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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