Master Cars : Pistón del motor

PISTONES

DEFINICIÓN DE UN PISTÓN

Un pistón es una pieza que forma parte del mecanismo de funcionamiento de un motor. También conocido como émbolo , se trata de un elemento que se mueve de forma alternativa dentro de un cilindro para interactuar con un fluido.

Fabricados con aluminio, los pistones se instalan en el cilindro a través de anillos con flexibilidad , que le permiten realizar sus movimientos. Gracias a los pistones, el fluido que se halla en el cilindro debe cambiar su volumen y presión , pudiéndose convertir dichas modificaciones en movimiento.

En los casos de los motores que funcionan a partir de la combustión interna, los pistones se encuentran sometidos a alta presión y a una temperatura muy elevada. Por lo tanto, debe estar en condiciones de soportar distintos esfuerzos que generan las dilataciones y la aceleración. Lo habitual es que el aluminio se combine en diferentes aleaciones con magnesio, silicio u otros metales.

Se conoce como pistón de fuego a una herramienta antigua que se empleaba para producir fuego gracias a la compresión del aire dentro de un cilindro con un pistón. Estos pistones habían sido la inspiración de Rudolf Diesel para lograr la ignición de los motores que ideó.

Lee todo en: Definición de pistón - Qué es, Significado y Concepto: http://definicion.de/piston/#ixzz3mEDYcUvN

Su Funcionamiento

Su función principal es la de constituir la pared móvil de la cámara de combustión, transmitiendo la energía de los gases de la combustión a la biela mediante un movimiento alternativo dentro del cilindro. Dicho movimiento se copia en el pie de biela, pero se transforma a lo largo de la biela hasta llegar a su cabeza apretada al muñón del cigüeñal, en donde dicha energía se ve utilizada al movilizar dicho cigüeñal. De esta forma el pistón hace de guía al pie de biela en su movimiento alternativo.

Partes 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.

Las partes de un pistón son

Cabeza: Parte superior del pistón cuya cara superior (Cielo) está en contacto permanente con todas las fases del fluido: Admisión, compresión, combustión y consecuente expansión y escape. Para permitir las dilataciones producidas por el aumento de temperatura la cabeza es de menor tamaño, alcanzando su menor diámetro en el cielo. Según sean las necesidades del motor, la parte superior puede adoptar diversas formas

Cielo: Superficie superior de la cabeza contra la cual ejercen presión los gases de la combustión. Puede ser plana, cóncava, convexa, tener labrados conductos toroidales, deflectores para crear turbulencia, etc. Generalmente posee menor diámetro que el extremo inferior del pistón debido a que se tiene que prever que al estar en contacto con las temperaturas más altas de todo el motor va a existir una cierta dilatación en el pistón, consistente en un cierto ensanchamiento en su sector superior -es decir, en su cabeza- y por esta razón el pistón adopta una forma tronco cónica con su menor diámetro en su superficie superior.

Alojamiento porta-aros: Son canales asignados a lo largo de la circunferencia del pistón, destinados a alojar los anillos. Los canales para los anillos rasca-aceite poseen orificios en el fondo para permitir el paso del aceite lubricante.

Paredes entre canaletas: las partes de la región de los anillos que separan dos canales entre sí.

Falda o pollera: Parte del pistón comprendida entre el centro del orificio del perno y el extremo inferior del pistón. Forma una superficie de deslizamiento y guía al pistón dentro del cilindro. Las faldas son de hierro fundido, y se la une a la corona mediante soldaduras o por embutimiento. En motores Diesel las faldas pueden formar una sola pieza con la cabeza, y en motores grandes se suelen usar faldas no integrales. Las faldas del pistón suelen ser de tipo planas o lisas, acanaladas o partidas o también del tipo arrugado. Esto sirve para contrarrestar la dilatación o para mejorar la lubricación. Las faldas o ranuras permitan la expansión del metal sin aumento de diámetro. Una particularidad interesante de las faldas arrugadas es que tienen microfisuras en las cuales se transporta aceite, lo cual mejora considerablemente la lubricación y por ende alarga el tiempo de vida útil del pistón. El juego entre la falda y la superficie del cilindro debe ser los más reducido posible para evitar el cabeceo del pistón. Para facilitar el deslizamiento y agarrotamiento del pistón en muchas faldas se coloca una protección que consta de una capa de metales antifricción tales como plomo, cadmio, zinc o estaño.

Orificio para perno del pistón: es el orificio situado en la falda que aloja al perno, los pernos del pistón son piezas cilíndricas de acero al carbono, tratadas térmicamente que sirven de articulación entre el pistón y la biela. Cuando el perno está libre tanto en el pistón como en la biela, se debe evitar el desplazamiento axial (Es decir, hacia los costados) del mismo, para lo cual se realizan unas ranuras en el borde de cada orificio y en dichas ranuras de montan anillos elásticos que constituyen un tope al movimiento axial del perno.

Perno del pistón: Es un pasador tubular construido en acero al 10% de carbono. Tiene tres formas posibles de fijación entre el pistón y la biela:

Fijo a la biela y loco en el pistón: En este tipo de anclaje el pasador del pistón queda fijo (Sin movimiento radial respecto del pie de biela) en la biela y libre en el pistón. Este tipo de anclaje permite al pistón bascular sobre el pasador, para que pueda adoptar en su desplazamiento las posiciones adecuadas con respecto a la biela.

Loco en la biela y fijo en el pistón: En este anclaje el perno queda fijo al pistón mediante una chaveta o tornillo pasador, mediante la biela bascula libremente sobre el perno. La unión biela-perno se realiza mediante un cojinete antifricción.

Loco tanto en la biela como en el pistón: En este tipo de anclaje el perno queda libre tanto respecto del pistón como de la biela, con lo cual ambos elementos bascular libremente teniendo además la ventaja adicional de repartir las cargas y dismiuir el desgaste por rozamiento. El perno se monta en el pistón en frío con una ligera presión de modo que al dilatarse queda libre.

Aros o segmentos: Son piezas circulares que se adaptan a la circunferencia del émbolo o pistón a una ranura practicada en el cuerpo del mismo y cumplen determinadas funciones, entre las cuales se cuentan asegurar la hermeticidad de la cámara de combustión, transmitir calor a las paredes del cilindro, y controlar la lubricación de las paredes internas de dicho cilindro.

Lee todo en: https://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n
Lee todo en: http://www.monografias.com/trabajos96/pistones/pistones.shtml#ixzz3mJwuXHpV

Tipos de Pistones

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.

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.

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 de uso diario como de trabajos pesados e incluso en los motores de autos de competencias.

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.

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

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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.

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.

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.

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.