El mundo de la ingeniería automotriz está en constante evolución, diseñando nuevas configuraciones y nuevos sistemas. El presente trabajo de fin de grado se centra en los sistemas de distribución, siendo tema de estudio el sistema Desmodrómico de Ducati.
La verdad es que el nombre es un poco raro. Se trata de una palabra compuesta de origen griego. Sus raíces son: «desmos» (controlado, vinculado) y «dromos» (carrera, recorrido). Por tanto, su significado literal, referido al movimiento alternativo de las válvulas, es el de carrera sujeta a un vínculo, de movimiento no libre sino regulado mecánicamente.
Sistema de distribución desmodrómico, ese gran invento que lucen casi en exclusiva los motores de Ducati, y que inventó patentó el ingeniero Fabio Taglioni en los años cincuenta (la patente es de 1956) es también una palabra que está en la boca de muchos, pero que sólo unos pocos son capaces de decir lo que es y cómo funciona.
Pues bien, este es un sistema de accionamiento de las válvulas diferente, el cual fue patentado por el ingeniero de Ducati Fabio Taglioni en 1956, aunque existen diseños anteriores, como el de Arnott que data de 1910.
El sistema de mando desmodrómico prevé que el árbol de levas accione ambos movimientos de la válvula, tanto el de apertura como el de cierre. Así el árbol, al girar, primeramente empuja el vástago de la válvula (apertura) y luego tira de él hacia arriba (cierre).
En un motor de cuatro tiempos de distribución convencional, el movimiento de apertura de las válvulas está gobernado por la leva, que empuja al balancín o al empujador y éste, a su vez, empuja a la válvula. En este moviemiento de apertura, además, se comprime el muelle helicoidal de la válvula, acumulando la energía necesaria para llevar a cabo el movimiento inverso. Por tanto, como hemos dicho, el cierre corre a cargo del muelle, que empuja a la vávula a su estado inicial.
La base técnica es relativamente sencilla (como casi todas las ideas geniales) ya que para evitar los problemas que traen consigo los muelles en las válvulas de un motor de cuatro tiempos, se sustituye estos por un sistema de doble balancín en el que uno se encarga de abrir la válvula mientras que el otro se encarga de cerrarla.
El sistema de válvulas desmodrómicas es una tecnología exclusiva de Ducati, donde las válvulas no sólo se abren mediante un árbol de levas, sino que también se cierran mecánicamente. Esto contrasta con los motores convencionales en los que los resortes de válvulas cierran las válvulas.
Dependiendo de la variante de este sistema y de la configuración del motor se puede usar dos árboles de levas (uno para abrir y otro para cerrar), tres árboles - trialbero - en los que los árboles extremos se usan parar abrir las válvulas de admisión y escape, y el central para cerrar ambas válvulas, incorporando un perfil de leva doble un tanto peculiar, o incluso cuatro árboles, independizando admisión y escape, cierre y apertura.
Básicamente es un sistema con 3 árboles de levas: uno para el cierre y otros dos para la apertura de las válvulas. Si alguna vez teneis ocasión de verlo no la desaprovecheis, pero salvo que seais mecánicos EXPERTOS no intenteis desmontarlo solos y mucho menos montarlo posteriormente o ponerlo a punto.
Distribución desmodrómica ⚙️ motor DUCATI 🇮🇪 Desmodue
¿Por qué la distribución desmodrómica y no la convencional?
La más importante es que permite trabajar a un régimen a priori más elevado que un motor de distribución convencional (y sabemos que las dos vías más directas para aumentar la potencia de un motor para una misma cilindrada es subir revoluciones o recurrir a la sobrealimentación).
Cuando un motor gira a altas o muy altas revoluciones, digamos que a partir de unas 8.000 vueltas, las fuerzas de inercia son mayores que las fuerzas elásticas del muelle, y básicamente no da tiempo a que la válvula se cierre cuando se tiene que volver a abrir de nuevo.
En un sistema tradicional cada vez que el árbol de levas empuja una válvula (50 veces por segundo a 6.000 rpm) debe aplastar el muelle y vencer su resistencia a la deformación.
La ventaja fundamental que ofrece el mando desmodrómico es la de permitir al motor trabajar a elevados regímenes de revoluciones. Vamos a considerar el caso de un motor que funcione a 6.000 rpm (revoluciones por minuto). Cada válvula debe abrirse y cerrarse 50 veces cada segundo. En estas condiciones de frecuencia, la inercia de los muelles puede impedir a las espiras distenderse con suficiente rapidez, por lo que las válvulas no consiguen cerrarse a tiempo. En ese momento tiene lugar un fenómeno conocido como "rebote de válvulas". Esto quiere decir que la válvula "rebota" contra el empujador y éste contra el árbol de levas, que mientras tanto ha adelantado, lo que conduce a la actuación de fuerzas opuestas motivando la aparición vibraciones, debido a la imposibilidad de los muelles de seguir el ritmo del motor.
A altas revoluciones, las fuerzas inerciales generadas en los componentes (vávulas y muelles) son muy altas y pueden llegar a ser del mismo orden de magnitud que la fuerza elástica que producen los muelles en su etapa de compresión. El problema está servido: los muelles no son capaces de provocar el cierre de las válvulas. A este fenómeno se le conoce como «flotación de las válvulas».
Los muelles no garantizan esto a altas revoluciones, ya que puede que no lleguen a recuperar la posición inicial con la válvula cerrada con lo que se puede producir un escape de gases por esa válvula parcialmente abierta o incluso que la válvula choque contra la cabeza del pistón y provoque una catástrofe mecánica.
Las consecuencias son una gran pérdida de rendimiento (se pierden gases de admisión por la válvula de escape y gases de escape se encaminan por los conductos de admisión, entorpeciendo una correcta alimentación), roturas catastróficas de componentes (al no cerrar del todo las válvulas, éstas puede colisionar con el émbolo) y ruidos y vibraciones (cuando la válvula no vuelve a su sitio, el empujador pierde el contacto con la leva, volviendo a contactar en el siguiente ciclo de forma violenta; además, a estos regímenes se suele alcanzar algún modo propio de vibración del muelle, por lo que se producen fenómenos de resonancia).
Todos estos problemas se evitan con la distribución desmo.
Además de solucionar los problemas de flotación de válvulas y roturas de muelles, este sistema aporta una ventaja más, y es que al suprimir el muelle no se ha de vencer su fuerza para abrir la válvula, por lo que existen menos pérdidas mecánicas y una mayor potencia. Aunque es cierto que esa ganancia no es tan grande como podría parecer, ya que en el cierre de la válvula estamos generando unas pérdidas mecánicas, es decir, más rozamientos, al introducir esa nueva leva y balancín.
La supresión de los muelles implica eliminar la fuerza de compresión necesaria para deformar el muelle, por lo que las pérdidas en fricción y esfuerzos innecesarios se disminuye.
En un sistema convencional, los resortes de válvula pueden fatigarse con el tiempo, provocando pérdida de rendimiento o incluso daños en el motor. Como no hay resortes de válvula que presionen continuamente contra el árbol de levas, se desperdicia menos energía en fricción interna.
Mejora de la fiabilidad al suprimir los muelles.
Con el tiempo hemos visto que en algunos motores de competición los muelles se han sustituido por sistemas de gas a presión para garantizar el cierre y evitar la flotación de las válvulas a altas revoluciones. Pero este sistema encarece mucho el mantenimiento de los motores además de aumentar su peso por todos los accesorios que necesita para funcionar.
La genialidad de la patente del invento de Fabio Taglioni es que es un sistema completamente mecánico, muy fiable y que sólo aumenta ligeramente el peso de los árboles de levas, que en vez de contar con una sola leva cuentan con dos. Aunque las primeras soluciones contaban con tres árboles de levas (trialbero) dos para abrir las válvulas y uno para cerrarlas.
En cuanto a sus desventajas, todo lo relacionado con los costes.
Como contrapartida, el sistema desmodrómico es bastante más costoso de fabricar, y ese es uno de los principales motivos por los que no está tan extendido, además de que técnicamente también es más complejo, aunque no excesivamente. La otra razón de su escasa, o más bien nula difusión, son las numerosas patentes que Ducati posee del mismo, lo que hace prácticamente imposible que ningún otro fabricante lo use sin que tenga que rendir tributo por ello a Ducati.
Las ventajas parecen concluyentes frente a las desventajas; pero lo cierto es que, hasta la fecha, su uso (de la distribución desmo) se ha limitado casi prácticamente a la competición y digo casi porque algunas marcas como Ducati la utilizan en sus modelos de calle.
El sistema desmodrómico ha sido adoptado casi exclusivamente en motores de competición (recuerdo ahora excepciones como el Mercedes 300 SL "alas de gaviota" y algún OSCA, además de las motos Ducati).
Quizá el sistema de distribución de mando desmodrómico que podamos tener más cercano es el que emplea la firma Ducati en muchos de sus motores.
Animación del funcionamiento de un sistema desmodrómico.
Aplicaciones Modernas del Sistema Desmodrómico
Ducati ha revolucionado el mundo del motocross con la introducción de la Desmo450 MX. Equipado con el sistema de válvula desmodrómica, este modelo promete no sólo innovación sino también una ventaja técnica sobre la competencia.
La Ducati Desmo450 MX es la primera máquina de motocross de Ducati que utiliza esta tecnología. Se trata de un paso innovador en el mundo de la competición off-road, donde la fiabilidad, la respuesta del motor y el ahorro de peso son cruciales.
La introducción del sistema de válvulas desmodrómicas en la Ducati Desmo450 MX podría suponer un cambio importante en la industria del motocross. Esto podría cambiar la forma en que los fabricantes diseñan y ajustan las motos de motocross. Si Ducati tiene éxito con la Desmo450 MX, otras marcas podrían verse animadas a repensar sus sistemas de válvulas.
El sistema de válvulas desmodrómicas de la Ducati Desmo450 MX es un gran avance tecnológico en el motocross. Se ofrece sRespuesta más rápida del acelerador, revoluciones más altas, durabilidad mejorada y menor pérdida de energía. Con el Desmo450 MX, Ducati establece un nuevo estándar en el motocross, y será interesante ver cómo se desarrolla esta tecnología y cómo reacciona la competencia.
El Desmosedici Stradale fue desarrollado para combinar el rendimiento de competición con todas las necesidades para el uso en carretera.
Para Ducati, la disposición del V4 a 90° es la máxima expresión de deportividad para un motor de motocicleta. No es casualidad que se trate de la misma solución utilizada en los motores Desmosedici de MotoGP. El nuevo motor está diseñado en torno al sistema Desmodrómico, una característica que ayuda a que Ducati sea el prototipo más rápido de la categoría superior del motociclismo.
En la nueva Panigale, el motor Desmosedici Stradale da un paso evolutivo que le permite cumplir con la estricta normativa Euro 5+ y la rigurosidad de las pruebas de ruido. Incluso puede presumir de un ligero aumento de la potencia máxima de 0,5 CV.
El corazón de la Panigale V4 R es el nuevo Desmosedici Stradale R de 998 cfm, un motor capaz de alcanzar un máximo de 16.500 rpm en sexta marcha (16.000 en otras relaciones) y entregar una potencia máxima de 218 CV a 15.500 rpm. Nuevo árbol de levas de admisión con elevación de válvula aumentada en 1 mm.
La gama Ducati RS está construida en torno al corazón palpitante de las motos superdeportivas de Borgo Panigale: el motor Desmosedici Stradale de 1.103 cm³ derivado de la competición de MotoGP.
El motor Desmosedici Stradale de 1.103 cm³ combina suavidad a bajas y medias revoluciones con una personalidad agresiva y deportiva a altas revoluciones, resultado de una curva de potencia muy amplia, lograda gracias a la distribución desmodrómica.
La Desmosedici Stradale tiene un diseño de cuatro cilindros en forma de V y se basa en una distribución desmodrómica. En su versión Euro 5+, ofrece más de 216 CV a 13.500 rpm en la Panigale V4, un aumento de potencia de 0,5 CV respecto a la versión anterior, aumentando hasta 2,5 CV sobre la potencia máxima a 14.500 rpm.
Como todos los motores Ducati, en la Desmosedici Stradale el diseño del sistema Desmodrómico es un factor clave para obtener las máximas prestaciones. En las motos normales el cigüeñal gira en el mismo sentido que las ruedas. Por el contrario, en MotoGP el cigüeñal contrarrotante gira en sentido contrario. Los especialistas en motores Ducati han tomado prestada esta solución técnica de los modelos de carreras por las mismas razones que se aplicaron en el mundo competitivo. De hecho, esta solución tiene ventajas relacionadas con dos aspectos de la física: el efecto giroscópico y la inercia.
Alternativas a la Distribución Desmodrómica
Una de las mejores alternativas y que se usa, por ejemplo, en Fórmula Uno, es la distribución neumática. Este tipo de distribución sustituye el muelle por una cámara estanca que está llena de nitrógeno. Cuando la leva acciona la válvula y baja, comprime ese gas, aumentado su presión y devolviendo la válvula a su posición original de cierre. Es algo así como intentar apretar el émbolo de una jeringuilla a la que hemos taponado su orificio de salida. Sin embargo, este sistema es muy complejo y poco fiable, por lo que su uso fuera del ámbito de la competición carece de interés práctico.
La otra alternativa, que es la que se usa actualmente en motores de calle, es usar muelles de paso variable y/o doble muelle en las levas, para así obtener un mejor comportamiento y respuesta frente a diversas condiciones y regímenes de funcionamiento. Esto ha sido posible gracias al avance en el diseño de componentes, programas de cálculo y también en los procesos de fabricación.
Ejemplos Históricos del Mando Desmodrómico
Uno de los primeros ejemplos de mando desmodrómico apareció en 1.910 en un Arnott. Peugeot lanzó otro modelo en 1.912 y Delage en 1.914.
Históricamente este sistema lo hemos podido ver en coches de competición (Mercedes-Benz W196 y 300 SLR), y en algunos de calle, como el 300 SL, todo ello en la primera mitad de la década de los 50.
A lo largo de la historia, han aparecido muchas patentes deamo con soluciones tecnológicas bien diferentes. Algunas de ellas han seguido evolucionándose, otras han caido en el olvido.
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