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Calculo de motores
Cilindrada, Relacion de carrera diametro
Grado de admision
Relacion de compresion
Camara de compresion
Aumento de la compresion
Presion de gas en el cilindro
Fuerza de embolo
Momento de giro
Velocidad de piston
Potencia indicada efectiva
Rendimiento mecanico
Motor Otto
Cilindrada
El pistón en el cilindro va de arriba a
bajo o de delante atrás. Los puntos de
inversión en los que el pistón invierte su
movimiento se llama punto muerto
superior o punto muerto inferior.
La cilindrada es el espacio comprendido
en el cilindro entre el punto muerto
superior y el punto muerto inferior.
Cilindrada
La cilindrada se calcula como el
volumen del colindro. El diametro es el
cilindro y la altura es la carrera.
Cilindrada
VH= cilindrada total.
D= diametro del cilindro
S= carrera del piston
I= numero de cilindros
Vh= cilindrada unitaria
][
4
... 3
2
ltscm
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VH !
T
][
4
.. 3
2
ltscm
sd
vh !
T
Relacion carrera sobre
diametro
La carrera es la distancia entre el PMS
y el PMI. El diametro del cilindro es
igual al diametro del pistón mas el
huelgo.
La carrera del piston de la carrera del
pistón y el diametro del cilindro de un
motor guarda entre si una relación.
Relacion carrera sobre
diametro
][!
D
s
E
Relacion carrera sobre
diametro
Grado de admisión
En el cilindro durante los ciclos de
trabajo , quedan gases remanentes que
pertuban el relleno con la mezcla de
combustible y aire, por lo que esta
resulta menor que la cilindrada
El grado de admisión es la relacion
entre la aspiración efectiva de la mezcla
combustible nueva y cilindrada.
Grado de admisión
Grado de admisión
Nf = grado de admisión.
Vf = Cantidad de gas nuevo en lts.
Vh = Cilindrada del cilindro
][!
Vh
Vf
FL
Grado de admisión
Multiplicando la última formula por el
número de revoluciones (1/min) y el
número de cilindros (i) se obtiene la
cantidad de gas nuevo aspiradfo por
minuto.
min]/[
2
...
min lts
niVhf
Vf
L
!
Relación de compresión
La relación de compresión indica
cuantas veses es mayor el volumen del
cilindro que la cama ra de compresión.
Indica por lo tanto a cuanto se reduce
por compresión el volumen original de
la mezcla.
Relación de compresión
Fórmula para Calcular la
Relación de Compresión
Teórica
V1 + V2
___________
V1
V1 = Capacidad en
centímetros cúbicos de la
cámara de combustión de la
culata.
V2 = Capacidad del cilindro,
con el pistón en su posición
inferior (punto muerto
inferior).
Relación de compresión
Relación de compresión
E = (epsilon) relación de compresión [-]
Vh = cilindrada o volumen carrera [ lts]
Vc = camara de compresión [lts]
Vc
VcVh 
!I
Camara de compresión
La camara de compresión es el espacio
sobre el punto muerto superior.
El volumen deñl cilindro se compone de
la cilindrada ( correspondiente a la
carrera) y el de la camara de
compresión.
Camara de compresión
Camara de compresión
Vc = camara de compresión [ lts ]
Vh = cilindrada volumen carrera [lts]
E = relación de compresión
1
!
I
Vh
Vc
Aumento de la compresión
La relación de compresión se puede
aumentar reduciendo la camara de
compresión mediante juntas de culatas
mas finas, aplanando la culata o
pistones mas altos.
Una mayor compresión aumenta la
potencia del motor, pero aumenta
tambien la tendencia al picado.
Aumento de la compresión
X = aplanado [mm]
S = carrera [mm]
Ea = relación de compresión anterior al
aplanado
En = relación de compresión después
de lo aplanado.
][
11
mm
n
s
a
s
X



!
II
Presión de gas en el cilindro
1.- En la admisión la línea de presión
queda por debajo de la línea de presión
atmosferica. Aparece una depresión o
vacio, (0,1 a o,2) bar de depresión.
2.- En la compresión se eleva la presión
hasta una presión final motores
Otto(11-18 bar) motores Diesel (30-35
bar) de sobreprresión
Presión de gas en el cilindro
3.- Consta de 2 partes combustión y
expansión. En la combustión se eleva
la presión hasta una presión maxima de
combustión motores Otto 40-60 bar
motores Diesel 65-90 bar. En la carrera
de descenso del piston se expansionan
los gases y desciende la presion hasta
2-4 bar.
Presión de gas en el cilindro
4.-En la expulsión de los gases
quemados queda todavia una ligera
sobrepresion de o,5 bar.
Presión de gas en el cilindro
Fuerza del émbolo
La presión originada por la combustión
del gas actua en cada centimetro
cuadrado, multiplicando esa presión por
la superficie de la cabeza del pistón se
tiene la fuerza que este ejerce.
Fuerza del émbolo
Fuerza del émbolo
La presión media de
la combustión en los
motores Otto y diesel
esta entre 6 y 10 bar
de sobrepresión.
Fuerza del émbolo
Fuerza del émbolo = presión del gas x
superficie presionada.
Fe = fuerza de émbolo[N]
P = presión del gas [bar]
Ae = Superficie de la cabeza del
émbolo [cm cuadrado]
][..10 NAepFe !
Momento de giro
La palabra momento deriva del latin
momentum que significa movimiento,
impulso.
En la técnica se entiende por momento
la acción rotatoria de una fuerza sobre
un cuerpo fijado de modo que pueda
girar [momento de rotación = par]
Momento de giro
En los motores de combustión aparece
siempre un momento de rotación que se
denomina par motor.
1. La presión del gas origina la fuerza del
piston F
2. La fuerza del piston por la inclinación de la
biela se descompone en una fuerza lateral
Fn y otra Fb en el sentido de la biela.
3. En el muñon de cigüeñal según la posición
de este la fuerza de la biela se descompone
en una fuerza tangencial Ft y otra de
compresión hacia el cigüeñal Frad.
Momento de giro
El par motor es la acción de la fuerza
tangencial Ft en el brazo del cigüeñal o
radio de giro, r ( r = ½ de la carrera).
El motor de combustión no tiene un par
de valor constante, sino que depende
en cada momento del número de
revoluciones.
Momento de giro
Momento de giro
Momento de giro
M = momento [Nm]
F = Fuerza [N]
R = brazo de palanca [m]
MM = M=par [Nm]
Ft = Ftangencial [ N ]
][.
][.
NmrFtM
NmrFM
M !
!
Momento de giro
El motor de combustión interna no tiene
un par de vaor constante sino que
depende en cada momento del número
de revoluciones. Se representa en la
curva de momentos del motor. (curva
del par motor)
Momento de giro
Momento de giro
El par motor se mide con frenos de
agua remolinada, con frenos de
generador, frenos resistencia electrica o
con frenos de prony.
En el dibujo se usa freno prony
Par motor = momento
resistente
IFrFt .. !
Velocidad del pistón
El movimiento alternativo el piston va de cero
hasta una aceletración máxima para a
continuación tener una desaceleración que lo
lleva de nuevo a cero.
La velocidad media del piston es la que
corresponde a un movimiento uniforme
supuesto con el cual el pistón tardaría lo
mismo en hacer la carrera con su velocidad
variable.
La velocidad media es pues la velocidad
promedio del piston.
Velocidad del pistón
La velocidad media del piston de los
motores de combustión esta entre 8 y
15 m/seg.
Vm = velocidad media [mm/s]
S = carrera [mm]
N = numero de revoluciones [1/min]
]/[
60.1000
..2
sm
ns
Vm !
Cálculo de potencia.
La cantidad de trabajo (capacidad de
trabajo) contruido en un cuerpo, se
denomina su energia.
Para calcular la potencia mecánica se
necesita, ademas del trabajo efectuado,
el tiempo empleado en ejecutarlo.
Cálculo de potencia.
La potencia mecánica es el trabajo
efectuado en la unidad de tiempo
(segundo)
Cálculo de potencia.
Trabajo
W = F . S [Nm]
W= trabajo [Nm o J o Ws]
F= fuerza [N]
S = distancia [m]
Potencia
][
.
oW
s
Nm
t
sF
P !
Cálculo de potencia.
Puesto que d/t es igual a la velocidad
se tiene tambien.
D= distancia.
T=tiempo.
].[.
s
m
NvFP !
Cálculo de potencia.
En la industria se suele dar potencia
en Kilowatts.
][
1000
.
kw
vF
P !
Potencia Indicada (potencia
interna)
En los motores de combustión interna
se distingue entre dos clases de
potencia.
Potencia indicada en la
camara de combustión
Potencia efectiva en el
volante de impulsión
Potencia Indicada (potencia
interna)
Es la potencia que genera el motor con
la combustión.
Pi = potencia indicada [kw]
VH = cilindrada total [L]
N = numero de revoluciones [1/min]
Pm =presión media de trabajo [bar]
][
600
..
kw
npmV
P H
i !
Potencia Indicada (potencia
interna)
Con la formula de
potencia conociendo
la cilindrada,
presión media de
trabajo, y el número
de revoluciones,
se determina la
magnitud de potencia
del motor.
Potencia Efectiva (potencia
util)
La potencia efectiva es la que llega al
cigueñal,(volante de impulsión) y se
mide en el.
Se calcula igualmente por la formula
general de potencia.
La potencia efectiva es
aproximadamente un 10% menor que la
indicada.
Potencia Efectiva (potencia
util)
La potencia de los motores en
condiciones normales se determinan
con todos sus mecansimos auxiliares.
La potencia efectiva se determina con
frenos de trobellino de agua, frenos
electricos o de corrientes parasitas.
Potencia Efectiva (potencia
util)
Potencia Efectiva (potencia
util)
Pe = potencia efectiva [kw]
MM = Par motor [Nm o mN]
N = número de revoluciones [1/min]
][
9550
.
k
nM M
e !
Rendimiento util y mecánico.
El rendimiento util sirve para comparar
el redimiento general del motor.
recividaquímicaenergía
aaprovechadmecánicaenergía
utilorendimient !
Rendimiento util y mecánico.
En el caso del rendimiento mecánico
solo se considera como perdidas el
rozamiento y el accionamiento de
mecansimos auxiliares.
iPpistónaldasuministraEnergía
ePentragadaEnergía
mecánicoRedimiento !
Rendimiento util y mecánico.
n = rendimiento [-]
nm = redimiento mecánico
Pi = potencia interna [kw]
Pe = potencia efectiva [kw]
Pap = potencia aprovechada
Psu = potencia suministrada
Rendimiento util y mecánico.
][
][
!
!
i
e
m
su
ap
m
P
P
P
P
EL PISTON
HISTORIA DEL PISTON
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.
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.
CONCEPTO
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 ³aspira´ la
mezcla en la carrera de aspiración.
El pistón, que a primera vista puede parecer de las piezas
mas 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 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.
TIPOS DE PISTONES
Pistones de aluminio fundido (Sufijos P,
NP)
Pistones forjados a presión (Sufijo F)
Pistones Hipereutecticos (Prefijo H)
Pistones con capa de recubrimiento
(Sufijo C)
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.
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.
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 se impone en especial
para las nuevas generaciones de motores de
alta compresión. Al usar pistones con prefijo
³H´ 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 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)
MATERIALES EMPLEADOS EN LA
FABRICACION DEL PISTON
Para mantener una temperatura media aceptable, el
material empleado tiene que tener una
conductibilidad térmica elevada, que le permitirá
transmitir la temperatura desde la cabeza a las
partes mas frías, que son las que están en contacto
con las paredes del cilindro.
Para resistir las fuertes presiones y los rozamiento a
que les someten las grandes velocidades que
alcanza, el material tiene que tener buena resistencia
mecánica y al rozamiento.
Para disminuir los efectos de la inercia debe pesar
poco. Y para poderlo montar lo suficientemente
ajustado al cilindro y que al calentarse no se
agarrote, la dilatación debe ser pequeña.
El material comúnmente empleado en la
fabricación de pistones es una aleación de
aluminio y silicio a la que a veces se le añaden
pequeñas proporciones de cobre, níquel y
magnesio. El procedimiento de obtención es el de
molde en coquilla, con el tratamiento térmico
correspondiente; después es mecanizado y
rectificado.
Para motores de competición en vez de fundirlos
se forjan, mejorando sus cualidades. Para mejorar
el rozamiento, los pistones de aleaciones ligeras,
se recubren exteriormente de una ligera capa de
plomo o de estaño, o bien se somete a una
oxidación artificial, que crea una capa de alúmina
(oxido de aluminio) que es muy resistente y dura, y
además porosa, que facilita la retención de aceite
mejorando la lubricación.
PARTES DE UN PISTON
Pistón
Anillos
Perno
Seguros
PISTON
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
³aspira´ la mezcla en la carrera de aspiración.
ANILLOS
Los pistones tienen 3 ranuras en las cuales se
instalan un anillo especifico en cada una.
Los anillos superiores actúan para evitar que la
fuerza de la explosión de la mezcla escape a través
de la holgura entre el pistón y las paredes del cilindro
hacia dentro del motor, evitando perdida de potencia.
Los ultimos son los anillos de aceite, los cuales
actúan para evitar que el aceite del motor se pase a la
cámara de combustión contaminando la mezcla y
emitiendo humo blanco por el escape.
Cuando un anillo sufre desgaste deja de
efectuar en menor o mayor medida su
función, para solucionar esto hay que
cambiarlos por unos nuevos, si este es tu
caso recomendamos cambiar todo el
conjunto de pistones por uno nuevo, no es
costoso y se obtiene mejores beneficios.
El corte que tienen los anillos para poderlo
montar en el pistón se cierra una ves introducido
este en el cilindro, para evitar la perdida de
gases, pero tiene que quedar una separación
para que cuando se caliente permita la dilatación.
Las puntas pueden adoptar 3 formas rectas,
chaflanada y solapadas.
La abertura que queda entre las puntas oscila
entre 0,15 y 0,40 mm o mas. Los cilindros de los
motores 2 tiempos tienen las lumbreras para la
admisión y la evaluación de gases. Si no se limita
la posición de las puntas podrían coincidir con
las lumbreras y tropezar con sus bordes,
rompiéndose.
Para evitar que se rompan las puntas llevan unos
rebajes que abrazan un pequeño tetón que va fijo en la
acanalada del pistón. Los tetones de las diferentes
acalanaduras van repartidos al rededor del pistón, de
forma que no quedan alineados entre ellas ni se
superponen con las lumbreras.
Además de la holgura ente puntas hay que considerar
el juego lateral y el juego de fondo.
Debido al juego lateral, cuando el pistón baja los anillos
quedan adosados a la parte alta de la ranura,
permitiendo el paso de aceita hasta la holgura de fondo.
Después, cuando el pistón sube el anillo pasa a la parte
baja de la ranura comprime el aceite y lo bombea a la
parte superior.
Con respecto a la evacuación de calor de la
cabeza del pistón, la cesión directa del calor, desde
la cabeza del pistón al cilindro o es posible, ya que
no existe contacto entre ellos, y la sección de todo
el calor por intermedio de la falda del pistón,
suponía una dilatación de esta con los
inconvenientes ya conocidos.
Cuando los anillos se cierran tienen una tensión
repartida ente la superficie de contacto con el
cilindro, es la presión con que actúan. Si tiene la
sección de forma redondeada la superficie de
contacto es mas pequeña y la presión es mayor.
Básicamente hay tres clases de anillos:
- Los de compresión.
- Los rascadores de aceite.
- Los de engrase.
Anillo de compresión
Son los encargados de impedir la fuga de
gases, por ser los que se montan en la parte
mas alta, están mas expuestos a las
elevadas temperaturas sobe todo el primero
de ellos. Cada pistón suele llevar 2 o 3
anillos de compasión, de los que 1 puede
ser de borde redondeado.
Anillos rascadores de aceite
Tienen la misión de asegurar la
estanqueidad y de regular la cantidad de
aceite que les llega a los anillos de
compresión. Su forma especial les
permite rascar el aceite cuando el pistón
baja, bombeando a su ves el que a través
de los que quedad por encima de ellos,
llegara a la parte alta del cilindro.
Anillos de engrase
Son los que eliminan el aceite
innecesario de las paredes del cilindro,
devolviéndolo al cárter su forma mas
empleada tiene un expansor poligonal,
tiene una acanaladura en el centro y en
ella unos taladros radiales, que a través
de otras parecidas, practicadas en el
fondo de la acanaladura del embolo,
evacuan al cárter el aceite recogido.
MATERIALES DE LOS ANILLOS
El material empleado en la fabricación de los
anillos es el hierro fundido con pequeñas
proporciones de silicio, níquel y magnesio.
Esta fundición es elástica, tiene buena
resistencia mecánica y calorífica, también
cualidades autolubricantes.
Se obtienen por molde en fundición centrifugada.
Después de cortado se cierran y se mecanizan a
la medida del cilindro en un útil. Cuando se sacan
del útil se expansionan y tienen forma elíptica y
en el cilindro recuperan su redondez y quedan en
tensión.
PERNO
Los pistones se sujetan a la biela por medio
de un perno y éste a su vez se sujeta con
unos seguros metálicos, en motores de alto
rendimientos es recomendable substituirlos
por unos Teflones porque el seguro original
se puede llegar a zafar causando daños
irreparables a la camisa o cilindro del pistón.
MEDIDAS
Según la cilindrada tenemos diferentes
medidas de pistones.
Pistón
85,5 mm
87 mm
88 mm
90 mm
90,5 mm
92 mm
94 mm
Cilindrada
1,585 cc
1,641 cc
1,679 cc
1,756 cc
1,775 cc
1,835 cc
1,915 cc
Block original para pistón 85.5 mm
Cabeza original para pistón 85.5 mm
Block abierto para pistón 92mm
Cabeza abierta para pistón 94mm ( y válvulas grandes)
PROCEDIMIENTO DE
INSTALACION DEL PISTON
Elimine el reborde de la parte superior del block
después de poner un trapo sobre los pistones para
recoger las virutas.
De ser necesario, marque el número del cilindro
correspondiente a la biela y su tapa.
Retire la tapa de biela y el cojinete.
Instale protectores de bronce, aluminio o plástico en
tornillos de biela, para evitar daños cuando empuje el
conjunto biela-pistón fuera del block.
Quite los pistones de las bielas. Observe la relación
entre la biela y el frente del pistón.
Después de limpiar las bielas, verifique su
paralelismo y torsión de acuerdo a las
especificaciones del fabricante.
Busque en el catálogo los pistones correctos para la
aplicación y escoja una sobremedida con la cual
quede compensado todo el daño en los cilindros
después del rectificado y bruñido.
Si mide los pistones hágalo en el lugar de medición
indicado en el catálogo a 21 grados centígrados,
luego anote las medidas.
Rectifique la parte superior del block para obtener
una superficie plana.
Rectifique el block a la sobremedida correcta dejando
material para el bruñido (aproximadamente .001'' en el
diámetro).
Bruña el cilindro al diámetro standard indicado en el
catálogo, más la sobré medida -si corresponde. Si los
pistones han sido medidos, bruñalos al diámetro del
pistón más la luz mínima.
Ejecute carreras completas con la bruñidora para
obtener el entrecruzado correcto en el acabado del
cilindro.
Verifique constantemente, durante el bruñido, el
diámetro en las partes superior, media e inferior en
sentido transversal al eje del motor.
Mantenga el block a 21 grados centígrados, o a la
temperatura más aproximada posible.
Marque el pistón de acuerdo al cilindro
correspondiente, que acaba de bruñir.
Use una solución jabonosa caliente y un cepillo de
cerdas duras para limpiar el cilindro. Todo el
esmerilado deberá ser eliminado del cilindro para evitar
su desgaste prematuro.
Lubrique los cilindros para evitar su oxidación.
Si desea hacer una verificación final de la luz entre
cilindros y pistón, introduzca éste en el cilindro hasta el
lugar de medición, interponiéndose al mismo tiempo un
calibrador de espesores igual al valor mínimo de luz
especificado. El calibrador deberá poderse extraer
tirando suavemente del mismo.
Verifique la luz entre puntas de los anillos con un
calibrador de espesores, para ello introduzca los anillos
a escuadra dentro del cilindro empujándolos con la
cabeza del pistón.
Usando una herramienta adecuada instale
cuidadosamente los anillos de pistón de acuerdo a las
instrucciones del fabricante.
Una marca en la cabeza, alineada con el perno, o una F
en un lado, indican el frente del motor.
Algunos pistones de camión tienen una marca en la
cabeza orientada hacia el múltiple de admisión.
Para la posición relativa entre la biela y el frente del
pistón consulte las instrucciones del fabricante.
Cuando se usen seguros del perno, lubrique el barreno
del perno del pistón y la biela con aceite liviano.
Oprima los seguros solamente lo necesario para
introducirlos en su ranura. El oprimirlos más puede
fatigarlos, provocando fallas prematuras.
Lubrique los pernos así como los ojos de la biela con
aceite grafitado, cuando se trate de pernos fijos en la
biela.
Instale los pernos utilizando la prensa y dispositivos
adecuados. Un exceso de presión podrá fracturar los
mamelones del barrero de perno.
El perno sobresaldrá la misma distancia en ambos
extremos siempre que la biela sea correctamente
centrada entre los mamelones del barreno del perno.
Otro método de ensamble consiste en calentar el ojo de
la biela en baño de aceite, o en un calentador eléctrico,
antes de introducir el perno del pistón.
Después del armado, verifique si el pistón se mueve
libremente alrededor del perno.
Sitúe los extremos o aberturas de los anillos de
acuerdo a las recomendaciones del fabricante.
Instale protectores en los tornillos de biela para evitar
daños al cilindro y al muñón del cigüeñal.
Lubrique ligeramente el pistón, los anillos, el cojunete
de biela, la pared del cilindro, y el muñón del cigüeñal
con aceite liviano de motor.
Coloque el opresor de los anillos adecuado y ajustelo
pero no lo apriete demasiado.
Con el muñón del cigüeñal en el punto muerto inferior,
introduzca el conjunto biela-pistón hasta que el opresor
de los anillos quede firme y a escuadra contra el block
de cilindro.
Golpee la cabeza del pistón sobre ambos lados
correspondientes a los mamelones del barreno del
perno, con el mango de madera de un martillo, hasta
que la cabeza del pistón quede a ras con la parte
superior del block.
Guíe el conjunto biela-pistón hasta posicionarlo sobre
el muñón de cigüeñal.
Instale la tapa de biela con su cojinete después de
lubricarlo.
Apriete las tuercas de biela al torque especificado, y
repita las operaciones indicadas con los demás
conjuntos.
Complete el armado del motor y su instalación en el
vehículo.
Veamos los ejemplos más comunes de fallas.
AVERIAS DEL PISTON
Landas y anillos de pistón
rotos
Cuando existen bordes agudos o
depósitos en la cámara de
combustión, estos causan un
segundo frente de llama que choca
con el originado por la bujía,
generando muy altas presiones que
pueden romper fácilmente los anillos
y las landas. Esta condición es
conocida como detonación.
Cabeza de pistón perforada
Los bordes agudos, los depósitos de carbón, o
la bujía misma, pueden causar preignición.
Cualquiera de estos factores, actuando como
una bujía incandescente, provocan el
encendido prematura de la mezcla
aire/combustible, incrementando anormalmente
la temperatura y presión dentro de la cámara de
combustión hasta el punto de quemar un
agujero en la cabeza del pistón. Usualmente la
preignición es la última y más destructiva etapa
de la detonación.
Arrastre en la falda cerca del
barreno del perno
Puede causar su agarramiento o amarre si
el motor se enfría súbitamente, no
permitiendo a su vez, la adaptación de la
falda del pistón al cilindro, conduciendo al
arrastre de las áreas cercanas al perno del
pistón y al colapso de la falda.
Este daño es causado por
sobrecalentamento del pistón. Si
solamente uno o dos pistones muestran
arrastre fuerte, investigue si la luz entre
cilindros y pistón es insuficiente.
Desgaste moderado a fuerte y arrastre
alrededor de la falda incluyendo las
secciones por arriba y debajo del perno
Este patrón de desgaste puede ser
indicativo de una pérdida de refrigerante o
una falta de contorno circular en lugar de
elíptico.
Las faldas de todos los pistones de
automóviles y camiones están terminadas
con un contorno elíptico, esto significa
que el diámetro correspondiente a las
caras de empuje es de .010 a .015
milésimas menor que el diámetro
correspondiente al eje del perno. Esto
permite al pistón expandirse a lo largo del
eje del perno cuando se calienta en el
Si la falda del pistón fuese redonda y no
elíptica, el pistón al expandirse no
encontraría el espacio necesario, empujando
fuertemente contra la pared del cilindro,
ocasionando su desgaste y agarramiento.
Anillos pegados y
arrastrados
Una mezcla aire-combustible
demasiado rica lavará el aceite de la
pared del cilindro provocando una
formación excesiva de carbón, arrastre
y pegado de los rines anillos.
Anillos obstruidos y
desgastados.
El humo azul arrojado por el tubo de
escape y el alto consumo de aceite
son síntomas evidentes de anillos
destruidos, pegados y desgastados.
Generalmente esto es causado por el
mantenimiento inapropiado en
cuanto se refiere a cambios de aceite
y filtros.
Anillos y segunda landa
rotos
Esta condición está asociada
normalmente con detonación, pero
también puede ocurrir, si se usa un
anillo de 5/64'' en una ranura de
3/32'', en este caso el anillo se
moverá hacia arriba y hacia abajo
dentro de la ranura hasta romperse y
destruir también la segunda landa.
Cabeza de pistón picada y/o
fracturada o fisurada
Si se rompe una cabeza de válvula,
ésta será atrapada entre el pistón y
la culata de cilindros causando
graves daños al pistón.
Cabeza de pistón fisurada
Si se quita demasiado material de la parte
superior del block o de la culata de cilindros, y no
se usa la junta correcta, cuando el pistón alcanza
el punto muerto superior puede golpear contra
alguna parte saliente de la culata de cilindros.
Dado que el pistón está hecho de un material más
blando que el hierro fundido, será sobre
esforzado y roto por los golpes (véanse las
fracturas por fatiga).
Esta misma apariencia de la cabeza del pistón
pero sin las fracturas por fatiga podrá resultar
cuando un tornillo de biela es apretado
incorrectamente, por ello las tapas de biela,
tornillos, tuercas y cojinete deben ser
exterminados cuidadosamente en búsqueda de
evidencias.
Pistón erosionado alrededor del
barreno de perno
Si se rompe o suelta un seguro del perno,
puede ser atrapado entre el pistón y el cilindro
y al moverse - junto con el pistón - hacia arriba
y abajo erosionará al pistón. Al mismo tiempo
el perno de pistón podrá desplazarse hasta una
posición en la cual rayará la pared del cilindro.
Este problema es causado por asentamiento
inapropiado de los seguros en sus ranuras,
excesiva tensión durante su instalación, o el
empleo de seguros usados.
Los extremos inferior y superior -cabeza y pie-
de biela deberán estar paralelos para evitar que
los seguros sean forzados fuera de sus
ranuras.
Seguro de perno forzado fuera de su
alojamiento. Si la cabeza y pie de biela
(extremos grande y pequeño) no están
paralelos, se creará una fuerza horizontal que
empujará al perno de pistón durante la carrera
de expansión. Esto hará saltar el seguro y
forzará el perno contra la pared del cilindro, el
cual resultará dañado con una ranura vertical.
Esta condición es causada por una biela
doblada o por un buje de biela que no fue
mecanizado en forma paralela al extremo
grande de la biela.
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Cálculo de MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

  • 1. Calculo de motores Cilindrada, Relacion de carrera diametro Grado de admision Relacion de compresion Camara de compresion Aumento de la compresion Presion de gas en el cilindro Fuerza de embolo Momento de giro Velocidad de piston Potencia indicada efectiva Rendimiento mecanico
  • 3. Cilindrada El pistón en el cilindro va de arriba a bajo o de delante atrás. Los puntos de inversión en los que el pistón invierte su movimiento se llama punto muerto superior o punto muerto inferior. La cilindrada es el espacio comprendido en el cilindro entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior.
  • 4. Cilindrada La cilindrada se calcula como el volumen del colindro. El diametro es el cilindro y la altura es la carrera.
  • 5. Cilindrada VH= cilindrada total. D= diametro del cilindro S= carrera del piston I= numero de cilindros Vh= cilindrada unitaria ][ 4 ... 3 2 ltscm isd VH ! T ][ 4 .. 3 2 ltscm sd vh ! T
  • 6. Relacion carrera sobre diametro La carrera es la distancia entre el PMS y el PMI. El diametro del cilindro es igual al diametro del pistón mas el huelgo. La carrera del piston de la carrera del pistón y el diametro del cilindro de un motor guarda entre si una relación.
  • 9. Grado de admisión En el cilindro durante los ciclos de trabajo , quedan gases remanentes que pertuban el relleno con la mezcla de combustible y aire, por lo que esta resulta menor que la cilindrada El grado de admisión es la relacion entre la aspiración efectiva de la mezcla combustible nueva y cilindrada.
  • 11. Grado de admisión Nf = grado de admisión. Vf = Cantidad de gas nuevo en lts. Vh = Cilindrada del cilindro ][! Vh Vf FL
  • 12. Grado de admisión Multiplicando la última formula por el número de revoluciones (1/min) y el número de cilindros (i) se obtiene la cantidad de gas nuevo aspiradfo por minuto. min]/[ 2 ... min lts niVhf Vf L !
  • 13. Relación de compresión La relación de compresión indica cuantas veses es mayor el volumen del cilindro que la cama ra de compresión. Indica por lo tanto a cuanto se reduce por compresión el volumen original de la mezcla.
  • 14. Relación de compresión Fórmula para Calcular la Relación de Compresión Teórica V1 + V2 ___________ V1 V1 = Capacidad en centímetros cúbicos de la cámara de combustión de la culata. V2 = Capacidad del cilindro, con el pistón en su posición inferior (punto muerto inferior).
  • 16. Relación de compresión E = (epsilon) relación de compresión [-] Vh = cilindrada o volumen carrera [ lts] Vc = camara de compresión [lts] Vc VcVh !I
  • 17. Camara de compresión La camara de compresión es el espacio sobre el punto muerto superior. El volumen deñl cilindro se compone de la cilindrada ( correspondiente a la carrera) y el de la camara de compresión.
  • 19. Camara de compresión Vc = camara de compresión [ lts ] Vh = cilindrada volumen carrera [lts] E = relación de compresión 1 ! I Vh Vc
  • 20. Aumento de la compresión La relación de compresión se puede aumentar reduciendo la camara de compresión mediante juntas de culatas mas finas, aplanando la culata o pistones mas altos. Una mayor compresión aumenta la potencia del motor, pero aumenta tambien la tendencia al picado.
  • 21. Aumento de la compresión X = aplanado [mm] S = carrera [mm] Ea = relación de compresión anterior al aplanado En = relación de compresión después de lo aplanado. ][ 11 mm n s a s X ! II
  • 22. Presión de gas en el cilindro 1.- En la admisión la línea de presión queda por debajo de la línea de presión atmosferica. Aparece una depresión o vacio, (0,1 a o,2) bar de depresión. 2.- En la compresión se eleva la presión hasta una presión final motores Otto(11-18 bar) motores Diesel (30-35 bar) de sobreprresión
  • 23. Presión de gas en el cilindro 3.- Consta de 2 partes combustión y expansión. En la combustión se eleva la presión hasta una presión maxima de combustión motores Otto 40-60 bar motores Diesel 65-90 bar. En la carrera de descenso del piston se expansionan los gases y desciende la presion hasta 2-4 bar.
  • 24. Presión de gas en el cilindro 4.-En la expulsión de los gases quemados queda todavia una ligera sobrepresion de o,5 bar.
  • 25. Presión de gas en el cilindro
  • 26. Fuerza del émbolo La presión originada por la combustión del gas actua en cada centimetro cuadrado, multiplicando esa presión por la superficie de la cabeza del pistón se tiene la fuerza que este ejerce.
  • 28. Fuerza del émbolo La presión media de la combustión en los motores Otto y diesel esta entre 6 y 10 bar de sobrepresión.
  • 29. Fuerza del émbolo Fuerza del émbolo = presión del gas x superficie presionada. Fe = fuerza de émbolo[N] P = presión del gas [bar] Ae = Superficie de la cabeza del émbolo [cm cuadrado] ][..10 NAepFe !
  • 30. Momento de giro La palabra momento deriva del latin momentum que significa movimiento, impulso. En la técnica se entiende por momento la acción rotatoria de una fuerza sobre un cuerpo fijado de modo que pueda girar [momento de rotación = par]
  • 31. Momento de giro En los motores de combustión aparece siempre un momento de rotación que se denomina par motor. 1. La presión del gas origina la fuerza del piston F 2. La fuerza del piston por la inclinación de la biela se descompone en una fuerza lateral Fn y otra Fb en el sentido de la biela. 3. En el muñon de cigüeñal según la posición de este la fuerza de la biela se descompone en una fuerza tangencial Ft y otra de compresión hacia el cigüeñal Frad.
  • 32. Momento de giro El par motor es la acción de la fuerza tangencial Ft en el brazo del cigüeñal o radio de giro, r ( r = ½ de la carrera). El motor de combustión no tiene un par de valor constante, sino que depende en cada momento del número de revoluciones.
  • 35. Momento de giro M = momento [Nm] F = Fuerza [N] R = brazo de palanca [m] MM = M=par [Nm] Ft = Ftangencial [ N ] ][. ][. NmrFtM NmrFM M ! !
  • 36. Momento de giro El motor de combustión interna no tiene un par de vaor constante sino que depende en cada momento del número de revoluciones. Se representa en la curva de momentos del motor. (curva del par motor)
  • 38. Momento de giro El par motor se mide con frenos de agua remolinada, con frenos de generador, frenos resistencia electrica o con frenos de prony. En el dibujo se usa freno prony Par motor = momento resistente IFrFt .. !
  • 39. Velocidad del pistón El movimiento alternativo el piston va de cero hasta una aceletración máxima para a continuación tener una desaceleración que lo lleva de nuevo a cero. La velocidad media del piston es la que corresponde a un movimiento uniforme supuesto con el cual el pistón tardaría lo mismo en hacer la carrera con su velocidad variable. La velocidad media es pues la velocidad promedio del piston.
  • 40. Velocidad del pistón La velocidad media del piston de los motores de combustión esta entre 8 y 15 m/seg. Vm = velocidad media [mm/s] S = carrera [mm] N = numero de revoluciones [1/min] ]/[ 60.1000 ..2 sm ns Vm !
  • 41. Cálculo de potencia. La cantidad de trabajo (capacidad de trabajo) contruido en un cuerpo, se denomina su energia. Para calcular la potencia mecánica se necesita, ademas del trabajo efectuado, el tiempo empleado en ejecutarlo.
  • 42. Cálculo de potencia. La potencia mecánica es el trabajo efectuado en la unidad de tiempo (segundo)
  • 43. Cálculo de potencia. Trabajo W = F . S [Nm] W= trabajo [Nm o J o Ws] F= fuerza [N] S = distancia [m] Potencia ][ . oW s Nm t sF P !
  • 44. Cálculo de potencia. Puesto que d/t es igual a la velocidad se tiene tambien. D= distancia. T=tiempo. ].[. s m NvFP !
  • 45. Cálculo de potencia. En la industria se suele dar potencia en Kilowatts. ][ 1000 . kw vF P !
  • 46. Potencia Indicada (potencia interna) En los motores de combustión interna se distingue entre dos clases de potencia. Potencia indicada en la camara de combustión Potencia efectiva en el volante de impulsión
  • 47. Potencia Indicada (potencia interna) Es la potencia que genera el motor con la combustión. Pi = potencia indicada [kw] VH = cilindrada total [L] N = numero de revoluciones [1/min] Pm =presión media de trabajo [bar] ][ 600 .. kw npmV P H i !
  • 48. Potencia Indicada (potencia interna) Con la formula de potencia conociendo la cilindrada, presión media de trabajo, y el número de revoluciones, se determina la magnitud de potencia del motor.
  • 49. Potencia Efectiva (potencia util) La potencia efectiva es la que llega al cigueñal,(volante de impulsión) y se mide en el. Se calcula igualmente por la formula general de potencia. La potencia efectiva es aproximadamente un 10% menor que la indicada.
  • 50. Potencia Efectiva (potencia util) La potencia de los motores en condiciones normales se determinan con todos sus mecansimos auxiliares. La potencia efectiva se determina con frenos de trobellino de agua, frenos electricos o de corrientes parasitas.
  • 52. Potencia Efectiva (potencia util) Pe = potencia efectiva [kw] MM = Par motor [Nm o mN] N = número de revoluciones [1/min] ][ 9550 . k nM M e !
  • 53. Rendimiento util y mecánico. El rendimiento util sirve para comparar el redimiento general del motor. recividaquímicaenergía aaprovechadmecánicaenergía utilorendimient !
  • 54. Rendimiento util y mecánico. En el caso del rendimiento mecánico solo se considera como perdidas el rozamiento y el accionamiento de mecansimos auxiliares. iPpistónaldasuministraEnergía ePentragadaEnergía mecánicoRedimiento !
  • 55. Rendimiento util y mecánico. n = rendimiento [-] nm = redimiento mecánico Pi = potencia interna [kw] Pe = potencia efectiva [kw] Pap = potencia aprovechada Psu = potencia suministrada
  • 56. Rendimiento util y mecánico. ][ ][ ! ! i e m su ap m P P P P
  • 58.
  • 59. HISTORIA DEL PISTON 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.
  • 60. 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. 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.
  • 61. CONCEPTO 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 ³aspira´ la mezcla en la carrera de aspiración. El pistón, que a primera vista puede parecer de las piezas mas 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.
  • 62. Veamos en esta oportunidad algunos tipos de pistones 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.
  • 63.
  • 64. TIPOS DE PISTONES Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP) Pistones forjados a presión (Sufijo F) Pistones Hipereutecticos (Prefijo H) Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C)
  • 65. Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP)
  • 66. 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.
  • 67. Pistones forjados a presión (Sufijo F)
  • 68. 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.
  • 70. 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,
  • 71. 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 se impone en especial para las nuevas generaciones de motores de alta compresión. Al usar pistones con prefijo ³H´ su reparación será confiable.
  • 72. Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C)
  • 73. Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones 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.
  • 74. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento anti-fricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas (dándole un color negro)
  • 75. MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACION DEL PISTON Para mantener una temperatura media aceptable, el material empleado tiene que tener una conductibilidad térmica elevada, que le permitirá transmitir la temperatura desde la cabeza a las partes mas frías, que son las que están en contacto con las paredes del cilindro. Para resistir las fuertes presiones y los rozamiento a que les someten las grandes velocidades que alcanza, el material tiene que tener buena resistencia mecánica y al rozamiento.
  • 76. Para disminuir los efectos de la inercia debe pesar poco. Y para poderlo montar lo suficientemente ajustado al cilindro y que al calentarse no se agarrote, la dilatación debe ser pequeña. El material comúnmente empleado en la fabricación de pistones es una aleación de aluminio y silicio a la que a veces se le añaden pequeñas proporciones de cobre, níquel y magnesio. El procedimiento de obtención es el de molde en coquilla, con el tratamiento térmico correspondiente; después es mecanizado y rectificado.
  • 77. Para motores de competición en vez de fundirlos se forjan, mejorando sus cualidades. Para mejorar el rozamiento, los pistones de aleaciones ligeras, se recubren exteriormente de una ligera capa de plomo o de estaño, o bien se somete a una oxidación artificial, que crea una capa de alúmina (oxido de aluminio) que es muy resistente y dura, y además porosa, que facilita la retención de aceite mejorando la lubricación.
  • 78. PARTES DE UN PISTON Pistón Anillos Perno Seguros
  • 80. 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 ³aspira´ la mezcla en la carrera de aspiración.
  • 82. Los pistones tienen 3 ranuras en las cuales se instalan un anillo especifico en cada una. Los anillos superiores actúan para evitar que la fuerza de la explosión de la mezcla escape a través de la holgura entre el pistón y las paredes del cilindro hacia dentro del motor, evitando perdida de potencia. Los ultimos son los anillos de aceite, los cuales actúan para evitar que el aceite del motor se pase a la cámara de combustión contaminando la mezcla y emitiendo humo blanco por el escape.
  • 83. Cuando un anillo sufre desgaste deja de efectuar en menor o mayor medida su función, para solucionar esto hay que cambiarlos por unos nuevos, si este es tu caso recomendamos cambiar todo el conjunto de pistones por uno nuevo, no es costoso y se obtiene mejores beneficios.
  • 84. El corte que tienen los anillos para poderlo montar en el pistón se cierra una ves introducido este en el cilindro, para evitar la perdida de gases, pero tiene que quedar una separación para que cuando se caliente permita la dilatación. Las puntas pueden adoptar 3 formas rectas, chaflanada y solapadas. La abertura que queda entre las puntas oscila entre 0,15 y 0,40 mm o mas. Los cilindros de los motores 2 tiempos tienen las lumbreras para la admisión y la evaluación de gases. Si no se limita la posición de las puntas podrían coincidir con las lumbreras y tropezar con sus bordes, rompiéndose.
  • 85. Para evitar que se rompan las puntas llevan unos rebajes que abrazan un pequeño tetón que va fijo en la acanalada del pistón. Los tetones de las diferentes acalanaduras van repartidos al rededor del pistón, de forma que no quedan alineados entre ellas ni se superponen con las lumbreras. Además de la holgura ente puntas hay que considerar el juego lateral y el juego de fondo. Debido al juego lateral, cuando el pistón baja los anillos quedan adosados a la parte alta de la ranura, permitiendo el paso de aceita hasta la holgura de fondo. Después, cuando el pistón sube el anillo pasa a la parte baja de la ranura comprime el aceite y lo bombea a la parte superior.
  • 86. Con respecto a la evacuación de calor de la cabeza del pistón, la cesión directa del calor, desde la cabeza del pistón al cilindro o es posible, ya que no existe contacto entre ellos, y la sección de todo el calor por intermedio de la falda del pistón, suponía una dilatación de esta con los inconvenientes ya conocidos. Cuando los anillos se cierran tienen una tensión repartida ente la superficie de contacto con el cilindro, es la presión con que actúan. Si tiene la sección de forma redondeada la superficie de contacto es mas pequeña y la presión es mayor.
  • 87. Básicamente hay tres clases de anillos: - Los de compresión. - Los rascadores de aceite. - Los de engrase.
  • 88.
  • 90. Son los encargados de impedir la fuga de gases, por ser los que se montan en la parte mas alta, están mas expuestos a las elevadas temperaturas sobe todo el primero de ellos. Cada pistón suele llevar 2 o 3 anillos de compasión, de los que 1 puede ser de borde redondeado.
  • 92. Tienen la misión de asegurar la estanqueidad y de regular la cantidad de aceite que les llega a los anillos de compresión. Su forma especial les permite rascar el aceite cuando el pistón baja, bombeando a su ves el que a través de los que quedad por encima de ellos, llegara a la parte alta del cilindro.
  • 94. Son los que eliminan el aceite innecesario de las paredes del cilindro, devolviéndolo al cárter su forma mas empleada tiene un expansor poligonal, tiene una acanaladura en el centro y en ella unos taladros radiales, que a través de otras parecidas, practicadas en el fondo de la acanaladura del embolo, evacuan al cárter el aceite recogido.
  • 95. MATERIALES DE LOS ANILLOS El material empleado en la fabricación de los anillos es el hierro fundido con pequeñas proporciones de silicio, níquel y magnesio. Esta fundición es elástica, tiene buena resistencia mecánica y calorífica, también cualidades autolubricantes. Se obtienen por molde en fundición centrifugada. Después de cortado se cierran y se mecanizan a la medida del cilindro en un útil. Cuando se sacan del útil se expansionan y tienen forma elíptica y en el cilindro recuperan su redondez y quedan en tensión.
  • 96. PERNO
  • 97. Los pistones se sujetan a la biela por medio de un perno y éste a su vez se sujeta con unos seguros metálicos, en motores de alto rendimientos es recomendable substituirlos por unos Teflones porque el seguro original se puede llegar a zafar causando daños irreparables a la camisa o cilindro del pistón.
  • 98. MEDIDAS Según la cilindrada tenemos diferentes medidas de pistones. Pistón 85,5 mm 87 mm 88 mm 90 mm 90,5 mm 92 mm 94 mm Cilindrada 1,585 cc 1,641 cc 1,679 cc 1,756 cc 1,775 cc 1,835 cc 1,915 cc
  • 99. Block original para pistón 85.5 mm
  • 100. Cabeza original para pistón 85.5 mm
  • 101. Block abierto para pistón 92mm
  • 102. Cabeza abierta para pistón 94mm ( y válvulas grandes)
  • 104. Elimine el reborde de la parte superior del block después de poner un trapo sobre los pistones para recoger las virutas. De ser necesario, marque el número del cilindro correspondiente a la biela y su tapa. Retire la tapa de biela y el cojinete. Instale protectores de bronce, aluminio o plástico en tornillos de biela, para evitar daños cuando empuje el conjunto biela-pistón fuera del block. Quite los pistones de las bielas. Observe la relación entre la biela y el frente del pistón. Después de limpiar las bielas, verifique su paralelismo y torsión de acuerdo a las especificaciones del fabricante.
  • 105. Busque en el catálogo los pistones correctos para la aplicación y escoja una sobremedida con la cual quede compensado todo el daño en los cilindros después del rectificado y bruñido. Si mide los pistones hágalo en el lugar de medición indicado en el catálogo a 21 grados centígrados, luego anote las medidas. Rectifique la parte superior del block para obtener una superficie plana.
  • 106.
  • 107. Rectifique el block a la sobremedida correcta dejando material para el bruñido (aproximadamente .001'' en el diámetro). Bruña el cilindro al diámetro standard indicado en el catálogo, más la sobré medida -si corresponde. Si los pistones han sido medidos, bruñalos al diámetro del pistón más la luz mínima. Ejecute carreras completas con la bruñidora para obtener el entrecruzado correcto en el acabado del cilindro. Verifique constantemente, durante el bruñido, el diámetro en las partes superior, media e inferior en sentido transversal al eje del motor.
  • 108.
  • 109. Mantenga el block a 21 grados centígrados, o a la temperatura más aproximada posible. Marque el pistón de acuerdo al cilindro correspondiente, que acaba de bruñir. Use una solución jabonosa caliente y un cepillo de cerdas duras para limpiar el cilindro. Todo el esmerilado deberá ser eliminado del cilindro para evitar su desgaste prematuro. Lubrique los cilindros para evitar su oxidación. Si desea hacer una verificación final de la luz entre cilindros y pistón, introduzca éste en el cilindro hasta el lugar de medición, interponiéndose al mismo tiempo un calibrador de espesores igual al valor mínimo de luz especificado. El calibrador deberá poderse extraer tirando suavemente del mismo.
  • 110. Verifique la luz entre puntas de los anillos con un calibrador de espesores, para ello introduzca los anillos a escuadra dentro del cilindro empujándolos con la cabeza del pistón. Usando una herramienta adecuada instale cuidadosamente los anillos de pistón de acuerdo a las instrucciones del fabricante. Una marca en la cabeza, alineada con el perno, o una F en un lado, indican el frente del motor. Algunos pistones de camión tienen una marca en la cabeza orientada hacia el múltiple de admisión. Para la posición relativa entre la biela y el frente del pistón consulte las instrucciones del fabricante. Cuando se usen seguros del perno, lubrique el barreno del perno del pistón y la biela con aceite liviano.
  • 111.
  • 112. Oprima los seguros solamente lo necesario para introducirlos en su ranura. El oprimirlos más puede fatigarlos, provocando fallas prematuras. Lubrique los pernos así como los ojos de la biela con aceite grafitado, cuando se trate de pernos fijos en la biela. Instale los pernos utilizando la prensa y dispositivos adecuados. Un exceso de presión podrá fracturar los mamelones del barrero de perno. El perno sobresaldrá la misma distancia en ambos extremos siempre que la biela sea correctamente centrada entre los mamelones del barreno del perno. Otro método de ensamble consiste en calentar el ojo de la biela en baño de aceite, o en un calentador eléctrico, antes de introducir el perno del pistón.
  • 113. Después del armado, verifique si el pistón se mueve libremente alrededor del perno. Sitúe los extremos o aberturas de los anillos de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. Instale protectores en los tornillos de biela para evitar daños al cilindro y al muñón del cigüeñal. Lubrique ligeramente el pistón, los anillos, el cojunete de biela, la pared del cilindro, y el muñón del cigüeñal con aceite liviano de motor. Coloque el opresor de los anillos adecuado y ajustelo pero no lo apriete demasiado. Con el muñón del cigüeñal en el punto muerto inferior, introduzca el conjunto biela-pistón hasta que el opresor de los anillos quede firme y a escuadra contra el block de cilindro.
  • 114. Golpee la cabeza del pistón sobre ambos lados correspondientes a los mamelones del barreno del perno, con el mango de madera de un martillo, hasta que la cabeza del pistón quede a ras con la parte superior del block. Guíe el conjunto biela-pistón hasta posicionarlo sobre el muñón de cigüeñal. Instale la tapa de biela con su cojinete después de lubricarlo. Apriete las tuercas de biela al torque especificado, y repita las operaciones indicadas con los demás conjuntos. Complete el armado del motor y su instalación en el vehículo. Veamos los ejemplos más comunes de fallas.
  • 116. Landas y anillos de pistón rotos Cuando existen bordes agudos o depósitos en la cámara de combustión, estos causan un segundo frente de llama que choca con el originado por la bujía, generando muy altas presiones que pueden romper fácilmente los anillos y las landas. Esta condición es conocida como detonación.
  • 117.
  • 118. Cabeza de pistón perforada Los bordes agudos, los depósitos de carbón, o la bujía misma, pueden causar preignición. Cualquiera de estos factores, actuando como una bujía incandescente, provocan el encendido prematura de la mezcla aire/combustible, incrementando anormalmente la temperatura y presión dentro de la cámara de combustión hasta el punto de quemar un agujero en la cabeza del pistón. Usualmente la preignición es la última y más destructiva etapa de la detonación.
  • 119.
  • 120. Arrastre en la falda cerca del barreno del perno Puede causar su agarramiento o amarre si el motor se enfría súbitamente, no permitiendo a su vez, la adaptación de la falda del pistón al cilindro, conduciendo al arrastre de las áreas cercanas al perno del pistón y al colapso de la falda. Este daño es causado por sobrecalentamento del pistón. Si solamente uno o dos pistones muestran arrastre fuerte, investigue si la luz entre cilindros y pistón es insuficiente.
  • 121.
  • 122. Desgaste moderado a fuerte y arrastre alrededor de la falda incluyendo las secciones por arriba y debajo del perno Este patrón de desgaste puede ser indicativo de una pérdida de refrigerante o una falta de contorno circular en lugar de elíptico. Las faldas de todos los pistones de automóviles y camiones están terminadas con un contorno elíptico, esto significa que el diámetro correspondiente a las caras de empuje es de .010 a .015 milésimas menor que el diámetro correspondiente al eje del perno. Esto permite al pistón expandirse a lo largo del eje del perno cuando se calienta en el
  • 123. Si la falda del pistón fuese redonda y no elíptica, el pistón al expandirse no encontraría el espacio necesario, empujando fuertemente contra la pared del cilindro, ocasionando su desgaste y agarramiento.
  • 124.
  • 125. Anillos pegados y arrastrados Una mezcla aire-combustible demasiado rica lavará el aceite de la pared del cilindro provocando una formación excesiva de carbón, arrastre y pegado de los rines anillos.
  • 126. Anillos obstruidos y desgastados. El humo azul arrojado por el tubo de escape y el alto consumo de aceite son síntomas evidentes de anillos destruidos, pegados y desgastados. Generalmente esto es causado por el mantenimiento inapropiado en cuanto se refiere a cambios de aceite y filtros.
  • 127.
  • 128. Anillos y segunda landa rotos Esta condición está asociada normalmente con detonación, pero también puede ocurrir, si se usa un anillo de 5/64'' en una ranura de 3/32'', en este caso el anillo se moverá hacia arriba y hacia abajo dentro de la ranura hasta romperse y destruir también la segunda landa.
  • 129. Cabeza de pistón picada y/o fracturada o fisurada Si se rompe una cabeza de válvula, ésta será atrapada entre el pistón y la culata de cilindros causando graves daños al pistón.
  • 130.
  • 131. Cabeza de pistón fisurada Si se quita demasiado material de la parte superior del block o de la culata de cilindros, y no se usa la junta correcta, cuando el pistón alcanza el punto muerto superior puede golpear contra alguna parte saliente de la culata de cilindros. Dado que el pistón está hecho de un material más blando que el hierro fundido, será sobre esforzado y roto por los golpes (véanse las fracturas por fatiga). Esta misma apariencia de la cabeza del pistón pero sin las fracturas por fatiga podrá resultar cuando un tornillo de biela es apretado incorrectamente, por ello las tapas de biela, tornillos, tuercas y cojinete deben ser exterminados cuidadosamente en búsqueda de evidencias.
  • 132.
  • 133. Pistón erosionado alrededor del barreno de perno Si se rompe o suelta un seguro del perno, puede ser atrapado entre el pistón y el cilindro y al moverse - junto con el pistón - hacia arriba y abajo erosionará al pistón. Al mismo tiempo el perno de pistón podrá desplazarse hasta una posición en la cual rayará la pared del cilindro. Este problema es causado por asentamiento inapropiado de los seguros en sus ranuras, excesiva tensión durante su instalación, o el empleo de seguros usados.
  • 134. Los extremos inferior y superior -cabeza y pie- de biela deberán estar paralelos para evitar que los seguros sean forzados fuera de sus ranuras. Seguro de perno forzado fuera de su alojamiento. Si la cabeza y pie de biela (extremos grande y pequeño) no están paralelos, se creará una fuerza horizontal que empujará al perno de pistón durante la carrera de expansión. Esto hará saltar el seguro y forzará el perno contra la pared del cilindro, el cual resultará dañado con una ranura vertical. Esta condición es causada por una biela doblada o por un buje de biela que no fue mecanizado en forma paralela al extremo grande de la biela.