Técnicas de sellado de culatas

El sellado de la culata no es un problema importante en un motor estándar con componentes de fábrica. Sin embargo, al aumentar la potencia, la situación cambia por completo, ya que el sellado de la culata se convierte en un factor limitante para la presión de sobrealimentación y, por lo tanto, la potencia que puede generar el motor. En este artículo, leerá sobre las opciones más comunes de juntas de culata , espárragos y juntas tóricas para ayudarle a tomar una decisión informada sobre su técnica de sellado de culata .

En este artículo: ¿Qué sucede cuando falla la junta? | Junta compuesta de equipo original | Junta MLS | Juntas de cobre | Espárragos de culata | Uso de juntas tóricas con una junta MLS | Juntas tóricas rellenas de gas | Anillo en W | Juntas tóricas de sellado de bronce-aluminio | Construcción del bloque de motor y la culata | Monitoreo del sellado de la junta de culata Conclusión

head gasket failure 2

¿Qué sucede cuando falla la junta de culata?

Basta con unas pocas milésimas de pulgada de flexión en la culata o el bloque, causadas por un alto impulso y una alta potencia, para que la junta tenga fugas y provoque que la presión de combustión escape de la cámara de combustión, que generalmente se dirige al sistema de refrigeración. Cuando esto sucede, el sistema de refrigeración no puede manejar el aumento de presión, la derivación en la tapa del radiador se abre y el refrigerante es expulsado al rebosadero. Si esto sucede durante un período prolongado de tiempo, puede, por supuesto, terminar con el sobrecalentamiento del motor y, en casos extremos, se pueden sufrir daños significativos en el bloque del motor y la culata, como los que se muestran arriba. Ni siquiera se necesita una fuga grande durante un largo período de tiempo para causar este tipo de daño; de hecho, es bastante común, especialmente en motores de metanol de alto impulso.

head gasket failure 33

Las fallas en las juntas de culata son tan comunes que algunos fabricantes de motores prevén esta posibilidad. En los inicios de la era de los turbos de F1 y en varios coches turbo del Grupo A que compitieron en campeonatos de turismos a finales de los 80 y principios de los 90, se mecanizaban ranuras en la superficie de la cubierta del bloque motor para crear una vía por la que pudiera escapar la presión de la combustión sin llegar al sistema de refrigeración.
Para evitar que la presión de combustión se escape de la cámara de combustión, la junta o el sellador que utilice debe expandirse y compensar cualquier flexión entre la culata y las superficies del bloque . Analicemos las diferentes opciones disponibles.

head gasket failure 15

Junta compuesta OE

Esta junta consiste en una lámina metálica compuesta que generalmente tiene un anillo de fuego alrededor de la cámara de combustión para mejorar el sellado de los gases de combustión, así como para sellar los conductos de refrigerante, las galerías de aceite y las vías de retorno de aceite entre la culata y el bloque. Estas juntas se comprimen y sellan razonablemente bien, especialmente en superficies imperfectas, pero tienen una resistencia muy limitada y, por lo tanto, solo son adecuadas para aplicaciones de baja potencia. Incluso la mayoría de los fabricantes de equipos originales han optado por una junta tipo MLS en sus motores de alto rendimiento . En resumen, si tiene una de estas, ¡tírela a la basura y busque una solución superior!

mls gasket

Junta MLS

Las juntas MLS (abreviatura de acero multicapa) constan, como era de esperar, de múltiples capas de acero inoxidable, a veces con un recubrimiento especial para mejorar su capacidad de sellado, como caucho de nitrilo o un elastómero. Dependiendo de la junta, habrá de dos a siete capas remachadas a un núcleo metálico central. Estas capas están diseñadas para tener un efecto elástico que les permite ocupar el espacio creado por la flexión de la culata al separarse del bloque. A diferencia de las juntas compuestas de equipo original, las juntas MLS requieren una preparación precisa de la superficie, ya que no tienen mucha flexibilidad para sellar imperfecciones en las superficies del bloque o la culata . Dicho esto, se requiere cierta rugosidad superficial, medida con un número RA, para lograr un buen sellado. Todos los fabricantes de juntas de repuesto le recomendarán un número RA para lograr un sellado perfecto.

head gasket failure 3

En cuanto a las juntas MLS, existen dos tipos: de tope y de reborde. El de tope es el tipo superior, ya que, además de las dos áreas grabadas, cuenta con una parte que envuelve la capa interna orientada hacia el diámetro interior del cilindro y que, al aplastarse, facilita el sellado. El de reborde, en cambio, solo se basa en las dos áreas grabadas.

Las juntas MLS son probablemente la opción más popular para motores de gama baja a moderadamente alta, ya que proporcionan un buen equilibrio entre el costo y la capacidad de crear un buen sello.

head gasket failure 25

Juntas de cobre

Si una junta MLS no satisface sus objetivos de potencia, la siguiente opción es una junta de cobre, utilizada en los niveles más altos del automovilismo en motores que pueden superar los 10,000 caballos de fuerza. Sin embargo, no se trata simplemente de tomar una pieza de cobre mecanizada, colocarla sobre el bloque y apretar la culata. Si bien el cobre por sí solo es muy resistente, carece de elasticidad, por lo que debe usarse junto con una junta tórica que deforma el cobre hacia afuera en una ranura receptora, como se muestra arriba. La protuberancia debe ser de aproximadamente el 25% del diámetro del alambre que está utilizando, mientras que la ranura receptora debe ser solo del 75% de la protuberancia; es decir, si la protuberancia es de 10 milésimas de pulgada, la ranura receptora debe ajustarse a 7.5 milésimas de pulgada de profundidad. Para que la protuberancia encaje, la ranura receptora se ajustará al 150% del ancho del alambre para que la junta pueda deformarse y empujarse hacia afuera para encajarla en esa ranura. Como se puede imaginar, esto requiere un mecanizado increíblemente preciso, por no decir costoso. Esto no solo ocurre al construir el motor por primera vez, sino también cada vez que se mecaniza la superficie de la culata o del bloque.

head gasket failure 4

Las juntas de cobre sellan muy bien los gases de combustión; sin embargo, su eficacia es muy deficiente al sellar los fluidos en el bloque, por lo que son más adecuadas para carreras de aceleración de alta gama, donde los bloques no tienen refrigerante y las fugas de fluido son menos probables. SCE fabrica una junta de cobre con secciones de sellador en relieve alrededor de las camisas de aceite y agua para un sellado más fiable contra fugas de fluido.

head gasket failure 20

Espárragos o pernos de culata

Tan importante como la técnica de sellado de la culata elegida es la forma en que se fija al bloque. En una aplicación de fábrica, casi siempre se usan pernos, pero al aumentar la potencia del motor, lo más probable es que se opte por un kit de espárragos de repuesto para mejorar la fuerza de sujeción que sujeta la culata al bloque. Sin embargo, no todos son iguales. ARP, por ejemplo, ofrece ARP 2000, además del material superior Custom Age 625. Otra opción es simplemente aumentar el tamaño de los espárragos perforando los orificios en el bloque y la culata, pero esto debe hacerse con cuidado y es mejor dejarlo en manos del mecánico.

Debe tener en cuenta la resistencia del bloque del motor al actualizar los espárragos o pernos, ya que es posible que, con el torque adicional que brindan los espárragos mejorados, esto termine distorsionando el bloque del motor alrededor de los espárragos.

head gasket failure 28

Uso de juntas tóricas con junta MLS

Las juntas MLS también pueden usarse junto con juntas tóricas, colocándolas en una ranura mecanizada alrededor del diámetro exterior del cilindro. La junta tórica se deforma y se empuja hacia la culata, lo que mejora el sellado. Sin embargo, si es demasiado grande, puede tener el efecto contrario y comprometer el sellado.

head gasket failure 5

Existen diferentes tipos de juntas tóricas que puede elegir según su aplicación; por ejemplo, anteriormente hemos utilizado tanto cobre como acero inoxidable. Dado que las juntas MLS no tienen mucha flexibilidad, es importante asegurarse de que la protuberancia no sea demasiado grande, ya que esto puede provocar fugas de fluido y presión de combustión. También debe asegurarse de que la junta tórica aplique presión en la parte correcta de la junta.

Goodwood 3873

Juntas tóricas rellenas de gas

Estas juntas tóricas se usaban comúnmente en los inicios de la era de los turbos de F1 y los coches de turismo turbo, a finales de los 80 y principios de los 90. Se llenaban con gas a una presión de entre 700 y 1000 psi, según el fabricante. La idea es que, al aumentar la temperatura de combustión, el gas se expanda para llenar el vacío creado por la flexión del bloque. Como alternativa, estas juntas tóricas pueden tener orificios que permiten la entrada de los gases de combustión, forzando así la expansión de la junta.

head gasket failure 6

La junta tórica particular llena de gas que se muestra arriba es una solución de junta de culata de Cometic que se ubica alrededor del exterior de la cámara de combustión en la parte superior de la camisa del cilindro y sella entre la parte superior de la camisa del cilindro y la junta de culata.

Estas juntas tóricas no sellan los conductos de fluido, por lo que generalmente se usan junto con una junta de cobre o con un sellador. Otra opción es usarlas con una junta MLS modificada, mecanizada para que no obstruya la junta tórica. Sin embargo, como esto suele requerirse específicamente para el motor, es una opción bastante costosa y requiere un tiempo de entrega prolongado.

Goodwood 3303

Exprimir

Estos tienen muchos nombres diferentes, pero aquí los llamaremos anillos W. No se usan con tanta frecuencia hoy en día, pero fueron populares en la época de los turbos de F1 y los coches de turismo turbo a finales de los 80 y principios de los 90. Su uso es similar al de una junta tórica, pero no son realmente una junta tórica. Se trata de un anillo de acero inoxidable mecanizado con dos puntas en la parte superior que presionan la culata al insertarse en un hueco mecanizado y apretarse, creando un sello de presión de combustión. Son eficaces, pero, como es comprensible, dañan la superficie de la culata.

C68C1938 0662 475D 80FF 537B341A34FB

Juntas tóricas de sellado de bronce y aluminio

Estas son una de las soluciones más nuevas en comparación con las otras que hemos discutido hasta ahora, sin embargo, aún están bien probadas en carreras de aceleración de importación, por ejemplo, el billet 4G63 de Jett Racing, que produce 1900 caballos de fuerza con un exceso de 95 psi.

copper gasket

Como su nombre indica, están hechas de una aleación de bronce y aluminio y consisten en una junta tórica de sellado sólida con un escalón en la parte inferior que se ubica en una ranura cortada en la parte superior del cilindro. Se utilizan junto con una junta de cobre para sellar los fluidos. Su sellado no solo garantiza una ubicación firme e inmóvil, sino que también bloquea la presión de combustión subyacente de forma más segura.

head gasket failure 13

Construcción del bloque del motor y de la culata

Elegir la técnica de sellado de culata adecuada para su aplicación no es el final del trabajo. A menudo se pasa por alto que, para lograr un sellado fiable, es importante considerar la construcción del bloque del motor y la culata. Por ejemplo, si se considera un motor de alta potencia con un bloque y una culata de aluminio macizo, es obviamente menos propenso a flexionarse y deformarse que un bloque y una culata de fundición ligera de fábrica.

head gasket failure 17

Monitoreo del sello de la junta de la culata

Además de elegir la técnica correcta de sellado de culata, también es importante saber cómo monitorear el sellado de la junta de culata para detectar fugas. Obviamente, si la junta de culata falla como la mostrada anteriormente, lo sabrá, pero no todas las fugas resultan en una falla tan grave, y con suerte podrá detectar el problema antes de que llegue a esa etapa.

Una opción es instalar un sensor de presión en el sistema de refrigeración, que permite registrar la presión y facilitar la detección de fugas de presión de combustión. Dependiendo del tapón del radiador, deberías ver una presión de entre 18 y 22 psi, que aumentará rápidamente si la junta de culata tiene fugas. El sensor puede combinarse con una advertencia en el tablero para advertir al conductor que reduzca el acelerador y evite daños mayores. Si el motor funciona en seco sin sistema de refrigeración, esto no es una opción; sin embargo, con los niveles de potencia de estos motores, se producirá una falla catastrófica muy rápidamente.

También es importante supervisar la integridad de la junta de culata al ajustar el motor en el banco de pruebas. Una de las señales más comunes de una fuga o fallo en la junta de culata en un motor turboalimentado es el sobrecalentamiento del motor durante y justo después de una rampa de aceleración a máxima potencia, cuando genera suficiente presión como para generar una fuga. Es posible que, al no conducir el coche con sobrealimentación, no haya ninguna fuga. Estos síntomas también podrían indicar que el sistema de refrigeración no es lo suficientemente grande, por lo que deberá investigar más a fondo, aunque es algo a tener en cuenta. Incluso podría colocar temporalmente una botella transparente en el extremo del tubo de rebose para facilitar la supervisión de si sale agua durante la rampa de aceleración. Tenga en cuenta que una pequeña cantidad es normal, pero si ve más de 50 mililitros, sabrá que tiene un problema.

Al desmontar el motor, hay un par de cosas a tener en cuenta. La zona más probable de fallo de la junta de culata es entre los espárragos, por lo que debería buscar una zona quemada a ambos lados de la junta, así como en el bloque del motor y la culata . Si la junta ha estado goteando durante mucho tiempo, la culata puede incluso ablandarse y quedar inservible.

head gasket failure 31

Conclusión

Como puede ver, si bien existen muchas opciones en cuanto a técnicas de sellado de culatas, la tecnología está empezando a identificar opciones realmente sólidas que se mantienen unidas bajo presiones de cilindro que jamás imaginamos posibles. Con un poco de tiempo e investigación, puede asegurarse de elegir el mejor método posible que, con suerte, satisfaga las exigencias de su motor y evite una falla costosa y catastrófica, sin que esto le implique un mayor tiempo y mantenimiento del requerido para su aplicación.

Si quieres aprender más sobre cómo crear motores de alto rendimiento , consulta esta lección gratuita . Es mucho mejor que un tipo calvo, tartamudo y con una pizarra hablándote por Zoom, como te imaginarías, ¡lo prometemos!

¿Quieres saber más sobre? tuning?

Hemos ayudado a 30.000 personas como usted a aprender la ciencia del tuning y aplicarla a sus propios proyectos.

¿Interesado en aprender más? Consulta estos cursos