Probador de fugas

Un comprobador de fugas es un instrumento de medición que se utiliza para determinar el estado de los motores de combustión interna introduciendo aire comprimido en el cilindro y midiendo la velocidad a la que se escapa.

La prueba de compresión es una forma rudimentaria de prueba de fugas que también incluye los efectos debidos a la relación de compresión , la sincronización de las válvulas, la velocidad de arranque y otros factores. Normalmente, las pruebas de compresión deben realizarse con todas las bujías retiradas para maximizar la velocidad de arranque. La compresión durante el arranque es una prueba dinámica de la acción de bombeo real a baja velocidad, donde se mide y almacena la presión máxima en el cilindro.

La prueba de fugas es una prueba estática. Esta prueba analiza las vías de fuga en los cilindros. Principalmente, evalúa los pistones y los anillos, el sellado de las válvulas y la junta de culata.

La prueba de fugas no mostrará problemas de sincronización y movimiento de las válvulas, ni problemas de sellado relacionados con el movimiento del pistón. Cualquier prueba debe incluir tanto la compresión como la fuga.

Las pruebas se realizan con el motor apagado, normalmente con el cilindro en el punto muerto superior de la compresión, aunque también pueden realizarse en otros puntos de la carrera de compresión y de expansión. Se introduce presión en el cilindro a través del orificio de la bujía y se mide el flujo, que representa cualquier fuga. Las pruebas de fugas suelen requerir la rotación del motor y, a menudo, algún método para mantener el cigüeñal en la posición correcta para cada cilindro. Esto puede ser tan sencillo como usar una llave de tubo en un perno del cigüeñal en un vehículo con transmisión automática, o dejar un vehículo con transmisión manual en una marcha alta con el freno de mano puesto.

Las fugas se expresan en porcentajes totalmente arbitrarios, pero estos porcentajes no se corresponden con ninguna cantidad ni dimensión real. El significado de las lecturas es relativo a otras pruebas realizadas con el mismo diseño de comprobador. Generalmente, se consideran aceptables las lecturas de fugas de hasta un 20 %. Las fugas superiores al 20 % suelen indicar la necesidad de reparaciones internas. Los motores de competición, para un rendimiento óptimo, deberían presentar fugas entre el 1 % y el 10 %, aunque este valor puede variar. Lo ideal es tomar una lectura de referencia en un motor nuevo y registrarla. El mismo comprobador de fugas, o uno del mismo diseño, puede utilizarse para determinar el desgaste.

En Estados Unidos, las especificaciones de la FAA ^{[ 1 ]} establecen que los motores de hasta 1000 pulgadas cúbicas (16 L) de cilindrada requieren un diámetro de orificio de 0,040 pulgadas (1,0 mm) , una longitud de 0,250 pulgadas (6,4 mm) y un ángulo de aproximación de 60 grados. La presión de entrada se establece en 80 psi (550 kPa) , y la presión mínima del cilindro de 60 psi (410 kPa) es el estándar aceptado.           

Mientras el comprobador de fugas presuriza el cilindro, el mecánico puede escuchar las distintas partes para determinar el origen de cualquier fuga. Por ejemplo, una válvula de escape con fugas producirá un silbido en el tubo de escape, mientras que una junta de culata defectuosa puede causar burbujeo en el sistema de refrigeración.

Un comprobador de fugas ^{[ 2 ]} es esencialmente un medidor de flujo en miniatura , similar en concepto a un banco de flujo de aire . El elemento de medición es el orificio de restricción y la fuga en el motor se compara con el flujo a través de este orificio. Habrá una caída de presión a través del orificio y otra a través de cualquier punto de fuga en el motor. Dado que el medidor y el motor están conectados en serie, el flujo es el mismo en ambos. (Por ejemplo: si el medidor estuviera desconectado y todo el aire escapara, la lectura sería 0, o 100% de fuga. Por el contrario, si no hay fuga, no habrá caída de presión ni a través del orificio ni de la fuga, lo que dará una lectura de 100, o 0% de fuga).

Las esferas de los manómetros pueden estar numeradas del 0 al 100 o del 100 al 0, lo que indica un 0 % o un 100 % de la presión máxima.

No existe un estándar para el tamaño del orificio de restricción en aplicaciones no aeronáuticas, lo que genera diferencias en las lecturas entre los comprobadores de fugas disponibles de distintos fabricantes. Lo más común es encontrar una restricción con un orificio de 0,040 pulgadas. Algunas unidades de diseño deficiente no incluyen orificio de restricción, basándose en la restricción interna del regulador, lo que resulta en mediciones mucho menos precisas. Además, los motores grandes y pequeños se miden de la misma manera (con el mismo orificio), pero una pequeña fuga en un motor grande se consideraría una fuga grande en un motor pequeño. Un motor de locomotora que arroja una fuga del 10 % en un comprobador de fugas está prácticamente sellado a la perfección, mientras que el mismo comprobador arroja una lectura del 10 % en el motor de un avión a escala, lo que indica una fuga catastrófica.

Con un orificio no turbulento de 0,040" y un tamaño de orificio efectivo de fuga de cilindro de 0,040", la fuga sería del 50% a cualquier presión. A fugas mayores, el orificio puede volverse turbulento, lo que provoca que el flujo no sea lineal. Además, las vías de fuga en los cilindros pueden ser turbulentas a caudales relativamente bajos. Esto hace que la fuga no sea lineal con la presión de prueba. Para complicar aún más las cosas, los tamaños de orificio de restricción no estándar causarán diferentes porcentajes de fuga indicados con la misma fuga de cilindro. Los comprobadores de fugas son más precisos a bajos niveles de fuga, y la lectura exacta de la fuga es solo una indicación relativa que puede variar significativamente entre instrumentos.

Algunos fabricantes utilizan un solo manómetro. En estos instrumentos, la presión de entrada del orificio se mantiene automáticamente mediante el regulador de presión. Un solo manómetro funciona bien siempre que el caudal de fuga sea mucho menor que el caudal del regulador. Cualquier error en la presión de entrada producirá un error correspondiente en la lectura. Cuando un instrumento con un solo manómetro se acerca al 100 % de fuga, el error en la escala de fuga alcanza su máximo. Esto puede o no generar un error significativo, dependiendo del caudal del regulador y del caudal del orificio. Con porcentajes de fuga bajos y moderados, hay poca o ninguna diferencia entre los manómetros simples y los dobles.

En los instrumentos con dos manómetros, el operador ajusta manualmente la presión a 100 después de la conexión al motor, lo que garantiza una presión de entrada constante y una mayor precisión.

La mayoría de los instrumentos utilizan 100 psi (690 kPa) como presión de entrada simplemente porque se pueden usar manómetros comunes de 100 psi, que corresponden al 100%, pero no hay necesidad de esa presión más allá de eso. Cualquier presión superior a 15 psi (100 kPa) funcionará igual de bien para fines de medición, aunque el sonido de las fugas no será tan fuerte. Además del ruido de fuga, el porcentaje de fuga indicado a veces varía con la presión del regulador y el tamaño del orificio. Con 100 psi y un orificio de 0,030", un cilindro determinado podría mostrar un 20% de fuga. A 50 psi, el mismo cilindro podría mostrar un 30% de fuga o un 15% de fuga con el mismo orificio. Esto sucede porque el flujo de fuga es casi siempre muy turbulento. Debido a la turbulencia y otros factores, como las presiones de asiento, los cambios en la presión de prueba casi siempre modifican el orificio efectivo formado por las vías de fuga del cilindro.    

El tamaño del orificio de medición tiene un efecto directo sobre el porcentaje de fugas.

En general, un motor automotriz típico, sometido a una presión superior a 30-40 psi, debe bloquearse para evitar que gire bajo presión de prueba. La presión de prueba exacta que tolera antes de girar depende en gran medida del ángulo de la biela, el diámetro del cilindro, la compresión de los demás cilindros y la fricción. La tendencia a girar es menor cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior, especialmente en motores de diámetro pequeño. La máxima tendencia a girar se produce aproximadamente a la mitad de la carrera, cuando la biela forma un ángulo recto con la manivela del cigüeñal.

Debido a su construcción sencilla, muchos mecánicos fabrican sus propios comprobadores. Los instrumentos caseros pueden funcionar tan bien como los comerciales, siempre que utilicen orificios del tamaño adecuado, buenos manómetros y reguladores de presión fiables.