El constante aumento del interés mundial por el uso de GAS NATURAL COMPRIMIDO (GNC) y/o GAS LICUADO como combustibles alternativos de la GASOLINA, GAS OIL ó FUEL OIL es debido a:
1) La necesidad de diversificar las fuentes de suministro, permitiendo a muchos países el uso de combustible como el GAS.
2) Reducir las emisiones contaminantes, con combustibles "más limpios".
3) Reducir los costos operativos, a través menores precios de los combustibles.
4) Aumentar la eficiencia de los motores, permitiendo menores consumos con mayores potencias.
5) Prolongar la vida útil de los motores y reducir el mantenimiento.

Esta tendencia, ahora mundialmente generalizada, originó en BASSO S.A. hace ya muchos años un programa de investigación y desarrollo para ofrecer válvulas aptas para el uso con GAS NATURAL COMPRIMIDO o LICUADO. Esto concretó en 1991 con el lanzamiento de la línea "EXTRA GAS" en Argentina para los motores locales, sumándose a las válvulas de exportación para motores FORD, GM, DODGE y otros, convertidos a uso con combustibles gaseosos en varios países del mundo.

¿Cuáles son las características del GAS como combustible, que obligan a fabricar válvulas, casquillos y otros elementos especiales?.

CARACTERÍSTICAS

EL GAS NATURAL es una mezcla de hidrocarburos gaseosos, (principalmente Metano en un 85 a 90%) y otros, como Propano, Butano, Dióxido de Carbono, Nitrógeno, etc.
Se obtiene de los yacimientos petrolíferos asociados al petróleo, o bien en formaciones que contienen solamente gas. Se debe comprimir a altas presiones (200 kgs/cm2) para poder acumular cantidades significativas en espacios reducidos.

El GAS LICUADO de petróleo (LIQUIFIED PETROLEUM GAS o L.P.G.) es una mezcla de dos hidrocarburos gaseosos, Propano, Butano, que se obtiene como un subproducto de los procesos de las refinerías de petróleo, ó bien por separación ( a muy bajas temperaturas) del GAS NATURAL. Se puede mantener en estado líquido a temperatura ambiente y a presiones relativamente bajas.

Las características que afectan o influencian el diseño de la cámara de combustión, válvula y guías, son las siguientes:

1) La primera característica importante es la de no poseer plomo, ó sea es un combustible "LEAD FREE" o "LIBRE DE PLOMO"

Hace algunos años a las gasolinas convencionales "CON PLOMO" se agregaba un compuesto llamado Tetraetilo de Plomo para poder mejorar sus condiciones antidetonantes, es decir, poder usarse en motores más "comprimidos" sin riegos de detonación obteniéndose más potencia con menor consumo.

El plomo agregado a la gasolina se depositaba sobre los asientos en la tapa de cilindros, protegiendo a éstos del desgaste al funcionar como un "LUBRICANTE SOLIDO" que se interpone entre la válvula y su asiento. En el GAS, la no existencia de esta "capa" protectora puede provocar un desgaste por abrasión al ir girando la válvula durante las sucesivas aperturas y cierres. Si el asiento ó casquillo no es del tipo endurecido, va perdiendo material, lo que se llama "HUNDIMIENTO" del asiento. Hasta producir una falla grave en le conjunto asiento-válvula ya sea por quemado, rotura por fatiga, pérdida de sellado, etc.

En general este mecanismo de falla se produce en las válvulas de escape, ya que deben trabajar en el ambiente corrosivo y de muy altas temperaturas (hasta 870ºC) de los gases quemados.

Recordemos que además soportan los enormes esfuerzos de la presión de combustión y del cierre violento contra su asiento muchas veces por segundo (a una velocidad de motor de 3000 R.P.M., una válvula abre y cierra 25 veces por segundo).
Asimismo, la presencia del plomo ayudaba a lubricar las guías de válvulas, interponiéndose como lubricante sólido entre el vástago y la guía.

2) Otra característica muy importante y que no ha sido correctamente valorada en los primeros desarrollos de motores "convertidos" a GAS, es que éste quema más lentamente y con mayores dificultades para iniciar la combustión que los combustibles líquidos convencionales.

Al mismo tiempo, la leva de escape del motor fue diseñada para que la válvula correspondiente esté asentada un cierto tiempo, evacuando así el calor de la explosión anterior.

Cuando vuelve a abrirse, los gases quemados del interior, ya deben haber bajado su temperatura lo suficiente como para no superar los límites aceptables para el material.
Como el gas quema más lentamente que la nafta, cuando la válvula de escape abre en un motor transformando a GNC "encuentra" gases que todavía no se han "enfriado" lo suficiente y comienza a calentarse de más.
Por otra aparte, al entrar ya como gas a la cámara de combustión en vez de pequeñas gotitas de combustible líquido como en las gasolinas, no existe la absorción de calor que se produce al vaporizarse esas gotitas suspendidas en la corriente de aire que ingresa al cilindro.

Estos dos factores han inducido a muchos usuarios de Gas Natural a creer que su combustión es más "CALIENTE" que la de la gasolina; si bien es un error de concepto, la consecuencia es que la temperatura de trabajo de la válvula de escape es mayor, llegándose a superar la capacidad de sellado de la válvula y su asiento por falla de material de la cabeza o del asiento en la tapa. Ello puede deberse a uno ó más de estos factores:

- Falta de dureza en caliente.
- Inadecuada resistencia a la corrosión.
- Insuficiente resistencia al desgaste.

Para resolver esta situación es necesario una mejora en el material de la válvula, o un recubrimiento de alta dureza en la cara del asiento de la misma, mediante aleaciones especiales aplicadas por procesos de soldadura por plasma de última generación, que es el caso de las válvulas fabricadas por BASSO S.A. con recubrimiento de "STELLITE" o similares.

La ventaja principal de estos materiales para la cara del asiento de la válvula, es el mantenimiento de una buena dureza en caliente y excelente resistencia a la corrosión y al desgaste, gracias a la combinación de Cobalto, Níquel, Hierro y Cromo en su aleación.

En el caso de motores grandes, para camiones del tipo "Heavy Duty" (de servicio pesado), se recomienda también la modificación del ángulo de asiento de la válvula de escape disminuyéndolo de 45º a 30º (o hasta 15º en válvulas muy comprometidas).
¿Qué se logra con esta práctica?. En la figura de la página siguiente se muestra en esquema de las fuerzas actuantes en la válvula y su asiento, debidas a la acción del resorte, a las fuerzas de inercia producto del movimiento alternativo de la válvula y a las resultantes de la presión de combustión.

Si bien no todas estas fuerzas actúan simultáneamente, podemos decir que su resultante F actúa según el eje de la válvula y se equilibra con las reacciones que actúan en el asiento de la tapa de cilindros (iguales y opuestas a f30 o f45 respectivamente).
Se observa del paralelogramo de fuerzas que para una misma resultante F, las componentes f30 son menores que las f45 o sea que con solamente el cambio de ángulo se disminuyen las cargas actuantes en el asiento, siendo por lo tanto menor el desgaste en la superficie del mismo.

Angulos menores de 15º no son recomendables porque se pierde la capacidad "autolimpiante" del asiento, es decir cualquier partícula de carbón, residuos de combustión, etc., pueden quedar atrapados entre la válvula y su asiento, no deslizando hacia fuera como "pendientes" (ángulo de asiento) mayores, con el riesgo de "quemado" de la válvula y/o asiento.
Esta solución solamente es posible con un combustible "limpio" como el gas, no siendo recomendable para cualquier tipo de combustible líquido, diesel o nafta, por la presencia de impurezas, partículas, y residuos "post combustión".

3) La tercera característica destacable de Gas como combustible, es su elevado poder antidetonante, equivalente a una gasolina de 120 / 130 octanos (sin necesidad del Tetraetilo de Plomo). Esto permitiría aumentar la relación de compresión de los motores hasta valores de 11:1 o 12:1, obteniéndose mayor potencia con menores consumos .
Sin embargo, en la mayoría de los motores "convertidos" a Gas, no se aumenta la relación de compresión, a fin de mantener el uso dual (Gasolina ó Gas) según las posibilidades de abastecimiento. En algunos casos esta operación "dual" ha provocado fallas de válvulas al operarse con una puesta a punto del encendido no adecuada para el gas, es decir apta para la gasolina convencional pero demasiado "retrasada" para el Gas. Justamente por su mencionada baja velocidad de combustión, requiere mayores avances de chispa que la gasolina, unos 10 y 12 grados más de avance inicial.

4) Una característica que suele provocar problemas de desgaste en las guías de válvulas es la baja capacidad lubricante, por el hecho mismo de ser un gas. Los ensayos realizados por BASSO S.A. en vehículos que recorren miles de kilómetros mensuales en las condiciones más severas de operación, demuestra la necesidad del cromado duro de los vástagos que reduce la fricción con la guía, aumenta la duración del vástago y facilita la retención del aceite lubricante entre vástago y guía.

RECOMENDACIONES
Como corolario de esta breve "guía del gas como combustible", daremos ahora una serie de recomendaciones útiles en la conversión de motores a Gas:

A) Para mejorar la transferencia de calor de las válvulas a la tapa de cilindros, es beneficioso hacer los asientos de escape de mayor ancho (de 1/16" a 3/32" ó sea 1,60 a 2,40 mm.).
B) No mecanizar los asientos de la tapa de cilindros con interferencia de ángulos entre válvulas y asientos, prepararlos con los mismos ángulos.
C) Mantener la concentricidad entre guía y asiento menor a 0,025 mm.
D) Profundizar más el asiento en la tapa de cilindros, colocando las válvulas algo más "hundidas" que lo normal; no deben quedar los bordes de las válvulas cerradas asomando dentro de la cámara de combustión.
E) Usar asientos (o casquillos) endurecidos, con buenos contenidos de cromo y níquel en su composición. Los motores modernos traen asientos sinterizados que ya son aptos para GNC.
Algunas tapas de fundición de hierro suelen traer los asientos templados por inducción, esta solución no es aceptable en aplicaciones de servicio severo o "HEAVY DUTY" simplemente no soportarán el esfuerzo y se hundirán. Es necesario "encasquillar".
F) Mantener los huelgos entre válvulas y guías en los valores originales, excepto en los casos donde sean reemplazadas válvulas huecas (rellenas con sodio) por válvulas macizas, allí será necesario aumentar los huelgos para compensar la mayor dilatación de la válvula maciza.
G) No utilizar rotadores de válvulas o bloquear su giro libre si no hubiera otros platillos disponibles
H) No rectifique las válvulas usadas, ya que disminuye su ancho de margen. Use solamente las mejores válvulas disponibles, recubiertas de "STELLITE", vástagos cromados con los mejores aceros inoxidables, como las fabricadas para este uso por BASSO S.A.
I) Utilizar un corrector de avance al encendido, que automáticamente adelante 10 a 12 grados el salto de la chispa al pasarse a GAS.

Recuerde que toda conversión de motores para GAS natural el colocar válvulas no adecuadas sólo redundará en problemas para el usuario y para el rectificador que deberá realizar el trabajo dos veces por el precio de uno.

Esperamos que esta guía pueda serle útil y ayúdenos a difundir su contenido, un mayor conocimiento de los productos que BASSO S.A. fabrica le permitirá brindar un mejor servicio.

VÁLVULAS PARA GNC
1) CARACTERÍSTICAS DEL GAS COMO COMBUSTIBLE
- Falta de plomo.
- Muy baja velocidad de combustión.
- Alto poder antidetonante.
- Corrosividad por compuestos sulfurados.
- Baja lubricidad.

2) PROBLEMAS QUE PUEDEN PRESENTAR EN TAPAS DE CILINDROS Y VÁLVULAS
- Hundimientos de asientos de tapa.
- Desgaste de guías y vástagos de válvulas.
- Quemado de asientos de válvulas.
- Fatiga de superficies de asientos.
- Corrosión de cuello por sulfatos.

3) FACTORES AGRAVANTES
- Operación de alta velocidad y alta carga durante períodos prolongados.
- Avances de encendido aptos para nafta insuficientes para gas.
- Equipos de gas con deficiente regulación A/C. Mezcla pobre o muy rica.
- Mala transmisión de calor de inserto a tapa.

4) REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA TAPA / VÁLVULA
- Insertos de dureza adecuada en tapa, con buena superficie de contacto en la misma.
- Materiales "Premium" como materiales base de la válvula.
- Recubrimientos duros en asientos de válvulas de escape (stellite o similares).
- Proceso de aplicación del recubrimiento por plasma de última generación.

VÁLVULAS PARA GNC DE BASSO S.A.

* MATERIALES BASE DE ADMISION Y ESCAPE.
* MATERIALES DE RECUBRIMIENTO DE ASIENTOS.
* VÁSTAGOS CROMADOS.
* ENSAYOS REALIZADOS EN DINAMOMETROS Y CIENTOS DE MILES DE KILÓMETROS EN SERVICIOS SEVEROS DE FLOTA.
* CONOCIMIENTOS DE INGENIERIA Y MANUFACTURA AL PRIMER NIVEL MUNDIAL

Preparado por el Ing. Fernando Alberto Curello, de MOTOR PARTS INTERNATIONAL, Empresa de investigación y desarrollos especiales del grupo BASSO S.A. de ARGENTINA.