MOTORES TEMA 3.3 componentes Motor/Tren Alternativo(1)

 Podemos decir que los componentes del Tren Alternativo son; Pistón, Biela, Cigüeñal y, como medio de transmisión del movimiento circular o rotatorio, el Volante motor. Podemos ver el conjunto sin Volante motor en la figura 1.

                                                                      Fig.1

 Comenzaremos con el Pistón, en el momento de la explosión en la Cámara de combustión, el Pistón recibe un fuerte impulso hacia el p.m.i.(punto muerto inferior), este impulso se transmite al Cigüeñal por medio de la Biela. La fuerza que actúa sobre la Cabeza del Pistón en la explosión, depende del tipo de motor, pero es de una media de 1 Tonelada, por ésto, el Pistón debe ser resistente para soportar las altas presiones y elevadas temperaturas que se desarrollan en el interior del Cilindro.

 El Pistón está constituido por 2 partes fundamentales; la Cabeza que soporta directamente las condiciones extremas de la explosión, y la Falda que sirve de guía al Pie de Biela y soporta el empuje lateral y el rozamiento contra la Camisa del Cilindro. Vemos las partes fundamentales del Pistón en la figura 2.

                                                                     Fig.2

 En la Falda va practicado un orificio que aloja un eje llamado Bulón, que realiza la unión entre Pistón y Biela. En la Cabeza del Pistón se practican unas ranuras o gargantas donde se alojan unos anillos circulares y semielásticos llamados Segmentos, que ajustan perfectamente a las paredes del Cilindro evitando fugas de compresión, es decir, fugas de los gases en la fase de compresión del Cilindro al Cárter.

 En los motores es de vital importancia la ligereza del Pistón, pues con ello disminuyen las fuerzas de inercia generadas en su movimiento, lo que permite aumentar la velocidad de régimen(rpm) del motor. Por este motivo los Pistones se construyen de duraluminio en la casi totalidad de los casos, aleación compuesta de aluminio, cobre y níquel, que endurece el aluminio manteniendo su ligereza.

 Dado que la dilatación del aluminio es muy superior a la del material del Cilindro, se hace necesario adoptar un huelgo notable entre el Pistón y el Cilindro (a motor frío), para permitir la dilatación del Pistón sin que se produzca el agarrotamiento entre ambos con el aumento de temperatura propio del funcionamiento del motor. Con esto se presenta el inconveniente de que en el funcionamiento del motor en frío se produce un cabeceo, debido a la holgura de montaje, produciendo vibraciones y rumorosidad. Para evitar este problema se fabrica el Pistón de manera que su Cabeza sea de diámetro inferior al de su Falda, en este caso la Cabeza está parcialmente separada de la Falda por una ranura horizontal que limita la transmisión de calor de una a otra. En ocasiones, se practica en la Falda una ranura vertical con cierta inclinación que permite la dilatación de la Falda sin que se produzca el agarrotamiento con la Camisa del Cilindro, como vemos en la figura 3.

                                                                   Fig.3

 Otra solución para evitar el campaneo del Pistón a motor frío consiste en fabricarlo con la Falda ligeramente ovalada, con el diámetro mayor orientado en sentido perpendicular al eje del Cigüeñal, es decir, donde se produce el campaneo. De esta manera, al calentarse el Pistón dilata su Falda en su diámetro menor, ajustándose casi perfectamente al Cilindro.

 Hay que notar que la superficie de la Falda es perfectamente lisa y pulida para disminuir el rozamiento contra las paredes del Cilindro.

 La superficie de la Cabeza del Pistón puede ser plana o cóncavo-convexa, aunque a veces presenta formas especiales para conducir el flujo de gas a la entrada al Cilindro, dotándolo de un movimiento de torbellino. En la figura 4 vemos diferentes tipos de Cabezas de pistón.

                                                                   Fig.4

 Y en la figura 5 podemos ver distintos tipos de Cabezas de Pistón de motores de explosión de alto rendimiento.

                                                                    Fig.5

 Ahora hablaremos del Bulón, la unión entre Pistón y Biela se realiza por medio del Bulón, fabricado en acero de cementación, de manera que permita a la Biela un movimiento pendular con respecto al Pistón, como vemos en la figura 6.

                                                                   Fig.6

 El impulso que recibe el Pistón en el tiempo de explosión debe ser transmitido por el Bulón a la Biela, por esta causa el material empleado en su fabricación debe ser resistente y capaz de soportar el esfuerzo al que estará sometido en su trabajo.

 La unión del Bulón al Pie de Biela se realiza generalmente por el sistema denominado "Bulón Flotante", en el cual el Bulón puede girar libremente en sus alojamientos del Pistón y de la Biela, para evitar su salida hacia los extremos se disponen unos anillos elásticos, llamados circlips o mosquillas, encajados en unas ranuras del cuerpo del Pistón. En otros casos, el Bulón entra a presión en el Pie de Biela y queda libre en los alojamientos del Pistón, o viceversa. Lo vemos en la figura 7.

                                                                  Fig.7

 Como hemos dicho, el acoplamiento entre Pistón y las paredes del Cilindro debe ser los más hermético posible, con el fin de evitar fugas de gases que pasarían al Cárter diluyendo el aceite motor allí depositado. Aquí entran en juego los Segmentos, que tienen la misión de asegurar la estanqueidad a la presión de los gases, e impedir que el aceite lubricante pase a la Cámara de combustión, donde se quemaría formando la famosa carbonilla que se adhiere a las paredes del Cilindro, Válvulas y Cabeza del Pistón.

 El aceite depositado en las paredes del Cilindro llega allí como consecuencia de las salpicaduras propias del movimiento de rotación del Cigüeñal al bañarse en el aceite del Cárter. En las carreras descendentes del Pistón los Segmentos rascan de las paredes del Cilindro la mayor parte del aceite depositado, dejando una mínima cantidad, suficiente para asegurar el engrase entre Pistón y Cilindro evitando que el rozamiento se produzca en seco.

 Los Segmentos son anillos semielásticos construidos de fundición gris de grano fino, material éste que les confiere una buena elasticidad y adecuada dureza. Otros se fabrican de fundición centrifugada o de acero, recubiertos por un baño de cromo, que alarga su duración y disminuye el desgaste de las paredes del Cilindro. Vemos unos ejemplos en la figura 8.

                                                                 Fig.8

 Según la función que realizan pueden distinguirse 2 clases de Segmentos: los de Compresión y los de Engrase. Los primeros realizan la estanqueidad entre Pistón y Cilindro, mientras los segundos evitan que en las paredes del Cilindro quede depositada una cantidad excesiva de aceite. Unos y otros se montan adecuadamente en las gargantas practicadas en la Cabeza del Pistón, por encima del Bulón, como vemos en la figura 9.

                                                                  Fig.9

 Los Segmentos de Compresión suelen tener una sección rectangular o trapezoidal y van montados en la parte más próxima a la Cámara de combustión, en número de 2 generalmente. El situado más cerca de la Cabeza del Pistón se denomina de "fuego".

 Los Segmentos de Engrase, situados bajo los de Compresión, disponen en su montaje un elemento interno elástico, o una lámina de acero convenientemente doblada, que hace aumentar la presión ejercida contra la pared del Cilindro. La garganta del Pistón que aloja este Segmento está provista de orificios adecuados que permiten llevar al interior del Pistón el aceite rascado que, posteriormente, es vertido al Cárter, de ahí que a los Segmentos de Engrase también se les llame "rascadores".

 Aquí damos por terminado la 1º parte del estudio de los elementos del Tren Alternativo, en la próxima entrega seguiremos con la Biela, Cigüeñal y Volante motor. Muchas gracias por su atención y un saludo.