La culata es una pieza delicada y de difícil diseño debido a los altos esfuerzos y temperaturas a los que está sometida. Requiere un diseño cuidadoso para asegurar una circulación uniforme del liquido de refrigeración y evitar desequilibrios térmicos. Se fabrica generalmente de aleaciones de aluminio u hierro fundido. El montaje requiere un número óptimo de puntos de sujeción para resistir las fuerzas internas sin debilitar su estructura.

1. CULATA
PROF. MARCOS AMAMBAL CUEVA

2. Culata para motor de cuatro tiempos
Debido a los esfuerzos a que está sometido y a las altas temperaturas que tiene
que soportar, este elemento es una de las piezas mas delicadas y de difícil
diseño del motor. La cantidad de huecos y orificios de paso que posee pueden
hacer que su estructura quede debilitada. Se fabrica hueca para que pueda
circular por su interior el agua de refrigeración.
Todo ello hace muy difícil a la hora de proyectar una culata, fijar
matemáticamente sus dimensiones y espesores de material, los cuales deben
adaptarse a las características del motor, con un espesor en sus paredes lo mas
uniforme posible para evitar desequilibrios térmicos en la misma, lo cual
originaria la aparición de grietas en la estructura.
Las zonas de la culata que soportan más calor son: la cámara de combustión y
el conducto de salida de los gases quemados. Por tanto, se debe estudiar con
detalle la correcta circulación del liquido de refrigeración, para que todo el
conjunto quede térmicamente equilibrado.

3. CULATA PARA MOTOR DE CUATRO TIEMPOS
Debido a los esfuerzos a que está sometido y a las altas temperaturas que tiene
que soportar, este elemento es una de las piezas mas delicadas y de difícil diseño
del motor. La cantidad de huecos y orificios de paso que posee pueden hacer que
su estructura quede debilitada. Se fabrica hueca para que pueda circular por su
interior el agua de refrigeración.
Todo ello hace muy difícil a la hora de proyectar una culata, fijar matemáticamente
sus dimensiones y espesores de material, los cuales deben adaptarse a las
características del motor, con un espesor en sus paredes lo mas uniforme posible
para evitar desequilibrios térmicos en la misma, lo cual originaria la aparición de
grietas en la estructura.
Las zonas de la culata que soportan más calor son: la cámara de combustión y el
conducto de salida de los gases quemados. Por tanto, se debe estudiar con detalle
la correcta circulación del liquido de refrigeración, para que todo el conjunto quede
térmicamente equilibrado.

5. Culata para motores de dos tiempos
Esta culata es mas simple que la de cuatro tiempos, ya que solo
necesita un orificio para instalar la bujía o inyector. Resulta aún
mas sencilla si la refrigeración se realiza por aire.
No obstante, la refrigeración de esta culata es de suma
importancia, ya que, al producirse en ella las combustiones con
mayor rapidez, se dispone de menos tiempo para la evacuación del
calor interno. Por esta razón su material alcanza mayor
temperatura limite durante su funcionamiento. Estas culatas utilizan
materiales de aleación ligera como el aluminio y tienen una serie
de aletas externas que ayudan a la evacuación del calor del motor.

6. Material de las culatas
El material para la fabricación de las culatas es:
Aleación de aluminio: la culata se construye de aleación de aluminio, silicio y
magnesio. Sus principales cualidades son una buena resistencia, peso reducido y gran
transferencia de calor, lo que permite alcanzar rápidamente la temperatura de
funcionamiento y facilita la refrigeración.
Estas culatas son mas caras de fabricar y son mas frágiles porque sufren mayores
deformaciones. Pero tienen la ventaja de su menor peso y su mayor capacidad de
refrigeración del motor. Estas características hacen que las culatas de este tipo sean la
mas utilizadas actualmente. Se pueden montar tanto en motores con bloque de
fundición como de aleación de aluminio.
Hierro fundido: la culata se construye con una aleación de hierro, cromo y níquel,
que la hacen mas resistente y menos propensa a las deformaciones. Estas culatas
admiten un mayor par de apriete y es mas resistente a las deformaciones y tiene la
desventaja de su mayor peso y su menor capacidad de refrigeración del motor.

7. Montaje de la culata
Una de las características a tener en cuenta de las culatas es su amarre al bloque
motor, ya que, al estar sometida a la fuerza de empuje de los gases de la
combustión, tiende a separarse del bloque. Por esta razón, el sistema de amarre y el
numero mas conveniente de puntos de unión, se estudia cuidadosamente, así como
la calidad y dimensiones de los espárragos empleados para ello.
El número de puntos de amarre depende de las dimensiones de la culata ya que si
se emplean muchos espárragos, mayor es el número de agujeros que hay que
practicar en la misma, lo que debilita su estructura y aumenta las dificultades de
moldeado. Por otra parte se disminuye el peligro de flexión y la dilatación de la
misma, al ser menor la separación entre puntos de amarre, asegurando así el cierre
estanco de los cilindros.
El par de apriete establecido para cada culata viene indicado por el fabricante en
función de la presión interna y del material empleado en su fabricación. Este par de
apriete se logra con el empleo de llaves dinamométricas. Se debe seguir el orden de
apriete establecido por el fabricante, comenzando normalmente por el centro y

10. Cámaras de combustión para motores Otto
En los motores de gasolina los mejores resultados
se obtienen con una forma de cámara semiesférica;
pero debido a la disposición y dimensionado de las
válvulas, cuyo asiento debe ser plano, la
configuración de la cámara se aleja de su forma
ideal.
Las diferentes formas de la cámara de combustión
pueden ser:

11. Cámara de bañera y en cuña
Se emplean generalmente con las válvulas situadas en la culata
y la bujía situada lateralmente, lo cual facilita el acceso a este
elemento. Tienen la ventaja de que el recorrido de la chispa es
muy corto y de limitar el acceso de turbulencia en el gas,
produciéndose, a la entrada de gases, un soplado sobre la
cabeza del émbolo que reduce el picado.
La cámara en forma de cuña tiene las válvulas colocadas en
paralelo, lo que simplifica su sistema de mando.
La cámara en forma de bañera tiene una configuración que
facilita un gran alzado de válvulas y también se simplifica el
sistema de mando.

12. Cámara hemisférica
Es la mas parecida a la forma ideal, las válvulas se
disponen una a cada lado de la cámara y la bujía
en el centro. Esta disposición favorece la
combustión y acorta la llama desde la bujía a la
cabeza del émbolo.
Este tipo de cámara se emplea mucho actualmente,
ya que permite utilizar válvulas de mayor sección o
bien situar mas válvulas para la admisión y escape
(3, 4 y hasta 5 válvulas).

13. Cámara cilíndrica
Esta cámara es muy utilizada por su
sencillez de diseño y fácil fabricación, lo
cual abarata el costo de la culata.

15. Cámara de combustión en motores de inyección
directa
La cámara en estos motores desempeña un papel
muy importante ya que en alguna fases de su
funcionamiento se utilizan mezclas pobres. Los
pistones en estos motores utilizan unos deflectores
en su cabeza (figura inferior), cuya forma orienta
convenientemente el torbellino del gas de manera
que se concentra una mezcla rica en torno a la bujía
y por otra parte tenemos una mezcla pobre en la
periferia.