UNIDAD 17:AMORTIGUADORES.OLEAJE DE LOS RESORTES DE VALVULAS.
VIBRACIONES DE LOS RESORTES DE VÁLVULAS
Las vibraciones también influyen en el funcionamiento de los resortes de las válvulas del motor.
Siempre que se da un golpe en el extremo de un resorte en espiral, este comienza a vibrar. Estas vibraciones se transmiten en las espiras al régimen de frecuencia natural de vibración.
Cuando estos golpes son repetidos a un régimen que sea igual que la frecuencia natural o algún múltiplo o armónico del mismo, las vibraciones se amplificaran en cada impulso.
Bajo estas condiciones, conocidas como resonancia, la amplitud de las vibraciones de las espiras están por demás amplificadas y pueden resultar en oscilaciones en los resortes , conocidas como oleaje de los resortes.
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
Vibraciones de los resortes.
Si los resortes han sido bien calculados, no debe temerse la presencia de vibraciones durante el funcionamiento normal pero, funcionando en sobrevelocidad, esas vibraciones pueden provocar disturbios en la distribución hasta tal punto que dicha sobrevelocidad llega a ser crítica para los resortes.
Nunca debe dejarse funcionar válvulas que tienen dos resortes, con uno de ellos roto; de ambos, el que ha quedado sano, por sí solo no tiene la tensión suficiente como para hacer retornar la válvula correctamente, la cual, por otra parte, vibrará.
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OLEAJE DE LOS RESORTES
Cuando hay oscilaciones en un resorte, la onda compresiva de vibración viaja de un extremo del resorte, pero, al estar estos extremos fijos, la mayoría de las oscilaciones ocurren en las espiras del centro del resorte.
Estas espiras se comprimen suficientemente como para reducir la fuerza efectiva de todo el resorte y permite que el mecanismo valvular rebote. Para eliminar las oscilaciones, la frecuencia natural de vibración de los resortes de las válvulas se hace tan elevada como sea posible, muchas veces más que el máximo de la velocidad del eje de camones. Donde un solo resorte no puede diseñarse con suficiente alta frecuencia natural, se usan dos o más resortes menores con una frecuencia de vibración menor
Resortes de Alto Rendimiento
El 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.
Instalación y Ajuste
El 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.
PROFUNDIZANDO EN EL DISEÑO DE LOS RESORTES DE VALVULAS
Los resortes de válvula son uno de los elementos más críticos y a la vez fundamentales a la hora de optimizar un tren de válvulas. Su diseño estructural y los materiales de fabricación serán las piezas clave para determinar su comportamiento y la gestión de la apertura y cierre de las válvulas de un motor.
Los resortes de válvula tienen la función de devolver las válvulas de un motor rápidamente a su posición de reposo instantes después de su apertura. Sin la fuerza expansiva de los resortes una vez comprimidos, esta acción no sería posible. La utilización de resortes en los trenes de válvulas permite cerrar las cámaras de combustión herméticamente, ejerciendo una tensión constante de las válvulas sobre su asiento (cierre), y generando una resistencia a la apertura que debe ser vencida. La tensión de los resortes debe de ser suficientemente alta para poder cerrar rápidamente las válvulas, y al mismo tiempo, debe de ser relativamente baja para facilitar la apertura de las mismas.
Los resortes están formados por espiras y cada espira se deforma por igual al sufrir una carga lenta (presión). Si se la somete bruscamente a una compresión, las espiras más cercanas al extremo donde se aplica la fuerza experimentan un mayor acercamiento entre sí, se comprimen más, y posteriormente se transmite a las espiras centrales y las del extremo opuesto. La deformación de las espiras del resorte sigue un movimiento de acordeón, comenzando por el extremo donde se aplica la carga.
Cuando se distiende el resorte, el movimiento de acordeón es en el sentido contrario, de modo que las espiras centrales del muelle se acercan y alejan alternativamente de ambos extremos. Este fenómeno puede provocar la rotura del resorte cuando el periodo de las oscilaciones alcanza un determinado valor, que depende del tipo de resorte y también del régimen de giro del motor. Cuando esto ocurre, se dice que los resortes de válvulas han entrado en resonancia.
Para prevenirla, los motores integran un sistema de doble o triple resorte, los cuales funcionan a distintas frecuencias o vibraciones e impide que los muelles entren en resonancia perdiendo sincronismo del motor y alterando el punto de apertura y cierre de las válvulas.
La forma de diseñar los resortes ha cambiado en los últimos años. Actualmente se utilizan programas informáticos de diseño y análisis, tales como Fine Element Analysis, para evaluar los nuevos diseños de resortes incluso antes de su fabricación. Midiendo las distancias entre ángulos de las espiras y su diámetro, la simulación por ordenador puede revelar donde están los puntos de máximo estrés y como se pueden optimizar para conseguir la mayor fuerza y durabilidad del conjunto. El análisis informático también puede predecir fiablemente cuántos ciclos de funcionamiento puede mantenerse un resorte antes de romperse o degradarse por regímenes de giro o tiempo de funcionamiento, o que tipo de resonancias y vibraciones obtendremos con cada tipo de diseño de resorte a distintas velocidades de giro y cargas del motor.
Los fabricantes de resortes de válvula de alto rendimiento acostumbran a ofrecer un listado de frecuencias vibracionales de todos sus productos para ayudar a los fabricantes o preparadores de motores de competición a la elección más adecuada para el tipo de motor. No existe una correlación simple entre el ratio de frecuencias vibracionales de los muelles de válvulas y las revoluciones del motor, ya que hay varios factores que pueden modificar dichos datos tales como el tipo de válvulas, los balancines o taqués entre otros factores a tener en cuenta.
Los resortes de válvula tienen la función de devolver las válvulas de un motor rápidamente a su posición de reposo instantes después de su apertura. Sin la fuerza expansiva de los resortes una vez comprimidos, esta acción no sería posible. La utilización de resortes en los trenes de válvulas permite cerrar las cámaras de combustión herméticamente, ejerciendo una tensión constante de las válvulas sobre su asiento (cierre), y generando una resistencia a la apertura que debe ser vencida. La tensión de los resortes debe de ser suficientemente alta para poder cerrar rápidamente las válvulas, y al mismo tiempo, debe de ser relativamente baja para facilitar la apertura de las mismas.
Cuando se distiende el resorte, el movimiento de acordeón es en el sentido contrario, de modo que las espiras centrales del muelle se acercan y alejan alternativamente de ambos extremos. Este fenómeno puede provocar la rotura del resorte cuando el periodo de las oscilaciones alcanza un determinado valor, que depende del tipo de resorte y también del régimen de giro del motor. Cuando esto ocurre, se dice que los resortes de válvulas han entrado en resonancia.
Para prevenirla, los motores integran un sistema de doble o triple resorte, los cuales funcionan a distintas frecuencias o vibraciones e impide que los muelles entren en resonancia perdiendo sincronismo del motor y alterando el punto de apertura y cierre de las válvulas.
La principal diferencia entre el doble y el triple resorte recae en la absorción de frecuencias vibracionales de los mismos. El triple resorte consta de un resorte interno, diferente a los otros dos (de espiras redondas) y que actúa como amortiguador de sus resonancias. En altos regímenes constantes de giro del motor, y a causa de las frenéticas compresiones y extensiones de los muelles, el tercer resorte absorbe las resonancias de los otros dos resortes y toma la iniciativa en los tiempos de funcionamiento
¿COMO SE DISEÑAN Y PRUEBAN LOS RESORTES DE VÁLVULAS?
¿COMO SE DISEÑAN Y PRUEBAN LOS RESORTES DE VÁLVULAS?
Los fabricantes de resortes de válvula de alto rendimiento acostumbran a ofrecer un listado de frecuencias vibracionales de todos sus productos para ayudar a los fabricantes o preparadores de motores de competición a la elección más adecuada para el tipo de motor. No existe una correlación simple entre el ratio de frecuencias vibracionales de los muelles de válvulas y las revoluciones del motor, ya que hay varios factores que pueden modificar dichos datos tales como el tipo de válvulas, los balancines o taqués entre otros factores a tener en cuenta.
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FUENTES:
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
MAQ 305-Motores Diésel. Capítulo 18
M.J.D.
http://www.racecaracademy.com/muelles-de-valvula-para-motores-de-competicion/
