¿Qué es un bloque de cilindros y cómo funciona?
El bloque de cilindros del motor, a menudo llamado simplemente cilindro de bloque, alberga piezas fundamentales como cilindros, pistones, bielas y cigüeñales. Como estructura central del bloque de cilindros, constituye la columna vertebral de un motor de combustión interna. Soporta diversos sistemas auxiliares, además de proporcionar al motor un soporte estructural integral. Las características y el funcionamiento de este componente crucial de la ingeniería mecánica se explican en este artículo de MyMROmarts.
¿Qué es un bloque de cilindros?
El bloque de cilindros, también conocido como bloque del motor o bloque de cilindros, está diseñado para mantener la estabilidad y lubricación del motor bajo diferentes temperaturas y cargas. Al mismo tiempo, envía aceite a través de múltiples conductos a todas las partes del motor, lubricando así todas las partes vitales.
La estructura del bloque del motor contiene los cilindros y demás componentes de un motor de combustión interna. Se considera el corazón del motor y uno de sus componentes principales. El bloque de cilindros es un elemento de potencia comúnmente utilizado en maquinaria de construcción. Convierte la energía de la presión del aire comprimido en energía mecánica, y el mecanismo de accionamiento genera movimiento lineal alternativo, oscilante o rotatorio.
Tipos de bloque de cilindros
Los bloques de cilindros se clasifican según la configuración del cilindro del motor. Existen tres tipos principales. A continuación, se detalla su clasificación.
1. Cilindro del motor bóxer
Los motores opuestos horizontales son básicamente motores en V de presión plana. En este bloque de cilindros, se ubican dos cilindros en dos filas, enfrentados. Este diseño también se conoce como motor pancake. Requiere muy poco espacio libre, por lo que el compartimento del motor puede ser muy compacto. Los motores en V utilizan esta configuración de 4 cilindros. Está refrigerado por aire y montado en la parte trasera del vehículo. Este bloque de motor también se utiliza en Porsche Subaru y otros motores premium.
2. Cilindro de motor en línea
El bloque motor en línea consiste en una serie de cilindros dispuestos en una sola fila. Los vehículos con este bloque motor ofrecen una marcha suave. Por ello, se utilizan principalmente donde se requieren altas RPM. Se utiliza principalmente en turismos.
3. Cilindro del motor en V
El cilindro en V es un tipo de motor popular y ampliamente utilizado en la actualidad. En esta configuración, los motores se disponen en dos filas. Estas dos filas forman un ángulo entre sí. El ángulo en V se mantiene pequeño, típicamente entre 15° y 20°, ya que cuanto mayor sea el ángulo, más difícil será equilibrar el motor. Este tipo de motor es difícil de equilibrar debido al contrapeso en el cigüeñal. El cigüeñal tiene solo dos bielas, y las bielas de los cilindros opuestos están unidas al mismo muñón en dos filas. Cada dos bielas están unidas a un muñón. Existen diferentes tipos de motores en V: V16, V8 para maquinaria pesada y V4 para motocicletas pequeñas.
La clasificación se realiza según las características estructurales y los principios de diseño del bloque de cilindros. Existen tres tipos principales de bloques de cilindros. A continuación, se detallan.
1. Bloque de cilindros de tipo general
Una característica que distingue a este tipo de bloque de cilindros es que el plano de instalación del cárter de aceite se encuentra a la misma altura que el centro de rotación del cigüeñal. Algunas ventajas incluyen su baja estatura, bajo peso, diseño compacto y un procesamiento y desmontaje sencillos. Desafortunadamente, se utilizan principalmente en motores pequeños y medianos, y presentan poca resistencia y rigidez, además de un sellado deficiente en los extremos delantero y trasero del cigüeñal.
2. Bloque de cilindros del pórtico
Este tipo de bloque de cilindros se caracteriza por tener el cárter de aceite a una altura inferior al centro de rotación del cigüeñal. Ventajas: buena resistencia y rigidez, alta capacidad de soportar cargas mecánicas, sellado sencillo y fiable, y fácil mantenimiento. Desventajas: baja capacidad de fabricación y difícil procesamiento.
3. Bloque de cilindros tipo túnel
El orificio del cojinete principal del cigüeñal de este tipo de bloque de cilindros es de tipo integral, con rodamientos. Este orificio es relativamente grande y la carga del cigüeñal se realiza desde la parte trasera del bloque. Ventajas: estructura compacta, buena rigidez y resistencia. Desventajas: alta precisión de mecanizado, mano de obra deficiente y un desmontaje y montaje complicados.
Material del bloque de cilindros del motor
El material del bloque de cilindros del motor se divide en dos tipos principales: hierro fundido y aluminio. El hierro fundido, a menudo elegido por su resistencia, generalmente se funde con fundición gris, lo que lo convierte en una opción popular para muchos bloques de cilindros. Para mejorar la resistencia y el desgaste del bloque de cilindros, los motores actuales también utilizan fundición gris de alta calidad que contiene níquel, cromo, molibdeno, fósforo y otros elementos. Algunos motores diésel de alta resistencia se funden con fundición dúctil más avanzada o fundición de grafito vermicular.
El otro es el aluminio. Para los motores de gasolina que se utilizan actualmente en coches pequeños, la mayoría de los bloques de cilindros que se venden son de aleación de aluminio o de aluminio-magnesio. Están hechos de aleación de aluminio o de aluminio-magnesio.
Los mejores bloques de motor del mercado de accesorios se componen principalmente de aleación de aluminio, hierro fundido y otros materiales. Este artículo ofrece un análisis detallado de las ventajas y desventajas de los bloques de cilindros de motor fabricados con hierro fundido o aleación de aluminio.
Ventajas del bloque de cilindros de hierro fundido
Una de las mayores ventajas de un bloque de cilindros de hierro fundido es su precio asequible, lo que reduce significativamente los costos de fabricación. Esto lo convierte en una opción popular para la construcción de cilindros de bloque en maquinaria pesada. El bloque de cilindros de hierro fundido también ofrece resistencia a altas presiones y temperaturas, y es difícil de deformar. Los bloques de cilindros de muchos vehículos de ingeniería de gran tamaño utilizan hierro fundido. Su resistencia, rigidez, resistencia al desgaste y capacidad para absorber las vibraciones son excelentes, pero su mayor desventaja es su elevado peso.
Ventajas del bloque de cilindros de aleación de aluminio
Esta ventaja es especialmente notable en la rápida disipación del calor del cuerpo del cilindro de aleación de aluminio, ya que esta aleación tiene una mayor tasa de transferencia de calor que el hierro fundido. Aunque más ligera, la aleación de aluminio tiene una calidad general inferior a la del hierro fundido para el mismo volumen. La oxidación es difícil, y el cilindro de aleación de aluminio soporta mejor la reacción de oxidación causada por el anticongelante. Las principales ventajas son el bajo peso y la disipación eficaz del calor; sin embargo, la resistencia, rigidez, resistencia al desgaste y capacidad de absorción de vibraciones del bloque de cilindros son inferiores a las de los bloques de cilindros de hierro fundido.
Dado que el bloque de cilindros alcanza la temperatura más alta dentro del motor, la conductividad térmica del material debe ser mayor. Solo unos pocos motores rentables emplean aleación de aluminio debido a su alto costo, a pesar de que, según este criterio, se adapta mejor a las necesidades de disipación de calor del motor. El bajo costo de fabricación del hierro fundido lo hace de uso común. Como resultado, el bloque de cilindros de aleación de aluminio ofrece un mejor rendimiento general, incluso sin considerar el costo.
Ambos materiales tienen sus ventajas y desventajas. El cuerpo del cilindro de aleación de aluminio es más ligero y mejor disipa el calor. La mayor ventaja es su mayor flexibilidad operativa. En teoría, la calidad de la aleación de aluminio se traduce en un menor consumo de combustible. Sin embargo, la única ventaja de un cilindro de hierro fundido es su resistencia.
¿Cuál es la función del bloque de cilindros?
Una de las funciones más importantes del bloque de cilindros es albergar el pistón, la biela y el cigüeñal. Garantiza la posición precisa de piezas móviles como pistones, bielas, cigüeñales, etc. A su vez, el bloque de cilindros soporta los componentes del motor, incluyendo compresores de aire acondicionado, alternadores, colectores de admisión y escape, y otros equipos. Además, el bloque de cilindros cuenta con elementos de circulación de lubricación, como el cárter de aceite, la bomba de aceite, el filtro de aceite, etc. Asimismo, el bloque de cilindros desempeña un papel vital en el circuito de refrigeración.
En conclusión, el bloque de cilindros es la piedra angular de los motores de combustión interna, albergando componentes críticos como pistones, bielas y cigüeñales, a la vez que proporciona soporte estructural y facilita los sistemas de lubricación y refrigeración. Ya sea de hierro fundido o de aleación de aluminio, cada material del bloque de cilindros ofrece sus propias ventajas y desafíos, lo que contribuye al rendimiento y la eficiencia general del motor. A medida que la tecnología de equipos pesados continúa evolucionando, el bloque de cilindros sigue siendo un elemento esencial. Según las necesidades específicas del usuario, la selección se realiza desde varias perspectivas: tipos de bloque de cilindros, función del bloque de cilindros y material del bloque de cilindros del motor.