Comparativa Bloque motor: aleaciones de aluminio vs aleaciones de hierro

El otro día estaba hablando con un chaval que viene de un ciclo superior de mecánica, y ahora se meterá en una ingeniería.

Cuando vio que yo estoy convencido en que el bloque motor debe ser de aleación de hierro a pesar de su peso, me dijo que actualmente había aleaciones de aluminio que superaban en prestaciones a cualquiera de acero, y por eso compensaba, pues además el peso era menor.

Me mostré escéptico ya que esto yo no lo conozco. ¿Actualmente cómo está el tema? ¿Debo replantearme algo?

¿El aluminio es mejor porqué es mejor? (fiera del cupra)

 

A raíz de tu comentario me planteo las siguientes dudas: ¿qué esfuerzos soporta un bloque?
¿De compresión en los soportes apoyos del cigueñal? ¿De tracción en las roscas de los tornillos de culata? ¿Esfuerzo de flexión y compresión en las paredes entre cilindros?

Otro tema es que las camisas de los cilindros sean de una aleación que soporte temperatura y desgaste por fricción en las cámaras de combustión. Solo conozco el nikasil y antiguamente el alusil.

 

Otro apunte que destacan los defensores de los bloques de aluminio es que disipa mejor el calor respecto al hierro. ¿Es una razón de peso? Otros incluso dicen que al ser las culatas de aluminio, mejor que sea el bloque también de aluminio así no hay diferencias de disipación entre bloque y culata. Digo yo: ¿no sería subsanable ampliando la capacidad de refrigeración en el circuito de agua, con radiadores de agua más grandes y más litros en el circuito?

 

Yo sólo sé que los motores que parten cadena son los de bloque de aluminio. Nunca he escuchado un problema de cadenitis en un M57 anterior a 2005 (fundición). Ahí lo dejo...

 

no tiene nada que ver el material del bloque con la rotura de cadena. Además los M57 precisamente sí parten... y si esto es después de 2005 es pq tb han cambiado materiales de las cadenas/distribución, no hay otra

 

Te comento:

Actualmente se utilizan varios tipos de aleaciones de aluminio para bloques motor. Sin embargo las aleaciones mas "caras" y con mejores propiedades se emplean para las culatas que ven aun mayores temperaturas y esfuerzos termomecanicos.

Y esa es la principal clave para seleccionar una material para bloques. La principal es que tenga una buena conductividad térmica que en el caso de las aleaciones de aluminio es de mas del doble que la de la fundición gris. La segunda caracteristica es logicamente el peso y ahi el aluminio (y sus aleaciones) es tambien como bien sabemos mucho mas ligero.

Como contrapartida el aluminio no tiene unas propiedades tribologicas (friccion, desgaste) tan buenas y por ello los bloques de aluminio tienen camisas de fundicion o un tratamiento superficial como en los ultimos bloques de BMW llamado LDS (en aleman lichtbogenspritzen) que consiste en recubrir las paredes de los cilindros con acero fundido.

Finalmente la resistencia a fatiga de las aleaciones de aluminio se puede mejorar mucho con distintos aleantes, tratamientos térmicos y mecánicos, hasta alcanzar niveles realmente altos.

 

Hay "aluminios" y "aluminios", todo es relativo.

PD: los que hablan de los motores rompecadenas, que miren porque bmw coloco la cadena junto a la caja de cambios en lugar de delante donde estaba, cagada estratosférica, e ya.

 

¿Y estos bloques de aleación alumínica van aguantando bien el paso de los kilómetros? Y referente a los niveles altos con los tratamientos con aleantes, ¿acaba superando a una aleación de acero en resistencia a la fatiga?

No sé qué conclusión debo sacar del vídeo. ¿Que una placa de acero del mismo grosor no habría sido perforada?

 

De bloques de fundición o aluminio no se si sabrá mucho pero... jo! como dispara, sobre todo el ultimo.

 

La gracia de un bloque de hierro es que si algún día te toca reparar, te vas a alegrar que sea de hierro. Por contra, uno de aluminio puede ser un gran putadón, sobretodo si no va encamisado; si va encamisado no digo nada. Pero aún así te puede j*der. Si pillas un calentón, mas de lo mismo. El de fundición perfecto y el de aluminio se puede deformar.
Mecánicamente una fundición gris nodular tiene mejores propiedades que cualquier aluminio. No digo que no exista uno de reputisima madre. Lo desconozco. Por norma general, las aleaciones de cualquier material tienen siempre el mismo módulo de elasticidad que el material de origen. La diferencia reside en que el punto de fluencia o límite elástico queda más lejos. Esto implica que para pequeñas deformaciones o esfuerzos, da lo mismo qué material se use pues van a resistir igual. Por eso en construcción por ejemplo los aceros son bajos en carbono. En el caso del aluminio es bien cierto que además tienen muchas historias con el tema de tratamientos térmicos que mejoran mucho las prestaciones del material. Pero vamos, de ahí a superar al hierro... hmm... no sé qué decir... no he visto yo eso en mi vida vaya.
Hay un parámetro en selección de materiales que relaciona la resistencia mecánica y el peso. Y sí que es cierto que en ciertos casos el aluminio y el acero se igualan en prestaciones para piezas que pesen lo mismo. Lo que implica que la pieza de aluminio debe ser considerablemente más voluminosa. Teniendo en cuenta que la densidad del aluminio es de 2.7 aprox y la del hierro 7.8 kg/dm3 pues te puedes hacer una idea...

 

Y qué estoy diciendo yo, cohonee??

 

Llevado al extremo "tecnologico" una fundicion de hierro presentara unas propiedades mecanicas superiores a una aleacion de aluminio. Otra cosa es que uno pueda aprovechar esas ventajas mecanicas (p. ejem una pieza no se puede hacer todo lo esbelta que quieras por temas de pandeo).

Fundiciones austenicas pueden tener limites elasticos y tensiones maximas a roturas elevadisimas de 850 y 1200 MPa, respectivamente. Y tambien resistencias a fatiga (alternante) de mas de 300 MPa. Eso es simplemente imposible en una aleacion de aluminio.

Pero como dije, hay otras propiedades que pueden ser mas interesantes como la conductividad termica y el calor especifico. En el primer caso el aluminio transmite mucho mejor el calor con lo cual es mas idoneo para disipar el calor en las zonas muy calientes. Con respecto el calor especifico, por unidad de masa, la fundicion de hierro (acero) tiene una capacidad inferior pero en general como hay mas masa que "calentar" o "enfriar" sera menos optimo. Porque en motores modernos quieres poder refrigerar bien el motor pero a la vez que alcance temperaturas de trabajo lo mas rapido posible.

Sobre la durabilidad del bloque, no creo que se pueda decir que un bloque de aluminio sea menos duradero....dependera mas del disenio del bloque en si mismo, de sus optimizacion, etc etc. Hace decadas los bloques eran de fundicion de hierro y no eran ni fiables ni duraderos. Estoy seguro que hoy en dia hasta los camiones tienen bloques de aluminio (de motores de vehiculos pesados no estoy tan puesto).

saludos

 

Supongo que estamos en las mismas, ¿no? En un bloque de fundición de hierro su durabilidad también iría en función del diseño y optimización del propio bloque. Hay diseños que han pasado el millón de km sin muchos problemas.

Por lo demás, nada que objetar.

 

¿A igualdad de prestaciones? Entonces, como comentaban por arriba sería indiferente el material si puede soportar los mínimos, ¿no?

No pongo en duda que un bloque de aluminio no pueda durar, pues si no no se harían. Pero lo pregunto porqué no sé sus límites, e incluir en la pregunta, resistencia en condiciones extremas o sobrecalentamientos...

 

Dudo muchísimo que un camión tenga el bloque de aluminio. Sería absurdo a más no poder, pero encaja bien dentro de un plan de obsolescencia programada. Dudo que eso exista. Me refiero a un camión de verdad, no una furgoneta con caja. Si hay en venta 2 camiones idénticos, uno con bloque de fundición y otro de aluminio yo huiría del de aluminio como de la peste. Si nos ponemos tiquismiquis, la disipación de calor puede no ser algo necesariamente bueno en algunos motores, ya que te baja el rendimiento térmico. Que un 30 o un 40% de la potencia se te vaya por el radiador no es algo deseado del todo. Pero necesario. La única ventaja que le veo a un bloque de aluminio en un coche, es el peso. Cuando la peña quiere llevar las cosas al límite se van a bloques de fundición. En el mejor de los casos, a los bloques de aluminio les meten camisas de fundición gris nodular centrifugado... et cagues damunt tete. Los americanos, si quieren sacar 1500 cvs de un LS, cogen el bloque de un LQ, que es lo mismo exactamente pero de fundición gris.

Sin embargo por ejemplo en la culata sí tiene sentido que sea de aluminio más que de hierro, aunque esto es un poco regla del dedo gordo la verdad.
También es cierto que existen bielas de aluminio para motores de combustión interna, lo cual es curioso xP
En motores lentos sí tiene sentido. Por ejemplo, en compresores y motogeneradores, las revoluciones son tan bajas que nunca llegan a estar solicitadas a tracción.

 

El acero tiene resistencia a la fatiga a vida infinita. El aluminio no. De todas formas no creo que el problema del bloque de aluminio sea que "no aguanta". Yo lo veo más como un problema del tipo "un bloque de aluminio no es para siempre".
Un bloque de hierro, se le da un cepillado y se pone pistón de sobremedida y a volar. En un bloque de aluminio eso no lo veo tan fácil. Se hace, pero no es tan fácil.

 

No es solo lo que disipan. sIno que expanden.

 

¿el m52b28? Es curioso porqué la gente que conozco está obsesa con el M50, pero desdeñan ya apartir del M52. Creo que el S52 todavía se usó bloque de hierro, y en el M54 y S54 aluminio en los dos. No sé si me equivoco.

 

sí, también lo había pensado. Las diferencias de dilatación en cada material.
No sé si te refieres a esto.

 

No creo que haya diferencias apreciables o determinantes más allá del peso de todo el conjunto y de la evacuación de calor.

Puede haber estupendos bloques de aluminio o de fundición, en todo el espectro.

 

No viene a cuento, pero si no recuerdo mal, los motores Campeón gasolina eran de aluminio. Parecido a éste, si no igual:

 

No sería para nada absurdo. En depende que trabajos, como cisternas o bañeras, los camiones van al límite de peso. Se intentan aligerar tanto las tractoras como los remolques todo lo posible para poder cargar lo máximo posible sin pasarse de las 40Tn de PMA. Esos transportes el precio suele ser por tonelada. A más peso transportado por viaje, mayor rendimiento.

Un saludo.

 

Por curiosidad, ¿alguien tiene a mano estudios técnicos comparativos al respecto? Me gustaría leerlo/s.