PARTES DE UN MOTOR
PARTES CONSTITUTIVAS
Las partes básicas principales de los motores diesel se denominan igual, cualquiera sea el tamaño o diseño del motor.
Las piezas del motor se pueden, en general, dividirse en dos tipos:
a) Fijas principales
b) Móviles principales
Naturalmente hay un gran número de otras partes sin las cuales el motor no podrá trabajar, pero sus funciones son más o menos subordinadas a las partes ya mencionadas. A estas partes se las conocen como mecanismos y sistemas auxiliares que, entre otras mas son:
- Bombas inyectoras
- Inyectores
- Válvula de admisión y escape
- Bombas de refrigeración y lubricación
- Termostato o algún control de temperatura
- Termómetros y manómetros
- Etc
- Columnas, carter ó cubierta del motor.
- Bancada y cojinetes de bancada.
- Cilindros y camisas de cilindros.
- Culatas o tapas de cilindros
Las piezas fijas principales de un motor diesel se construyen para soportar el peso, los esfuerzos y las vibraciones del motor durante su funcionamiento; fabricándose lo más liviano posible para reducir el peso. Se utilizan materiales de aleaciones livianas y de alta resistencia con el fin de obtener un motor de poco peso por caballo de fuerza.
b)Las piezas móviles principales son:
- Pistones
- Bielas y crucetas
- Cigüeñal
- Volante de inercia
- Eje de camones o árbol de levas
PIEZAS FIJAS PRINCIPALES
Las piezas fijas principales de un motor diesel se construyen para soportar el peso, los esfuerzos y las vibraciones del motor durante su funcionamiento; fabricándose lo más liviano posible para reducir el peso. Se utilizan materiales de aleaciones livianas y de alta resistencia con el fin de obtener un motor de poco peso por caballo de fuerza (relación Peso/Potencia) ESTRUCTURA O BASTIDOR DEL MOTOR:
La estructura del motor o también llamado bastidor, en los motores lentos consiste en bloques de cilindros separados, caja de cigüeñal y bancada con carter para el aceite; como el que se aprecia en la figura.
En los motores diesel grandes con cruceta se suele emplear los armazones del tipo que nos presenta la figura, con montajes y columnas; fijándose en la parte superior los cilindros postizos con espárragos que soportan y trasmiten los esfuerzos a la bancada del motor. Estos se construían de hierro fundido gris, similares a los de las antiguas maquinas a vapor veloces.
En los motores modernos
de gran potencia y alta velocidad, el bloque del motor es construido de chapas
de acero laminado cortadas convenientemente: de chapones y perfiles soldados
eléctricamente; que una vez soldado el bloque es tratado térmicamente, para
eliminar las posibles tensiones internas, provocadas por las diferentes
temperaturas de las soldaduras durante la construcción.
Este sistema de bloque
representa una economía del 40% en el peso del motor, lo que significa menos
peso para igual potencia o sea menos kilos de peso por caballo de fuerza.
En la figura se puede ver un tipo de motor con carter separado.
La bancada lleva cojinetes de bancada donde soporta el peso del cigüeñal y los esfuerzos que se producen durante el funcionamiento y el peso del motor.
CARTER DEL CIGÜEÑAL:
El carter o caja del cigüeñal generalmente es parte integrante del bloque de cilindros, cubriendo el cigüeñal y los cojinetes de bancada o principales. En algunos casos, los cojinetes de bancada están fijos mediante nervaduras transversales al carter del cigüeñal; en motores chicos y medianos generalmente los cojinetes de bancada están fijos en el fondo del bloque de cilindros.
La superficie interna del carter (generalmente implica todo el block en sus distintas formas), puede tener dos tipos de terminación:
* Pintado (lo más común)
* Pulido
El pintado es interno y con pintura epoxica que requiere de mantenimiento y cuidados. Presenta las siguientes ventajas:
* Se adhiere perfectamente al metal, no permite que se desprenda material de la superficie.
* No se oxida
Como desventaja, con el tiempo se desprende (o cuartea por golpes etc.) generando oxidación y los restos de la pintura se incorporan al aceite, lo cual puede generar obstrucción de conductos de poco diámetro e incrustación de partículas pequeñas en las superficies de los cojinetes. Para solucionar este problema se lo pule, no se vuelve a pintar.
El cárter pulido carece de estos inconvenientes, pero está expuesto a la oxidación por humedad ambiente.
La presión dentro del carter varía junto con la temperatura. Esto provoca que se incorpore humedad del ambiente lo que produce oxidación y esta se incorpora al aceite. Para evitar esto se vira diariamente el motor con el propósito de mantener las paredes con aceite y mantener la temperatura “estable” para que no se produzcan variaciones de presión con respecto a la presión atmosférica y no se incorpore la humedad, es decir no se permite que el motor respire ni transpire.
La unión entre bancada y bastidor comúnmente ésta abulonada con junta ó pasta selladora. Los bulones tienen mantenimiento por que se van aflojando con la vibración; en la práctica se hace un “quinteo de bulones”. Se asienta en el historial los bulones que se chequean y a que torque se ajustaron, este valor de torque esta registrado en la tarjeta de mantenimiento.
CILINDROS:
En los motores antiguos los cilindros se construían tallados al block el cual contiene pasajes para el agua de refrigeración, conductos para el aceite lubricante para los cojinetes. En la actualidad se emplean los cilindros intercambiables entre los cuales podemos mencionar:
* Camisa seca.
* Camisa húmeda.
* Camisas con cámara de agua incorporada.
CAMISAS DE CILINDROS
La camisa de cilindros es la pieza donde se desplaza el pistón para producir el trabajo.
Existen tres tipos de camisas de cilindros:
a) Camisa seca
b) Camisa húmeda
c) Camisa con cámara de agua.
a) Camisa seca es un cilindro de paredes delgadas colocada dentro del cilindro que forma parte del bloque. Quiere decir que el agua de refrigeración no toca la camisa.
b) camisas húmedas: esta camisa de cilindro, la superficie exterior esta en contacto directo con el agua de refrigeración, va fijada en la parte superior del cilindro con junta por debajo de la pestaña o ajustada previo esmerilado y en la parte inferior es estanca con anillos de goma o neoprene, que le permite libre dilatación y contracción de la camisa en toda su longitud.
El espesor de las paredes de la camisa se construye de tal grosor para que soporten la presión de trabajo de los gases de la combustión.
c) Las camisas con cámara de agua: en los motores de gran tamaño y en especial los de dos tiempos usan este tipo de camisa, que lleva su propio manguito fundido o ajustado permanentemente por contracción por donde circula el agua de refrigeración, que entra por abajo y sale por arriba.
CARACTERISTICAS QUE DEBE REUNIR UN CILINDRO
* Alta resistencia al desgaste (esto se logra utilizando materiales especiales).
* Buena transmisión del calor (colocándoles canales de refrigeración).
* Facilidad de reparación (con camisas de recambio).
COMPORTAMIENTO DE LOS DISTINTOS TIPOS DE CILINDROS
TALLADOS O MAQUINADOS EN EL BLOCK
* Requiere block de fundición de hierro
* Se pueden rectificar a distintas sobre medidas
* No admiten tratamientos especiales
* Coeficiente de transmisión de calor malo.
* Sufren altas tensiones térmicas
CAMISAS POSTIZAS O RECAMBIABLES
* Facilitan el recambio.
* Eliminan tensiones térmicas por la libertad de expansión del extremo inferior.
* Al cambiarlas, restauran el diámetro original del cilindro.
* Usan materiales con propiedades especiales.
CAMISAS SECAS
* Requieren maquinado en situ.
* Mala conducción del calor.
CAMISAS HUMEDAS
* No requieren maquinado en situ.
* Buena conducción del calor .
* Admiten tratamientos especiales .
PROBLEMAS DE LAS CAMISAS HUMEDAS
- Requieren cierres estancos en sus extremos.
- Pueden facilitar la contaminación del aceite con agua.
- Oxidación interna (producida por el azufre del combustible que se combina con el vapor de agua que produca la combustión y produce ácido sulfúrico qie ataca los metales, y agua, en pequeñas cantidades, enfría la combustión)
- Corrosión externa producida por la oxidación por agua de refrigeración y cavitación* por vibraciones.
La cavitación se produce cuando el pistón en su PMS golpea contra la camisa provocando en el exterior de está, que el agua se separe de la pared, esto provoca un vacio que favorece la evaporación del liquido refrigerante. Luego el agua recupera su lugar pero las burbujas de agua vienen con mucha velocidad a causa de una implosión generando una vibración en los lugares donde chocan estas partículas, provocando ruido y destrucción del material de la superficie de la camisa.
*La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando se crean cavidades de vapor dentro del agua o cualquier otro fluido en estado líquido en el que actúan fuerzas que responden a diferencias de presión, como puede suceder cuando el fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las cavidades formadas viajan a zonas de mayor presión e implosionan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose») produciendo una estela de gas de gran energía.
La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido a velocidades próximas a las del sonido, es decir independientemente del fluido y de la velocidad de éste. Estas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie sólida. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma donde se originan, el material tiende a debilitarse estructuralmente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor, dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras. El fenómeno generalmente va acompañado de golpes, ruido y vibraciones.
Se puede presentar también cavitación en otros procesos como, por ejemplo, en hélices de barcos y aviones, bombas y tejidos vascularizados de algunas plantas.
Se suele llamar corrosión por cavitación al fenómeno por el que la cavitación arranca la capa de óxido (resultado de la pasivación) que cubre el metal y lo protege, de tal forma que entre esta zona (ánodo) y la que permanece pasivada (cubierta por óxido) se forma un par galvánico en el que el ánodo (el que se corroe) es la zona que ha perdido su capa de óxido y cátodo la que la mantiene.
MATERIALES EMPLEADOS EN CAMISAS HUMEDAS
- Hierro fundido son económicas con elevado desgaste y poca vida útil.
- Acero superan la vida útil de las anteriores pero no lo suficiente.
- Acero con revestimiento interno de cromo duro, estas adquieren un alto grado de pulido superficial (espejado). Los inconvenientes que presenta son varios a saber, una vez usadas no aceptan, con facilidad un cambio de aros. Tiene largos periodos de asentamiento del aro. También el calentamiento del aro ante una lubricación imperfecta. Acero con revestimiento interno de cromo poroso, de gran uso en nuevos diseños (la vida útil es tres veces mayor). La superficie porosa asegura una perfecta lubricación. Acepta con facilidad futuros cambios de aros, los periodos de asentamiento de aros son cortos.
CAUSAS QUE PROVOCAN UN DESGASTE ANORMAL DE UNA CAMISA HÚMEDA.
Causas de un desgaste rápido :
- Lubricación incorrecta
- Temperatura de refrigeración incorrecta
- Desalineación del movimiento alternativo
- Interna: azufre en el combustible
- Externa: acidez en el agua de refrigeración
Desgaste anormal en la parte superior por golpeteo del pistón:puede darse en la parte interna de lubricación por rotura de película, o en la parte externa por cavitación.
La conicidad es debida al desgaste natural de la camisa motivada por la variación de la presión que ejercen los aros sobre las paredes del mismo, entre el PMS y el PMI del pistón.
CABEZA DE CILINDRO (o TAPA o CULATA DE CILINDRO)
La culata es la tapa del cilindro y forma parte de la cámara de combustión. La mayoría de los motores llevan en la culata válvulas y pasajes para la admisión y escape; inyector de combustible, válvula de arranque y de seguridad. La refrigeración la produce el agua que circula desde los cilindros.
En los motores grandes las culatas suelen ser individuales, una para cada cilindro mientras que en los chicos una para cada dos o para todos los cilindros.
En los motores marinos se construyen de fundicion de hierro y muy raramente de aluminio.
FUNCIONES
* Forman la parte superior de la cámara de combustión.
* Contienen los alojamientos para las válvulas y sus mecanismos asociados.
* Contienen los conductos para la circulación de aire de admisión y escape.
* Contiene el alojamiento para el inyector.
* Poseen conductos para circulación de agua de refrigeración.
* Además en algunos pueden existir:
o Alojamiento para válvulas de arranque.
o Alojamientos para válvulas de seguridad.
o Alojamientos para grifos de purga.
La culata es la tapa del cilindro y forma parte de la cámara de combustión. La mayoría de los motores llevan en la culata válvulas y pasajes para la admisión y escape; inyector de combustible, válvula de arranque y de seguridad. La refrigeración la produce el agua que circula desde los cilindros.
En los motores grandes las culatas suelen ser individuales, una para cada cilindro mientras que en los chicos una para cada dos o para todos los cilindros.
En los motores marinos se construyen de fundicion de hierro y muy raramente de aluminio.
FUNCIONES
* Forman la parte superior de la cámara de combustión.
* Contienen los alojamientos para las válvulas y sus mecanismos asociados.
* Contienen los conductos para la circulación de aire de admisión y escape.
* Contiene el alojamiento para el inyector.
* Poseen conductos para circulación de agua de refrigeración.
* Además en algunos pueden existir:
o Alojamiento para válvulas de arranque.
o Alojamientos para válvulas de seguridad.
o Alojamientos para grifos de purga.
PAR DE APRIETE (TORQUE)
Par es cualquier fuerza que tiende a provocar una rotación permanente o temporal sobre un eje.
Más concretamente en el caso del apriete de piezas mecánicas, Par es la fuerza que se ejerce girando la cabeza de un tornillo o tuerca con la ayuda de una palanca de una determinada longitud.
Se formula :
T (Par) = F (Fuerza) x L (Longitud). T= F x L
Siendo T= Par; F= Fuerza ; L= Longitud
Las medidas habituales en SI son:
- Fuerza en Newton (N) (también puede ser Kg o Lb)
- Distancia en metros (m) (también puede ser Pie)
- Par en Newton x m (Nm) (kgm, o Lb pie)
¿Cómo se aplica y se mide?
Si la distancia de la palanca a la que se aplica la F desde A, es de un 1 metro y, en A aplicamos:
20 Newton x 1 metro = Par de 20 Nm (Newton x metro)
Si la distancia de la palanca a la que se aplica la F desde B, es de 2 metros y, en B aplicamos:
10 Newton x 2 metros = Par de 20 Nm (Newton x metro)
Esto implica que para dar un Par igual:
a) a mayor Longitud necesitaremos menor Fuerza y, por el contrario,
b) a menor Longitud mayor Fuerza
¿Qué pretendemos al dar un Par de apriete a una unión atornillada?
¿Qué porcentaje del Par aplicado va realmente a Estirar el tornillo?
¿Dónde se emplea la energía?
- 48% Fricción Rosca. En el gráfico, área morada .
- 42% Fricción Tuerca. En el gráfico, área verde .
- 10% Estiramiento. En el gráfico, área amarilla.
AJUSTE DE LA TAPA DE CILINDROS
El apriete de los tornillos se debe efectuar siempre desde el centro hacia fuera en forma ordenada y pausada para evitar que se formen pliegues y no se pandee, al doble de la presión que se produce en el cilindro. Cuando no existe indicación debe seguirse el esquema indicado.
El torque total se debe lograr por en tres ajustes parciales, en espiral y usando las llaves correspondientes, adecuadas al torque que se va a aplicar.
Llaves de torque con dial.
Llave de torque por flexión.
Llave de torque de zafe.
Herramienta para dar torque por ángulo de giro.
La otra forma es por estiramiento colocando un comparador en la cabeza del tornillo, se ajusta tanto hasta que el tornillo se estire una determinada cantidad.
Agua en dos cilindros por fugas en junta de tapa.
Culata de cilindro individual.
______________________________________________________________________________________NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA TRABAJOS QUE DEBEN EFECTUARSE SOBRE LOS DIVERSOS COMPONENTES DE LOS MOTORES - PRUEBAS
GENERALIDADES a. En este Anexo se estudiarán en detalles las operaciones que deben efectuarse para inspeccionar y reparar las piezas componentes de un motor Diesel. Estas operaciones corresponden prácticamente a un desmontaje general del motor y su periodicidad es difícil de prever.
b. Apriete de tuercas Los trabajos realizados sobre un Motor Diesel siempre traen aparejados numerosos aprietes de tuercas. Estas tuercas tienen por finalidad obtener la adecuada tensión de los tirantes bulones y prisioneros. Para ciertas uniones, como ser: tapas de cojinetes con bancadas, tapas de cilindros con el block, cabezas de biela, etc., la tensión que se debe obtener está determinada con bastante precisión. Los medios utilizados para tratar de obtenerla no son todos igualmente eficaces. Se verán a continuación los diversos métodos que pueden ser empleados:
1. Medición directa de la tensión.
2. Medición del alargamiento.
3. Medición de la fuerza aplicada a la llave de apriete.
4. Apriete sin control preciso.
Cualquiera sea el método de apriete adoptado, el definitivo debe ser precedido por un pequeño ajuste que se realiza para asegurar la compresión de las juntas, así como también verificar el espacio libre, que en algunos casos, debe quedar entre dichas piezas. Después del pequeño ajuste previo, que no requiere un control preciso, pero que debe ser menos enérgico, que el apriete definitivo, las tuercas deberán ser completamente aflojadas y solamente arrimadas. El apriete definitivo de las tuercas de fijación de una pieza, que sigue luego, siempre debe hacerse por etapas sucesivas y "en cruz".
(a) Medición directa de la tensión. Es, sin lugar a dudas, el procedimiento más seguro para garantizar el logro de la tensión requerida, pero raramente es aplicado. En efecto, su empleo impone ya sea el uso de tensómetros fijados al cuerpo de los bulones o de los tirantes mientras que se aprietan las tuercas, o bien poner en tensión los bulones o los tirantes por medio del gato hidráulico. En ambos casos, las tuercas deberán estar colocadas, pero quedarán en el primer momento libres. Cuando se haya obtenido la tensión deseada, cada tuerca deber ser arrimada y a continuación se aflojará el gato hidráulico. Este método, de hecho, no puede ser útil nada más que para bulones tirantes de longitud relativamente importantes, ubicados en lugares suficientemente despejados.
(b) Medición del alargamiento La medición del alargamiento que es rigurosamente proporcional a la tensión, puede reemplazar la de esta última. La medición será directa, utilizando un indicador micrométrico o un comparador, o bien deducida del ángulo que las tuercas han girado después de haber sido arrimadas.
(c) Medición de la fuerza aplicada con la llave de apriete. La fuerza aplicada con la llave de apriete es teóricamente proporcional a la tensión que soportan los prisioneros, bulones o tirantes correspondientes. A primera vista, una tensión especificada se obtiene por medio de una fuerza conocida, aplicada sobre la llave. En la práctica, esto nunca es así. Las distintas condiciones en que se encuentran las superficies de los filetes de apoyo de las tuercas, la calidad del metal con que están construidas las arandelas que en algunas ocasiones van interpuestas, la falta más o menos acentuada de perpendicularidad en la dirección de la fuerza ejercida sobre la llave con respecto al eje de la tuerca, etc., hacen que, aun cuando se aplique la misma fuerza sobre sucesivas tuercas del mismo paso, las tensiones actúan sobre los respectivos tirantes, bulones y prisioneros pueden variar entre un determinado valor y el doble del mismo. Por lo tanto, no hay que suponer que la utilización de "llaves torsiométricas" dan siempre una solución satisfactoria al problema planteado por el apriete de las tuercas. Puede dar buenos resultados en motores nuevos en los cuales las roscas, por ser recién torneadas, normalmente, se encuentran todas en perfecto estado. Esto permite al fabricante el uso de dichas llaves, realizando montajes mucho más rápidos y por lo tanto más económicos que si emplearan los otros métodos de apriete, por medición directa, de los alargamientos o tomando como referencia los ángulos de giro de las tuercas. En los motores usados, la llave torsiométrica es, a menudo, mucho menos útil. Por de pronto, el estorbo que significan los espacios reducidos, algunas veces, impiden su empleo en óptimas condiciones. Las tuercas de los cojinetes de bancada y de las cabezas de biela, que en algunos casos se aprietan en fábrica con llave torsiométrica estando el motor en posición invertida, son absolutamente inaccesibles, con esa misma llave, cuando el motor se encuentra colocado sobre su base. Por otra parte, luego de un cierto número de aprietes y desmontes, las roscas y las superficies de apoyo de las tuercas, de un mismo grupo de bulones o prisioneros de igual tipo, no se encuentran nunca. en el mismo estado de conservación. Esto da lugar a que, a pesar de aplicar fuerzas de igual magnitud sobre las tuercas, los tirantes, bulones o prisioneros queden sometidos a tensiones que pueden ser muy dispares. Por último, cuando habitualmente las tuercas se aprietan con una llave torsiométrica, es conveniente controlar, en forma periódica, que la fuerza aplicada corresponda con ángulos de apriete sensiblemente iguales para todas las que aseguran la fijación de una misma pieza, por ejemplo: las tuercas de fijación de una tapa de cilindro. Si ello no se cumple, el apriete con llave torsiométrica deber ser descartado y reemplazado por el apriete controlado con la medición del ángulo de rotación de las tuercas, que siempre es mucho más preciso.
(d) Apriete sin control preciso. Es, por supuesto, el peor de los procedimientos de apriete. Puede aceptarse, únicamente, para el montaje de elementos de importancia secundaria. Es de hacer notar que siempre es peligroso querer apreciar un apriete evaluado, sin verificación de la fuerza ejercida sobre una llave. El verdadero valor de esta fuerza es, por lo general, ampliamente subestimada. Efectivamente un hombre de fuerza mediana, cuyos pies estén bien afirmados contra una base o un mamparo, puede suministrar una fuerza netamente superior a 100 kilos.
_____________________________________________________________________________________
MEDICION DEL ESPACIO NOCIVO
Se llama espacio nocivo, en un motor, a la distancia que queda entre el pistón y la culata, cuando el primero se halla en el PMS, esta distancia debe ser comprobada cada vez que se desmonta cambia cualquier pieza del tren alternativo, embolo, biela, cojinetes, cigüeñal.
Para ello, una vez montado el pistón, se colocan sobre el y en puntos opuestos del mismo, trozos de alambre de plomo ó plastigage del diámetro que indique el fabricante del motor, de modo que al subir el embolo pueda quedar prensados entre este y la culata. A continuación se coloca la junta de culata y se monta la misma.
Hecha la operación, se hace girar el cigüeñal lentamente varias vueltas, con lo que se consigue aplastar el alambre de plomo hasta que tenga el espesor del espacio nocivo. Se desmonta nuevamente la culata y se podrá comprobar si la distancia entre caras planas del alambre corresponde con el valor indicado por el fabricante. La modificación del espacio nocivo se efectúa cambiando la junta de tapa o largo de biela.
PIEZAS MÓVILES PRINCIPALES
PISTONES
Pistón es la pieza móvil que recibe el empuje de los gases de la combustión para transmitir su movimiento alternativo por la biela al cigüeñal que lo transforma en rotativo.
FUNCIONES DEL PISTON
* Transmitir la presión de los gases al conjunto perno-biela-cigüeñal.
* Formar el piso de la cámara de combustión.
* Alojar y transportar los aros.
* Absorber el empuje lateral de la biela.
* Controlar las lumbreras de admisión y escape, en los motores de dos tiempos.
Denominaciones: la sección superior del embolo se denomina corona y la sección inferior falda. La forma de la corona depende en gran parte de la forma de la cámara de combustión. La sección de la corona es generalmente de espesor mayor con objeto de que esta pueda resistir la presión de los gases sin deformarse y disponer asimismo de un buen camino para que el calor de su superficie pase a los aros.
Tren alternativo de dos tiempos Sulzer RD (con zapatas)
Sulzer RT Flex
ESFUERZOS A LOS QUE SE ENCUENTRA SOMETIDO UN PISTON
MECANICOS:
Esfuerzos: Transmitir la carga uniforme de los gases sobre la cara del pistón al área que apoya el perno.
Desgaste: El continuo desplazamiento de los aros tiende a desgastar las ranuras de alojamiento.
 |
En un motor de 4 tiempos. Los aros cambian 6 veces
su sitio en las ranuras, durante un ciclo del motor.
|
Térmicos: tensiones térmicas por dilataciones diferentes.
Los pistones pueden ser:
Sin refrigeración y con refrigeración por tubos telescopicos o articulados.
Sin refrigeración se usan en los motores chicos y con refrigeración en los motores chicos, medianos y grandes.
Para disminuir la temperatura del centro del pistón, se utiliza una refrigeración adicional que puede ser por salpicado o por circulación de aceite.
TIPOS DE PISTON
PISTONES SIMPLES:
-De aleaciones livianas: sufren altos desgaste de las ranuras de los aros (aluminio). Cuando se descontrola la temperatura del motor.
-De aleación liviana con insertos de acero: para reducir el desgaste de las ranuras de los aros. Es utilizado por ejemplo en motores PIELSTICK.
-De acero fundido: tiene un reducido desgaste, se usan en motores lentos con bajo esfuerzos inerciales (son pesados).
PISTONES COMPUESTOS: Por ejemplo los usados por MTU, utilizan:
- Corona de acero y faldas de aluminio.
- Se usan en motores rápidos de media potencia y alta resistencia.
- Tiene un reducido desgaste de las ranuras de aros.
- Poseen una facilidad para formar cámara de enfriamiento.
PISTON ROTATIVO: permite una distribución mas uniforme de la temperatura y reduce los huelgos.
A) Calibrado diametral del pistón.
B) Calibrado de ranuras porta aros.
C) Control de unión entre corona y falda (pistones compuestos), descarbonizado químico.
Marcas posicionadoras en pistones de motores chicos.
AROS DE PISTÓN
Estos van colocados en las ranuras que el pistón lleva a ese efecto.
- Sellar el huelgo entre pistón y camisa (hacer estanco al cilindro).
- Transferir el calor entre pistón y camisa (transmitir el calor desde el pistón al cilindro).
- Controlar la lubricación en el conjunto pistón – camisa - aros.
- Amortiguar parte del empuje lateral durante el cambio de reacción lateral.
Por su Trabajo se los puede clasificar en:
* De compresión. * Rasca aceite.
Los aros de compresión son los que hacen estanco al cilindro durante toda la carrera del Pistón, evitando perdidas durante la combustión o de aire de compresión, y que pasen entre pistón y camisa
de cilindro al carter.
La presión total de los aros de compresión que actúa sobre la pared del cilindro son dos:
* La tensión propia del aro.
* La presión producida por los gases de la combustión o presión de aire de compresión actuando en la cara interna del aro.
Los aros disminuyen en un 50 % de la presión que soportan a una velocidad promedio. Si la velocidad es alta la retención también es mayor. En la estanqueidad del aro juega un papel también la altura o espesor del aro, menor altura es menos estanco; pero a mayor altura más el desgaste de la camisa y más el tiempo de asentamiento.
Son muchos y variados los tipos de aros de compresión que se usan, siendo los mas empleados los de sección rectangular de hierro fundido gris; todos son construidos de un diámetro mayor al de la camisa del cilindro y de forma elíptica. Al primer aro de compresión se lo denomina aro de fuego y tiene una superficie cromada.
La cantidad depende en gran medida del tamaño y la velocidad del motor, pero nunca lleva menos de dos. Los motores grandes son más lentos, por consiguiente llevaran mayor cantidad de aros.
Soportan altas temperaturas y no deben perder su elasticidad y poseer bajo desgaste (si la temperatura es muy alta pierde elasticidad y no actúa bien). Los aros rasca aceite o barredores o control de aceite tiene por finalidad rascar o barrer el aceite salpicado a la camisa por el cigüeñal y biela, dejando estrictamente la cantidad necesaria para una buena lubricación, devolviendo al cárter el sobrante, evitando que suba a la cámara de combustión y sea quemado.
La cantidad es generalmente uno, pero depende del tamaño y velocidad del motor. A partir de cierta velocidad se acuña y el aceite pasa por entre el aro y la camisa.
EL CONSUMO NORMAL DE ACEITE DEBE SER MENOR AL 1% DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE.
MANTENIMIENTO DE AROS
Desmontar solo en casos estrictamente necesarios, sobre guías.
Inspeccionar:
* Calibrar espesores.
* Luz de aros.
* Recalentamiento por fricción.
* Atascamiento por formación de carbón.
Precauciones a tener en cuenta:
1). Verificar la luz entre puntas de aros.
Se coloca dentro del cilindro el aro, se lo empuja con el pistón hasta la zona de trabajo, o sea debajo de la zona de la cámara de combustión y se toma el huelgo.
2). Controlar la profundidad de la ranura. El aro colocado en su ranura no debe sobresalir con exceso, se debe verificar la ranura antes de colocar el aro que este libre de toda impureza.
2). Controlar la profundidad de la ranura. El aro colocado en su ranura no debe sobresalir con exceso, se debe verificar la ranura antes de colocar el aro que este libre de toda impureza.
3). Verificar la luz axial en la ranura.
La luz axial no debe ser excesiva y debe tener el valor indicado por el manual del fabricante.
4). Verificar el libre movimiento en el alojamiento del aro
La unión de los aros nunca debe quedar colocada en la zona del perno, también es peligrosa la colocación a 90º de la punta del perno pues quedaría en la zona del faldeo y el aro podría llegar a romperse
4). Verificar el libre movimiento en el alojamiento del aro
La unión de los aros nunca debe quedar colocada en la zona del perno, también es peligrosa la colocación a 90º de la punta del perno pues quedaría en la zona del faldeo y el aro podría llegar a romperse
Pistón con pines de posicionamiento de aros en sus ranuras.
Precaución al montar expansores de aros rasca-aceite.
SE DEBEN COLOCAR ASI: la unión del primer aro con respecto a la unión del segundo aro, debe estar colocada a 180º de distancia entre si, y así sucesivamente.
6). El espejado de la camisa. Si la camisa esta espejada es debido al desgaste producido por el trabajo del pistón y sus aros, antes de efectuar un cambio de aros se debe efectuar un bruñido a la camisa para matar el espejado, para que luego al trabajar los aros sobre la camisa estos tengan una buena lubricación.
Distintos tipos de "prensa-aros" para colocar el pistón en su cilindro.
Pinza expansora para la colocación de los aros en el pistón.
Es la pieza que une al pistón con el pie de biela, por consiguiente recibe la fuerza desarrollada por la presión de la combustión sobre la corona del pistón y la transmite a la biela.
En general existen dos tipos de fijación del perno:
* Flotante: Tiene movimiento libre sobre el pistón y sobre la biela.
* Semiflotante:
o Fijo al pistón y libre a al biela.
o Fijo a la biela y libre al pistón
Tipos de seguros del perno de pistón.
El sistema de lubricación del perno de pistón pude ser por salpicado o a presión.
Los pernos semi-flotantes son los mas usados, los fijos a la biela para colocarlos se deben calentar la biela entre 280 y 300º, luego enfriar el perno, se debe controlar la orientación de la biela y el pistón luego introducir el perno mediante una ligera presión de un solo movimiento sin ninguna vacilación tener en cuenta la distancia entre perno y el borde exterior del alojamiento del pistón.
En los fijos al pistón calentar el pistón para que dilate el orificio del alojamiento del perno y luego seguir las mismas indicaciones que la anterior. Cada vez que se efectué un cambio de perno o pistón se debe controlar el paralelismo y torsión de la biela.
Es el órgano intermedio entre el pistón y eje cigüeñal esta formado por la cabeza que abraza la manivela del cigüeñal y por el pie que abraza al perno del pistón y por la caña que une todo el conjunto.
Tienen la misión de transmitir el movimiento alternativo del pistón al cigüeñal y por él transformarlo en rotativo.
La sección de la caña puede ser redonda, cuadrada o doble T, esta última es muy favorable para resistir fácilmente los esfuerzos a que esta sometida sin darle mucho peso. Además es una forma muy adecuada para el forjado en estampa, con lo cual se obtiene una biela más económica.
La biela debe responder siempre a los siguientes puntos de vista:
* Ofrecer un apoyo suficiente rígido al casquillo, casi siempre delgado, del cojinete.
* Soportar los esfuerzos de compresión y de tracción que le envía el vástago y pasarlos al casquillo del cojinete.
* Facilitar, por su forma un acabado económico de forjado.
* Los tornillos de fijación deben disponerse de una forma que permitan facilidad de maniobra de montaje y desmontaje, y a su vez sujeten bien la tapa del cojinete.
Se construyen de los siguientes materiales:
* Duraluminio.
* Acero.
o Fundidas (casi en desuso)
o Forjadas tienen mayor resistencia.
CIGÜEÑAL
Los ejes cigüeñales deben tener gran resistencia mecánica longitudinal y torsional. Es construido en una sola pieza en motores chicos.
En los motores grandes los ejes de cigüeñales se construyen en dos o más secciones intercambiables.
Es fundamentalmente importante que el cigüeñal trabaje alineado evitando flexiones innecesarias que acarreen consecuencias graves.
Función: Tiene por función transformar el movimiento alternativo del pistón en movimiento rotativo con ayuda de la biela.
Los materiales usados para su construcción son:
Construcción:
- Simple (en una sola pieza)
o De fundición de alta resistencia con muñones endurecidos en la superficie.
o De acero forjado con endurecimiento de la superficie del muñón.
- Compuesto (para grandes potencias)
o En dos o mas tramos
o Armado por movimiento
Para mantener balanceado al eje cigüeñal hay que balancearlos. Los cigüeñales de grandes de motores de baja velocidad son balanceados estáticamente y los de lata velocidad son balanceados estáticamente y dinámicamente. Para lograr este balanceo se emplean contrapesos, estos pueden ser fijos o desmontables.
Los cigüeñales están perforados para permitir el paso del aceite de los cojinetes de bancada las bielas y pernos de pistón.
VOLANTE
El pistón ejerce fuerza de empuje al cigueñal solamente durente el ciclo de expansión por lo que para que el cigueñal continue girando en los demas ciclos cuando no hay empuje es necesario la existencia del volante, que sencillamente es una rueda pesada colocada a un extremo del cigueñal que acumula inercia regulando el movimiento del cigueñal.
En otras palabras, tiene por función acumular energía en tiempo de trabajo del motor para entregarlo a los mecanismos en los tiempos muertos.
También sirve entregar en su extremo de propulsión del motor una potencia uniforme. Es para que el cigüeñal no vaya a los saltos y no se transmitan estos al eje. Se coloca en el otro extremo un DAMPER ó amortiguador de vibraciones para absorber las vibraciones torsionales del cigüeñal.
El eje de camones es un eje secundario que contiene talladas o maquinadas a él las levas que servirán para la apertura de las válvulas.Este eje está sincronizado mecánicamente al cigüeñal mediante acople por correa, cadena o engranajes. Estudiaremos mas en detalle este tema mas adelante en UNIDAD 7: MECANISMOS DE VÁLVULAS. Parte 1
_____________________________________________________________________________________
ENTRADAS RELACIONADAS
- MTD- Estudio sobre cojinetes y válvulas automotrices.
- MTD Flexión de cigüeñal.
- CLASIFICACION DE LOS MOTORES POR SU DISEÑO
- MTD DIFERENCIAS ENTRE LOS MOTORES A EXPLOSIÓN Y DIESEL
- MTD UNIDAD 7: MECANISMOS DE VÁLVULAS. Parte 1
- MTD UNINAD 7 MECANISMO DE VALVULAS. Parte 2 Puesta a punto de la distribución.
- Algunas Fallas Prematuras en Pistones
- Tornillos de culata y su montaje
_______________________________________________________________________________________
FUENTES:
M.J.D.
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 8 Partes estructurales del motor.
http://elmotordieselmarino.blogspot.com.ar/
http://www.aficionadosalamecanica.net/motor-estructura.htm
http://www.serviberlinas.com/pdf/danos_pistones.pdf
https://www.idqsa.net/lo-que-nosotros-sabemos/par-de-apriete-torque/
