VÁLVULAS

Son los elementos encargados de la apertura y cierre de los conductos de admisión y escape. Las válvulas usadas hoy en día son las válvulas de plato, que presentan área de paso y coeficiente de gasto elevados, y un coste de fabricación reducido, aunque su capacidad de refrigeración es baja. Se divide en 2 partes:

• Pie o vástago: parte recta responsable del guiado y la sujeción de la válvula. Su longitud depende en gran parte de la altura de la culata y la longitud del resorte.
• Cabeza: parte circular sobre la que se mecaniza la superficie cónica de cierre, junto con el asiento mecanizado en la culata forma una junta estanca.

     Hay una serie de factores a tener en cuenta a la hora del diseño: el ángulos de asiento, el área de paso de la válvula y el material a usar.

     La importancia del ángulo de asiento se debe a que a medida que aumenta, mejora el cierre por aumentar el efecto de enclavamiento, mejora el coeficiente de gasto por la menor deflexión del flujo pero empeora el área de paso, que es casi proporcional al coseno del ángulo. 30º suele es lo normal para la válvula de admisión y 45º para la de escape.

     El valor del área de paso afecta directamente al rendimiento volumétrico, un parámetro que mide la efectividad de la renovación de la carga. A mayor área de paso menor velocidad de paso y mejor coeficiente de gasto. Los valores máximos para las velocidades de admisión y escape  son 60 y 100 m/s. El área de paso dependerá del levantamiento máximo y del diámetro, L//D oscila entre 0,2 y 0,35. Valores mayores no hacen crecer mucho el coeficiente de gasto y aumentar los problemas del sistema.

     A la hora de elegir el material, hay que tener en cuenta que las válvulas trabajan bajo grandes cargas térmicas, además la composición de los gases de escape junto con la alta temperatura, hace que tengan una gran capacidad corrosiva. La evacuación del calor se hace por el asiento, por la guía y una pequeña parte por los gases de alrededor. El material utilizado debe reunir estos requisitos:

• Capacidad de soportar altas temperaturas.
• Tenacidad en presencia de entallas.
• Resistencia a la corrosión.
• Resistencia a la formación de cascarilla.
• Resistencia al desgaste.
• Conductividad térmica elevada.

     Se suelen usar aceros aleados con Cr, Ni, Si... con estructura martensítica o austenítica. Los primero presentan buena conductividad térmica pero menor resistencia a altas temperaturas, por lo que se usan en las válvulas de admisión o el pie de las de escape. Los segundos tienen mejor resistencia a la corrosión, impacto y a las altas temperaturas,  aunque su peor conductividad hace que sólo se usen en la cabeza de las válvulas de escape, usando en el vástago un acero martensítico y soldando ambas partes por fricción. El extremo del vástago, está sometido a grandes esfuerzos de compresión y rozamiento, por lo que se suele reforzar por temple.

     Para reducir el problema de refrigeración se pueden usar válvulas huecas semillenas de Na que transmiten calor hacia el pie, mejorando la refrigeración. Las válvulas de escape en los grandes motores diesel pueden ser refrigeradas mediante una corriente líquida forzada.
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