El árbol de levas es uno de los componentes esenciales del sistema de distribución de un motor de combustión interna. Su función principal consiste en controlar la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y escape, coordinándolas con el movimiento de los pistones para que cada cilindro reciba aire fresco, evacúe los gases de combustión y repita el ciclo en el momento justo. Este sincronismo es fundamental para garantizar una combustión eficiente, una buena respuesta del motor y un funcionamiento suave.
El nombre del árbol de levas proviene de las levas —o lóbulos— que tiene talladas a lo largo de su eje. Cada leva está diseñada con un perfil específico que define cuánto se abre una válvula, cuánto tiempo permanece abierta y a qué velocidad se mueve. De esta manera, el árbol de levas actúa como un programador mecánico, que regula el ciclo respiratorio del motor con una precisión que debe mantenerse constante a lo largo de millones de ciclos de funcionamiento.
Ubicación, disposición y principio de funcionamiento
La ubicación del árbol de levas en el motor varía según el diseño. En los motores más antiguos, especialmente los de válvulas en bloque (OHV), el árbol de levas se encuentra en el interior del bloque y acciona las válvulas a través de varillas empujadoras y balancines. Sin embargo, en la mayoría de los motores modernos, el árbol de levas se ubica en la culata, justo por encima de las válvulas, lo que permite un accionamiento directo mediante seguidores o taqués, reduciendo masas móviles, mejorando la respuesta y permitiendo mayores regímenes de giro.
En este último caso, hablamos de configuraciones OHC (Overhead Camshaft) cuando hay un solo árbol en la culata, y DOHC (Double Overhead Camshaft) cuando hay dos árboles, uno para controlar las válvulas de admisión y otro para las de escape. Esta última disposición es especialmente útil en motores multiválvula, donde cada cilindro puede tener cuatro válvulas (dos de admisión y dos de escape) o incluso más, mejorando la capacidad respiratoria del motor y permitiendo una mayor eficiencia volumétrica.
El árbol de levas gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal en motores de cuatro tiempos, ya que por cada dos vueltas del cigüeñal se completa un solo ciclo de admisión, compresión, combustión y escape en cada cilindro. Esta sincronización se logra mediante una correa dentada, cadena de distribución o engranajes, dependiendo del diseño del motor. Cualquier error en el tiempo de distribución puede provocar una pérdida importante de rendimiento o incluso daños mecánicos graves si se produce una colisión entre pistones y válvulas.
Diseño de levas y control del tiempo de válvula
La forma de las levas no es aleatoria. Cada lóbulo se diseña para lograr una determinada alzada, es decir, la distancia máxima que se abre la válvula, y una duración, que corresponde al número de grados de giro del cigüeñal durante los cuales la válvula permanece abierta. Un perfil de leva más agresivo puede permitir un mayor ingreso de aire en altas revoluciones, mejorando la potencia máxima, pero puede perjudicar el rendimiento en bajas si no se regula correctamente.
Por esta razón, muchos motores actuales incorporan sistemas de distribución variable, capaces de modificar la posición angular del árbol de levas respecto al cigüeñal, o incluso cambiar el perfil de levas utilizado según el régimen de giro y la carga del motor. Tecnologías como el VVT (Variable Valve Timing), VTEC, VANOS o Dual VVT-i permiten modificar el tiempo de apertura y cierre de válvulas de forma dinámica, combinando potencia y eficiencia en un solo motor.
En motores con árbol de levas fijo, el compromiso entre rendimiento en bajas y en altas revoluciones se define desde el diseño, y se privilegia una curva de par uniforme en lugar de un comportamiento variable. Sin embargo, en aplicaciones deportivas o de alto rendimiento, es común el uso de árboles de levas con perfiles modificados para favorecer el llenado a altas rpm, sacrificando suavidad en el funcionamiento a bajas velocidades.
Interacción con el sistema de distribución
El árbol de levas trabaja en conjunto con una serie de elementos que permiten transmitir el movimiento rotativo a las válvulas. En los sistemas más simples, las levas empujan directamente a los taqués hidráulicos o mecánicos, los cuales a su vez accionan las válvulas mediante un resorte de retorno. En sistemas más complejos, especialmente aquellos con árboles ubicados en el bloque, el movimiento se transmite por varillas hasta los balancines, que funcionan como palancas para abrir las válvulas.
Cada uno de estos elementos debe estar perfectamente calibrado para asegurar que la holgura de válvulas sea la adecuada. Si la holgura es excesiva, se produce ruido y pérdida de eficiencia; si es insuficiente, las válvulas pueden no cerrar correctamente, lo que compromete la compresión y puede generar recalentamiento en los asientos. En los motores modernos con taqués hidráulicos, esta holgura se compensa automáticamente mediante la presión del aceite, eliminando la necesidad de ajustes periódicos.
La precisión en la sincronización del árbol de levas también es vital para el control de emisiones. Un cierre tardío de las válvulas de escape o una apertura temprana puede generar una superposición de válvulas (overlap), que si no está controlada, permite que parte de la mezcla fresca se escape al colector de escape, aumentando el consumo y las emisiones de hidrocarburos. Por eso, el sistema de distribución debe estar no solo mecánicamente alineado, sino también gestionado por la unidad de control del motor (ECU), que ajusta parámetros como el ángulo de avance del árbol de levas en función de la temperatura, la carga y la velocidad del motor.
Lubricación, desgaste y mantenimiento
El árbol de levas está sometido a un esfuerzo constante. Las levas empujan contra los taqués o seguidores en cada ciclo, lo que genera un contacto de alta presión que, si no está bien lubricado, puede provocar un desgaste prematuro. Por esta razón, el sistema de lubricación del motor debe asegurar un suministro constante de aceite a lo largo de todo el eje, y especialmente en las zonas de contacto entre leva y taqué. Muchos árboles incorporan conductos internos de lubricación que conectan con los pasos de aceite del bloque o la culata.
El desgaste del árbol de levas puede manifestarse como pérdida de potencia, aumento de ruido en la parte superior del motor o incluso fallas en el encendido si las válvulas no alcanzan su alzada completa. En estos casos, una inspección visual revelará superficies planas, marcas de contacto excesivo o zonas azuladas por sobrecalentamiento. Si el desgaste es leve, puede resolverse con un reemplazo de taqués y ajuste de la holgura; pero si las levas están deformadas, será necesario reemplazar el árbol completo.
Durante el armado del motor, el árbol de levas debe ser instalado con especial cuidado. La alineación con el cigüeñal, la correcta tensión de la correa o cadena de distribución, y la prelubricación de las levas y apoyos son condiciones fundamentales para garantizar una larga vida útil del componente. En motores con distribución variable, también se debe verificar la sincronización inicial y el funcionamiento del actuador o solenoide que regula el avance del árbol.
Conclusión
El árbol de levas es mucho más que un eje giratorio con lóbulos. Es el componente que marca el ritmo del motor, el que determina cuándo y cómo respira, y el que define en gran medida su carácter, su eficiencia y su capacidad de respuesta. Su diseño, montaje y mantenimiento son tareas que requieren precisión, conocimiento técnico y comprensión profunda de la dinámica del motor. Para cualquier profesional en mecánica automotriz, entender el comportamiento del árbol de levas y su influencia en el funcionamiento general del motor es parte esencial de su formación.
