Ralentí de un coche: Definición y funcionamiento

Las válvulas son esenciales para el funcionamiento de cualquier motor. Son como unos clavos grandes, encargados de abrir el paso a la mezcla de aire y combustible y de dejar escapar los gases producto de la combustión.

Se ubican en la parte superior de los motores, o lo más a la izquierda y derecha, en el caso de los motores bóxer. El punto es que están al final del recorrido del pistón para reencontrarse con la mezcla de aire y combustible, junto con la chispa de la bujía y la compresión del pistón.

Para que funcionen, las válvulas están en los asientos de válvula dentro de la culata. A su vez, el cigüeñal, en la base del motor, gira conforme se mueven los pistones. El cigüeñal, va unido mediante una correa o cadena al árbol o eje de levas, el que va presionando cada una de las válvulas para abrirlas y cerrarlas dependiendo de la sincronía del motor.

Sin las válvulas, un motor no podría funcionar, puesto que el ciclo de giro del motor hace abrir las válvulas de admisión, que dejan entrar la mencionada mezcla de aire y combustible, y las de escape para dejar salir los gases producto de las explosiones internas.

Las válvulas están hechas con una aleación de acero y otros materiales que están pensados para resistir altas temperaturas. Por su labor están expuestas a grandes temperaturas, debido a la presencia de gases y fricción.

¿Cómo funcionan las válvulas?

Cuando haces partir el auto, una señal eléctrica desde el motor de arranque hace girar el motor, el cual sigue la siguiente sincronía:

1. Llega combustible desde el inyector o carburador al motor.
2. Al mismo tiempo por medio de la admisión de aire llega el oxígeno.
3. Ambos se reencuentran en la culata donde la válvula de admisión se va a abrir en una sincronía entre el cigüeñal y el eje de levas.

Al abrirse, entra la mezcla de aire y combustible a la cámara de combustión, donde el pistón viene subiendo para hacer la compresión, que en conjunto con la chispa de la bujía van a hacer la combustión, para que posteriormente se abra la válvula de escape que llevará los gases remanentes hacia las líneas de escape.

Como te explicamos más arriba, el cigüeñal gira gracias al movimiento de los pistones, el cual se mueve debido a las explosiones de la combustión. El eje de leva, por su parte, está conectado con el cigüeñal, con una correa o cadena, por lo que el movimiento de los pistones, moverán el cigüeñal; para mover el eje de leva que abrirá y cerrará las válvulas.

Así, todo es un círculo virtuoso para que el motor funcione; a la vez que el tiempo de distribución va a hacer que esta sincronía se dé y así el motor pueda funcionar con un ralentí parejo y armonioso.

El tiempo de distribución es cuando alguien te dice que tu motor está fuera de tiempo y necesita ajustar el distribuidor. Gracias al tiempo de distribución, la acción del eje de leva, los pistones y el cigüeñal trabajarán al unísono para hacer la combustión.

Antaño, los motores tenían una válvula de admisión y otra de escape por cada cilindro; hoy eso ha cambiado y la gran mayoría de los vehículos tienen dos válvulas de admisión y dos de escape.

¿Por qué fallan las válvulas y cómo detectarlo?

Uno de los principales problemas que experimentan las válvulas tiene que ver con su refrigeración; por lo que un motor con problemas en su sistema de refrigeración y con mala lubricación de aceite podría, entre otras cosas, resentir algunas o todas tus válvulas.

Si una válvula está con problemas no va a hacer el trabajo de admisión o escape como corresponde, dejando escapar gases de más o bien admitiendo más oxígeno del necesario.

Eso redundará en un desequilibrio del motor, pudiendo calentar de más el motor o produciendo problemas de compresión, lo que a la larga puede ser muy grave.

¿Hay repuestos para las válvulas? ¿Cuánto podría costar la reparación?

Dependiendo del problema habrá una solución. Si bien las válvulas en sí son baratas, usualmente un problema generado en las válvulas implica otros arreglos y repuestos y ahí es donde puede salir más caro.

Hay válvulas que valen $10.000, $20.000 o más; pero si tuviste problemas con el eje de levas, balances o la culata, el arreglo podría acercarse a los $500.000; no obstante, todo estará determinado por el año, marca y modelo del auto; y claro, por la magnitud de la falla.

Si el problema fue de lubricación, quizás la falla es más local, por lo que un reemplazo de válvulas, balancines y rectificación de culata, junto con la empaquetadura, podrían solucionar el asunto; mientras que si el problema fue por temperatura, ahí la cosa puede ser salada.

Si el problema fue la refrigeración, además de las válvulas podrías haber dañado otras partes del motor, lo que podría requerir un semi ajuste por pérdidas de compresión.

Emisiones contaminantes y calidad del combustible

El estudio planteado de Emisiones Contaminantes de un Motor de Gasolina Funcionando a dos Cotas con Combustibles de dos Calidades, busca determinar la relación entre la calidad de la gasolina que se expende en el Ecuador (octanaje), la presión atmosférica de las distintas regiones del país, a nivel del mar, y sobre los 2500 metros de altura.

Se debe tomar en cuenta la condición de ajuste en la inyección de combustible que viene dada por los resultados del cálculo de la relación aire/combustible (A/C), con los datos del sensor de oxígeno (CISE, 2011), en condiciones de mezcla rica, el tiempo de apertura de los inyectores disminuye.

Cuando la altitud aumenta la masa de oxígeno disminuye, sin importar la temperatura ambiental (Lapuerta et al., 2006), influyendo en la relación A/C de tal modo que el incremento de altura determina un ángulo de encendido mayor (Bosch, 2002).

De lo expuesto, tanto el ángulo de encendido y la altura son determinantes en el consumo de combustible, el par motor y los gases emitidos.

Se ha considerado las Normativas vigentes en el país como: el Reglamento Técnico Ecuatoriano RTE INEN 017: Control de emisiones contaminantes de fuentes móviles terrestres, del cual se definen las normas a seguir para motores de gasolina.

Entre las que se encuentran las normas NTE INEN 2203: Medición de emisiones de gases de escape en motores de combustión interna; NTE INEN 2204: Gestión ambiental. Aire. Vehículos automotores. Límites permitidos de emisiones producidas por fuentes móviles terrestres de gasolina; y la norma NTE INEN 2349: Revisión técnica vehicular. Procedimientos.

Materiales y métodos utilizados en el estudio

Se ha realizado una investigación de campo, de carácter exploratoria, en la cual se busca determinar la diferencia de niveles de emisiones de gases contaminantes, en la combustión de un motor de Ciclo Otto, utilizando gasolinas de 87 y 92 octanos, a nivel del mar y sobre los 2500 metros de altura.

Para cada tipo de combustible y región estudiada, se han efectuado cinco mediciones, primero con una velocidad de giro del motor de 700 rpm, y posteriormente a 2500 revoluciones por minuto. Para cada prueba, el motor del vehículo debe estar a temperatura de funcionamiento.

La investigación requiere repetir las pruebas con combustibles de dos calidades (octanajes distintos), con el fin de que las mismas no se mezclen y alteren los resultados de las pruebas, se utiliza un cánister externo que hace la función de un tanque de combustible, se lo llena previamente con el tipo de combustible requerido.

Este procedimiento se realiza a 2860 m, y se repite a una altura de 15 m. Las pruebas se realizaron en el Laboratorio del CCICEV en la ciudad de Quito, y en la ciudad de Tonsupa, a alturas de 2860 m y 15 m respectivamente.

Equipos utilizados

• Vehículo de marca Nissan, modelo SENTRA 2.0 SPORT 6MT SER fabricado en el año 2011, de 2000 cm3 de cilindrada.
• Analizador de gases MGT-5 MAHA con modulo fijo de control.

Tabla 1: Características principales del motor.

Tabla 2: Datos técnicos del analizador de gases MGT-5.

Tabla 3: Condiciones atmosféricas de las dos altitudes.

Protocolo de pruebas

La medición se realiza cuando el vehículo está en la temperatura de funcionamiento y la transmisión del mismo se encuentra en neutro. Para cada tipo de combustible y región estudiada se realizan cinco mediciones, en bajas revoluciones (ralentí 700 rpm) y en altas revoluciones (2500 rpm).

El tiempo de medición es aproximadamente 30 segundos en cada prueba, para asegurarse de que el vehículo esté estable. La medición estática de gases se realizó para cuatro parámetros que son hidrocarburos no combustionados HC (ppm), monóxido de carbono CO (%V), dióxido de carbono CO2 (%V) y oxígeno O2 (%V).

Para la realización de las pruebas se sigue el protocolo que se describe en los siguientes nueve puntos:

1. Comprobar que el equipo haya pasado por un período de calentamiento y estabilización (5 minutos).
2. Verificar que el sistema de escape del automotor no presente fugas ni salidas adicionales a las del diseño.
3. Revisar que accesorios del vehículo tales como luces, aire acondicionado, etc. no se encuentren funcionando.
4. Verificar que el motor se encuentre a la temperatura normal de funcionamiento.
5. Verificar que la transmisión del vehículo se encuentre en neutro en caso de tener transmisión manual o en parqueo en caso de ser de transmisión automática.
6. Conectar la pinza trigger al cable de una de las bujías de encendido, para conocer el número exacto de revoluciones.
7. Introducir totalmente la sonda en el tubo de escape, verificando previamente la limpieza de la misma y asegurarse que quede fija dentro del sistema de escape durante la medición.
8. Para tomar la medida en marcha mínima o ralentí, las revoluciones no deben ser mayores a 1200 rpm. Caso contrario la prueba no podrá realizarse.
9. Acelerar hasta 2500 rpm para efectuar la medición en altas revoluciones, mantener estable el acelerador y tomar la medida.

Resultados y discusión

Una vez realizadas todas las pruebas requeridas, se procesan los datos obtenidos, logrando los siguientes resultados debidamente ajustados.

Tabla 4: Gasolina de 92 octanos; altura de 2860 m.

Tabla 5: Gasolina de 87 octanos; altura de 2860 m.

Tabla 6: Gasolina de 92 octanos; altura de 15 m.

Tabla 7: Gasolina de 87 octanos; altura de 15 m.

Se debe mencionar que la concentración másica de oxígeno en el aire admitido disminuye con la altitud (Lapuerta, 2006), en contraparte el incremento de la temperatura disminuye la densidad, pero como regla general la altura influye en mayor proporción (Aeronáutica, 2009), de esta manera a mayor altura se tendrá una presión inferior así como una densidad baja, adicionalmente la gradiente térmica influye en una disminución de temperatura a medida que se incrementa la altitud.

En la Figura 3 se nota claramente como los niveles de CO a altura aproximada de 2860 m son bastante mayores a los valores a nivel del mar.

En la Figura 4, se puede ver la diferencia entre las emisiones a 2860 m y las emisiones a nivel del mar; sin embargo, la más notoria diferencia es entre distintos combustibles a nivel del mar, siendo las emisiones para gasolina de 92 octanos mínimas, tendiendo a cero, mientras que las emisiones para gasolina de 87 octanos es la más alta medición.

Acorde al modelo del vehículo (año 2011), y al mínimo mantenimiento realizado en los sensores se puede establecer que el aumento sus valores de CO y HC (anormales) a altas revoluciones, se deben al inicio de un malfuncionamiento del sensor de presión absoluta, a pesar que los valores se encuentran dentro de los rangos permitidos por la norma NTE INEN 2204.

Estas diferencias se dan cuando el sensor realiza una mala medición del diferencial de presión: atmosférica y de succión, como consecuencia de una pérdida de sensibilidad del sensor. Prueba de ello se puede apreciar que las variaciones de O2 y CO2 son relativamente inapreciables (Xunta de Galicia, 2015), como se muestra en las figuras 5, 6, 9 y 10.

En la Figura 5, se aprecia una clara diferencia entre las pruebas realizadas a 2860 m y las pruebas realizadas a nivel del mar, siendo los niveles de emisiones de estas últimas, claramente menores. Mientras que en la Figura 6, al aumentar las rpm, los niveles de CO2 son mayores al utilizar la gasolina de mayor octanaje, esto se debe a que su combustión es mejor, y las emisiones de este gas son mayores pero las de Monóxido de Carbono son menores.

En las figuras 7 y 8, tenemos una clara muestra que el mejor resultado se consiguió con gasolina de 92 octanos a nivel del mar, mientras que el peor resultado es el de la gasolina de menor octanaje a la misma altura; sin embargo, debe resaltarse que al aumentar la velocidad de giro del motor, los niveles de emisiones para gasolina de 97 octanos se triplican.

La norma INEN 2204 solo determina los límites para monóxido de carbono e hidrocarburos para pruebas estáticas. Sin embargo en el instructivo de Revisión Técnica Vehicular 2014 establece un límite del 3% de emisiones de oxígeno para altas y bajas revoluciones en el cual un vehículo a...

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