[i]METROLOGÍA.
Una vez hemos desmontado el motor y hemos localizado su avería, debemos medir sus componentes internos para ver si se encuentran dentro de las tolerancias fijadas por el fabricante como valores límite.
Esto es muy importante pues las piezas que vamos a medir están sometidas a grandes solicitaciones mecánicas y de su buen estado depende la salud de nuestro motor. Aunque el manual de taller especifica más operaciones de metrología a realizar, vamos a explicar las imprescindibles y más frecuentes.
Las herramientas de las que nos vamos a servir ahora son diferentes aparatos de medición de precisión de un precio relativamente elevado pero abordable hoy en día. Hace algunos años estos aparatos estaban totalmente fuera del alcance de los aficionados porque esto y el reducido uso que vamos a hacer de ellos no justificaba la inversión. Las cosas han cambiado pero, aún así, estos aparatos no dejan de sumar un pico… En relación con estos aparatos, creo necesaria una puntualización: para casi todos ellos existen versiones electrónicas que nos darán las medidas de forma más cómoda que los tradicionales aparatos mecánicos pero que personalmente no recomiendo pues como no los vamos a usar más que cada varios meses, en el mejor de los casos, nos las encontraremos casi siempre sin pilas, con estas sulfatadas, etc.
1.- EL CILINDRO. CONICIDAD Y OVALIZACIÓN.
La sección de un cilindro es una circunferencia perfecta –o casi- que con el paso de los kilómetros va perdiendo su forma debido a las fuerzas que contra sus paredes ejerce el pistón en su movimiento alternativo. Aunque el pistón sube y baja por el cilindro, este se ve sometido a acciones horizontales debidas a la reacción que ejerce la biela sobre el mismo. Como la biela en la mayor parte de sus trayectoria presenta algún grado de inclinación -excepto en el PMS y en el PMI- dicha reacción hace que el pistón empuje lateralmente contra las paredes del cilindro. Dado que las mayores fuerzas se ejercen en el momento de la explosión, cuando el pistón se encuentra en el PMS, es en la zona más alta del cilindro donde se producen estos desgates.
Además, mirando el motor desde su parte superior, es lógico pensar que estos desgastes suceden en los frentes del cilindro en línea con el plano de la biela, pues en los demás sentidos no se producen empujes horizontales por no existir reacción alguna.
Es la actualidad, los cilindros llevan un revestimiento interior de carburo de silicio de una resistencia al desgaste excepcional que minimiza este desgaste, mucho mayor en motos antiguas. Estos revestimientos son los que se conocen comúnmente bajo las denominaciones comerciales “Nikasil” o “Scanimet” –la versión italiana-
Debido a la forma en que hemos explicado que se ejercen los esfuerzos laterales, el cilindro tiene a desgastarse de una forma muy concreta. Mirando el cilindro lateralmente, de forma perpendicular al plano de la biela, se mide la CONICIDAD mientras que tomando medidas en diferentes secciones perpendiculares el eje del mismo se mide la OVALIZACIÓN.
Para tomar dichas medidas es necesario hacerlo a tres alturas diferentes dentro del cilindro, coincidentes aproximadamente con la parte inferior, media y superior de la carrera del pistón. Observando interiormente el cilindro se observa perfectamente la superficie que recorre el pistón pues el íntimo contacto de los segmentos con las paredes del cilindro provoca cambios en el brillo superficial de esta banda. Hemos de ser especialmente cuidadosos con la parte superior pues aunque el pistón llega justo hasta el extremo superior del cilindro al alcanzar su PMS, los segmentos quedan algunos mm por debajo y debemos medir en esta zona que, además, es la más solicitada y será la más desgastada.
Si nos fijamos en las indicaciones del libro de taller observaremos que no aparece una medida total del cilindro sino que da un valor de desgaste por conicidad y por ovalización, de orden de 3 ó 4 centesímas de mm (0,03 – 0,04 mm), por lo que no necesitamos tomar medidas absolutas de cada parte del cilindros sino relativas entre diferentes partes. Para tomar estas medidas utilizaremos el alexómetro que no es más que un comparador acoplado a una galga telescópica de interiores.
NOTA: Existe otra forma de tomar estas medidas en el cilindro que es mediante el uso de un micrómetro de interiores, pero este aparato es muy específico y muy caro, dado lo poco extendido de su uso. En este caso el tipo de medida que obtendremos es absoluta, ya que tendremos el diámetro total en cada punto y no una diferencia (comparación) entre os diferentes puntos. Esto influye en otra operación posterior que explicaremos en su momento.
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El alexómetro.
Para medir con el alexómetro, se introduce este en el interior del cilindro, procurando que su lectura nos quede en alguna parte intermedia de su escala, de manera que siempre que varíe la lectura, esta quede dentro del rango de medida del aparato. Una vez hecho esto, lo situamos en el punto que nos interese medir y lo hacemos bascular dentro del cilindro. Mirando al comparador veremos como la aguja se desplaza en una dirección hasta el momento en que se para y comienza a desplazarse en la contraria. En ese punto exacto es donde la galga telescópica es más corta y, por tanto, donde el aparato está midiendo la menor distancia entre las paredes del cilindro, coincidiendo exactamente con su diámetro, o sección recta. En esa posición, giramos la escala del aparato hasta que el “0” coincida exactamente con la aguja. Esto requiere cierto tacto y delicadeza, pero enseguida se le coge el truco.
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Se coloca el alexómetro con una punta un poco mayor que el diámetro del cilindro.
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Se introduce inclinándolo.
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Vista general del aparato.
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Este primer punto lo emplearemos como base para la siguiente medida. Como hemos “hecho cero” en el aparato, al cambiar su emplazamiento dentro del cilindro y tomar una nueva medida de su diámetro, lo que podremos leer en el aparato es la DIFERENCIA con la medida anterior. La escala principal del comparador del alexómetro está graduada en centésimas de milímetro, por lo que, como los valores de tolerancia en el cilindro son de tan solo unas pocas centésimas, la lectura de dicha escala nos dará el valor buscado.
La CONICIDAD se mide tomando medidas en el plano en el que gira la biela. Para ello colocamos el alexómetro un poco por encima del PMI del pistón y hacemos “0” en este punto. Tomamos una primera medida hacia la mitad de la carrera del pistón y una segunda un poco por debajo del PMS. Estos valores miden la conicidad. Lo natural es que dicha medida aumente algo a medida que tomamos una medición más arriba. Apuntamos los valores.
La OVALIZACIÓN se mide tomado DOS medidas en direcciones perpendiculares en cada una de las tres alturas descritas anteriormente. Sin embargo, en este caso, el rpocedimiento es algo diferente, ya que en cada altura procedemos así:
1.- La primera de cada una de estas medidas la tomamos en el cilindro EN EL SENTIDO TRANSVERSAL al plano de la biela. En este sentido no hay empujes laterales y será la medida de referencia. Por tanto hacemos cero aquí.
2.- Giramos el alexómetro 90 grados y tomamos la segunda medida en sentido longitudinal al plano de la biela. Como es en este sentido en el que se ejercen los esfuerzos laterales, el desgaste mayor estará aquí. Tomamos esta medida y la apuntamos.
3.- Repetimos para las dos alturas restantes, siempre haciendo cero en el sentido transversal. Por efecto de la conicidad –si la hubiera- al ir subiendo por el cilindro, lo normal es que veamos que la ovalización también aumenta.
2.- EL PISTÓN. DIÁMETRO.
En caso del pistón lo que vamos a medir es el diámetro. En este caso, sí tomaremos su medida absoluta en un punto concreto determinado por el fabricante. Este punto siempre será en la falda del pistón, a unos milímetros de su base, según indique el fabricante y en la dirección del plano de la biela, o sea, perpendicularmente al eje del bulón.
Esto se hace así por dos motivos:
El primero de ellos es puramente geométrico. Aunque a primera vista lo parezca, los pistones NO SON exactamente cilíndricos, sino que son troncocónicos, siendo su la base de la falda la parte más ancha –o casi, ver dibujo- Esto es así porque la cabeza del pistón alcanza mayores temperaturas y por lo tanto se dilata más y porque tiene más masa, lo que contribuye a una dilatación aún mayor.
El segundo es que este punto del pistón es el más sometido a desgaste pues es el que contacta con las paredes del cilindro en su recorrido al cabecear como efecto del giro que sobre él impulsa la biela.
Este dibujo representa la sección lateral del perfil de un pistón con su escala horizontal muy peraltada. En él podemos ver que el punto de mayor diámetro del pistón está situado algo por encima de la base de la falda y este precisamente es el punto que especifica el fabricante para tomar la medida.
Para medir el pistón usamos un micrómetro de exteriores del tamaño adecuado. En el caso de las Ducati, el de 75 a 100 mm cubre prácticamente la totalidad de la gama, con la casi sola excepción de los motores 1098 y 1198, cuyo diámetro excede de esta medida.
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Micrómetro de exteriores de 75 - 100 mm
Como podéis ver, las puntas de este micrómetro no alcanzan a juntarse, precisamente porque lo mínimo que miden son los mencionados 75 mm. Normalmente, para utilizar un micrómetro, lo primero que tenemos que hacer siempre es tararlo a su medida mínima, ya sea “0” (Caso del micrómetro 0-25 mm) o cualquier otra medida, 75 mm en el caso del micrómetro que nos ocupa.
Los micrómetros que no comienzan en “0” traen una barra de comparación de su medida mínima de forma que, al colocarla en el micrómetro y ajustar este a su medida, podemos llevar a cabo esta operación de tarado.
Así pues, colocamos la barra patrón calibrada en el micrómetro y lo ajustamos, girando siempre la sección final que es la que lleva el muelle que ajusta la fuerza del embrague para que la presión ejercida sea la correcta.
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Tarado del micrómetro con la barra patrón.
En el caso de la foto, el micrómetro marca “75,00” exactamente pero si esto no fuera así, con la herramienta en dotación con el micrómetro, debemos girar el tambor graduado hasta hacerlo coincidir con el “0” del nonio. A partir de aquí, podemos empezar a medir.
Para medir el pistón, lo colocamos sobre su cabeza sobre un trapo “mullido” para que quede flotante, de manera que al cerrarse las puntas del micrómetro sobre él, pueda moverse y obtener un perfecto ajuste entre ambos elementos. Tomamos la medida del pistón en el punto especificado por el fabricante. Es recomendable tomar tres medidas para observar que su valor es siempre coincidente y, por tanto, correcto. Apuntamos la medida del pistón.
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Medida del pistón con el micrómetro.
En el primer párrafo de este apartado he dicho que “Normalmente” hay que tarar el micrómetro. Aunque siempre es una buena práctica, en nuestro caso no sería absolutamente necesario, ya que la base para medir que vamos a utilizar es la medida tomada por el alexómetro que, como hemos visto, no es un valor absoluto. Como el diámetro del pistón únicamente lo necesitamos para medir su holgura con el cilindro, no necesitamos tarar el aparato.
Si utilizamos un calibre de interiores para medir el cilindro, es absolutamente imperativo tarar ambos aparatos. Además, en este caso las medidas son más críticas pues es necesario que ambos micrómetro midan exactamente lo mismo, cosa que no siempre sucede entre dos aparatos de aficionado que no podemos someter a verificaciones metrológicas regulares. Así pues, usar el alexómetro no solo es más barato sino que resulta el método más fiable.
3.- HOLGURA PISTÓN-CILINDRO.
Ahora vamos a comparar el valor medido en el pistón –absoluto- con el medido en el cilindro –relativo- y así obtener la holgura total entre ambos elementos que es una medida fundamental para el buen funcionamiento del motor.
Hay que atenerse escrupulosamente al procedimiento fijado en el manual de taller para ello. En caso de no especificarse más que la holgura, sin relación a ninguna medición determinada (recordemos que hemos tomados bastantes medidas en el cilindro), el valor que consideraremos para el cilindro es el punto en que hemos hecho “0” en el alexómetro al medir la conicidad, o sea, la parte inferior de la carrera del pistón en el plano de giro de la biela.
Para medir esta holgura tenemos, por un lado, la medida del pistón que hemos tomado con el micrómetro y por otro la tomada en el punto indicado en el cilindro con el alexómetro. Por una lado hemos hecho “0” en el alexómetro en este punto y por otro conocemos el diámetro exacto de nuestro pistón.
Así pues, saber la holgura entre ambos se reduce a conocer la medida absoluta del diámetro en ese punto del cilindro. Esto se hace así:
- Colocamos el micrómetro en un soporte. Yo uso el tornillo de banco aunque hay soportes al efecto más indicados.
- Giramos el husillo hasta obtener la lectura de un valor unas 5 centésimas mayor que el diámetro del pistón.
- Colocamos el alexómetro entre ambas puntas del micrómetro, bien centrado.
- Observamos la lectura en la esfera del alexómetro y giramos el husillo del micrómetro hasta que la aguja del alexómetro indique “0”. Este proceso requiere de cierto entrenamiento y habilidad manual, ya que hay que sostener el alexómetro bien centrado entre las puntas del micrómetro mientras leemos su escala y giramos el husillo del micrómetro.
- Una vez estamos seguros de que el alexómetro marca “0” y que está perfectamente colocado entre las puntas del micrómetro, lo retiramos y sin tocar nada, hacemos la lectura del micrómetro.
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Giramos el micrómetro hasta que la escala del alexómetro indique “0” y apuntamos la medida.
La lectura obtenida en el micrómetro es la absoluta correspondiente al cilindro en el punto medido. Al restarle la medida obtenida del diámetro del pistón, tenemos la diferencia entre ambas que es la medida de la holgura pistón-cilindro que buscábamos.
Con todo ello es fácil comprender que, como hemos usado el mismo micrómetro para tomar las mediciones de todos los valores absolutos y como la resta de ambos es un valor relativo, no hay necesidad de tarar el micrómetro. Como además, tanto la medida del pistón como la del cilindro la hemos tomado con el mismo aparato, no necesitamos garantizar la exactitud de dos aparatos de medida diferentes.
4.- HOLGURA DE LOS SEGMENTOS.
Esta holgura es otro de los puntos críticos del buen estado de funcionamiento del motor ya que, de ser excesiva, se pierde compresión y por lo tanto potencia y además, el aceite del cárter puede llegar a la cámara de combustión, produciendo abundantes depósitos de carbonilla en culata, pistón y válvulas.
Aunque no es habitual en un motor usado, de ser insuficiente esta holgura, sus consecuencias son aún peores pues al dilatarse los segmentos, sus dos extremos llegan a tocarse y en ese momento el segmento continua dilatándose contra las paredes del cilindro, lo que lo calienta más, hace que se dilate más y, finalmente provoque su rotura, lo cual es una seria avería del motor.
Normalmente esta segunda condición no debería darse nunca con segmentos nuevos pero a veces pasa, por lo que, además de comprobar los segmentos viejos del motor, de tener que sustituir estos, deberemos comprobar los nuevos para garantizar que esto nunca pasa.
La holgura de los segmentos se mide con galgas de espesores. De nuevo hay que seguir las recomendaciones del libro de taller que normalmente indica que la holgura se debe medir hacia la zona del PMI de la carrera del pistón.
Colocar los segmentos en este punto es bastante fácil. Apretamos cuidadosamente con los dedos el segmento y lo introducimos en el cilindro. Ahora, con la ayuda del pistón, lo empujamos al lugar indicado. De esta forma conseguimos desplazar fácilmente el segmento y conseguimos que quede colocado perfectamente perpendicular al eje del cilindro.
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Introducimos el segmento dentro del cilindro.
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Lo desplazamos introduciendo el pistón…
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Hasta el punto en el que debemos medirlo
Ahora medimos la holgura del segmento con las galgas de espesores para determinar si está o no fuera de tolerancias y si necesitamos cambiarlos.
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Y con una galga medimos la separación entre sus extremos.
De la misma forma medimos los demás segmentos. Para medir el inferior, el rascador de aceite, debemos retirar su muelle expansor. Por lo demás el procedimiento es igual.
5.- HOLGURA VÁLVULAS-GUÍAS.
Las válvulas, al abrirse y cerrarse también se ven sometidas a esfuerzos laterales impuestos por los balancines de apertura y cierre. De la misma forma que el pistón desgasta el cilindro, los vástagos de las válvulas desgastan sus guías.
Esta es otra holgura importante a medir y muy especialmente en los motores Ducati que tienen cierta tendencia a desgastar las guías, especialmente las de escape, sometidas a temperaturas mucho más altas.
De la misma forma que hemos medido la holgura cilindro-pistón con el micrómetro y el alexómetro, vamos a medir la holgura válvulas-guías con el micrómetro y las galgas extensibles de agujeros pequeños.
Este aparato no es más que una varilla terminada en un bulbo y cortada longitudinalmente por una ranura. En su interior hay un pequeño vástago con la cabeza ensanchada que, al ir recogiéndose mediante el giro de una rosca, provoca que la cabeza se vaya abriendo.
Vienen en estuches con galgas para diferentes rangos de medida y son muy económicas. Las válvulas de casi todas las Ducati son de 7 mm, excepto en los motores de dos válvulas más antiguas que son de 8 mm, por lo que el rango de medidas que necesitamos es muy reducido.
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Micrómetro 0-25 mm para medir guías de válvulas y vástagos de las mismas.
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Juego de galgas de agujeros pequeños.
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Detalle de una galga de agujeros pequeños.
Otro método de medir esta holgura implica el uso de un micrómetro de interiores de pequeño diámetro que es un aparato muy especializado y muy caro.
Para medir la holgura entre ambos elementos necesitamos tomar dos medidas perpendiculares a tres alturas diferentes en cada uno de ellos. Este procedimiento es un poco tedioso pues por cada válvula vamos a tomar 6 medidas, más otras seis por cada una de sus guías, que para las 8 válvulas de un motor desmoquattro hace un total de 96 medidas.
Las galgas no tienen ninguna escala de medida por lo que, como en el caso de la medida del cilindro, tenemos que utilizar un micrómetro para obtener la medida.
El procedimiento es muy sencillo. Primero introducimos la galga en la guía en el punto que deseamos medir y girando el husillo de su extremo la vamos ensanchando hasta que notemos que toca las paredes de la guía, operación que se hace al “tacto” pero que es bastante fácil y evidente. No hay que apretar sino simplemente girar a la vez que movemos ligeramente la galga adentro y afuera sin parar hasta que sentimos rozamiento.
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Introducimos la galga en la guía y la abrimos a su medida.
Ahora, sin girar el husillo, sacamos la galga y tomamos la medida de la misma con el micrómetro. Procedemos así hasta tomar las seis medidas de la guía. Normalmente las zonas más desgastadas serán los extremos, especialmente el situado hacia el cilindro y especialmente el de las válvulas de escape.
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Con el micrómetro medimos la galga.
Ahora, tomando las mismas 6 mediciones en el vástago de la válvula. Las válvulas apenas se desgastan y normalmente no encontraremos diferencias de más allá de una centésima.
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Y también con el micrómetro medimos el vástago de la válvula.
La holgura que buscamos, en este caso es la diferencia entre la mayor medida obtenida en la guía y la menor en el vástago de la válvula.
MEDIDAS DE OTROS ELEMENTOS.
Los elementos descritos son las medidas más críticas dentro del motor. La siguiente en importancia es la unión de las cabezas de las bielas con la correspondiente muñequilla del cigüeñal. Pero hay muchas más y todas ellas se describen en el libro de taller.
Lo importante es que en caso necesario todas las podemos llevar a cabo con los aparatos (en su debido rango de medidas) y procedimientos descritos en este artículo.
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(C) 2.012. Eduardo Cabrera Choclán.
