Guía Completa del Pistón de Automóvil: Función, Diseño y Rendimiento

En un motor de combustión interna, un pistón es uno de los componentes más importantes que ayudan al funcionamiento del ciclo de combustión. La pieza del motor está encerrada en un bloque de cilindros que usa un segmento de pistón para no dejar espacio para escape de gases.

Los pistones ayudan en la transformación de energía calorífica en trabajo mecánico y viceversa. Se mueven hacia arriba y abajo dentro del cilindro para expandir y contraer la mezcla aire-combustible. Por esta razón, un pistón es indispensable en un motor de combustión interna.

Hoy veremos la definición, funciones, funcionamiento, tipos, partes, materiales y diagrama de un pistón de automóvil.

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¿Qué es un pistón?

Un pistón es un dispositivo mecánico que se mueve hacia arriba para comprimir gas y hacia abajo debido a la explosión en un cilindro, con el fin de transformar energía calorífica en trabajo mecánico.

Un pistón sigue un proceso cíclico para la continuación del proceso de conversión de calor. El proceso se logra de tres maneras:

• Proporcionar calor al gas dentro del cilindro para el trabajo útil
• Eliminar calor del cilindro para disminuir la presión, de modo que el gas pueda comprimirse fácilmente
• Aplicar trabajo al pistón cuando está en su estado inicial, listo para realizar el ciclo nuevamente

Funciones del pistón en motores de combustión interna

Los pistones juegan un papel vital en un motor de automóvil, incluyendo el motor de encendido por chispa (gasolina) y el de encendido por compresión (diésel). Estos dos procesos de combustión interna son diferentes, pero utilizan pistón para sus procesos. A continuación, las funciones del pistón en el motor de automóvil:

• La función principal del pistón es transferir la fuerza de salida de una pequeña explosión de gas en el cilindro al cigüeñal. Esto proporciona impulso rotativo a un volante de inercia.
• Se mueve hacia adelante para que los gases puedan comprimirse y ocurra la explosión para el movimiento hacia atrás.
• El pistón contiene un pasador llamado pasador de pistón, que impide que el gas en la cámara escape.
• Una biela unida al fondo del pistón permite transferir el trabajo mecánico.
• Los pistones ayudan a transportar la mezcla aire-combustible durante el período del ciclo de combustión.
• Los pistones ayudan al control del flujo de aceite en las paredes del cilindro usando el segmento de control de aceite.

¿Cómo funciona un pistón?

Preguntar cómo funciona un pistón te expondrá a todo el principio de funcionamiento del motor de combustión interna. Esto es porque el pistón hace el trabajo principal durante el ciclo de cuatro tiempos.

Como se mencionó antes, un motor de combustión interna es de dos tipos y funcionan de dos maneras diferentes. Uno funciona con bujía, por eso se llama "motor de encendido por chispa" y el otro "motor de encendido por compresión". Su funcionamiento es bastante diferente. Bien, el funcionamiento de este motor se ha cubierto en otro artículo.

El video a continuación contiene el funcionamiento de un pistón en un motor de combustión interna:

Material del pistón

El hierro fundido es el material más antiguo usado para fabricar pistones. Sin embargo, los motores modernos se benefician de materiales más ligeros para el equilibrio del motor. Los buenos pistones deben poder resistir las temperaturas de combustión del motor. Aleaciones como aleaciones Y e hiduminio se usan específicamente para obtener tales propiedades.

Los pistones se fabrican con aleaciones de aluminio mediante proceso de fundición. Algunos pistones usados en vehículos de carreras requieren mejor resistencia y vida a fatiga, por eso se forjan.

Los pistones billet también se usan en motores de carreras porque no dependen del tamaño y arquitectura de forjados disponibles, permitiendo que el diseño cambie en el último momento. Aunque no es comúnmente visible a simple vista.

A continuación, el diagrama de un pistón:

Partes principales de los pistones y sus funciones

A continuación, las explicaciones de las partes principales del pistón:

Falda del pistón:

La falda del pistón es un material cilíndrico unido a la porción redonda de un pistón. Generalmente se fabrica de hierro fundido para resistir el desgaste y sus propiedades autolubricantes. Hay ranuras en la falda que permiten que los segmentos del pistón se asienten perfectamente. La función de la falda del pistón es desplazarse arriba y abajo en el cilindro.

Segmentos del pistón:

Los segmentos del pistón son piezas de anillos partidos que se montan en una zona acanalada del pistón. Generalmente hay tres segmentos en un motor. A veces el anillo puede ser uno, dependiendo del tipo de motor.

Cojinetes del pistón:

Los cojinetes son grandes partes del pistón que ayudan a la efectividad del movimiento. Están ubicados en los puntos donde ocurre la rotación pivotal. Estos cojinetes son usualmente piezas de metal semicirculares que encajan en los orificios de estos puntos.

Pasador del pistón:

El pasador del pistón es una parte del pistón también conocida como pasador de muñeca o pasador de pistón (gudgeon pin). Este pasador es el eje hueco o macizo en la sección de la falda. Hay una biela pivotada en este pasador, mantenida en el buje del anillo del pistón. La función del pasador del pistón es ofrecer soporte de cojinete para que el pistón pueda funcionar correctamente.

Cabeza del pistón:

Esta parte de un pistón también se conoce como corona o cúpula, que es la superficie superior. Es la parte que contacta los gases de combustión, haciéndola experimentar temperaturas extremadamente altas. La función del pistón es recibir presiones, temperaturas y otras tensiones del gas en expansión.

Tornillo de biela:

Otra parte del pistón que no puede dejarse atrás es el tornillo de biela (conrod bolt). Se usa para montar la biela al cigüeñal. Hay una tapa de biela y cojinete en el extremo inferior de los tornillos. Una tuerca se usa luego para asegurar los componentes juntos con el tornillo.

Biela:

Una biela es una de las partes principales del pistón, a menudo abreviada como conrod o vástago. Conecta el pistón al cigüeñal del motor y permite el movimiento del pistón en la cámara. El componente está diseñado para soportar tensión mecánica, por eso es lo suficientemente robusto. Las partes del pistón se fabrican mediante forja y a veces proceso de fundición.

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Tipos de pistones

A continuación, los tres tipos de pistones:

Pistones cóncavos (Dish pistons): un pistón cóncavo tiene forma de plato con bordes exteriores ligeramente curvados hacia arriba. Es fácil y simple, además de dar menos problemas a los ingenieros. Se usa a menudo en aplicaciones con sobrealimentación que no requieren un árbol de levas de alta elevación o alta relación de compresión.

Pistones de cabeza plana (Flat-top pistons): el pistón de cabeza plana tiene la parte superior plana. Tiene la menor cantidad de superficie, dando la oportunidad de crear la mayor fuerza. Es perfecto para crear combustión eficiente.

Los pistones de cabeza plana crean una alta explosión en la cámara, pero la compresión puede ser demasiado para cámaras de combustión más pequeñas.

Pistones abombados (Dome pistons): el concepto de pistones abombados es opuesto al tipo cóncavo. La parte central se abomba para aumentar el área de superficie en la parte superior del pistón. Bien, más área de superficie significa menos compresión, mientras que más compresión indica más fuerza creada.

La cámara de combustión tiene un límite superior que puede manejar, por lo que reducir la relación de compresión es la mejor opción para evitar que el motor se rompa.

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Problemas Comunes del Pistón

El problema que desarrolla el pistón no es menos que grietas. Esta grieta ocurre en la parte superior de la cabeza del pistón, conocida como corona. Generalmente es causada por compresión excesiva o avance de encendido demasiado adelantado como resultado de la presión de combustión en motores de gasolina. La cabeza del pistón se agrieta porque opera fuera de la presión para la que está diseñada.

En un motor diésel, el pistón desarrolla problemas por una condición conocida como fatiga térmica. La fatiga térmica ocurre cuando un motor opera bajo carga pesada junto con carga ligera. Estos cambios drásticos constantes en la temperatura de combustión resultan repentinamente en grietas térmicas de la cabeza del pistón.

La grieta también ocurre en la falda del pistón debido a la carga excesiva constante del motor y fatiga por alto kilometraje. En algunas situaciones, el diseño del pistón es la causa. La mayoría de las veces, el fabricante corrige esto suministrando una pieza suplantada.

La falda del pistón puede agrietarse en etapa temprana de un motor reparado cuando el pistón no se ajusta correctamente a las bielas. Esto causa fracturas por tensión, que causan una grieta seria en la falda.

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Este artículo destaca la definición, funcionamiento, partes, tipos, materiales y problemas del pistón. Espero que se haya adquirido el conocimiento; si es así, házmelo saber tu opinión y no olvides compartir. ¡Gracias!