunos casos de muy desarrolladas &.%$
7siento de 6alvula: El asiento puede variar en distintas medidas, dependiendo que es lo que se busque ganar. !os autos de calle, vienen con asientos a %& o +$ grados en admision y +$ en e scape, con el que se logra un sellado perfecto, aunque no ayuda al pasaje de aire. 7 diferencia, el asiento a %& grados, logra menos calidad de sellado, pero mejor pasaje de llenado. uando se pretende obtener buenos rendimientos, se busca hacer asientos multiangulares combinados para todas las dos finalidades. En la siguiente imagen, se ve un asiento de valvula de admision, donde el principal esta hecho de %& grados, precedido por un angulo de $$ grados y una salida en l a camara de & grados. En escape, se usa un asineto de +$, una entrada de & grados, en la camara, y una salida amplia de & grados.
En el caso de la de escape, se busca mejorar la refrigeracion de la misma. En un motor de a lto rendimiento, se buscan reali*ar la mayor cantidad de angulos posibles -y que permita, en caso que este bajo reglamento0, para lograr asemejar al asiento a un radio curvado, y permitir la menor perdida de carga de flujo.
El asiento de vlvulas tiene % propósitos: sellar la lumbrera, enfriar la vlvula y guiar el aire a través de la vlvula. El sellado y enfriamiento son promovidos por un asiento bastante ancho, entre .$ y #.$ mm. El flujo mximo es alcan*ado frecuentemente con un asiento mas angosto, generalmente alrededor de &.G$mm de ancho. En la siguiente figura se puede apreciar el ngulo de asiento en una vlvula, dicho ngulo según se muestra es de +$L El lugar donde todo el bisel de la cabe*a de la vlvula se apoya contra el asiento puede estar labrado de formas diversas. !os motores estndar generalmente disponen de solo ngulo. !a inclinación del asiento a +$ grados tiene, en principio, la ventaja de ofrecer un cierre de l a vlvula mucho ms completo que cualquier tipo de ngulo posible. !a vlvula al apoyarse sobre su asiento, tiene la tendencia de auto centrarse y adems, el bisel tiene mayor espesor o *ona de contacto, de modo que existe mayor refrigeración de la vlvula y menor riesgo de deformación de la misma a elevadas temperaturas. >e este modo, las vlvulas pueden ser de menor calidad y aun as", su duración queda garanti*ada. Estas son sus ventajas, pero su principal inconveniente radica en que el paso y la inclinación dada a los gases no es ms favorable, de modo que este paso de los gases queda frenado y el rendimiento de la cmara es menor. Jtro procedimiento mucho mas favorable a este respecto es disponer el ngulo del bisel, con respecto al asiento, en un ngulo de %& grados, de la forma que se puede ver en la siguiente figura. 7hora el paso del gas queda favorecido y el flujo circula con mucha mayor fluide* por esta importante *ona de paso. Pero la inclinación de las vlvulas a %& grados tiene el inconveniente de no asegurar perfectamente la estanqueidad de la vlvula cuando est cerrada y adems, las cabe*as de las vlvulas as" mecani*adas son mucho ms delgadas y susceptibles de sufrir deterioro ms rpido y mayores deformaciones.
omo consecuencia de todo ello, debe buscarse combinación de ngulos que anule los inconvenientes de cada uno de los sistemas y mantengan en lo posible sus ventajas. Este objetivo da origen a la complicada variedad de ngulos que pueden observarse en los asientos de las vlvulas y en los biseles de la cabe*a de las mismas. En la figura se puede observar como en el asiento de la vlvula de admisión el ngulo principal es de %& grados -#& grados0, precedido por un ngulo de $$ grados -G& grados0 y frente a la cmara, con una salida de & grados -& grados0. )e puede ver, en este caso el asiento de %& grados es la medida principal y los otros ngulos que se forman sirven para mejorar la salida de la me*cla y para mejorar el centrado de la vlvula en el momento de su cierre. En la siguiente figura se puede ver el asiento de la vlvula de escape en donde el ngulo principal es de +$ grados, con un amplio sector inicial de solo & grados y uno posterior de & grados -& grados0.
En el caso de la vlvula de escape existe una mayor preocupación por la refrigeración de la vlvula y por el buen centrado de la misma. e ah" que los fabricantes decidan preferentemente por valores de inclinación de %& grados para las vlvulas de admisión y de +$ para las de escape.
En un motor altamente preparado se busca disminuir lo mximo posible la pérdida de carga. Es esencial para un buen flujo de aire que el asiento esté formado por múltiple ngulos. uanto mayor sea la cantidad de ngulos que tenga un asiento mejor dado que se acerca a parecerse a un radio, el cual tiene la menor pérdida de carga. En tapas de cilindros de motores de competición donde el reglamento lo permita prcticamente no se nota la diferencia entre el conducto de admisión y la cmara de combustión dado que es como una trompeta la cual descarga en la cmara de combustión y el asiento se nota solo por el borde esmerilado que genera el asiento de vlvulas. Jbviamente que para generar esto se requieren mquinas y herramientas muy sofisticadas reali*adas con radios perfectos para cada tapa de cilindros. 3na solución alternativa para lograr algo no tan bueno pero si efectivo es reali*ar ls asientos de vlvulas con herramientas de muchos ngulos. 'ay que tener cuidado que por tener muchos angulos el desahogo del conducto no sea muy chico el cual puede traer buen caudal de aire a baja al*ada de vlvula pero no tan buen caudal cuando se usan al*adas grandes de levas. En la siguiente tabla se pueden apreciar las distintas plaquitas para hacer asientos de vlvulas de tres ngulos que se pueden encontrar en el mercado.
4ambién las hay de mas de tres ngulos las cuales son mucho mejores del punto de vista de la perdida de carga.
/edidas de vlvulas
El flujo total a través del motor es determinado por los dimetro de vlvula. /ientras vlvulas mas peque8as y bien dise8adas llenarn en ocasiones ms que las vlvulas mas grandes, una buena vlvula grande llenar ms que una vlvula mas chica. !a medida de la vlvula est limitada por el dimetro del cilindro del motor. Para las cmaras de combustión cuneiformes, el dimetro mximo de la vlvula de admisión es de &.$# veces el dimetro del cilindro. !as cmaras semiesféricas permiten vlvulas de admisión de hasta &.$G veces el dimetro del cilindro, debido al espacio extra disponible en la cmara de combustión. !as cmaras de + vlvulas son las mejores, pero el motor debe funcionar a alta velocidad para tomar ventaja del rea de vlvula extra. !a tendencia actual en motores de carrera es de mantener el flujo en el sistema de escape a I& o F&9 del flujo del sistema de admisión. Esto debe ser mas que necesario.
!as experiencias indican que generalmente no hay aumento de potencia mientras que el flujo de escape no sea mas grande que el &9 del flujo de admisión. Esto indicar"a un dimetro de vlvula de escape de &.GG a &.I& veces el tama8o de la vlvula de admisión.
>el punto de vista flujométrico las vlvulas tienen que tener formas que aseguren una baja perdida de carga, para esto se estudia el flujo de aire que pasa a través de ellas, y se llegó a un perfil que generalmente dispone de una muy baja pérdida de flujo, el mismo se puede ver a continuación en el siguiente figura:
)i anali*amos como deber"a ser una vlvula de admisión observamos el angulo recto que debe tener ésta en al borde inferior, esto genera una turbulencia que favorece al flujo de aire entrante, 4odas las dems medidas estn referidas al dimetro de la vlvula, en porcentaje. Esta vlvula de admisión se le dio un ngulo de +$L, cuya longitud es del $9 del dimetro de la vlvula. >espués del asiento de vlvula, nótese un bisel de %&L con una longitud del $9 del dimetro. El hongo se le da valores distintos en función si uno desea una vlvula liviana o no. 4enemos que considerar que una vlvula liviana es ms frgil que una ms pesada y su durabilidad se halla comprometida. En la vlvula de escape, podemos observar un radio de curvatura en la *ona ms baja el cual su radio debe ser del al $9 de su dimetro, esto favorece la salida del gas combustionado, después observamos el ngulo también de +$L de un espesor del $9 del dimetro de vlvula, luego se tiene un bisel de %&L y $9 del dimetro de espesor para finali*ar con un hongo de %L aproximadamente.
>istintas formas de la cabe*a de las vlvulas !as cabe*as de las vlvulas empleadas en los motores de combustión interna pueden adoptar, fundamentalmente, tres formas distintas diferentes, representadas en las siguientes figuras. !a forma de la cabe*a de estas vlvulas guarda relación con la función que se les encomienda, de modo que puede ser útil un comentario sobre cada uno de estos tipos.
6lvulas de cabe*a plana:
Estas vlvulas son las que se emplean ms comúnmente en los motores de
serie, tanto para los conductos de admisión como los de escape, con la única diferencia de la calidad del material, que resulta, en cada caso, adecuado a la s mayores temperaturas que se han de soportar según se hallen montadas en el escape o en la admisión.
6lvulas de cabe*a cóncava: Por lo general estas vlvulas se emplean poco en los motores comerciales y su empleo queda reservado a los motores de competición. )e utili*an solamente en las vlvulas de admisión y su principal caracter"stica consiste en resultar ms livianas que las vlvulas de cabe*a plana, adems de que este modelo facilita el cierre durante la compresión y el escape. )u costo es superior al de las vlvulas de cabe*a plana, no sólo por su mayor dificultad de mecani*ado sino también por exigir materiales de ms alta calidad, ya que la resistencia final de este dise8o es relativamente menor.
6lvulas de cabe*a esférica: Estas
vlvulas son las ms utili*adas en la función de vlvulas
de escape. !a forma redondeada de la cabe*a facilita la salida de los gases, a la ve* que aumenta su resistencia mecnica, debido a que es mayor el espesor en el centro de la cabe*a, lo que resulta ms favorable para las vlvulas que trabajan a muy altas temperaturas. El peso de estas vlvulas es lógicamente mayor, por ello es un mal menor pues en los motores de competición las vlvulas que aumentan de tama8o, como hemos visto, son principalmente las de admisión, mientras que las vlvulas de escape siempre tienen menor dimetro. En este modelo de vlvulas, la *ona entre la cabe*a y el vstago se dise8a de modo que facilite el flujo de calor hacia éste, ya que la *ona principal de refrigeración se encuentra en el contacto permanente del vstago con su gu"a.
7l*ada de la vlvula y flujo
El flujo de aire a través del motor es directamente controlado por la al*ada de la vlvula. uanto mas abre la vlvula, mayor es el flujo, por lo menos hasta un cierto punto. Para discutir una amplia variedad de tama8os de vlvulas, es usual hablar en términos de relación 7l*ada@dimetro, o relación !@>. !os motores tienen una relación mxima de &.#$B los motores de carrera abren las vlvulas hasta
&.%& a &.%$. 6amos a suponer que en una determinada tapa de cilindros tenemos un valor mximo de flujo a una al*ada igual a &mm. >espués de esta al*ada el valor de flujo permanece constante. esde el punto de vista del flujo, una cmara de combustión semiesférica tiene una evidente ventaja sobre una cmara en forma de cu8a. 'asta que la vlvula alcan*a una al*ada de &.$d. hay poca diferencia, pero para al*adas mayores, la vlvula en la cmara semiesférica est generalmente descubierta.
maras de combustión
En muchos motores sucede que el dise8o de la cmara de combustión fue distado por la elección de la geometr"a de la vlvula. 1ui* deber"a ser de otra maneraB muchas cmaras de combustión no se reali*an también como se debiera. !a mayor"a de los motores de carrera usan una relación de compresión de entre # y %.$ a . )i el cilindro es completamente llenado, se debe esperar que el torque por pulgadas cúbicas del motor, 5>, del motor sea siempre el mismo, independientemente del dise8o del motor. Esto no es as", y las diferencias son debidas a al a poca eficiencia de las cmaras de combustión. 3na manera de evaluar la eficiencia de una cmara de combustión es medir el rendimiento del torque de salida por pulgadas cuadradas, 5>, del motor. 7 las =P/ a las que se encuentra el mximo torque, una buena cmara de combustión desarrollar .#$ a .% librasDpie por 5>. Es posible aumentar a .$ lbDpie por 5> aunque no sin un buen dise8o de la cmara y una buena sinton"a de múltiples. 3na segunda pauta para evaluar es el avance de encendido necesario para un quemado eficiente de la me*cla. !as cmaras de combustión ms eficientes tienen turbulencia mas altas y requieren menos avance de encendido. 3na cmara de combustión turbulenta reduce sustancialmente el tiempo existente entre el salto de chispa y la combustión completa de la carga. Por ejemplo un motor hevy con una forma de cmara de combustión normal requerir %$L de avance mximo de chispa, mientras que una cmara de combustión altamente turbulenta sólo requerir #GL de avance. !a cmara mas turbulenta quemar mas rpidamente y producir hasta un &9 ms de potencia para la misma carga inicial. En general hay que hacer lo posible para tener alta turbulencia y minimi*ar la distancia entre la buj"a y la parte ms alejada de la cmara de combustión.
!os conductos de admisión y escape
>esde el punto de vista de mejoramiento del motor y su preparación para competición no podemos obviar la importancia de trabajar en los conductos de admisión y escape. !o mas efectivo que podemos reali*ar en los conductos es conseguir que la velocidad de la me*cla que adquiere a la entrada del carburador pierda la menor cantidad de velocidad posible en el momento de entrar, a través de su vlvula -o vlvulas0 de admisión , al interior de la cmara de combustión. 'ay que tener en cuenta que lo importante es aumentar la presión de ingreso de la me*cla en la cmara de combustión. 7nte muy peque8os aumentos de valores de presión de admisión obtendremos considerables aumentos de potencia en el motor. )in embargo, esta misma situación no se da en los conductos de escape ya que, aumentando la depresión en éste, solamente conseguiremos una mayor y mas larga llama de salida.
!a entrada directa hacia la vlvula de admisión forma parte de esta solución ideal. Por supuesto, los codos, y los cambios de dirección de la me*cla ayudan a disminuir la velocidad y la presión de ésta. 4ambien podemos ver, que el conducto de admisión no debe ser por completo cil"ndricoB por el contrario, debe disponer de varios tipos de conicidades mediante las cuales la me*cla mejore su comportamiento de acuerdo con las pulsaciones que las vlvulas producen durante su cierre y abertura. onsiderando M>N el dimetro de la vlvula de admisión, los valores ideales de los perfiles del conducto pueden verse indicados con detalles en la figura anterior. Puede verse la entrada cónica del conducto, la parte prcticamente cil"ndrica del centro y la parte ligeramente tronco cónica de la *ona interior. Por supuesto resulta dificil poder aplicar este sistema a un motor de serie que no dispone, en su dise8o original, de semejantes orientaciones técnicas, pero lo que s" podemos hacer es considerar el conducto dentro de estas medidas y actuar, mejorandolo dentro de sus posibilidades y de acuerdo con lo indicado en la figura anterior. Esta disposición es tan favorable que, en el caso de un mejoramiento a fondo, resulta conveniente no aumentar el dimetro del asiento de la vlvula, pues ello significar"a una remodelación general de todo el conducto, cosa no siempre posible. 3na vlvula ms grande puede facilmente desequilibrar la función de difusor o vénturi que se establece en la última parte del conducto y lejos de aumentar la presión del aire, disminuirla, de modo que, finalmente, la cantidad de me*cla entrada en la cmara de combustión con una vlvula mas grande sea de un volumen inferior al que penetra con la vlvula de origen. 4odo ello hay que tenerlo muy en cuenta a la hora de proyectar los cambios del dise8o en la tapa de cilindros. !a forma cónica de la parte -0 de la figura resulta especialmente importante para crear un aumento de la velocidad del gas en cuanto se dirige a la *ona cil"ndrica -$0. !a *ona tronco cónica -+0 ejerce la función de un momentneo almacenamiento de la me*cla, mientras la vlvula est cerrada, acumulación que penetra rpidamente en la cmara en cuanto la vlvula se abre. Estas son las condiciones ideales. En la prctica, los motores de serie no suelen disponer sus tapas de esta forma, ya sea por la necesidad que se tiene en estos motores de controlar el consumo o por necesidades de mecani*ación y espacio entre los muchos orificios de los que las tapas de cilindro han de disponer -pasoo de la refrigeración, circulación de aceite, orificio de los bulones, etc0.
Por ello, el preparador deber a justar las curvas de las que normalmente estn provistos los conductos de admisión en la culata antes de llegar a las respectivas vlvulas.
4rabajos a efectuar en los conductos de admisión
3no de los factores mas importantes por medio de los cuales se inicia la turbulencia en un motor es debido a la orientación de los conductos de admisión. )i de un motor lo que se pretende es conseguir un aumento de régimen de giro y obtener la potencia de golpe a altas revoluciones, entonces tenemos que ver si nos podemos acercar al ducto ideal mostrado en la figura anterior. )i por el contrario lo que nos interesa es conseguir un aumento progresivo de la potencia a lo largo de la curva de potencia, deberemos mejorar los ductos de admisión para facilitar la orientación de entrada hasta la vlvula de admisión. 4enemos que lograr una conicidad en el ducto de tal manera para acelerar la me*cla en el ducto de admisión. Este retoque ira acompa8ado de un perfecto pulido de las paredes del conducto con el fin de que la me*cla no sufra ninguna alteración. 'ay que tener cuidado con el rebaje de material, de estos conductos pues puede suceder que si se rebaja un conducto como el que vemos en la figura siguiente:
)e produ*ca la presencia de al gunas turbulencias indeceables y contraproducentes con respecto a la turbulencia hori*ontal o vertical de que disponga el motor. El rebaje mas adecuado es el que aparece en la siguiente figura, para mantener y potenciar de este modo el efecto de turbulencia hori*ontal o vertical que el motor posea. 7dems de los retoques en el conducto de admisión tambien hay que tener en cuenta posibles modificaciones en la misma cmara de combustión por medio de las cuales podamos aumentar los efectos de la turbulencia.
!os conductos de escapes
!os trabajos descriptos anteriormente para los conductos de admisión no tienen nada que ver con los que hay que llevarse a cabo con los conductos de escape. En esto lo que interesa es que los gases de escape salgan lo mas rpido que se pueda. 3n tipo de conducto muy t"pico de los motores de competición es el mostrado en la siguiente figura:
En esta figura resulta interesante destacar la forma cónica del conducto a partir de la vlvula de escape, para iniciar de este modo una cierta pérdida de velocidad en los gases , generalmente aún en forma de llama, que luego sern tratados en el colector de escape para eliminar la onda de la misma llama. !a disposición de este conducto resulta mas conveniente en posición acodada que directa, contrariamente a lo que vimos en la figura del ducto ideal de admisión. !a solución mostrada en la siguiente figura es muy apreciada por los ingenieros que dise8an motores de alta competición, tanto para los ductos de admisión -70 como para los de escape -E0
>istintos tipos de cmaras de combustión
mara hemisférica: on # o + vlvulas en la tapa presenta la ventaja de ubicar la buj"a en posición central y puede adaptarse para vlvulas de dimetros mas grandes y obtener as" elevadas potencias especificas con elevados reg"menes de rotación.
mara triangular: 4iene la ventaja de concentrar la mayor parte de la me*cla en las proximidades de la buj"a de modo que el frente de llama a medida que avan*a va encontrando masas de gas sin quemar. En los motores de alta relación de compresión tienen una relación superficieD volumen mas favorable que la cmara hemisférica.
mara trape*oidal lateral: =epresenta una t"pica aplicación de las teor"as sobre laminación. Permite elevados valores de relación de compresión. !a principal ventaja es que concentra la mayor parte de la me*cla en las proximidades de la buj"a y permite colocar vlvulas muy grandes con respecto al dimetro del cilindro y tiene la desventaja de tener menor relación superficieDvolumen. mara bulbo: Es de simple construcción, las vlvulas son generalmente #, el encendido puede verificarse en posición bastante control y la refrigeración de la buj"a resulta fcil.
mara discoidal: on # o + vlvulas . Pero las vlvulas resultan de dimetro menor en relación con las cmaras anteriores. Es dif"cil la ubicación de la buj"a. Esta es una cmara t"pica de motores de aviación.
mara de disposición mixta: En este tipo de cmaras la vlvula de admisión est ubicada en la tapa mientras que la de escape est ubicada en posición lateral. Esta disposición permite adaptar vlvulas de gran dimetro y obtener elevados rendimientos volumétricos. mara de elevada turbulencia con vlvulas lateral: -llamada tipo =icardo0 )on cmaras obsoletas pero tienen una gran turbulencia de la me*cla, tiene una buena refrigeración en la buj"a.
Efectos del flujo dinmico ual es fenomeno2 7l cerrarse repentinamente una vlvula de admisión la inercia del aire que ven"a en movimiento hace que este al no tener donde ir se comprima, creando una onda de presión que lo obligara a hacer el camino inverso. 7 su ve*, esta masa de aire al llegar al final del conducto hace que la presión dentro del mismo sea menor que la atmosférica, de nuevo obligando a que el aire se meta para adentro. omo se puede aprovechar2 )i logramos hacer que esta onda de presión llegue a la vlvula en un momento que esta se encuentre abierta vamos a tener un llenado superior al que tendr"a normalmente.
)upongamos:
El cigOe8al rota G#& grados para completar un ciclo, entonces: G#&D#& ? +& grados -del cigOe8al que la vlvula est cerrada y nuestra onda viajando0 supongamos que queremos sintoni*ar a -por decir algo0 $&& rpm: $&&@& ? &I.%% revoluciones@segundo &I.%% r@s x %& grad@r ? %IFFI.I grad@s onvertimos de grados de cigOe8al a segundos -para nuestras $&&rpm0: +& grad @ %IFFI.I grad@s ? &.&G s >urante estos &.&G segundos la vlvula d e admisión va a esta cerrada y nuestra onda de presión viajando, ahora sacamos cuanta distancia va a recorrer en ese tiempo: &.&G s x %$+.G m@s ? +.+FFF m Pero como va y viene por el mismo tubo solo nos interesa la mitad de esa distancia ? #.&G+FF$ metros )i pudiéramos pegarle al primer rebote se estima una eficiencia volumétrica de %&9 -o sea %&9 mejor llenado0 Pero necesitar"amos un tubo de ms de # metros para pegarle al primer rebote, algo totalmente imprctico. !o que se hace es tratar de llegar a un compromiso entre la amplitud de la onda y una longitud de admisión que sea un poco mas practica. Jbviamente en cada rebote la onda pierde fuer*a -pierde cerca de %&9 de amplitud0, pero sigue siendo útil. Entonces lo que podemos hacer es ir dividiendo por # hasta tener una longitud de conducto con la que podamos vivir:
!a eficiencia volumétrica y la potencia del motor pueden ser aumentadas considerablemente sacando ventaja de los efectos dinmicos naturales, los cuales ocurren durante el proceso de admisión. !a energ"a cinética y las pulsaciones resonantes pueden ser aunadas para llevar la eficiencia volumétrica por encima del %&9. )in estos efectos dinmicos la eficiencia est limitada al &&9, sin turbos. uando la vlvula de admisión se cierra, los rebotes de los pulsos de presión abandonan el conducto de admisión y luego van otra ve* hacia la vlvula. =eali*ando la correcta longitud del conducto de admisión, el pulso de retorno puede ser regulado para que llegue a la vlvula en el instante en que comien*a el nuevo ciclo de admisión, empujando una carga extra de aire y manteniendo los gases de escape fuera del conducto de admisión. Para visuali*ar lo que ocurre, imagine que la punta de una barra de acero es ubicada contra una superficie dura. )i la otra punta es golpeada con un martillo, un pulso fuerte viajar a través de la barra a la otra punta y luego retornar hacia el extremo del martillo. El pulso har que la barra salta hacia el martillo mientras la barra-o el aire en la lumbrera0 se mueve muy poco, un pulso fuerte ha sido transmitido a través de ella. Para usar este pulso, el conducto de admisión debe tener la correcta longitud. El pulso nos ayudar en un rango angosto de rpm. 7rriba o debajo de un cierto rango, el pulso disminuir su fuer*a, por lo que la sincroni*ación adecuada es esencial. >e los + armónicos que llegan a la vlvula, el #L es el mejorB los otros son mas débiles y cortos.
El cuadro de la figura anterior muestra los pulsos que pueden ser usados. Para obtener la longitud del sistema de admisión se divide el número indicado por las rpm para la potencia pico determinado por las mediciones del flujo. Por ejemplo: a I&&&rpm para la #L armónica:
!a longitud del sistema ? %#&&&&@I&&& ? .$H
'ay que tener en cuenta que las medidas estn reali*adas en pulgadas. =ecordar que: pulgada ? #,$+ cm ? #$,+ mm.
Esta es la longitud deseada d esde la vlvula de admisión a la entrada de aire. Para el ejemplo anterior, el pulso beneficiar desde un IF9 a un &I9 de I&&& rpm, o sea desde G#& rpm hasta I$+& rpm. El beneficio mayor se producir alrededor de un %9 por debajo de las I&&& rpm. >ebajo de los G#& rpm o sobre I+& rpm el pulso trabajar para disminuir la potencia del motor. Para obtener beneficios del pulso, es también necesario que la vlvula de admisión se abra a un al*a de por lo menos &.&# veces del dimetro de la vlvula $L antes del P/). )on usados preferentemente los avances de #&L a +&L.
Jtra forma de calcular el largo de la admision -efecto =7/0 !argo de admisión sintoni*ada -sirve para el primario del plenum0: Para calcular el largo de toda la admisión hay que tener en cuenta los grados que permanecer abierta la vlvula. )i en nuestro motor es de %&$ grados, debemos restarle unos #&D%& grados. 7 esto restarle G#& grados, porque lo que importa es el tiempo en que la vlvula est cerrada.
4iempo de vlvula cerrada: G#& D-%&$D%&0 ++$ grados. Para levas con duración menor, por ejemplo #G& grados, se le resta #& grados. 7hora para calcular el largo de la admisión debemos usar esta fórmula:
>onde: 46?4iempo de valvula cerrada =6?6alor de reflexión 6?6elocidad de la onda de presión >?>imetro del colector de admisión en pulg. )i con la leva que tenemos, pretendemos alcan*ar las G&&& rpm, tomamos la segunda serie de ondas de presión -=6?#0 y tenemos un dimetro de múltiple de admisión de ,$ pulgadas, la formula seria: ! ? --++$ &.#$ %&& #0 Q -G&&& #00 D &.G$ !? F.F pulgadas Probablemente, F,F pulgadas sea una admisión demasiada larga, lo que debamos utili*ar el tercer valor de reflexión. Esta forma de sintoni*ar, me resulta ms interesante, ya que trabaja con los grados de la vlvula en que est cerrada, que es el momento en que sucede el efecto =7/.
Efectos de la sobrealimentación por inercia
uando la vlvula de admisión comien*a a cerrarse, la columna de aire en movimiento rpido trata de introducirse en el cilindro por s" misma. )i la vlvula se cierra justo en el instante correcto, la carga extra ser atrapada en el cilindro. )e pueden obtener rendimientos volumétricos del %&9. uando se sintoni*a un motor en una determinada gama de rpm, la eficiencia volumétrica del mismo es muy alta, esto se debe bsicamente al aumento de llenado por el uso correcto del =7 y el largo de conducto optimo.
