Levas

Permite obtener un movimiento lineal alternativo, o uno oscilante, a partir de uno giratorio; pero no nos permite obtener el giratorio a partir de uno lineal alternativo (o de uno oscilante). Es un mecanismo no reversible.

Este mecanismo se emplea en: motores de automóviles (para la apertura y cierre de las válvulas), programadores de lavadoras (para la apertura y cierre de los circuitos que gobiernan su funcionamiento), carretes de pesca (mecanismo de avance-retroceso del carrete), cortapelos, depiladoras, cerraduras...

Para su correcto funcionamiento, este mecanismo necesita, al menos: árbol, soporte, leva y seguidor de leva (palpador) acompañado de un sistema de recuperación (muelle, resorte...).

El árbol es el eje de giro de la leva y el encargado de transmitirle su movimiento giratorio. El soporte es el encargado de mantener unido todo el conjunto y, normalmente, guiar el movimiento del seguidor La leva es siempre la que recibe el movimiento giratorio a través del eje o del árbol en el que está montada. Su perfil hace que el seguidor ejecute un ciclo de movimientos muy preciso.

El seguidor (palpador) apoya directamente sobre el perfil de la leva y se mueve a medida que ella gira. Para conseguir que el seguidor esté permanentemente en contacto con la leva es necesario dotarlo de un sistema de recuperación (normalmente un muelle o un resorte)

La leva va solidaria con un eje (árbol) que le transmite el movimiento giratorio; en muchas aplicaciones se recurre a montar varias levas sobre un mismo eje o árbol (árbol de

levas), lo que permite la sincronización del movimiento de varios seguidores a la vez.

Seguidor de leva

Según el tipo de movimiento que queramos obtener a la salida, se puede recurrir a dos tipos de seguidores: émbolo y palanca

Émbolo, si queremos que el movimiento de salida sea lineal alternativo.

En el ejemplo vemos el sistema simplificado de distribución del motor de un coche. La válvula actúa como émbolo y se combina con un empujador, que es el que está en contacto directo con la leva gracias a al acción del muelle.

Palanca, si queremos que el movimiento de salida sea oscilante.

En este caso emplearemos la palanca de primer o tercer grado para amplificar el movimiento y la de primero o segundo para atenuarlo.

El mecanismo suele complementarse con un muelle de recuperación que permite que el palpador (seguidor de leva) se mantenga en contacto con el perfil de la biela en todo momento.

CaracterísticasEn los mecanismos de levas, el diseño del perfil de leva siempre estará en función del movimiento que queramos que realice el seguidor de leva. Dicho de otro modo: la leva es el resultado del movimiento que deseemos obtener en el seguidor, por tanto, antes de construir la leva tenemos que saber cuál es el movimiento que queremos obtener

Sincronismo de VálvulasEl eje de levas es responsable en gran parte del rendimiento de un motor. Determina el número de revoluciones que se requieren para obtener la mejor respiración (rendimiento volumétrico).La creación de un buen eje de levas obliga a mucho conocimiento de geometría, cálculo matemático y de mecánica de los gases. A la vez requiere de pruebas prácticas sofisticadas. En motores de carrera el eje de levas es pieza central de una buena preparación.

Geometría de Lóbulos de Levas

Tipo Circular: las válvulas abren y cierran a velocidad moderada.

Tipo Tangencial: las válvulas abren a mayor aceleración.

Tipo Aceleración Constante: las válvulas se abren y cierran acelerando uniformemente.

Cómo Opera el Eje de Levas para Competencia?

Se abre la válvula de admisión antes que finalice la carrera de escape, (avance de apertura de admisión). En ese momento la inercia de los gases quemados que aun salen por el escape, contribuyen a que la mezcla fresca ingrese con rapidez al cilindro, (barrido).

Los grados de giro durante el cual la válvula de escape se mantiene abierta en carrera de admisión se conoce como retraso de cierre de escape.

Se cierra la válvula de admisión después de iniciada la carrera de compresión, (retraso de cierre de admisión). En el inicio de la carrera de compresión aun existe vacío y la mezcla fresca sigue llenando el cilindro por algunos grados más de giro del cigüeñal.

Se abre la válvula de escape antes que termine la carrera de expansión, (avance de apertura de escape). Al final de la carrera de expansión aun queda presión en el cilindro. Al abrir la válvula de escape anticipadamente se sacrifica un poco de fuerza pero se reduce la contra presión que se opone a la subida del émbolo en su carrera de escape

Modificación de Levas

Cuando la alzada de los camones del eje de levas aumentan se consigue una apertura de válvulas mayor y con ello una disminución de la resistencia al flujo de los gases. Sin embargo el aumento de alzada trae consigo la generación de vibraciones en el tren de mando de las válvulas que altera el sincronismo del motor. Para contrarrestar este problema, el eje de levas se diseña de manera que las válvulas abran y cierren lo más lentamente posible. Para ello se requiere extender al máximo la permanencia de apertura, es decir el largo del perímetro del camón. El cruce de válvulas permite extender el tiempo de apertura por algunos grados más de giro, disminuyendo así la velocidad angular con que el alza válvulas se desplaza sobre la superficie de la leva.

Sincronismo de Válvulas

El eje de levas es responsable en gran parte del rendimiento de un motor. Determina el número de revoluciones que se requieren para obtener la mejor respiración (rendimiento volumétrico).

La creación de un buen eje de levas obliga a mucho conocimiento de geometría, cálculo matemático y de mecánica de los gases. A la vez requiere de pruebas prácticas sofisticadas. En motores de carrera el eje de levas es pieza central de una buena preparación.

Resortes de Alto RendimientoEl resorte de válvula se construye con aleación de alta tecnología. Debe tener la misma fuerza de recuperación a través de toda su vida útil. En motores de competición los resortes de válvulas son piezas cruciales para que el motor mantenga su sincronismo a máximas revoluciones. La fabricación de estos componentes lleva un largo trabajo de investigación previa.

Tipos de Resorte

Los diseños y disposiciones más comunes son:•Espiras de paso constante.•Doble resorte.• Espiras de paso variable.

Resonancia de Resortes

Cuando un resorte de válvula se comprime súbitamente, debido a la fuerza aplicada en uno de sus extremos, genera un onda que se transmite hasta el otro extremo que luego se refleja. Esta onda que recorre el resorte tiene una frecuencia natural específica. Instalar resortes de un largo equivocado puede ocasionar resonancia. Si la frecuencia con que es golpeada por el balancín coincide con la frecuencia natural de su masa, entonces el resorte entrará en resonancia. Esta situación ocurre generalmente a altas RPM y provoca una vibración anormal en el tren de válvulas, cosa que altera el punto de cierre y apertura de las vávulas. En estas condiciones el motor pierde sincronismo y su desempeño se ve limitado.

Instalación y AjusteEl fabricante de resortes indica cual debe ser el largo del resorte cuando está desmontado, el largo cuando está montado y la presión que debe ejercer a diferentes longitudes. La comprobación de esto último se realiza utilizando un instrumento que constata la fuerza a diferentes largos. Para conocer este aparato pulse en este lugar.

Después de rectificar asientos y válvulas es necesario ajustar la altura de los resortes. Para ello se utilizan golillas calibradas. Vea el detalle de este procedimiento pulsando sobre las imágenes siguientes.

Admisión y Escape de Competición El material con que se construyen las válvulas y los asientos son de primera calidad. Durante la operación del motor la válvula de admisión varía su temperatura entre los 200° y 400° Celsius. La de escape entre 600° y 800°. Estas piezas están sujetas a grandes cargas de compresión sumergidas en un ambiente de gases corrosivos. A 7.000 RPM de motor las válvulas golpean el asiento 3.500 veces por minuto.

Tipos de Válvula para Motor de Pistones

Cabeza Plana: para motores de automóvil. Buena resistenciaConvexa: para motores industriales. Gran resistenciaCóncava: para competición. Gran flujo, poca resistencia