espacio-automotor.com: Algunas Particularidades de los carburadores

Congelación y percolación

Son dos fenómenos opuestos, pero su origen es común, la evaporación de gasolina. Las soluciones para remediar la congelación favorecen la percolación y viceversa. Se han diseñado nuevos carburadores para evitar estos fenómenos.

Congelación

Es la formación de escarcha en las diferentes partes del carburador, debido a la congelación del vapor de agua que hay en el mismo.

Condiciones para que haya congelación

• La temperatura ha de ser inferior a 0ºC.
• Es necesaria la presencia de humedad. Puede no haber congelación a temperaturas inferiores a 0°C, si no hay humedad.

Por qué se produce la congelación.

• El aire frió al pasar por una zona más estrecha disminuye algo su temperatura (causa no importante).
• La evaporación de la gasolina. Al ser ésta un líquido muy volátil, se evapora con facilidad. Dicha evaporación provoca un descenso de temperatura en los conductos. El vapor de aire circulante choca contra los conductos, se congela debido a la baja temperatura y se deposita en forma de escarcha.

Zonas de formación de escarcha

• Alrededor de la mariposa.
• En los orificios de ralentí.
• En los orificios de By-pass.
• En el brazo de la chimenea (en carburadores con chimenea).
• En la zona del starter.

Efectos de la congelación (La escarcha)

• Si se deposita en el difusor reduce la sección. Pasa menos caudal de aire. La mezcla es más rica. Peligro de calado.
• Si se deposita en los orificios de ralentí, se taponan los orificios. No funciona el circuito de ralentí. Calado de motor.
• Si se deposita en la mariposa, la mariposa se «garrota. Irregularidades de funcionamiento.
• Si se deposita en los orificios de By-pass, la "progresión" es defectuosa.

Hay mas facilidad de aparición de escarcha en los carburadores con "estrangulador" que con "starter", pues la gasolina del circuito del starter se vierte por debajo de la mariposa, no favoreciendo así el enfriamiento de los conductos.

Remedios

• Carburantes anti-hielo: sería el mejor remedio, pues se actuaría sobre el origen del mal. Los carburantes anti-hielo son mezclas de gasolina, alcohol , benzol o productos semejantes, en las debidas proporciones. Debido a su elevado precio, han sido desechados.
• Calentamiento: mediante la circulación de agua caliente procedente del circuito de refrigeración del motor, a través de tuberías de cobre alojadas en el cuerpo y cuba. Mediante este sistema se suele calentar perfectamente la zona de la mariposa.
  El agua es un buen fluido para calentamiento, dado su elevado calor específico y de que aporta inmediatamente las calorías.
  Calentamiento del aire de admisión mediante el filtro de aire.
• Concepción del carburador: se ha ido eliminando progresivamente la chimenea clásica. Se ha sustituido por un simple tubo deferente o por el doble difusor. Se evita el brazo de chimenea y que la gasolina toque a las paredes. De esta manera se elimina prácticamente el peligro de formación de escarcha en el difusor.

Nota: Respecto al calentamiento del aire de admisión, será necesario que la temperatura de aire a la entrada del carburador sea superior por lo menos en 15"C. a la temperatura ambiente (pues se ha visto en ensayos que la temperatura puede ser, en algunos puntos del carburador hasta 15ºC inferior a la temperatura ambiente. Ensayo de temperaturas internas en un carburador trabajando a una temperatura ambiente de +6ºC con una humedad relativa de 80%.

Percolación

Es el conjunto de fenómenos que se producen debido a la evaporación de la gasolina en el carburador debido a la elevada temperatura existente en éste. Dicha evaporación provoca la formación de burbujas de gasolina en el carburador..

No confundir con "vapor-lock" o tapón de vapor, que es una bolsa de vapor formada en la bomba de gasolina o en la tubería de gasolina de alimentación a el carburador por calentamiento excesivo del motor. La formación del tapón de vapor puede provocar el desencebe de la bomba de gasolina y el paro consecuente del motor por falta de alimentación del mismo. Este fenómeno se produce con mayor frecuencia en alta montaña (debido al calentamiento del motor y a la baja presión atmosférica, que se traduce en una pérdida de potencia).

Causas.

• Volatilidad de los carburantes, (ha habido un aumento de la volatilidad de los combustibles en los últimos años).
• Convección del aire caliente contenido bajo el capó.(se ha disminuido cada vez más el espacio libre bajo los capós)
• Conductibilidad de la brida y de los espárragos de fijación que transmiten el calor del colector de admisión (generalmente muy caliente) al carburador. Es la principal causa de la percolación.
• Radiación del tubo de escape (más acentuada cuanto más cerca del carburador este dicho colector de escape)

¿Cuándo se manifiesta?.

• En marcha : poco marcada, (debido a la ventilación bajo el capó y el aporte de gasolina fresca a la cuba de nivel constante)
• En ralentí : principalmente debido al escaso o nulo aporte de gasolina, así como a la disminución o no funcionamiento del sistema de refrigeración del motor.
• En paro: aun con el motor parado el enorme calor que tenemos bajo el capo y debido a que no hay refrigeración por estar el motor parado, se forman burbujas de vapor de gasolina que hacen desbordarse el combustible por los surtidores.

Inconvenientes.

• Circuito de ralentí: las burbujas aparecidas en el canal de ralentí provocan el empobrecimiento de la mezcla y por tanto, marcha irregular o calado de motor.
• Circuito principal: en ralentí y parada, los vapores formados en el mismo provocan el desbordamiento de la gasolina (sifonado), que se vierte sobre la mariposa y colector de admisión, pudiendo producirse calados en ralentí por exceso de riqueza, así como el anegado del motor y mojado de las bujías. Dificultad de puesta en marcha.
• Bomba de aceleración: si se forman vapores de gasolina en el circuito de la bomba de aceleración, la mezcla suministrada se empobrece. Funcionamiento irregular, sacudidas.
• Cuba de nivel constante: en ralentí y parada, los vapores de gasolina salen por el tubo de aireación de la cuba y van colmatando el filtro de aire, provocando un exceso de riqueza en ralentí (calado) así como una dificultad de puesta en marcha en caliente.

Remedios

• Convección: mejorando la ventilación bajo el capó, sin exagerar, para no favorecer la congelación.
• Conductibilidad: adopción de una brida aislante entre carburador y colector de admisión.
  Estructura del carburador:
  - Cuerpo separado de la cuba y aislado de éste por una junta.
  - Tubo emulsión inclinado y taponado en la base.
  - Disminución superficie de contacto entre cuba de nivel constante y el resto del carburador.
• Radiación: interposición de una pantalla entre el carburador y el tubo de escape (se ha observado una disminución de 6ºC en el carburador al interponer una pantalla aislante).
• Desgaseado de los circuitos de ralentí y principal por orificios calibrados.
• Desgaseado de la cámara de la bomba de aceleración por la válvula evaporadora de la bomba.
• Desgaseado y aireación dé la cuba de nivel constante por válvula de desgaseado y orificios calibrados.
• Tubo aireación de la cuba: 
  - estancas (tubo aireación zona alta del difusor)
  - no estancas (orificios aireación al exterior).
  - mixtas (orificios de aireación a zona alta del difusor y al exterior).

Resumen de las consecuencias de estas temperaturas elevadas en el carburador

Aparte de los ya mencionados, es de notar que a 90°C el 50% de la gasolina de la cuba destila (se evapora).

En ensayos realizados con carburador montado sobre vehículo y en condiciones bastante desfavorables (temperatura ambiente + 30°C, orografía del terreno muy accidentada), se refleja que el 50% de la gasolina de la cuba se evapora.

Efectuando un paro, se recogieron hasta 27 cm3 de gasolina en la admisión, gasolina proveniente o de vapores de la cuba o del sifonado de gasolina de los circuitos principales y bomba de aceleración. Todo ello provoca un arranque en caliente difícil, abriendo la mariposa de gases, o imposible en ralentí.

Los problemas de congelación y percolación son problemas derivados de la estructura del carburador, del motor y de los órganos anejos. Para solucionarlos, muchas veces es inútil el concurso de los talleres de reparación, ya que por dónde realmente deben ser solucionados dichos problemas es en el diseño y concepción del carburador, motor y demás órganos.

Posición de la cuba

Esta en la parte delantera del carburador, según el sentido de la marcha.

La aceleración y marcha en cuesta, que son los momentos en los que mas se precisa el aporte de gasolina, se asegura como mínimo el nivel de gasolina en el pozo de emulsión (pudiendo sobrepasarse sin peligro algo este nivel).

La deceleración y pendiente, el nivel en el pozo de emulsión disminuye algo, debido a la inercia de la masa fluida. No tiene excesiva importancia, debido a que no es tan necesario el aporte continuo de gasolina. Se evita así el rebose de gasolina durante el frenado.

El eje de simetría de la cuba debe estar lo mas cerca posible de los puntos de rebose del circuito principal y otros circuitos. Se asegurará así el aporte continuo de gasolina vas e inclinaciones laterales. 

El flotador así mismo debe estar en el centro de la cuba. Si fuese excéntrico, en deceleración el punzón no cerraría perfectamente, por lo que habría peligro de rebose y ahogo del motor.

Aireación de la cuba:

• Cuba no estanca (o aireación exterior).
  La cuba está comunicada mediante un orificio directamente con el exterior.
  Se mejoran las condiciones para evitar la percolación. El ambiente de la cuba está a la presión atmosférica. A igualdad de condiciones respecto a un carburador estanco, enriquece más la mezcla, ya que la presión sobre la gasolina de la cuba es mayor (relativamente) que en el carburador estanco.
  Si el filtro de aire se ensucia, se tendrá una pérdida de carga adicional que se traducirá en un ligero aumento de la depresión en la zona alta del difusor, lo que provoca un mayor enriquecimiento de la mezcla que en el carburador estanco. Es decir, la riqueza de la mezcla en el carburador estanco, no es independiente del grado de saturación del filtro. Otro inconveniente que podemos citar es que no existe estanqueidad alguna al polvo.
• Cuba estanca
  El ambiente de la cuba estará a igual presión que la entrada de aire, gracias al tubo de comunicación cuba-zona alta del difusor. A estos carburadores se les llama "equilibrados".
  Hay mayores inconvenientes respecto a la percolación. En ralentí y en paro se tiende a enriquecer algo la «mezcla, gracias a la acción de las burbujas de vapor de gasolina formadas.
  Este carburador tiene como característica que cuando el grado de vacío es grande y hay tendencia al enriquecimiento de la mezcla, resulta que la depresión en la cuba es mayor, frenando un poco la salida de gasolina por le surtidor, lo que representa una ayuda al sistema de automaticidad (corrector de mezcla) del carburador.
  La riqueza de la mezcla es más independiente del grado de saturación (taponamiento) del filtro de aire.
• Cuba mixta.
  Es una combinación de los dos sistemas precedentes, la aireación de la cuba se realiza mediante conducto de comunicación desde la entrada de aire y desde el exterior, mediante orificio calibrado o válvula de desgaseado. Es el mas utilizado en la actualidad. Se mejoran las condiciones frente a la percolación, sobre todo en marcha de ralentí.
  El carburador dispone de una válvula mandada por el acelerador, de manera que la cuba es aireada al "exterior" durante el funcionamiento del motor a ralentí y al "interior" cuando se abre la mariposa de gases. En la figura inferior se ve constitución de este sistema con una válvula 1 de aireación de la cuba, que es accionada por la varilla de mando de la propia "bomba de aceleración", de manera que para la posición de ralentí, la válvula destapa el orificio de aireación de la cuba, y en cuanto se acciona la mariposa de gases, dicha válvula tapona el orificio de aireación.

Punzón

Debido al constante funcionamiento del mismo, para evitar un rápido deterioro, lleva un resorte incorporado para evitar las vibraciones.

El diámetro de la entrada de la gasolina debe ser tal que permita el suministro del caudal para máximo consumo del motor más 15 + 20% más para tener en cuenta la posible existencia de vapores de gasolina.

Filtro de aire

Función: filtrar el aire de entrada, para evitar que el polvo, suciedad, pase al motor. Amortiguación del ruido provocado por la entrada de aire.

Constituye una pérdida de carga, y por tanto un aumento de la depresión y del consumo.

Si el filtro está sucio, se enriquece notablemente la mezcla en los carburadores no estancos.

Es conveniente que el filtro esté lo más cerca posible del carburador (mejor incluso encima), para evitar posibles irregularidades de funcionamiento: baches .....

Tipos:

• Filtro seco (cartucho).
• Filtro húmedo: aceite (mayor pérdida de carga)

Anticontaminación y carburador

El objeto de la anticontaminación, es disminuir el tanto por ciento de los gases nocivos emitidos por el escape, por vehículos circulando por la ciudad.

A tal efecto se ha establecido una legislación que controla las condiciones de funcionamiento, la cantidad y la naturaleza de los gases nocivos emitidos por el escape.

Dada la mayor importancia que día a día se le daba a la lucha contra la contaminación, se tubo en cuenta a la hora del diseño de los nuevos carburadores.

Composición de los gases de escape

• Gases de escape:
  - monóxido de carbono (CO)
  - carbono puro (C)
  - anhídrido carbónico (C02)
  - vapor de agua (H2O)
  - hidrógeno puro (H)
  - hidrocarburos (HC)
  - óxidos de nitrógeno (NOx)
  - anhídrido sulfuroso (S02)
  - plomo (Pb)
  
  
• Gases contaminantes
  - monóxido de carbono
  - hidrocarburos
  - carburo puro
  - carbono
  - óxidos de nitrógeno
  - anhídrido sulfuroso
  - plomo

Causas de la contaminación

• Calidad de la mezcla
  - Sólo mezclas 1/15,2 (r = 1). se queman totalmente.
  - Si la mezcla es rica: muchos gases no quemados; gran presencia de CO y HC. ej.; para conseguir la potencia máxima 1/12.5 (rica).
  - Si la mezcla es buena: productos de la combustión CO2 y vapor de agua, no contaminantes.
  - Si la mezcla es pobre: hidrocarburos sin quemar, presencia en el escape, ej.: para conseguir máximo rendimiento 1/18 (pobre).
• Factores relativos al estado de la mezcla y a la combustión. 
  En el proceso de la combustión se ha de lograr que la velocidad de combustión (velocidad de propagación de la llama) sea lo mayor posible, sin llegar por ello al régimen de detonación (cuando gran parte de la mezcla alcanza simultáneamente la temperatura de Inflamación y combustión.).
  Los factores que influyen favorablemente en la velocidad de combustión, harán que ésta sea más completa y por tanto, haya menos gases contaminantes en el escape.
  Entre otros factores, están:
  - naturaleza del combustible: cuanto menor sea la temperatura de inflamación del combustible, antes se quemará y más rápida será la combustión.
  - temperatura de la mezcla: aumenta la velocidad de la combustión. Por ello es conveniente calentar la tubería de admisión.
  - presión de la mezcla: aumenta la velocidad de la combustión. Por ello cuanto mayor es la relación de compresión compatible con el buen funcionamiento, mejor es la combustión.
  - homogeneidad de la mezcla: aumenta la velocidad de la combustión.
  - turbulencia: aumenta la velocidad de la combustión.
  - calidad de la chispa y número de bujías: aumenta la velocidad si la chispa es caliente y cuantas mas bujías haya.
  - forma de la cámara de combustión.
  Por todo ello es prácticamente imposible conseguir una combustión completa de la mezcla combustible, ya que esta depende de un gran número de factores diversos.
• Motor
  Combustión incompleta debido a la concepción actual de los motores.
  - En la cámara de combustión la llama se para a una distancia entre 0,05 y 0,4 mm. de las paredes, debido a la acción del sistema de refrigeración de las mismas. Ello provoca que parte de gasolina se condense en las mismas, tanto más cuanto menor sea la agitación de los gases, y luego salga por el escape en forma de hidrocarburos sin quemar.
  - Cierta cantidad de gases permanece siempre en el espacio muerto del motor, cualesquiera sean las condiciones de funcionamiento y la riqueza de la mezcla.
• Condiciones de funcionamiento.
  Por ejemplo, en deceleración, la cantidad de aire por segundo aspirado por el motor está fijada, porque el aire, al pasar por la mariposa alcanza la velocidad del sonido, velocidad limite máxima de paso, por lo que ya no podrá pasar más aire.
  Debido a que el número de revoluciones es muy elevado, el volumen de gases quemado (igual al del espacio muerto) es superior al del aire admitido, por lo que se producen fallos en la combustión, aumentando así mucho el % de hidrocarburos sin quemar en el escape.
  Por ello, algunas marca de carburador como por ejemplo: SOLEX ha montado en ciertos carburadores el sistema "decel" para limitar el % de hidrocarburos en el escape durante las deceleraciones.

Fuentes de contaminación

• gases del cárter: (20% del total) prácticamente se ha eliminado este foco contaminante con el tubo de recirculación de gases del cárter al filtro de aire y al tubo de blow-by..
• vapores de gasolina: (15% del total) que se escapen del depósito de gasolina, del carburador, etc.
• gases de escape: {65% del total, la causa más importante) para eliminarlos se han implantado diversas soluciones, unas referentes al motor, otras al colector de escape y otras al carburador.

Soluciones aportadas al carburador

Para cumplir con las normas anticontaminación, los carburadores han sido modificados, creándose una nueva gama de carburadores: los carburadores anticontaminación

Soluciones aportadas:

• disminución de las tolerancias, gracias a técnicas de fabricación mas precisas.
• circuito de ralentí: ralentí con circuito de aire y CO constante.
• progresión: control del caudal de los orificios de by-pass o de la ranura de progresión.
• circuito principal: sistema automaticidad "E" (compensador de mezcla)
• aceleración: bomba de aceleración con mando por leva.
• deceleración: el "decel".

Ralentí con circuito de aire

Para que la abertura de la mariposa en ralentí no tenga que ser variada para lograr un buen funcionamiento del motor se utiliza el circuito de aire para ralentí. Así, la distancia entre la mariposa y orificios de by-pass siempre será constante.

De esta manera la progresión y encebado del circuito principal, se realizará siempre para la misma abertura de mariposa (respecto a los carburadores de la misma serie) y se evitan peligros de exceso de riqueza en ralentí y progresiones defectuosas.

Por ello, los tornillos de regulación tope de mariposa para estos carburadores no deben ser manipulados.

• Características:
  - Circuito de aire: puente de aire entre zona alta (o baja) del difusor y zona baja mariposa
  - Tornillo de aire Va: regula el caudal de aire de dicho circuito y por tanto, la velocidad de giro del motor.
  - Circuito de mezcla: proporciona la mezcla (rica) necesaria para el funcionamiento en ralentí.
  - Tornillo de riqueza W : controla el caudal de mezcla (riqueza) suministrado. Fileteado de paso de rosca igual a 50 (en vez de 75) para mayor precisión. Incorporando una junta tórica para evitar fugas.
  
  
• Reglaje
  - Actuar sobre Va para obtener las r.p.m. de ralentí.
  - Actuar sobre W para obtener la mayor velocidad de rotación posible (mejor dosificación).
  - Cerrar W hasta obtener % CO menor al 4,5% (analizador de gases). Aproximadamente 1/4 de vuelta, o hasta disminuir unas 20 r.p.m. el régimen de ralentí.
  - Caso de variarse las r.p.m. ralentí, volver a actuar sobre Va y W.

Ralentí con CO constante

El sistema está formado por dos circuitos en derivación del circuito principal.

• un circuito de ralentí clásico, con el caudal de mezcla regulado por el tomillo de riqueza W.
• un circuito de ralentí de riqueza constante, conductor de una mezcla constante gracias a calibres de aire gasolina fijos a la zona bajo mariposa. El caudal está regulado por Va.

Reglaje.

• Actuar sobre el tornillo de riqueza constante Va que controla un volumen de mezcla capaz de alcanzar las r.p.m. de ralentí preconizadas.
• Actuar sobre el tomillo de riqueza W para obtener el CO deseado.
• Repetir estas operaciones si la velocidad de rotación ha variado.

Progresión

Para cumplir con las normas anticontaminantes, es preciso que riqueza de la mezcla proporcionada al motor durante la progresión permita una combustión tan completa como sea posible.

La progresión se consigue mediante los orificios o ranura de progresión (by-pass).

Circuito principal

• Encebado del circuito principal: la precisión del encebado del circuito principal se consigue:
  - respeto riguroso a la cota de nivel de la cuba.
  - precisión en la cota de sumersión del tubo de emulsión.
  - orientación determinada de los orificios de emulsión respecto al orificio de salida del circuito principal.
  - estrella de guía, para conseguir el perfecto paralelismo entre el tubo y el pozo de emulsión.
• Sistema de automaticidad "E".
  - automatlcidad en el tubo de emulsión.
  - doble difusor.
  - inclinación del tubo de emulsión:permite la evacuación fácil de las burbujas de vapor de gasolina.
  - canalización tangencial, que comunica con la "cámara de desgaseado", a dónde van a parar los vapores de gasolina. La cámara de desgaseado está en comunicación con la entrada de aire del carburador.

Bomba de gasolina con mando por leva

Tiene la ventaja de que proporciona gracias al perfil de la leva al motor la cantidad exacta de gasolina que precisa, así como el momento exacto de la inyección.

Deceleración

En deceleración, la mariposa esta en posición de ralentí, mientras que la velocidad de rotación es muy superior a la de ralentí.

La mezcla suministrada al motor es la de ralentí, pues se alcanzado la velocidad sónica en la tubería de admisión y por tanto el volumen suministrado permanece constante. Sin embargo, debido al alto régimen del motor, el número de admisiones es muy alto, por lo que la tasa de hidrocarburos no quemados es muy alta.

Para evitar esta tasa de hidrocarburos en los gases de escape se suministra, mediante un circuito especial (decel) o mediante el cierre progresivo de la mariposa, un volumen de gases frescos suplementarios que nos compense la pobreza de la mezcla admitida por el motor, consiguiendo así que los productos de la combustión se encuentren dentro de los márgenes establecidos por las leyes en vigor.

Funcionamiento.

En deceleración, la mariposa está en posición de ralentí. El aumento de la depresión, transmitido a través del canal (1). provoca la abertura de la válvula de bola al ser empujada por la cápsula (G). Dicha depresión actúa sobre la membrana (2) permitiendo un enriquecimiento de la mezcla combustible, enriquecimiento prereglado por los tornillos 3 (gasolina) y 4 (aire).