Introducción
La presente investigación bibliográficas es con
la finalidad de profundizar los conocimientos sobre los
componentes de los pistones de motores a gasolina. Nosotros como
estudiantes del colegio nos interesa en adquirir nuevos
conocimientos al respecto para profundizar y formar profesionales
de buena categoría; estos análisis nos ha motivado
para realizar esta investigación para nuestra
mamografía.
La investigación contempla en el funcionamiento, sus
partes que lo conforman, tipos de pistones y daños que
representa durante su funcionamiento dentro del motor a gasolina;
estas informaciones nos alimenta a nuestro conocimiento, a la vez
complementamos con los aprendizajes adquiridos en el colegio
durante los años que hemos impartido los conocimientos
tanto con los maestros y los estudiantes.
Justificación
Los mecánicos de la localidad, mantienen un
conocimiento empírico no técnico por lo que no lo
pueden identificar con mayor precisión sus partes de los
pistones, esto ha acarreado a grandes dificultades en la
reparación de partes de las piezas de motores a gasolina.
Como estudiantes estamos interesados en mejorar nuestros
conocimientos con mayor precisión para ofertar mejor
nuestros servicios a la sociedad dentro de nuestro territorio. En
la actualidad necesitamos talentos que deben ir actualizando en
cada momento entendiendo que cada vez salen nuevas versiones de
motores, por lo tanto debemos estar al tanto de las nuevas
tecnologías.
En el presente trabajo de investigación
bibliográfica obtuvimos varias informaciones al respecto
de los pistones de motor a gasolina; esta información nos
ha alimentado a nuestros conocimientos como futuros profesionales
quienes estamos para el servicio del pueblo en general.
OBJETIVOS
3.1 GENERAL
Investigar las generalidades de un pistón de
motor a gasolina para obtener un mejor
conocimiento.
3.2 ESPECÍFICOS
Conocer las partes que conforma un pistón de
un motor a gasolina.Describir el funcionamiento en general del
pistón de motor.Identificar los procesos de desgaste de los pistones
de motor.
Marco
teórico
4.1 Pistones en los motores a
gasolina
4.1.1 Que es un pistón
En sentido general, el pistón o émbolo es
el órgano que, en el mecanismo cinemática que
transforma un movimiento rectilíneo en uno giratorio,
tiene la función de deslizarse alternativamente dentro de
su guía (cilindro). El mecanismo, denominado de
biela-manivela, está compuesto por pistón, biela y
manivela, y encuentra su aplicación natural tanto en
máquinas motrices (motores de combustión interna,
motores de vapor) como en máquinas operadoras o de trabajo
(bombas hidráulicas alternativas, compresores, etc.). Su
movimiento no es armónico simple, pero se diferencia muy
poco.
En todas las aplicaciones en que se emplea, el
pistón recibe (o transmite) fuerzas en forma de
presión de (a) un líquido o de (a) un
gas.
El origen del pistón puede remontarse al del
cañón: de hecho, en esta máquina el
proyectil (inicialmente esférico y luego
cilíndrico) es conducido por la caria y empujado por la
elevada presión de la explosión. Los primeros
intentos de un motor de combustión interna en el siglo XVI
se basaban en el cañón, puesto que usaban como
combustible pólvora negra.
En 1873, gracias al norteamericano Brayton, la forma del
pistón, de cuerpo cilíndrico, se hizo cada vez
más compleja y similar a la configuración actual:
se introdujeron los segmentos elásticos con sus
correspondientes alojamientos, y los agujeros del bulón
fueron dotados de una zona de robustecimiento interna.
El material con que se construía fue durante
muchos años la fundición. En el año 191 1,
La Hispano-Suiza introdujo los pistones de aluminio, obteniendo
una notable ventaja en cuanto a ligereza. Sin embargo, la mayor
dilatación térmica del aluminio (3 veces superior a
la de la fundición) y el consiguiente peligro de gripado
condujeron a los demás constructores de motores a
conservar aún durante un decenio los pistones de
fundición, limitando el peso mediante la reducción
del grosor del material.
4.1.2 Modificaciones de los
pistones.
A partir de 1920, gracias a las nuevas aleaciones
ligeras y a las técnicas de fusión y de
mecanización mejoradas, el pistón de aluminio
comenzó a substituir al de fundición, aunque en los
años treinta se produjo en Estados Unidos un retorno al
segundo tipo, por razones económicas y en parte
técnicas.
4.1.3 La forma del pistón
En el pistón pueden distinguirse 4 partes
principales: la cabeza, que recibe el calor Y el impulso de los
gases de combustión; la zona de los aros, que por medio de
los segmentos asegura la retención de los gases y del
aceite de lubricación y al mismo tiempo disipa una parte
del calor recibido; los alojamientos del bulón mediante el
cual se une el pistón a la biela, y la falda, cuya
función consiste en guiar el pistón en su
movimiento dentro del cilindro y ceder el resto del calor al
fluido de refrigeración (aire o agua).
El pistón está definido por las siguientes
dimensiones fundamentales:
D =diámetro;
L = longitud total;
B = cota de compresión;
D = diámetro del bulón.
La cota de compresión tiene cierta importancia,
puesto que suministra la posición del plano de la cabeza
en el punto muerto superior y, consiguientemente, el volumen
útil de la cámara de combustión. En otros
términos, influye sobre la relación de
compresión que se deduce del cociente entre la suma de la
cilindrada y el volumen de la cámara de combustión
dividido por este último.
En la zona portasegmentos, los alojamientos de los
segmentos se obtienen mediante torneado. En tiempos no muy
lejanos podían contarse hasta 5 alojamientos; en la
actualidad, dada la eficiencia de los segmentos, éstos se
han reducido a 3 para los pistones de motores de turismo comunes
y a 4 para los de motores Diesel.
El primer alojamiento, comenzando por arriba, aloja un
segmento de retención; el segundo (o el segundo y el
tercero) puede incluir un segmento rascador con rebaje, o bien,
un segmento de retención y otro con rebaje; el
último alojamiento lleva un segmento clásico
recogedor de aceite, con ranuras, que tiene la función de
recuperar una parte del aceite de lubricación lanzado
contra las paredes del cilindro.
No todo el aceite es retenido por el segmento
correspondiente en su carrera de bajada; una parte permanece y
sirve para mejorar las condiciones de rozamiento de los
demás segmentos. La función del primer segmento es
bloquear la parte residual de aceite que sube hasta
él.
Un hecho bastante curioso, pero que tiene razón
de ser, es que la última aleta, es decir, la
porción comprendida entre los 2 segmentos finales, tiene 1
mm menos de diámetro, aproximadamente, que las
demás; esto tiene como finalidad crear un espacio
regulador, donde se forma un anillo líquido que retarda la
marcha del aceite hacia arriba y produce una zona de
retención más.
El área de los alojamientos del bulón,
zona de unión del pistón con la cabeza de la biela
mediante el bulón, es muy delicada, dadas las fuerzas que
actúan en ella. Un acoplamiento realizado defectuosamente
implica consecuencias catastróficas (rotura de los apoyos,
gripado y avería total del cilindro). Para tener una idea
de ello piénsese que el agujero del bulón se
mecaniza con herramientas de diamante, con una rugosidad
superficial hasta de 0,5 &µ y con tolerancias de
mecanización de 4-7&µ. Análogamente, el
bulón (de acero bonificado), con superficie exterior
cementada, se rectifica con tolerancias de 5-7&µ.
Generalmente, se usan 3 acoplamientos: bulón fijo a la
biela y flotante sobre los apoyos; bulón sujeto al
pistón y libre sobre la biela, y bulón libre en los
apoyos y en la biela (flotante).
En el caso de bulones libres en los apoyos, éstos
no pueden deslizarse y salir de sus alojamientos, puesto que se
lo impiden unas arandelas del tipo Seeger de sección
rectangular.
Las aleaciones de aluminio empleadas normalmente para la
construcción de pistones pueden clasificarse en 3
categorías: aluminio-cobre, aluminio-cobre-níquel
(o hierro) y aluminio-silicio. Las aleaciones más
empleadas son las últimas, puesto que ofrecen
óptima resistencia mecánica y coeficiente de
dilatación bajo, junto con elevado coeficiente de
conductibilidad térmica. Además de éstas,
existen aleaciones de aluminio al cobre, al silicio y al magnesio
adecuadas para pistones estampados en prensa, de resistencia
mecánica elevada. Estas aleaciones sirven, sobre todo,
para construir pistones para motores de competición y de
aviación.
En los motores de combustión interna, se
confían al pistón las siguientes funciones:
transmitir al cigüeñal, a través de la biela,
los impulsos producidos por los gases de combustión;
garantizar la retención de los gases y del aceite de
lubricación, y transmitir al cilindro el calor que recibe
de los gases.
1. La primera función está
relacionada esencialmente con su resistencia mecánica
y es una de las principales consideraciones que el
diseñador debe tener en cuenta al proyectar los
grosores y al elegir el material.2. La segunda función (retención
de gases) permite utilizar toda la energía producida
en el momento de la combustión y evita que los gases,
al pasar al cárter, quemen el aceite y provoquen el
gripado o el encolado de los segmentos. La retención
del aceite es necesaria, además de para limitar el
consumo, para evitar depósitos de carbonilla entre las
aletas y en la cámara de combustión; estos
últimos pueden provocar el preencendido por puntos
incandescentes e incluso perforar el pistón. Las
dimensiones de la falda y de las aletas contribuyen a
garantizar la retención, puesto que, por encima de
ciertos valores de juegos de acoplamiento entre el
pistón y el cilindro, el sistema no puede funcionar,
por el peligro de gripado, por lo que dicha función se
confía sobre todo a los segmentos.3. La tercera función (disipación
del calor) favorece el mantenimiento de las
características mecánicas del material, reduce
el peligro de trabamiento de los segmentos y el desgaste de
los alojamientos.
La gama de los tipos de pistones, diferentes por su
forma, sus funciones y dimensiones, es muy amplia. Cada motor
tiene su pistón. De todos modos, puede aceptarse una
subdivisión en dos grandes clases, cada una de las cuales
agrupa subtipos con características definidas.
4.1.4 Pistones para motores de encendido
por chispa
Son los pistones que se emplean preferentemente en los
motores de 4 tiempos y de 2. Su diámetro va desde 30-70 mm
para las motocicletas hasta 52-1 10 mm para los
automóviles. Pueden construirse de varias formas: la
cabeza, por ejemplo, puede ser plana, cóncava o convexa.
Puede presentar rebajes circulares en correspondencia con la
posición de las válvulas de admisión y de
escape. La cabeza de los pistones Citröen es especial,
puesto que tiene un resalte asimétrico de forma no
definible geométricamente. Estas diferentes cavidades
representan la investigación continua de los proyectistas
para conseguir una combustión completa y, por tanto, un
menor porcentaje de gases no quemados en el escape.
La zona inferior de la falda posee generalmente aletas
que tienen la función de aumentar la guía y reducir
el golpeteo del pistón contra las paredes del cilindro. El
área de la falda próxima a los agujeros del
bulón muchas veces se rebaja para aligerar el
pistón sin comprometer su resistencia.
También puede hacerse otra distinción
tomando en consideración las diferentes técnicas de
construcción ideadas para controlar la dilatación
térmica. Dichas técnicas representan la
evolución máxima del pistón.
4.1.5 Pistones monometálicos de
falda completa.
Son los más sencillos y los más usados; la
dilatación térmica de la falda es relativamente
grande, de ahí que se precisen amplios juegos de
acoplamiento y notables ovalizaciones de compensación. En
tiempos pasados, este tipo de pistón tenía un
corte, vertical u oblicuo, con la función de hacer
más elástica la falda y absorber las dilataciones.
Sin embargo, esto implicaba una menor rigidez de la falda que,
muchas veces, se rompía.
En la misma categoría pueden incluirse los
pistones de estampación para competición. Tienen la
cabeza de forma convexa con gran curvatura para permitir
relaciones de compresión elevadas. En la zona
portasegmentos existen alojamientos para 2 segmentos o, como
máximo, para 3, y la falda tiene una superficie muy
reducida cuya función es solamente de guía.
Presentan nervios muy pronunciados, con la única finalidad
de reducir al mínimo el peso que, dado el elevado
número de cielos (9.000-1 1.000 por minuto), influye de
manera notable sobre la naturaleza y la clase de las fuerzas de
inercia que intervienen.
4.1.6 Pistones de dilatación
térmica controlada.
Son pistones con pequeñas placas de acero,
incorporadas durante la fundición, que les confieren altas
prestaciones desde el punto de vista de la dilatación
térmica. En 1925, A. L. Nelson construyó un
pistón con placas de invar, aprovechando que este material
posee un coeficiente de dilatación muy pequeño
respecto al de las aleaciones de aluminio. Posteriormente, en
Alemania aparecieron los pistones Autothernúk y
Autothermatik de la empresa Mahle y los pistones con segmentos de
dilatación de la Karl Schmidt.
El pistón Autothermik se caracteriza tanto por el
tipo de placas como por la presencia de un corte en el
alojamiento del segmento recogedor de aceite, que interrumpe la
unión de la cabeza con la falda. El corte determina que la
falda esté más fría y, por tanto, que sea
más fácilmente controlable. El pistón
Autothermatik es muy similar al Autothermik: se diferencia
únicamente en que la unión de la cabeza con la
falda no está cortada, sino sólo interrumpida por
agujeros situados de manera que permiten aún cierto flujo
de calor desde la cabeza a la falda que, por consiguiente,
permanece más fría. Además de esto, se
evitan las deformaciones de la cabeza, que en este caso apoya
toda la circunferencia sobre el cuerpo del pistón. Los
pistones de este tipo ofrecen las mismas ventajas que los
monometálicos no cortados y que los autotérmicos,
por lo que se emplean en motores rápidos y sometidos a
solicitaciones elevadas.
Los pistones con anillos de dilatación se
caracterizan por una pieza de acero de sección transversal
circular, con la parte exterior lisa o dentada, incorporada en el
momento de la colada. Esta pieza especial tiene la capacidad de
reducir notablemente la dilatación de la parte superior de
la falda, es decir, la contigua al alojamiento del segmento
rascador de aceite. Una variante de este tipo es la del
pistón Cinturato, de la empresa Borgo, en el cual la
función de reducir las dilataciones está confiada a
un aro de acero de sección transversal oval que tiene 1 mm
de espesor y una altura de 15 mm, aproximadamente. Otro
pistón de esta categoría es el Duotherm de la marca
Mahle, pieza circular y, por tanto, reúne las
características de ambos. El sistema Duotherm se utiliza
muchas veces en pistones para motores Diesel rápidos.
Análogamente, y para las mismas aplicaciones, se produce
el pistón Perimatic, de la marca Karl Schmidt. La
particularidad de este último consiste en que posee una
placa de acero cilíndrica que rodea completamente a la
falda, confiriéndole cualidades de resistencia
especiales.
4.1.7 Las causas de desgaste de un
pistón.
4.1.7.1 Las causas del desgaste del pistón son de 3
tipos:
Rozamiento con el cilindro, acción abrasiva
producida por pequeñas partículas y efecto
corrosivo de los productos de la combustión, que son
ácidos fuertes (pH = 2) durante el funcionamiento a
temperaturas bajas (arranque en frío). Los remedios para
disminuir al mínimo los efectos de estas causas son:
reducción de la fuerza transversal, obtenida descentrando
el bulón respecto al diámetro del pistón, y
disminución del coeficiente de rozamiento mediante el
mantenimiento de una capa de aceite lubricante. Este
último factor se consigue tanto eligiendo la mejor
combinación de los tipos de segmentos como conjugando los
valores de rugosidad de las superficies de contacto. Por regla
general, acabados bastos dan mejores resultados, puesto que, una
vez efectuado el rodaje, los surcos profundos ofrecen aún
buenos alojamientos de permanencia del aceite (rugosidad media de
0,9 li para los cilindros y de 2,5 li para los pistones). En
especial, para evitar que los surcos se conviertan en canales que
se dirijan hacia la cámara de combustión y que, por
consiguiente, faciliten el paso del aceite, se suele rectificar
la superficie del cilindro de manera que se obtengan
hélices entrecruzadas con ángulos de
1200.
La duración del pistón depende
esencialmente de la calidad del material utilizado y de los
tratamientos térmicos a que ha sido sometido. Durante el
funcionamiento, el pistón produce ruido, puesto que su
movimiento no es perfectamente rectilíneo, sino que se
compone de un desplazamiento transversal, que le hace chocar con
el cilindro, y de una rotación alrededor del eje del
bulón, que le hace tocar alternativamente con la cabeza y
con la base de la falda. Otro ruido se debe al juego de los
apoyos con el bulón. La disminución del ruido puede
conseguirse dando a la falda una forma bombeada y oval. Durante
el funcionamiento del motor, las presiones y las fuerzas de
inercia que actúan sobre el pistón dan una
componente transversal dirigida hacia un lado durante las fases
de expansión y de admisión, y en sentido opuesto
durante la compresión y el escape.
Teniendo en cuenta que la intensidad de la fuerza
transversal depende del ángulo de inclinación de la
biela, su reducción puede obtenerse teóricamente
alargando mucho la biela o bien reduciendo la carrera (y, por
tanto, el radio de manivela) o, más prácticamente,
descentrando los cilindros y el bulón por la parte hacia
la cual se mueve la biela en la fase de expansión. De esta
manera, durante la expansión, cuando la fuerza vertical es
mayor, la componente transversal será menor (por la
distinta inclinación de la biela), mientras que se
obtendrá un incremento de la misma en las fases de
compresión y escape cuando las fuerzas verticales son
menores. Las fuerzas verticales que actúan sobre el
pistón son resultantes de la acción de los gases y
de las fuerzas de inercia. Ahora bien, mientras que la
acción de los gases es una fuerza activa, las fuerzas de
inercia son resistencias pasivas que es necesario reducir. Dichas
fuerzas son debidas esencialmente a la masa y a la
aceleración del pistón.
En los motores de competición en que el
cigüeñal tiene una velocidad angular muy elevada, es
necesario reducir al máximo el peso de los pistones. Este
problema no afecta solamente a los preparadores de motores de
competición, sino, sobre todo, a los constructores, a
causa del aumento continuo del número de revoluciones del
motor. A 5.000 rpm, cada pistón realiza ya 10.000
carreras/mn.
Los efectos más perjudiciales de la temperatura
en el cuerpo del pistón son la disminución de las
características mecánicas del material, la
predisposición al desgaste y al gripado, el agrietamiento
de la cabeza, el encolado de los segmentos y la dilatación
excesiva de los bordes y de la falda.
Un aspecto muy importante del problema térmico,
desde el punto de vista de la construcción, es el efecto
de la dilatación de la falda. A causa de la forma
tridimensional del pistón, la dilatación se produce
en las 3 dimensiones del espacio; su magnitud depende
exclusivamente de 3 factores fundamentales: coeficiente de
dilatación del material, temperatura y grosor de la zona
considerada.
Si se toma en consideración una sección
vertical de la falda, se observará que se caracteriza por
grosores y temperaturas decrecientes hacia abajo, con las
consiguientes dilataciones mayores en la parte alta respecto a la
baja. Este inconveniente se remedia dando a la falda una forma
cónica o bombeada con diámetros inferiores en la
parte alta.
4.2 Montaje del pistón
Por el contrario, si se toma en consideración una
sección horizontal de la falda, ésta se caracteriza
por grosores y temperaturas sensiblemente mayores en la zona de
asiento del bulón. Por tanto, si se construyese el
pistón con sección circular, en caliente se
dilataría más en esa zona y asumirla forma oval.
Este inconveniente se supera dando a la falda, también en
este caso, una forma oval, cuya dimensión menor
esté precisamente en el área de los apoyos. En
otros términos, se da una excentricidad opuesta a la que
se genera durante el funcionamiento, de modo que, en caliente, el
pistón toma una configuración próxima a la
cilíndrica. Si de esta manera se compensa la
dilatación natural del material, al mismo tiempo se
aumentan los juegos de acoplamiento con el cilindro, que resultan
siempre mayores cuando, para elevar las prestaciones del motor,
se incrementa su carga térmica. De aquí se deduce
la necesidad de controlar mecánicamente la
dilatación de la falda mediante la interposición de
placas metálicas de coeficiente de dilatación
bajo.
En la actualidad es posible montar pistones que realizan
en frío juegos diametrales de 0,03-0,05 mm que en caliente
se reducen aproximadamente el 30 %.
En los motores que han funcionado durante centenares de
horas puede producirse el doblado de las bielas. En este caso,
los ejes del pie (asiento del bulón) y de la cabeza de la
biela (asiento del cojinete de manivela) no son ya paralelos y
coplanarios. Un sistema rápido para controlar esto
consiste en interponer, una vez acabado el montaje, un espesor de
tamaño igual al agujero entre el primer borde y el
cilindro, y después comprobar que el juego tenga el mismo
valor en el lado opuesto.
El montaje del pistón en el cilindro debe
efectuarse tras una limpieza escrupulosa del cilindro con
petróleo o con -aceite lubricante muy fluido,
La introducción del pistón se
efectúa empleando una herramienta apropiada para el cierre
de los segmentos, empujando manualmente el pistón sin
golpear sobre la cabeza, porque podría provocarse la
rotura o el agrietamiento de los segmentos.
Es muy importante la elección de las dimensiones
efectivas del pistón (en el caso de substitución)
en función del diámetro del cilindro para volver a
conseguir el juego mínimo de funcionamiento establecido
por el fabricante. Cada marca detalla en los manuales de
reparación cuál es la clase (es decir, el
diámetro) del pistón que debe elegirse en
función de las dimensiones del cilindro. De esta manera se
evita la difícil operación de medir el
diámetro del pistón que (al no presentar un perfil
cilíndrico, sino en forma de tonel) tiene un
diámetro variable de un punto a otro.
Los segmentos se montan, comenzando por arriba, en el
orden siguiente: un segmento de retención rectangular con
superficie cromada o molibdenada; un segmento de doble
función de retención y rascador de aceite de
sección trapecial, con superficie de deslizamiento
inclinada aproximadamente medio grado respecto a la superficie
del cilindro; un segmento rascador de aceite con escalón;
y, finalmente, un segmento recogedor de aceite con ranuras
circunferenciales para descargar el aceite en el
interior.
Para realizar un buen montaje es necesario que la sigla
TOP, situada próxima a la apertura, esté dirigida
siempre hacia arriba. La inversión del sentido, aunque no
sea más que en un solo segmento, puede provocar un elevado
consumo de aceite. Otra cosa importante es que el montaje del
segmento no debe realizarse ensanchándolo demasiado,
puesto que podrían producirse deformaciones permanentes
que comprometerían la funcionalidad.
4.3 Los inconvenientes
A continuación se describirán brevemente
los defectos característicos de los pistones y los
inconvenientes causados en el motor.
Consumo de aceite. Cuando en las aceleraciones
rápidas aparezcan en el escape humos azulados, quiere
decir que el aceite pasa a la cámara de combustión
a través de los pistones y de los segmentos que no
garantizan una buena retención. Por el contrario, cuando
el consumo de aceite se produce quitando el pie del acelerador,
proviene de las guías de las válvulas. A veces, el
consumo de aceite no depende de esos elementos, sino de la
temperatura del motor: si la refrigeración es
insuficiente, se rebaja la viscosidad del aceite y entonces tiene
más posibilidades de alcanzar la cámara de
combustión.
Las causas principales que producen consumo de aceite
por los pistones son: perpendicularidad imperfecta de las bielas,
rodaje incompleto, desgaste excesivo de los segmentos y del
pistón, camisas no perfectamente cilíndricas o con
rugosidad errónea, pistones y segmentos gripados,
segmentos encolados u obturación parcial de las ranuras de
escape del segmento recogedor de aceite.
4.3.1 Preencendido y
detonación.
El preencendido es el comienzo anticipado de la
combustión de la mezcla causado esencialmente por un punto
incandescente; se inicia antes del tiempo establecido e
independientemente de la chispa de la bujía. En cambio, la
detonación es una explosión debida a la
presión y a la temperatura elevadas, localizada en la
mezcla combustible en un punto distante del frente de llama
generado por la chispa; es decir, se tienen 2 zonas que se
inflaman independientemente y que producen ondas de choque
vibratorias de las cuales depende el característico
golpeteo en el pistón.
Estos 2 fenómenos son causados por: encendido
demasiado avanzado, bujías de grado térmico
inadecuado, gasolina con bajo número de octano, mezcla
pobre, incrustaciones de carbonilla en la cámara de
combustión, relación de compresión elevada o
circuito de refrigeración insuficiente. Las consecuencias
son casi siempre agujeros localizados en la cabeza del
pistón, gripado y rotura de los segmentos y de los
resaltes de sus alojamientos.
Gripado de los pistones. Exceptuando los casos de
errores en la fijación de las dimensiones del
pistón y del cilindro, por lo regular el gripado se
produce cuando se genera un paso de llama entre los segmentos, el
pistón y la camisa; cuando la instalación de
refrigeración es insuficiente, y cuando la
carburación es demasiado rica.
Encolado de los segmentos. Este trabamiento se produce
principalmente en los pistones de los motores Diesel, cada vez
que se genera un aumento de temperatura en el cuerpo del
pistón. Cuando ésta supera los 225 IC en la zona de
asiento de los segmentos, el aceite se disgrega en compuestos
carbonosos y gomosos que adhieren los aros a sus alojamientos.
Las causas son casi siempre las descritas con anterioridad y
conducen fácilmente a la rotura de los
segmentos.
Gripado de los segmentos. Todas las causas que producen
el gripado del pistón son suficientes para agarrotar los
segmentos. Para estos últimos es muy importante el acabado
superficial de los cilindros, puesto que se encuentra en
condiciones de lubricación muy precarias dada su
proximidad a zonas con temperatura más alta (cámara
de combustión).
Defectos por montaje incorrecto del bulón. El
montaje incorrecto del bulón puede producirse por causas
que dependen del montador, como la falta de substitución
de los semicojinetes de biela, el acoplamiento de bulones y
asientos que no son de la misma clase, la falta de
verificación de la posición concéntrica del
eje de los apoyos, del bulón y del pie de biela, y,
finalmente, su perpendicularidad con el eje del pistón;
también, por causas independientes del montador, como la
mecanización incorrecta de los agujeros de los apoyos que,
a veces, no quedan perfectamente cilíndricos (conicidad-
ovalidad). Si el semicojinete del pie de biela está
desgastado de forma cónica, o si el bulón es
forzado por ambos lados, éste quedaría sujeto
sólo por el centro. En ambos casos, el contacto se produce
sólo en pequeñas zonas y el pistón queda
inclinado u oscila. Cuando no se tiene la precaución de
montar pistones y bulones de la misma clase, pueden formarse
acoplamientos con juegos demasiado elevados o interferencias
demasiado apretadas, las cuales obligan al montador a colocar el
bulón con martillo con consecuencias desastrosas para el
acoplamiento. Por el contrario, cuando el pistón tiene los
agujeros del bulón no coaxiles o cónicos, al
efectuar el montaje se producen contactos localizados sobre los
que, durante el funcionamiento, se descargan presiones
específicas elevadas. Estos montajes defectuosos conducen
siempre a las siguientes averías: roturas del
pistón en la zona de los apoyos, rotura de los
alojamientos de los anillos Seeger y, por tanto, posible
desplazamiento transversal del bulón, deformación
de la biela, desgastes anormales o gripado del pistón.
Otra cosa muy importante es el tope de los bulones mediante los
anillos Seeger, que no deben ser cerrados más de lo
necesario para no comprometer la elasticidad y la
adaptación forzada en su alojamiento. Si los anillos
quedan libres bajo la acción del pistón, saltan
fuera y dañan irremediablemente el pistón y el
cilindro.
Fuente:
http://www.oocities.org/ar/arojungletour_mecanica/piston.htm
4.4 Clases o tipos de
pistones
El pistón es un cilindro abierto por su base
inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte
intermedia. El movimiento del pistón es hacia arriba y
abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite
la presión de combustión al cigüeñal a
través de la biela, fuerza la salida de los gases
resultantes de la combustión en la carrera de escape y
produce un vacío en el cilindro que "aspira" la mezcla en
la carrera de aspiración.
El pistón, que a primera vista puede parecer de
las piezas más simples, ha sido y es una de las que ha
obligado a un mayor estudio. Debe ser ligero, de forma que sean
mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo
suficientemente rígido y resistente para soportar el calor
y la presión desarrollados en el interior de l la
cámara de combustión.
Veamos en esta oportunidad algunos tipos de pistones
Sealed Power de Federal Mogul que les proporcionará una
mejor comprensión de las características,
beneficios y materiales de estos pistones para su correcta
aplicación.
Comenzaremos por los materiales. Los pistones de los
motores actuales usan como elemento principal el aluminio, por
ser un metal con amplias cualidades.
En la fabricación de los pistones, al aluminio se
le agregan otros elementos para obtener formulas adecuadas que
proporcionan las características particulares necesarias
según el tipo y aplicación del motor. Estas
aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta
calidad como es el caso de los pistones Sealed Power.
4.4.1 Pistones de aluminio fundido (Sufijos
P, NP)
Uno de los procesos más antiguos y aún
vigente, es el de la fundición de lingotes de aluminio en
grandes Crisoles (donde se calientan los metales hasta que se
funden o pasan de sólido a líquido) que luego se
vacían en moldes enfriados por agua bajo sistemas
especiales.
Posteriormente, comienza el proceso de mecanizado,
efectuado por diferentes maquinarias controladas por computadoras
y por último pasan por una serie de procesos
térmicos que les dan las propiedades requeridas por las
empresas fabricantes de equipo original. Estos mismos pistones de
la marca Sealed Power son los que tienen los vehículos que
salen de la fabrica y son los mismos ofrecidos en las repuesteras
como piezas de reposición.
4.4.2 Pistones forjados a presión
(Sufijo F)
En éste proceso se utilizan trozos de barras de
aleaciones de aluminio cortados a la medida y sometidos a
presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza, En los troqueles se
forja con exactitud las dimensiones del pistón y las
ranuras de los anillos con maquinados a precisión para
brindar optima calidad y confiabilidad en el uso de estos, tanto
en motores; (Figura 2)
de uso diario como de
trabajos pesados e incluso en los
motores de autos de competencias (figura 1).
4.4.3 Pistones Hipereutecticos (Prefijo
H)
Estos pistones son fabricados con modernos sistemas de
la más alta tecnología metalúrgica en la
cual se emplean nuevas formulaciones que permiten agregar una
mayor cantidad de silicio, lográndose una expansión
molecular uniforme de los elementos utilizados en su
composición. Esta técnica de manufactura
proporciona a éstos pistones características
especiales, tales como soportar mayor fuerza, resistencia y
control de la dilatación a temperaturas altas,
disminuyendo el riesgo de que el pistón se pegue o agarre
en el cilindro, la vida útil es mayor ya que las ranuras
de los anillos y el orificio del pasador del pistón son
más duraderas, además se pueden instalar en los
nuevos motores e igualmente se usan en motores de años
anteriores. Esta particular tecnología de los pistones
Sealed Power se impone en especial para las nuevas generaciones
de motores de alta compresión. Al usar pistones con
prefijo "H" su reparación será confiable Figura
3
4.4.4 Pistones con capa de recubrimiento
(Sufijo C)
Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo
o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones de
la marca Sealed Power han estado a la vanguardia de la
tecnología del recubrimiento de las faldas del
pistón. Inicialmente se utilizó el estaño
(éste le da un color opaco figura 3) pero por ser nocivo a
la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En
sustitución se está aplicando el nuevo
recubrimiento anti-fricción compuesto por molibdeno y
grafito en las faldas (dándole un color negro, figura
4).
Este proceso patentado por Sealed Power extiende la vida
útil de los motores que lo usan, evita que los pistones se
rayen, ayuda a prevenir daños por la lubricación
inadecuada y mejora el sellado de los pistones.
También se usan los pistones sin recubrimiento
que tienen una apariencia brillante por el color del aluminio al
ser maquinado (figura 1).
Fuente:
http://www.automotriz.net/tecnica/pistones.html
4.5 Tipos de pistones
Kolbenschmidt es proveedor de equipamientos originales y
suministra piezas a todos los fabricantes de motores de renombre
– a escala mundial. Los pistones de KS se desarrollan y se
producen desde los puntos de vista más modernos. Para cada
tipo de motor se aplica la aleación más apropiada
de la gama de aleaciones KS, y la construcción más
conveniente.
Motor Service distribuye anualmente millones de
pistones, camisas del cilindro y conjuntos en el mercado libre de
piezas de repuesto.
Pistón diésel con canal de enfriamiento,
buje y portasegmento.
Pistón articulado forjado con parte superior de
acero y vástago de aluminio.
Pistón para motor de gasolina optimizado en
cuanto a peso en diseño LiteKS® con
portasegmentos.
4.5.1 Los pistones se diferencian por las
características siguientes
Los portasegmentos de hierro fundidoofrecen
un aumento múltiple de la durabilidadde la primera ranura
para segmentosen los pistones diésel. Kolbenschmidt
eslíder en el desarrollo de uniones de portasegmentos
mediante el procedimiento Al-Fin.
Las ranuras para segmentos con anodi
zadoduro impiden el desgaste y las microsoldadurasen pistones
para motores de gasolina.
Las ranuras endurecidas por láser
proporcionana los pistones de acero una resistencia óptima
contra el desgaste y una larga durabilidad.
Los pistones KS disponen de revestimientos
especiales LofriKS®, NanofriKS® o de grafito, en la falda
del pistón. Estos reducen la fricción dentro del
motor y ofrecen propiedades de la marcha de emergencia.Los
revestimientos LofriKS® también se usan por razones
acústicas.
Gracias a su uso se minimizan los ruidos de
vaivén del pistón. NanofriKS® es un
perfeccionamientodel revestimiento convencional LofriKS® y
contiene además nanopartículas de óxido de
titanio para aumentar la resistencia al desgaste y la durabilidad
del revestimiento.
Las faldas del pistón recubiertas de
hierro (Ferrocoat®) garantizan un funcionamiento seguro al
usar superficies de pistón de aluminio-silicio
(Alusil®).
La forma especial de los agujeros del
bulón (Hi-SpeKS®) aumentan las capacidad de carga de
la suspensión dinámica del bulón y, de esa
forma, la durabilidad de los pistones.
Fuente:
http://www.ms-motor-service.com/content2.asp?area=hauptmenue&site=produkte&cls=05&changelang=&pcat=4&pID=77
4.6 Funcionamiento de los
pistones
Te comento, el pistón es lo que
realiza la compresión y aguanta la fuerza generada por la
explosión dentro del cilindro.Cómo funciona
ésto? Muy simple:
Supongamos que hablamos de un motor cuatro tiempos.
(Admisión, compresión, explosión y
escape).
El pistón es el encargado de cubrir toda la
superficie interna del diámetro del cilindro. De manera
que cuando baja (a grosso modo), es el encargado de hacer el
vacío, que aspirará la mezcla proveniente de la
admisión.En el tiempo de compresión, será el
encargado de comprimir dicha mezcla, con las válvulas
cerradas. Generando calor y en el momento que la chispa
salta.
Debido a la explosión que se produjo en lo que
mencioné recién, el piston baja a alta velocidad.
Recordá que fue quien recibió la explosión
en su superficie. Entonces baja como producto de la misma, y en
ése momento es donde se genera la fuerza motriz, la que
mueve el motor y por consiguiente la caja y las
ruedas.
En el momento siguiente, cuando vuelve a
subir, con la válvula de escape abierta ya, es el
encargado de explulsar los gases de la cámara de
combustión.En sí, resumiendo:
Es la pieza encargada de aspirar la mezcla, de
comprimirla, de generar la potencia de giro del motor, y de
expulsar los gases.
Fuente:
http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090903200652AAgaJu9
4.7 Función de los Aros del
Pistón de un Motor
Los aros de pistón son sellos en movimiento que
mantienen la presión de combustión y proveen
control de aceite en el cilindro.
En un motor de automóvil los aros de
pistón son básicamente de dos tipos:
El primer tipo es el de los aros superiores ventilados o
aros de compresión.
El segundo tipo corresponde a los aros ventilados o de
control de aceite.
La función principal del aro superior es
mantener, actuando como un sello, las presiones de
combustión dentro del cilindro. Este aro mantiene la
mezcla aire/combustible admitida arriba del pistón,
permitiéndole comprimirla para su encendido.
El segundo aro de compresión, o intermedio, no
solamente ayuda a sellar los gases de combustión sino que
también barre hacia abajo el exceso de lubricante en la
pared del cilindro, ayudando al aro de aceite a cumplir
correctamente su función.
El tercer aro, usualmente uno por pistón, es
usado para controlar la lubricación del cilindro,
manteniendo una película "medida" de aceite sobre su
pared, justo la necesaria, y barriendo el exceso hacia el
cárter a través del área de
ventilación y las ranuras de drenaje del
pistón.
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