Carburadores: Funcionamiento, Tipos y Componentes en Motores de Combustión

Los motores de combustión interna mezclan combustible, ¿sabes que esta mezcla ocurre en el carburador? A menudo llamado el corazón del motor de automóvil, pero de modelos antiguos. Los automóviles nuevos usan inyección de combustible para el mismo proceso.

No obstante, el secreto científico detrás de la mayoría del transporte (tierra, mar, aire) es que el combustible se convierte en potencia al quemarse con aire causando una pequeña explosión, aunque ese no es nuestro tema aquí.

La función principal de los carburadores en un automóvil es mezclar la cantidad exacta de combustible y aire necesaria para producir potencia. Determinar la mezcla exacta que necesita un motor según el tiempo de funcionamiento, velocidad y otros factores se trata en este artículo.

¿Qué es un Carburador?

Un carburador es un componente en el motor del automóvil diseñado para admitir la cantidad exacta de aire y combustible necesaria para una combustión adecuada. Ha sido el corazón del motor del vehículo, haciéndolo funcionar suavemente y dando mejor caballaje.

Los carburadores son tan precisos que incluso en arranque en frío o funcionando en caliente a alta velocidad, obtener la mezcla exacta de combustible/aire es el trabajo de este dispositivo mecánico.

El funcionamiento es complejo pero explicable. Si tienes suficientes átomos de oxígeno para quemar todos tus átomos de combustible, eso se llama mezcla estequiométrica. Término de química para asegurar que hay suficiente de cada ingrediente antes de "cocinar la receta".

En motores de automóvil, la proporción suele ser ~14,7 partes de aire por 1 de combustible. Varía según la composición del combustible. Cuando el motor quema "pobre" (lean), hay exceso de aire y poco combustible; cuando quema "rico" (rich), exceso de combustible y poco aire.

Tener ligeramente poco aire (mezcla ligeramente rica) ofrece mejor rendimiento. Ligeramente mucho aire (mezcla ligeramente pobre) da mejor economía de combustible. Demasiado aire o demasiado poco no es bueno; debe haber una cantidad adecuada de admisión de aire.

Definición simple: dispositivo para mezclar aire con combustible en un sistema para combustión adecuada. Solo se ve en motores de gasolina con encendido por chispa.

Aparte de motores de encendido por chispa, el carburador se encuentra en motores pequeños: cortacéspedes, generadores, motocultores y otros equipos.

Funciones del Carburador

• Permitir la cantidad adecuada de aire y combustible para producir potencia, en la fuerza correcta bajo todas las condiciones de carga y velocidad.
• Regular la relación aire-combustible y mezclar los combustibles.
• Controlar la velocidad del motor.
• Según cambian velocidad y carga, aumentar o disminuir la cantidad de mezcla.
• Vaporizar el combustible y mezclar el aire en una mezcla homogénea aire-combustible.
• Mantener cierto nivel de combustible en la cámara de flotador constantemente.
• Ayudar a que el combustible queme suavemente y sin problemas.

Breve historia: los carburadores existen desde el siglo XIX. Desarrollado por el pionero Karl Benz, fundador de Mercedes, en 1888, y aún hoy en aplicación.

Componentes Funcionales del Carburador

Válvula de Mariposa (Throttle Valve)

Controla la mezcla aire/combustible (carga) que entra al cilindro del motor. Se abre al pisar el pedal del acelerador.

Sistema de Dosificación (Metering System)

Controla el flujo de combustible hacia la boquilla, responsable de la mezcla exacta aire-combustible. Consta de orificio de dosificación y boquilla de descarga de combustible.

Cuando el aire pasa por el Venturi, se produce un campo de baja presión en la garganta por diferencia de presión entre aire y combustible. El combustible se descarga en la corriente de aire. El orificio de dosificación y el orificio de salida en la boquilla controlan la cantidad de combustible.

Sistema de Ralentí (Idling System)

El paso de la cámara de flotador al tubo Venturi se llama sistema de ralentí. Ofrece mezcla rica durante el ralentí y a baja velocidad. Funciona cuando la mariposa está abierta menos del 15% o en ralentí.

Filtro/Colador (Strainer)

Dispositivo que filtra el combustible antes de entrar a la cámara de flotador. Malla de alambre fino que filtra polvo y partículas en suspensión. Las boquillas se obstruyen si no se eliminan partículas de la superficie del colador.

Venturi

Sección transversal hueca que disminuye gradualmente para reducir la presión de aire en la cámara. Desde él, el combustible sale del conducto de combustible para mezclarse.

Válvula de Estrangulador (Choke Valve)

Controla la mezcla aire/combustible. Su propósito: controlar la cantidad de aire dentro de la cámara de mezcla. Normalmente semiabierta; cuando se requiere mezcla rica, se opera cerrando la entrada de aire para obtener mezcla rica (más combustible por menos aire).

Útil en invierno cuando los motores cuesta arrancar: suministra mezcla rica al cilindro.

Cámara de Flotador (Float Chamber)

Depósito de almacenamiento de combustible que asegura suministro continuo. Tiene una válvula flotante que mantiene el nivel de combustible.

Si el nivel sube, el flotador sube y cierra el suministro. Si baja, el flotador baja, abre la válvula de suministro y permite más flujo.

Cámara de Mezcla (Mixing Chamber)

Donde ocurre la mezcla de aire y combustible, transferida luego al cilindro del motor.

Puerto de Ralentí y Transferencia (Idle and Transfer Port)

En el Venturi del carburador, dos boquillas o puertos ayudan a entregar combustible al cilindro del motor.

En motores modernos, hay partes adicionales en sus carburadores para mejorar eficiencia:

Válvula de Retorno de Mariposa (Throttle Return Check)

Por la alta vacío en el colector de admisión a alta velocidad con mariposa totalmente abierta, se aspira escape al admisión durante solapamiento de válvulas, diluyendo la mezcla y causando fallos de encendido o calado. En motores modernos, una válvula de retorno de mariposa conectada al enlace evita esto.

Control Automático de Mezcla (Automatic Mixture Control)

Válvula con forma de émbolo controlada por solenoide y muelle. Opera un chorro separado en la cámara de flotador. El solenoide se activa y levanta la válvula para aumentar suministro de combustible al chorro. Al desactivarse, el muelle empuja la válvula abajo para disminuir combustible.

El solenoide es un sistema de control computarizado que recibe señales de velocidad del motor, temperatura del refrigerante. Carburador con esta función también se llama calculador de retroalimentación (feedback-controlled).

Solenoide Antidiesel (Anti-dieseling Solenoid)

Motores modernos de control de emisiones suelen funcionar más calientes, creando puntos calientes en la cámara de combustión que causan pre-encendido. Los carburadores modernos incluyen solenoide antidiesel para prevenirlo.

Tipos de Carburadores

Según dirección del flujo de aire:

Carburador de Corriente Ascendente (Up-draft)

El aire entra por abajo y sale por arriba (flujo ascendente). Combustible viene de cámara de flotador; diferencia de presión entre las dos cámaras lograda por Venturi. Combustible sale de conducto y mezcla con aire de admisión. Pasa por válvula de mariposa conectada al acelerador. Mezcla va al cilindro para combustión.

Limitación: gotas de combustible pulverizado deben ser levantadas por fricción del aire. Esto obliga a diseñar tubo de mezcla y garganta pequeños para que incluso a bajas RPM las partículas sean levantadas por velocidad del aire. Si no, gotas se separan dando solo mezcla pobre. Por otro lado, tubo de mezcla pequeño limita suministro rápido a altas velocidades.

Carburador de Corriente Descendente (Down-draft)

El más usado y común por sus ventajas. Suministra aire desde la parte superior de la cámara de mezcla. Ventajas:

• La gravedad asiste el flujo de mezcla, motor tira mejor a bajas velocidades bajo carga.
• Posición del carburador fácilmente accesible.
• Mayor eficiencia volumétrica.

Para evitar limitaciones del up-draft, el down-draft se coloca a nivel superior al colector de admisión, con aire y mezcla siguiendo curso descendente. El combustible no se levanta por fricción del aire, entra a cilindros por gravedad incluso si velocidad de aire es baja. Así, tubo de mezcla y garganta pueden ser grandes, permitiendo altas RPM y alta potencia.

Un solo inconveniente: posibilidad de fuga directa al colector de admisión si el flotador es defectuoso y el chorro rebosa.

Carburador Horizontal

Tercer tipo: un down-draft en dirección horizontal. Principio simple: carburador en posición horizontal, aire entra por un extremo, mezcla combustible antes de ir al cilindro para combustión.

Principio de Funcionamiento del Carburador

El funcionamiento es simple pero complejo según diseño. El más simple: gran tubo vertical de aire sobre cilindros del motor, con tubo horizontal de combustible unido a un lado. Al fluir aire hacia abajo, pasa por un estrechamiento en el medio (Venturi). Esto acelera el aire y reduce su presión. El efecto de succión atrae combustible por el tubo lateral.

El flujo de aire arrastra el combustible causando su mezcla. La mezcla se produce por dos válvulas giratorias arriba y abajo del Venturi. La superior se llama "Choke" (estrangulador): regula aire que fluye en el carburador. Si se cierra, poco aire fluye y el Venturi aspira más combustible → mezcla rica, útil en arranque en frío y marcha lenta.

Debajo del Venturi, la segunda válvula es "Throttle" (mariposa): determina cantidad de aire que entra y combustible que arrastra del tubo lateral. Al abrir mariposa, más aire y combustible fluyen → motor libera más energía → más potencia → vehículo acelera. La mariposa está conectada al pedal del acelerador en coche y en manillar de moto.

Ventajas y Desventajas del Carburador

Ventajas:

• Piezas menos costosas que inyectores de combustible.
• Mezcla aire-combustible perfecta.
• Más potencia y precisión en mezcla aire/combustible.
• Componente no restringido por cantidad de gas bombeado del tanque; cilindros pueden aspirar más combustible → mayor potencia y mezcla más densa en cámara.

Desventajas:

• Mezcla suministrada a velocidad muy baja es débil, motor no enciende perfectamente.
• Pieza afectada por cambios de presión atmosférica.
• Consume más combustible que inyectores.
• Más emisiones de aire que inyectores.
• Mayor mantenimiento que inyectores.

En resumen, el carburador es componente importante en motor de automóvil. Permite mezcla exacta aire/combustible y ayuda a controlar velocidad del motor. Sus componentes funcionales: sistema de dosificación, ralentí, colador, Venturi, etc. Los tipos disponibles se conocen por dirección del flujo de aire.