Bielas Explicadas: El Enlace Crítico en el Rendimiento del Motor

Una biela, también llamada con rod, es una de las partes principales de un motor de combustión interna. Aunque también se usa en motores de vapor, tiene gran importancia en vehículos.

Una biela conecta el pistón al cigüeñal, lo que ayuda a la conversión del movimiento alternativo del pistón en rotación del cigüeñal. La pieza funciona como un brazo de palanca y se requiere para transmitir fuerzas de compresión y tensión desde el pistón y girar en ambos extremos.

Hoy profundizaremos en la definición, funciones, materiales, partes, funcionamiento y diagrama de las bielas.

Definición de Biela

Una biela o con rod convierte el movimiento lineal arriba-abajo o movimiento alternativo del pistón en movimiento circular del cigüeñal. Experimenta tensión, compresión, flexión y pandeo durante el proceso.

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Materiales de la Biela

Las bielas se fabrican comúnmente con aleación de aluminio fundido, lo que ayuda a resistir las tensiones que ocurren durante el proceso.

En producción en masa, la biela suele hacerse de acero. Para aplicaciones de alto rendimiento, se usa billet, que se mecaniza a partir de un bloque sólido y no se funde ni forja.

Sin embargo, el hierro fundido puede usarse para aplicaciones más baratas y de bajo rendimiento, como scooters.

Nomenclatura de Diseño

• A = área transversal de la biela.
• L = longitud de la biela.
• C = tensión de fluencia a compresión.
• Wcr = carga de pandeo o critico.
• Ixx = momento de inercia de la sección sobre el eje x.
• Iyy = momento de inercia de la sección sobre el eje y respectivamente.
• Kxx = radio de giro de la sección sobre el eje x.
• Kyy = radio de giro de la sección sobre el eje y respectivamente.
• D = Diámetro del pistón, r = Radio de manivela

Partes de la Biela

Las partes de la biela en motor de combustión interna consisten en cabeza grande (big end), vástago (rod) y cabeza pequeña (small end).

Los pistones se conectan al extremo pequeño de la biela con un pasador de pistón o pasador de muñeca que puede pivotar en el pistón. Este pasador proporciona un punto de pivote entre el pistón y la biela. El pasador del pistón se mantiene en su lugar con un clip de resorte o seguro de pasador.

La parte de cabeza grande de la biela se monta en el muñón de cigüeñal con un cojinete liso, que reduce la fricción. Pero algunos motores pequeños usan cojinete para evitar la necesidad de bomba de lubricación.

Generalmente, hay un orificio de pasador taladrado a través del cojinete en la cabeza grande de la biela. Permite que el aceite lubricante se bombee al lado de empuje de la pared del cilindro para lubricar el recorrido del pistón y los segmentos.

Finalmente, en las partes de la biela, la biela puede girar en ambos extremos, para que el ángulo entre la biela y el pistón pueda cambiar mientras la biela alterna alrededor del cigüeñal.

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Funciones de la Biela

• La función principal de una biela es crear un enlace entre el pistón y el cigüeñal para transmitir potencia.
• La biela ayuda a suministrar aceite lubricante a las paredes del cilindro y al pasador de muñeca o pasador de pistón.

Tipos de Biela

Los tipos de biela se basan en el material con el que están hechas. A continuación, los diversos tipos de biela disponibles:

Bielas Billet:

Las bielas billet se mecanizan a partir de una sola pieza de acero o aluminio. Son más ligeras, fuertes y duraderas que otros tipos de bielas. Las bielas tipo billet se usan normalmente en vehículos de alto rendimiento.

El producto a veces se diseña para reducir concentradores de tensión y adaptarse al grano natural del material billet.

Biela Fundida (Cast Rod):

La biela fundida es preferida por los fabricantes, ya que es capaz de manejar la carga de un motor de serie. El coste de producción es menos costoso, pero no puede usarse en aplicaciones de alta potencia de más de 450 hp hasta 6,000 rpm.

Una biela fundida contiene una costura notable en el medio que la diferencia del tipo forjado.

Biela Forjada (Forged Rod):

Las bielas forjadas se hacen forzando el grano del material seleccionado a la forma de la biela. El material puede ser aleación de acero o aluminio, dependiendo de las propiedades requeridas.

Los fabricantes de bielas forjadas usan diferentes tipos de aleaciones de acero, cromo y níquel. El producto final no se hace frágil. Las aleaciones de níquel o cromo aumentan la resistencia de una biela.

Metal Pulverizado (Powdered Metal):

La biela de metal pulverizado es también una opción adecuada para fabricantes. Se produce con una mezcla pulverizada de metal que se prensa en un molde y se calienta a altas temperaturas. Funde la mezcla en una forma sólida.

Puede requerirse mecanizado ligero, pero el producto sale del molde básicamente como producto terminado. Las bielas de metal pulverizado son menos costosas de fabricar que el acero y más fuertes que las bielas fundidas.

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Problemas de la Biela

La biela puede experimentar problemas durante el funcionamiento. Esto es porque experimenta diversas tensiones en la cámara de combustión. Algunos de estos problemas se pueden arreglar, mientras que otros requieren el cambio completo de la biela. Durante la operación, la biela se estira y comprime, lo que puede causar que se rompa. La biela rota puede dañar completamente el motor. A continuación, el fallo que ocurre en una biela:

Fatiga:

Esta es la razón principal por la que se rompe la biela. Ocurre a menudo en motores viejos. La compresión y el estiramiento de la biela durante el proceso ocurren miles de veces por minuto. Esto eventualmente causa desgaste en la pieza hasta que termina rompiéndose. La falta de aceite y la presencia de suciedad en el motor pueden acelerar este problema.

Los motores nuevos también pueden experimentar fatiga en la biela si el motor se reconstruye. Ocurre cuando se usan piezas baratas o incorrectas.

Hidrobloqueo (Hydrolock):

El hidrobloqueo se produce cuando el agua penetra en la cámara del pistón, llevando a la deformación de la biela. Esto suele ocurrir cuando el vehículo circula por una calle inundada.

Poca agua en el cilindro puede causar golpeteo o sonido de golpeteo, que se puede reparar fácilmente. Sin embargo, si hay mucha agua en el cilindro, todo el espacio para la chispa se ha ocupado, lo que puede causar que la biela se doble o se rompa.

Sobrevueltas (Over Revving):

El sobrevueltas es un fallo que ocurre en motores nuevos y de alto rendimiento. Si el tacómetro muestra zona roja, indica que la condición de la biela está en peligro. Esto es porque las fuerzas que actúan sobre la biela aumentan dramáticamente a altas revoluciones.

Fallo del Pasador (Pin Failure):

El pasador del pistón que conecta la biela al pistón se desgasta y causa fallo. En algunos motores, resulta en fallo catastrófico del motor. Esto ocurre cuando la biela atraviesa el bloque del motor o cuando el cigüeñal se dobla.

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En algunos motores, causa pérdida de potencia. Si esto sucede, es decir, si el motor se detiene inmediatamente después de que se rompe el pasador. Hay probabilidad de que el motor se salve; de lo contrario, podría ocurrir una avería total.

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