La culata del motor: materiales y características

En este artículo vamos a hablar de la culata. Un elemento clave para el buen funcionamiento del motor, cuyas características de diseño y de sus materiales determinan las capacidades que tendrá el motor. Tanto es así, que puede ser objeto de modificaciones si se busca un aumento de potencia.

Casi la totalidad de los motores refrigerados por agua están provistos de una culata independiente. Se une al bloque por medio de tornillos dispuestos de forma adecuada. Estos aseguran la unión e impiden deformaciones por la acción del calor y de la presión. Además, la culata también se acopla mediante una junta de amianto reforzado, que impide la fuga de gases de la compresión, de aceite y de líquido refrigerante.

Materiales de la culata

En los turismos, las culatas se fabricaban generalmente de fundición aleada con otros materiales, que añaden características de resistencia, rigidez y conductividad térmica. Es decir, hierro y carbono para dar lugar a acero. Sin embargo, actualmente se tiende más a elegir las aleaciones de aluminio dentro de los materiales de la culata disponibles, por combinar la ligereza con un alto grado de conductividad térmica.

Los materiales que componen la aleación ligera empleada para la fabricación de culatas suelen ser silicio, magnesio o cobre añadidos al aluminio. De lo contrario, el aluminio por sí solo sería demasiado maleable y frágil como para fabricar culatas o bloques motor.

La aleación de aluminio conduce muy bien la temperatura y tiene una inercia térmica muy baja. Es decir, que se calienta muy rápido y se enfría muy rápido también. Esta característica es muy deseable puesto que asegura que el calor de la combustión sea evacuado al exterior con velocidad, evitando la formación de puntos calientes que pueden ocasionar la detonación.

Con las culatas de este tipo se puede elevar más la relación de compresión, para mejorar la eficiencia térmica del motor. Algo imprescindible para reducir el consumo y por lo tanto las emisiones de los motores actuales.

El aluminio se utiliza mucho en muchas partes de los coches, no solo en el motor. Por ejemplo la aleación de aluminio 6111 (magnesio y silicio) y la aleación de aluminio 2008 (cobre) se usan mucho para las carrocerías.

Materiales de las juntas de la culata

En cuanto a los materiales de la junta de la culata, también deben cumplir con una serie de requisitos muy importantes para evitar fugas. Sus materiales dependen de si es una junta de culata blanda o dura.

• Las juntas de culata blandas están fabricadas con cartón sin asbesto (sin amianto), cartón celulosa con caucho nitrilo, corcho aglomerado con caucho nitrilo (solo motores viejos) y elastómeros como nitrilos, poliacrílicos, silicona, etc.
• Las juntas de culata duras tienen láminas metálicas de acero con recubrimiento de estaño, cromo o cobre, que se someten a tratamientos térmicos que le ofrecen temple o elasticidad según las necesidades de la culata. También tienen láminas de grafito y materiales sin asbesto (sin amianto).

Características de la culata

Al igual que ocurre con la fabricación del bloque motor, la culata debe ser creada con la máxima precisión. De ahí que la rectificación de una culata dañada sea una operación tan cara y complicada. Además de esto la culata debe tener las siguientes características:

Resistencia al calor

La culata de un motor debe resistir grandes temperaturas porque en ella se encuentran las cámaras de combustión. Las culatas fabricadas en fundición tienen más resistencia al calor pero lo disipan peor.

Las de aleación de aluminio resisten menos temperatura, pero permiten disiparlo mucho más rápido. Además deben tener gran resistencia al choque térmico, es decir, cambios de temperatura muy bruscos.

Conductividad térmica

Las culatas deben conducir el calor bien para que el sistema de refrigeración pueda extraer el calor generado en las cámaras de combustión.

Dureza

Ya sea porque es de fundición o porque es de una aleación de aluminio resistente, las culatas tienen una dureza adecuada para resistir grandes presiones.

Además, cuando son de aleación de aluminio, se las somete a un proceso de endurecimiento por envejecimiento, también llamado endurecimiento por precipitación, que consiste en calentar la aleación durante varias horas.

Baja porosidad de los materiales de la culata

Durante la solidificación del metal utilizado para la culata pueden atraparse pequeñas burbujas de gas. Lo que da lugar a la porosidad. Un efecto nada deseable para que esta importante pieza del motor tenga la calidad necesaria para su desempeño.

El gas atrapado dentro consiste en vapor, aire o lubricante quemado. Aunque también puede producirse porosidad por falta de presión en el proceso o por la sola contracción del metal al enfriarse y pasar de líquido a sólido. Todos estos, problemas que se eliminan o minimizan en la fabricación de las culatas o bloques del motor actuales. Con lo que consiguen resistencias mayores en los motores modernos.

Diseño específico de la culata

Las culatas tienen una forma concreta para cada motor debido a que albergan muchos componentes. Entre ellos destacan: la transmisión de la correa o cadena de distribución, su tensor, las bujías o boquillas del sistema de encendido, las válvulas y sus guías, los bujes, las arandelas, las palancas, carcasas, los árboles de levas, etc.

Además, tienen huecos muy importantes para el motor como son, los conductos del aceite y el anticongelante, las cámaras de combustión o los asientos de las válvulas y los agujeros para atornillarla al bloque motor.

Fabricadas con precisión

Cada forma y superficie de la culata de un motor debe tener unas medidas estrictamente ejecutadas durante su creación. De lo contrario el motor no funcionará adecuadamente.

Una muestra de ello es que si hay que rectificar una culata, sus fabricantes indican unos niveles de tolerancia máxima en cada medición, que se miden en fracciones de milímetro muy pequeñas.

Imágenes – h080, Nathanael Burton, L.C. Nøttaasen, Mirko Junge, CORE-Materials