MÓDULO 09 PISTONES, ANILLOS Y CAMISAS

MÓDULO 0 9

PISTONES, ANILLOS

Y CAMISAS

- 1 - AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento

E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

MÓDULO 9 PISTONES, ANILLOS Y CAMISAS

INTRODUCCIÓN

1 -- ¡Bienvenidos a la continuación del seminario sobre análisis de fallas! En esta sesión se estudian las fallas de pistones, anillos y camisas.

2 -- Veamos primero la función de los pistones, anillos y camisas, los materiales y procedimientos de fabricación. Luego repasamos el funcionamiento y características de desgaste de esas piezas. Al estudiar el desgaste normal y las fracturas, utilizaremos los 8 pasos aplicables al análisis de fallas y el examen ocular para descubrir los indicios que nos guían al origen de las fallas.

3 -- El diagnóstico de fallas de pistones, anillos y camisas puede ser complicado, porque los sistemas de admisión de aire, combustible, escape, lubricación y enfriamiento influyen en estos componentes. Aún la breve operación anormal de uno de estos sistemas puede producir daño que resulta en falla más tarde. Esa falla puede entonces ocultar el daño original y dificultar el diagnóstico. Por esta razón necesitamos saber cuáles son los indicios del desgaste normal y del desgaste anormal de pistones, anillos y camisas para estar seguros de que buscamos la causa original de una falla en la dirección correcta.



PISTONES

NOMENCLATURA

4 -- Empecemos por la nomenclatura, función y estructura de los pistones.

5 -- En la corona del pistón está el cráter de combustión y los rebajos para válvulas. Los pistones con cámara de precombustión tienen también tapones térmicos de acero inoxidable en el cráter mismo. Un pistón tiene bandas, ranuras para anillos, perforación para el pasador y falda del pistón. Las bandas son la porción del pistón entre las ranuras para anillos. La banda superior es la primera banda, la banda siguiente es la segunda banda y así sucesivamente. En esta área se encuentra también el inserto de hierro fundido donde está el anillo superior o el anillo superior y el intermedio. La parte inferior de la corona es la cavidad del pistón sobre la perforación para el pasador. La sección reforzada de la perforación para el pasador es el nervio o refuerzo.



6 -- Los pistones de los motores series 3500 y 3600 tienen pasajes internos de aceite llamados "conductos de lubricación” o “conductos de enfriamiento” para disipar el calor de la corona del pistón.

FUNCIONES

7 -- Los pistones tienen seis funciones diferentes:

1) Aspirar aire en la cámara de combustión y expulsar gases de escape. 2) Llevar calor y cargas de la combustión. 3) Llevar cargas de empuje. 4) Sostener anillos. 5) Transferir carga al pasador. 6) Transferir calor.



8 -- A medida que el pistón baja, el aire entra en la cámara de combustión por la válvula de admisión. Cuando el pistón sube, comprime el aire, generando calor suficiente para inflamar el combustible al inyectarlo. Después de la combustión, los pistones empujan los gases calientes del escape hacia afuera por las válvulas de escape.

9 -- Las coronas de aluminio pueden soportar presiones medias de combustión de 1800 psi y temperaturas de 930 a 990°C (1700°F a 1800°F). Las presiones y temperaturas más elevadas requieren coronas de acero.

10 -- La combustión hace que la falda del pistón golpee las camisas, produciendo así esfuerzos en la falda del pistón. La geometría del pistón,



como las muescas de alivio para los chorros de aceite, concentra esos esfuerzos.

11 -- Las cargas de los gases de la combustión empujan los anillos de compresión hacia abajo contra las ranuras y hacia afuera contra la camisa, sellando eficazmente los gases dentro del área de la corona. La carga excesiva de gases puede producir desgaste prematuro de las ranuras, grietas del inserto, aflojamiento de la unión del inserto o fractura de los anillos.

12 -- Las fuerzas de la combustión se concentran en la porción superior del refuerzo del agujero para el pasador. Gruesas secciones de aluminio transfieren esta carga de compresión al pasador del pistón. La sobrecarga de la corona puede producir grietas por fatiga al comienzo o cerca de la parte superior del agujero para el pasador del pistón.



13 -- La combustión genera elevadas temperaturas y presiones. Aproximadamente 1/3 del calor generado en la corona se transmite por los anillos a la camisa para ser disipado por el refrigerante. Los otros 2/3 pasan a la parte inferior de la corona y falda del pistón donde el aceite y el refrigerante los disipan.

FABRICACIÓN Y ESTRUCTURA

14 -- Los pistones deben ser resistentes, livianos y buenos conductores del calor por estas razones, están fabricados con la mayor cantidad posible de aluminio. Los pistones de los motores series 3200, 3300 y 3400 son enterizos de aluminio fundido mientras que los pistones de la serie 3500, para cargas más pesadas, tienen corona fundida de aluminio, soldada a la falda más fuerte forjada de aluminio. Ambos tienen insertos de hierro fundido para impedir el desgaste de las ranuras y soportar la carga de los anillos. Los pistones de la serie 3600 para cargas muy elevadas se fabrican con corona de acero forjado y termotratado empernada a la falda de aluminio forjado.



15 -- Los pistones enterizos de aluminio son fundidos en moldes de acero reutilizables. El material de los insertos de hierro fundido, denominado fundición Ni-Resist, está tratado con un adhesivo de aluminio y puesto en el molde. El aluminio llena el molde, se une con el inserto y se solidifica con una estructura de granos dispuestos al azar.

16 -- Las piezas fundidas reciben tratamiento térmico para aumentar la resistencia del agujero para el pasador y son fresadas con diversas operaciones de labrado, taladrado y torneado para darles el pulido casi definitivo.

17 Los pistones que se han de utilizar en aplicaciones de mayor potencia recibe; pulido por frotamiento en el agujero para el pasador con el fin de



aumentar su resistencia a la fatiga. Rodillos de acero endurecido giran en el agujero ensanchándolo unos 10 milésimos de pulgada y enduren de este modo el aluminio, lo que resulta en mayor resistencia.

18 -- El contorno del pistón es labrado en forma ligeramente ovalada, siendo más ancho en el plano de la falda del pistón y más estrecho en el plano del agujero para el pasador. A medida que el pistón alcanza la temperatura normal de operación, los nervios, más gruesos, se dilatan más que la falda del pistón haciendo que ésta tome forma cilíndrica.

19 -- Todo pistón terminado pasa por una inspección ultrasónica para estar seguros de que el inserto de hierro fundido está firmemente adherido a la pieza fundida de aluminio.



20 -- El pistón actual de un motor serie 3500 se fabrica soldando con haces electrónicos una corona de aluminio fundido a una falda de aluminio forjado. Se utilizan faldas de pistón forjadas porque las líneas del flujo de forja crean un agujero más fuerte para el pasador que el agujero pulido por frotamiento. Los pistones de los motores 3500 anteriores eran de una pieza de aluminio fundido. Todos los pistones de los 3500 tienen recubrimiento de grafito para tolerar períodos de mínima lubricación.

ANILLOS DE PISTÓN

INTRODUCCIÓN

21 -- Habiendo entendido lo anterior, pasemos a analizar brevemente las partes, función y estructura de los anillos.

NOMENCLATURA

22-- Los anillos son de dos formas básicas: rectos o de perfil trapecial. Todos los anillos tienen una abertura que permite su expansión y contracción. Un resorte expansor detrás del anillo de control del aceite proporciona la correcta tensión contra la camisa.

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