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La culata, tapa de cilindros o tapa del bloque de
cilindros es la parte superior de un motor de
combustión interna que permite el cierre de las
cámaras de combustión. Constituye el cierre superior del bloque motor y
en motores sobre ella se asientan las válvulas,
teniendo orificios para tal fin. La culata presenta
una doble pared para permitir la circulación del
líquido refrigerante. Si el motor de combustióninterna es de encendido provocado (motor Otto),
lleva orificios roscados donde se sitúan las bujías.
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En un motor de cabeza plana, las partes
mecánicas del tren de válvulas están contenidos
dentro del bloque, y es esencialmente una placa
plana de metal atornilladas a la parte superior dela bancada de cilindros con una empaquetadura
de culata entre ellos; esta simplicidad conduce a
la facilidad de fabricación y reparación, y
representa el primer éxito del motor de cabeza
plana en los automóviles de producción y el éxitocontinuo en los motores pequeños, como las
cortadoras de césped.
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Internamente, la cabeza del cilindro tiene pasajes
llamados puertos o de las vías de la mezcla aire /
combustible para viajar a las válvulas de entrada
de la toma de múltiples, por los gases de escapepara viajar de las válvulas de escape del colector
de escape.
En un refrigerado por agua del motor, la culata
también contiene conductos integral y pasajes
para refrigeración de los motores - por lo generaluna mezcla de agua y anticongelante - para
facilitar la transferencia del exceso de calor lejos
de la cabeza, y por lo tanto el motor en general.
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En el árbol de levas (OHC) el diseño, la culata
contiene las válvulas, bujías y la entrada / vías de
escape como el motor OHV, el árbol de levas, pero
ahora también está contenida dentro de la culata.
El árbol de levas pueden estar sentados central,
entre cada fila de desplazamiento de válvulas de
admisión y de escape, y aún también la
utilización de balancines (pero sin varillas de
empuje), o el árbol de levas pueden estarsentados directamente sobre la eliminación de las
válvulas de balancines.
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En el motor en linea sólo tiene una cabeza de
cilindro. por lo general tiene dos cabezas de
cilindros, uno por cada bancada de cilindros en
los motores en 'V'.
Sin embargo, el Grupo Volkswagen, por ejemplo,
produce un tipo específico de motor compacto
estrecho ángulo V llamado el motor VR6, donde el
ángulo entre las bancadas de cilindros es tan
estrecha que se utiliza una sola cabeza. Un motorbóxer (básicamente un motor en V, donde el
ángulo entre las bancadas de cilindros es ahora
de 180 grados) tiene dos cabezas.
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El diseño de la culata es la clave para el
rendimiento y la eficiencia del motor de
combustión interna, como la forma de la cámara
de combustión, pasajes y los puertos de entrada
(y en menor medida los gases de escape).
determina una parte importante de la eficiencia
volumétrica y de compresión relación del motor.
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La forma y las características de la culata siempre
han ido estrechamente ligadas a la evolución de los
motores y, en especial, han venido condicionadas por
el tipo de distribución y por la forma de la cámara de
combustión.
Aunque algunos de los primeros motores para
automóviles presentaban la culata separada del
bloque de cilindros, la mayoría de los constructores
prefirió adoptar la solución de culata y cilindros en un
bloque único. De esta forma se conseguía mayor
solidez y se evitaba el mecanizado de las superficies
de unión entre la culata y los cilindros, eliminando
simultáneamente cualquier problema de estanquidad.
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Sin embargo, las mayores velocidades y presiones
alcanzadas pronto sugirieron, para evitar
complicaciones de construcción, la adopción de
válvulas de admisión automáticas accionadas por la
depresión que se creaba en el cilindro durante lacarrera de admisión.
Posteriormente, cuando las velocidades de rotación
aumentaron, este sistema se reveló poco eficiente. En
efecto, para cerrar la válvula era preciso un muelle y,
por tanto, una buena parte de la carrera de admisión
se perdía para crear la depresión suficiente para
determinar la apertura de la válvula. Por ello fue
necesario adoptar sistemas de accionamiento también
para las válvulas de admisión.
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En los primeros automóviles, los mecanismos de
accionamiento de las válvulas sobresalían de las
culatas e iban expuestas al aire, tanto por
necesidades de refrigeración como para evitar
complicaciones de construcción, así como parapermitir un mantenimiento más fácil.
Efectivamente, la acción de martilleo de la válvula
sobre su asiento provocaba una disminución del juego
del sistema de distribución, hasta tal punto que, en
aquellos tiempos, en el curso de un viaje de una
duración de un día, se hacía preciso regular, al menos
una vez, el juego de taqués. Esto explica la razón por
la cual los rendimientos, las presiones específicas y los
regímenes de rotación eran tan bajos.
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Con el progreso de los materiales y de la técnica,
la solución que se impuso gradualmente fue la de
todas las válvulas en cabeza. En efecto, aunque
las culatas con válvulas laterales en el bloque
eran de construcción más sencilla, no permitían
alcanzar regímenes de rotación superiores a
4.000 r.p.m., sobre todo debido a la forma de los
colectores.
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En el estudio de proyecto de una culata para un motorde combustión interna moderno existen 3 objetivosprincipales que el proyectista trata de alcanzar: buenrendimiento, poca contaminación y bajo costo deconstrucción. Estas 3 metas no siempre son
compatibles y, frecuentemente, obligan a solucionesde compromiso.
En especial, es probable que la introducción denormas anticontaminación cada vez más rigurosas,conduzca a sacrificar el rendimiento y el valor de lapotencia máxima. En general, se estudian la forma y
la inclinación de los conductos de admisión y deescape de forma que se cree la mayor turbulenciainducida en la cámara de combustión, sin disminuir lavelocidad de la carga y, por tanto, el rendimiento
volumétrico.
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las partes principales de una culata son las
cámaras de combustión, las válvulas con su guías
y sellos, el eje o los ejes de levas cuando se
encuentran en ella y el sistema de distribución
La forma y características de una culata, están
estrechamente ligadas a la evolución de los
motores y han sido condicionadas por el tipo de
distribución y por la forma de la cámara de
combustión.
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Las culatas se construyen tanto de fundicióncomo de aleación de aluminio. En los motoresmás modernos se prefieren generalmente lasaleaciones ligeras, debido a la notable ventaja en
términos de reducción de peso y a lasinmejorables características de fusibilidad ydisipación del calor.
Los soportes de la distribución se obtienenmediante fusión a presión, que permite realizar
piezas con acabados óptimos y de paredesdelgadas. La parte inferior de la culata se realizamediante colada en coquilla o, algunas veces, enarena; experimentalmente se han realizadotambién por el método anterior.
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Los inconvenientes que pueden derivar de unprocedimiento de fabricación imperfecto son de variostipos.
Por defecto de fusión, las culatas pueden presentar
grietas o sopladuras. Las grietas pueden deberse aestados anormales de solicitación interna delmaterial, motivados por errores de proyecto de lapieza o por una refrigeración defectuosa del molde defusión.
Las sopladuras o porosidades son imperfecciones de lacolada debidas corrientemente a malas característicasde la aleación. En ambos casos pueden producirse,durante el funcionamiento, pasos de agua al aceite (alos conductos de lubricación) o viceversa, o bien pasosde agua a la cámara de combustión.
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Mantener en buen estado el aceite y cambiarlo
periódicamente.
Revisar anticongelante y mangueras, en caso de
que una manguera este dañada, cambiarlainmediatamente.
Revisar fugas de agua o aceite entre el empaque
de la culata y el bloque.
No sobre calentar el motor porque podría
terminar en una dobladura de culata.
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