Válvulas de admisión y escape: qué son, cómo funcionan y cuáles son sus diferencias

Como en todo mecanismo, las válvulas del motor regulan el acceso y cierre de un elemento líquido o gaseoso a un compartimiento estanco. Y, como hemos avanzado en la entradilla, en el caso de un propulsor de combustión interna las válvulas de admisión y escape se encargan de regular, por un lado, la entrada de aire y combustible en la cámara de combustión y, por otro, la salida de los gases de escape.

A consecuencia de ello, las válvulas deben soportar presiones y temperaturas muy altas, por lo que deben estar fabricadas en materiales muy resistentes y mediante procesos de alta precisión.

Cómo funciona una válvula y qué influye en su diseño

En un motor de combustión interna convencional, la válvula es accionada por el árbol de levas, que se encarga de determinar cuándo deben abrirse y cerrarse. Este eje, unido al cigüeñal mediante la correa o cadena de distribución, incorpora las levas, que cuentan con una forma concreta para cada válvula con el objetivo de mover el balancín que controla la apertura y cierre de las mismas.

Como hemos comentando anteriormente, las presiones y temperaturas a las que se ve sometida una válvula son enormes, por lo que su diseño intenta minimizar estas en la medida de lo posible.

Mecanismo de funcionamiento de las válvulas de admisión y escape.

Por ejemplo, la presión de encendido impacta directamente sobre el platillo de la válvula de admisión cuando esta se cierra, por lo que su espesor y forma permiten reducir dicho esfuerzo. De igual modo, la válvula de escape soporta una temperatura de alrededor de 700 ºC a consecuencia de los gases originados en el proceso de combustión, por lo que se busca ocasionar la mayor disipación de calor posible a través del inserto para el asiento de la válvula en la culata del cilindro o mediante la guía de la válvula hacia la culata.

Partes de una válvula de admisión y escape

Como hemos comentado, las válvulas controlan la entrada y salida de líquidos y gases en los cilindros. Suele haber dos por cada cilindro, una de admisión y otra de escape. La primera deja entrar la mezcla, que posteriormente detona y genera la motricidad del motor y, por otro lado, los gases que son expulsados hacia los escapes a través de la válvula que lleva ese mismo nombre.

Pero la válvula consta de varias partes que hacen posible este funcionamiento:

• Cabeza: Se encarga de cerrar el cilindro en el momento de la combustión y las hay de varias formas: planas, convexas o cóncavas.
• Vástago: es el cuerpo de la válvula, la sección más alargada y fina que incluye la cabeza en uno de sus extremos.
• Asiento: en él se apoya la cabeza y permite el cierre hermético del cilindro gracias a su forma cónica.
• Muelle: este elemento permite el cierre de la válvula cuando la leva deja de presionar, haciendo posible la hermeticidad del proceso. Su tensión debe ser la justa para no crear tensiones innecesarias, pero asegurando el cierre a altas revoluciones.
• Chaveta: tiene como misión unir el platillo de resorte (donde apoya el muelle) con la válvula.
• Guía: es un casquillo cilíndrico insertado en la culata que permite su eje coincida con el centro del asiento de la válvula.

Diferencias entre válvula de admisión y escape

Aunque el cometido de ambas válvulas es, en esencia, el mismo, lo cierto es que cada una tiene su función específica y por ello cuenta con ligeras diferencias. Comencemos con la válvula de admisión:

• Suele estar fabricada en acero con aleación de cromo y silicio, permitiendo buena resistencia al calor y al estrés mecánico.
• Disipa la temperatura a través del contacto del vástago con el aire que entra en la cámara de combustión.
• Su temperatura de trabajo ronda los 300 ºC.
• Su diámetro es aproximadamente un 15% mayor para favorecer la entrada de la mezcla.
• La mezcla de aire y combustible entra a través de la válvula de admisión en los motores de carburador. En los de inyección, es el inyector quien se encarga del combustible.

En lo relativo a la válvula de escape, los principales aspectos a tener en cuenta son los siguientes:

• El platillo y el vástago se construyen generalmente en acero con aleación de cromo-manganeso para resistir la oxidación y las altas temperaturas. Sin embargo, la parte superior del vástago suele estar fabricada en cromo-silicio.
• Las temperaturas de trabajo rondan los 700 ºC, por lo que los platillos y vástagos se hacen huecos y se rellenan de sodio para disipar mejor el calor.
• Son de menor tamaño para forzar la salida de los gases por presión del pistón.

Tipos de válvulas

Existen varios tipos de válvulas de admisión y escape, siendo las principales las que describimos a continuación:

• Válvulas monometálicas: fabricadas racionalmente mediante proceso de extrusión en caliente o proceso de recalcado.
• Válvulas bimetálicas: hacen posible la combinación ideal de materiales tanto para el vástago como para la cabeza.
• Válvulas huecas: sirven por un lado para la reducción de peso y por otro para la disminución de temperatura. Rellenas de sodio (punto de fusión: 97,5° C), pueden disipar calor desde la cabeza de la válvula hasta el vástago a través del efecto agitador del sodio líquido, y lograr una disminución de la temperatura de entre 80 ºC y 150 °C.

Materiales utilizados en la fabricación de válvulas

Aunque ya hemos comentado los más habituales, existen otras combinaciones que pueden utilizarse con diferentes fines y para diferentes partes de una válvula. En este caso nos fijamos en el catálogo de válvulas del fabricante MAHLE:

• CS: acero bajo carbono para válvulas de admisión, también utilizada como material del vástago en válvulas bimetálicas.
• M: acero cromo-silicio para válvulas de admisión y de escape en servicios moderados, aún utilizados como material del vástago en válvulas bimetálicas.
• MN: acero cromo níquel silicio para válvulas de admisión con gran resistencia a la corrosión y temperaturas elevadas.
• MV: acero cromo-molibdeno-vanadio para válvulas de admisión con alta resistencia al desgaste, corrosión y altas temperaturas.
• A: acero austenítico cromo-níquel-manganeso para válvulas de escape resistentes a pesadas condiciones de operación.
• AN: acero austenítico cromo-níquel para válvulas de escape resistentes a severas condiciones de operación.
• AB: acero austenítico cromo-níquel-manganeso para válvulas de escape resistentes a pesadas condiciones de operación.
• X: superaleaciones para válvulas de escape fuertemente solicitadas.
• ST: altas aleaciones de blindaje del asiento de válvulas de alta resistencia a la oxidación, desgaste y corrosión.
• SH: válvula con asiento atemperado.
• N: válvula nitretada.
• CP: válvula con vástago cromado.