PISTON
Desde
el cañón al émbolo - La fundición y las aleaciones ligeras - Proyecto: forma y
dilataciones térmicas - El acoplamiento con el cilindro - Carreras cortas para
reducir las solicitaciones - El desgaste
En sentido general, el pistón o émbolo es el órgano que, en el
mecanismo cinemática que transforma un movimiento rectilíneo en uno giratorio,
tiene la función de deslizarse alternativamente dentro de su guía (cilindro).
El mecanismo, denominado de biela-manivela, está compuesto por pistón, biela y
manivela, y encuentra su aplicación natural tanto en máquinas motrices (motores
de combustión interna, motores de vapor) como en máquinas operadoras o de
trabajo (bombas hidráulicas alternativas, compresores, etc.). Su movimiento no
es armónico simple, pero se diferencia muy poco.
En todas las aplicaciones en que se emplea, el pistón recibe (o
transmite) fuerzas en forma de presión de (a) un líquido o de (a) un gas.
El origen del pistón puede remontarse al del cañón: de hecho, en
esta máquina el proyectil (inicialmente esférico y luego cilíndrico) es
conducido por la caria y empujado por la elevada presión de la explosión. Los
primeros intentos de un motor de combustión interna en el siglo XVI se basaban
en el cañón, puesto que usaban como combustible pólvora negra.
En 1873, gracias al norteamericano Brayton, la forma del pistón,
de cuerpo cilíndrico, se hizo cada vez más compleja y similar a la
configuración actual: se introdujeron los segmentos elásticos con sus
correspondientes alojamientos, y los agujeros del bulón fueron dotados de una
zona de robustecimiento interna.
El material con que se construía fue durante muchos años la fundición.
En el año 191 1, La Hispano-Suiza introdujo los pistones de aluminio,
obteniendo una notable ventaja en cuanto a ligereza. Sin embargo, la mayor
dilatación térmica del aluminio (3 veces superior a la de la fundición) y el
consiguiente peligro de gripado condujeron a los demás constructores de motores
a conservar aún durante un decenio los pistones de fundición, limitando el peso
mediante la reducción del grosor del material.
A partir de 1920, gracias a las nuevas aleaciones ligeras y a las
técnicas de fusión y de mecanización mejoradas, el pistón de aluminio comenzó a
substituir al de fundición, aunque en los años treinta se produjo en Estados
Unidos un retorno al segundo tipo, por razones económicas y en parte técnicas.
La forma del pistón
En el pistón pueden distinguirse 4 partes principales: la cabeza,
que recibe el calor Y el impulso de los gases de combustión; la zona de los
aros, que por medio de los segmentos asegura la retención de los gases y del
aceite de lubricación y al mismo tiempo disipa una parte del calor recibido;
los alojamientos del bulón mediante el cual se une el pistón a la biela, y la
falda, cuya función consiste en guiar el pistón en su movimiento dentro del
cilindro y ceder el resto del calor al fluido de refrigeración (aire o agua).
El pistón está definido por las siguientes dimensiones
fundamentales: D =diámetro; L = longitud total; B = cota de compresión; D =
diámetro del bulón.
La cota de compresión tiene cierta importancia, puesto que
suministra la posición del plano de la cabeza en el punto muerto superior y,
consiguientemente, el volumen útil de la cámara de combustión. En otros
términos, influye sobre la relación de compresión que se deduce del cociente
entre la suma de la cilindrada y el volumen de la cámara de combustión dividido
por este último.
En la zona portasegmentos, los alojamientos de los segmentos se
obtienen mediante torneado. En tiempos no muy lejanos podían contarse hasta 5
alojamientos; en la actualidad, dada la eficiencia de los segmentos, éstos se
han reducido a 3 para los pistones de motores de turismo comunes y a 4 para los
de motores Diesel.
El primer alojamiento, comenzando por arriba, aloja un segmento de
retención; el segundo (o el segundo y el tercero) puede incluir un segmento
rascador con rebaje, o bien, un segmento de retención y otro con rebaje; el
último alojamiento lleva un segmento clásico recogedor de aceite, con ranuras,
que tiene la función de recuperar una parte del aceite de lubricación lanzado
contra las paredes del cilindro.
No todo el aceite es retenido por el segmento correspondiente en
su carrera de bajada; una parte permanece y sirve para mejorar las condiciones
de rozamiento de los demás segmentos. La función del primer segmento es
bloquear la parte residual de aceite que sube hasta él.
Un hecho bastante curioso, pero que tiene razón de ser, es que la
última aleta, es decir, la porción comprendida entre los 2 segmentos
finales, tiene 1 mm menos de diámetro, aproximadamente, que las
demás; esto tiene como finalidad crear un espacio regulador, donde se forma un
anillo líquido que retarda la marcha del aceite hacia arriba y produce una zona
de retención más.
El área de los alojamientos del bulón, zona de unión del pistón con
la cabeza de la biela mediante el bulón, es muy delicada, dadas las fuerzas que
actúan en ella. Un acoplamiento realizado defectuosamente implica consecuencias
catastróficas (rotura de los apoyos, gripado y avería total del cilindro). Para
tener una idea de ello piénsese que el agujero del bulón se mecaniza con
herramientas de diamante, con una rugosidad superficial hasta de 0,5 µ y
con tolerancias de mecanización de 4-7µ. Análogamente, el bulón (de acero
bonificado), con superficie exterior cementada, se rectifica con tolerancias de
5-7µ. Generalmente, se usan 3 acoplamientos: bulón fijo a la biela y flotante
sobre los apoyos; bulón sujeto al pistón y libre sobre la biela, y bulón libre
en los apoyos y en la biela (flotante).
En el caso de bulones libres en los apoyos, éstos no pueden
deslizarse y salir de sus alojamientos, puesto que se lo impiden unas arandelas
del tipo Seeger de sección rectangular.
Las aleaciones de aluminio empleadas normalmente para la
construcción de pistones pueden clasificarse en 3 categorías: aluminio-cobre,
aluminio-cobre-níquel (o hierro) y aluminio-silicio. Las aleaciones más
empleadas son las últimas, puesto que ofrecen óptima resistencia mecánica y
coeficiente de dilatación bajo, junto con elevado coeficiente de conductibilidad
térmica. Además de éstas, existen aleaciones de aluminio al cobre, al silicio y
al magnesio adecuadas para pistones estampados en prensa, de resistencia
mecánica elevada. Estas aleaciones sirven, sobre todo, para construir pistones
para motores de competición y de aviación.
En los motores de combustión interna, se confían al pistón las
siguientes funciones: transmitir al cigüeñal, a través de la biela, los
impulsos producidos por los gases de combustión; garantizar la retención de los
gases y del aceite de lubricación, y transmitir al cilindro el calor que recibe
de los gases.
La primera función está relacionada esencialmente con su
resistencia mecánica y es una de las principales consideraciones que el
diseñador debe tener en cuenta al proyectar los grosores y al elegir el
material.
La segunda función (retención de gases) permite utilizar toda la
energía producida en el momento de la combustión y evita que los gases, al
pasar al cárter, quemen el aceite y provoquen el gripado o el encolado de los segmentos.
La retención del aceite es necesaria, además de para limitar el consumo, para
evitar depósitos de carbonilla entre las aletas y en la cámara de combustión;
estos últimos pueden provocar el preencendido por puntos incandescentes e
incluso perforar el pistón. Las dimensiones de la falda y de las aletas
contribuyen a garantizar la retención, puesto que, por encima de ciertos
valores de juegos de acoplamiento entre el pistón y el cilindro, el sistema no
puede funcionar, por el peligro de gripado, por lo que dicha función se confía
sobre todo a los segmentos.
La tercera función (disipación del calor) favorece el
mantenimiento de las características mecánicas del material, reduce el peligro
de trabamiento de los segmentos y el desgaste de los alojamientos.
La gama de los tipos de pistones, diferentes por su forma, sus
funciones y dimensiones, es muy amplia. Cada motor tiene su pistón. De todos
modos, puede aceptarse una subdivisión en dos grandes clases, cada una de las
cuales agrupa subtipos con características definidas.
Pistones para motores de encendido por chispa
Son los pistones que se emplean preferentemente en los motores de
4 tiempos y de 2. Su diámetro va desde 30-70 mm para las motocicletas hasta
52-1 10 mm para los automóviles. Pueden construirse de varias formas: la
cabeza, por ejemplo, puede ser plana, cóncava o convexa. Puede presentar
rebajes circulares en correspondencia con la posición de las válvulas de
admisión y de escape. La cabeza de los pistones Citröen es especial, puesto que
tiene un resalte asimétrico de forma no definible geométricamente. Estas
diferentes cavidades representan la investigación continua de los proyectistas
para conseguir una combustión completa y, por tanto, un menor porcentaje de
gases no quemados en el escape.
La zona inferior de la falda posee generalmente aletas que tienen
la función de aumentar la guía y reducir el golpeteo del pistón contra las
paredes del cilindro. El área de la falda próxima a los agujeros del bulón
muchas veces se rebaja para aligerar el pistón sin comprometer su resistencia.
También puede hacerse otra distinción tomando en consideración las
diferentes técnicas de construcción ideadas para controlar la dilatación
térmica. Dichas técnicas representan la evolución máxima del pistón.
Pistones monometálicos de falda completa. Son los más sencillos y los más usados; la dilatación térmica de
la falda es relativamente grande, de ahí que se precisen amplios juegos de
acoplamiento y notables ovalizaciones de compensación. En tiempos pasados, este
tipo de pistón tenía un corte, vertical u oblicuo, con la función de hacer más
elástica la falda y absorber las dilataciones. Sin embargo, esto implicaba una
menor rigidez de la falda que, muchas veces, se rompía.
En la misma categoría pueden incluirse los pistones de estampación
para competición. Tienen la cabeza de forma convexa con gran curvatura para
permitir relaciones de compresión elevadas. En la zona portasegmentos existen
alojamientos para 2 segmentos o, como máximo, para 3, y la falda tiene una
superficie muy reducida cuya función es solamente de guía. Presentan nervios
muy pronunciados, con la única finalidad de reducir al mínimo el peso que, dado
el elevado número de cielos (9.000-1 1.000 por minuto), influye de manera
notable sobre la naturaleza y la clase de las fuerzas de inercia que
intervienen.
Pistones de dilatación térmica controlada. Son
pistones con pequeñas placas de acero, incorporadas durante la fundición, que
les confieren altas prestaciones desde el punto de vista de la dilatación
térmica. En 1925, A. L. Nelson construyó un pistón con placas de invar,
aprovechando que este material posee un coeficiente de dilatación muy pequeño
respecto al de las aleaciones de aluminio. Posteriormente, en Alemania
aparecieron los pistones Autothernúk y Autothermatik de la empresa Mahle y los
pistones con segmentos de dilatación de la Karl Schmidt.
El pistón Autothermik se caracteriza tanto por el tipo de placas
como por la presencia de un corte en el alojamiento del segmento recogedor de
aceite, que interrumpe la unión de la cabeza con la falda. El corte determina
que la falda esté más fría y, por tanto, que sea más fácilmente controlable. El
pistón Autothermatik es muy similar al Autothermik: se diferencia únicamente en
que la unión de la cabeza con la falda no está cortada, sino sólo interrumpida
por agujeros situados de manera que permiten aún cierto flujo de calor desde la
cabeza a la falda que, por consiguiente, permanece más fría. Además de esto, se
evitan las deformaciones de la cabeza, que en este caso apoya toda la
circunferencia sobre el cuerpo del pistón. Los pistones de este tipo ofrecen
las mismas ventajas que los monometálicos no cortados y que los autotérmicos,
por lo que se emplean en motores rápidos y sometidos a solicitaciones elevadas.
Los pistones con anillos de dilatación se caracterizan por una
pieza de acero de sección transversal circular, con la parte exterior lisa o
dentada, incorporada en el momento de la colada. Esta pieza especial tiene la
capacidad de reducir notablemente la dilatación de la parte superior de la
falda, es decir, la contigua al alojamiento del segmento rascador de aceite.
Una variante de este tipo es la del pistón Cinturato, de la empresa Borgo, en
el cual la función de reducir las dilataciones está confiada a un aro de acero
de sección transversal oval que tiene 1 mm de espesor y una altura de 15 mm,
aproximadamente. Otro pistón de esta categoría es el Duotherm de la marca
Mahle, pieza circular y, por tanto, reúne las características de ambos. El sistema
Duotherm se utiliza muchas veces en pistones para motores Diesel rápidos.
Análogamente, y para las mismas aplicaciones, se produce el pistón Perimatic,
de la marca Karl Schmidt. La particularidad de este último consiste en que
posee una placa de acero cilíndrica que rodea completamente a la falda,
confiriéndole cualidades de resistencia especiales.
Pistones para motores
Diesel
Las cabezas de estos pistones varían de forma, pero presentan los mismos
problemas: elevado rendimiento de la combustión, disipación del calor de la
cámara de combustión y transferencia del impulso de los gases a la biela a
través del bulón. De estos problemas, los 2 primeros son los más difíciles de
resolver.
Las cámaras del tipo de turbulencia esférica, las de doble
turbulencia (Saurer) y las de turbulencia simétrica (Ricardo) son las más
usadas y con ellas se trata de obtener una velocidad de rotación del aire
aspirado y comprimido muy elevada y simétrica. De esta manera, las partículas
de combustible pulverizado por el inyector, al mezclarse íntimamente con el
aire, se queman por completo. El borde de la cámara de combustión es una zona
muy delicada a causa de las posibles grietas de origen térmico; esto se remedia
aumentando los radios de acorde o también incorporando en esta zona elementos
de fundición que tengan un coeficiente de dilatación muy próximo al de la
aleación de aluminio. Esta técnica se emplea normalmente para pistones
sometidos a solicitaciones elevadas.
La disipación del calor de la cabeza se obtiene: perfilando
adecuadamente el interior del pistón, sobre todo en la zona de unión con la
falda; enfriando con chorros de aceite la parte inferior de la cabeza del
pistón, o efectuando rebajes circulares o en serpentina, en el cuerpo de la
cabeza o alrededor de la cámara de combustión en donde se desliza el aceite de
refrigeración. El borde superior de estos pistones, al quedar directamente
expuesto a los efectos de la combustión, constituye la primera barrera contra
los gases en expansión. Un juego demasiado grande favorece la formación de
depósitos de carbonilla, que rellenan el espacio libre y pueden causar el
gripado cuando se solicita una inesperada potencia del motor. Si el juego es
demasiado pequeño, el segmento del primer alojamiento trabaja casi en
condiciones de gripado. Dicho segmento, dada su proximidad a la cámara de
combustión, está especialmente expuesto a trabarse en su alojamiento; de ahí
que es aconsejable colocarlo lo más bajo posible. Generalmente, la altura
óptima de la primera aleta es 1/5 del diámetro. Para los motores con elevada
carga térmica, las técnicas descritas anteriormente tienen escasa importancia,
puesto que la elevada temperatura del primer alojamiento (200-230 'C) produce
un notable desgaste de la misma y la posibilidad de encolado del segmento. Este
inconveniente ha sido superado incorporando durante la colada en la zona del
primer alojamiento una pieza de fundición resistente al desgaste y en la que se
realiza el alojamiento del segmento. En tiempos pasados, dicho sistema no había
demostrado ser conveniente a causa del fácil aflojamiento de la pieza, con el
consiguiente martilleo y rotura del pistón; pero, gracias a las modernas
técnicas de fundición, fueron superadas dichas dificultades.
Aumento del régimen:
10.000 carreras por minuto
Las causas del desgaste del pistón son de 3 tipos: rozamiento con
el cilindro, acción abrasiva producida por pequeñas partículas y efecto
corrosivo de los productos de la combustión, que son ácidos fuertes (pH = 2)
durante el funcionamiento a temperaturas bajas (arranque en frío). Los remedios
para disminuir al mínimo los efectos de estas causas son: reducción de la
fuerza transversal, obtenida descentrando el bulón respecto al diámetro del pistón,
y disminución del coeficiente de rozamiento mediante el mantenimiento de una
capa de aceite lubricante. Este último factor se consigue tanto eligiendo la
mejor combinación de los tipos de segmentos como conjugando los valores de
rugosidad de las superficies de contacto. Por regla general, acabados bastos
dan mejores resultados, puesto que, una vez efectuado el rodaje, los surcos
profundos ofrecen aún buenos alojamientos de permanencia del aceite (rugosidad
media de 0,9 li para los cilindros y de 2,5 li para los pistones). En especial,
para evitar que los surcos se conviertan en canales que se dirijan hacia la
cámara de combustión y que, por consiguiente, faciliten el paso del aceite, se
suele rectificar la superficie del cilindro de manera que se obtengan hélices
entrecruzadas con ángulos de 1200.
La duración del pistón depende esencialmente de la calidad del
material utilizado y de los tratamientos térmicos a que ha sido sometido.
Durante el funcionamiento, el pistón produce ruido, puesto que su movimiento no
es perfectamente rectilíneo, sino que se compone de un desplazamiento
transversal, que le hace chocar con el cilindro, y de una rotación alrededor
del eje del bulón, que le hace tocar alternativamente con la cabeza y con la
base de la falda. Otro ruido se debe al juego de los apoyos con el bulón. La
disminución del ruido puede conseguirse dando a la falda una forma bombeada y
oval. Durante el funcionamiento del motor, las presiones y las fuerzas de
inercia que actúan sobre el pistón dan una componente transversal dirigida
hacia un lado durante las fases de expansión y de admisión, y en sentido
opuesto durante la compresión y el escape.
Teniendo en cuenta que la intensidad de la fuerza transversal
depende del ángulo de inclinación de la biela, su reducción puede obtenerse
teóricamente alargando mucho la biela o bien reduciendo la carrera (y, por
tanto, el radio de manivela) o, más prácticamente, descentrando los cilindros y
el bulón por la parte hacia la cual se mueve la biela en la fase de expansión.
De esta manera, durante la expansión, cuando la fuerza vertical es mayor, la
componente transversal será menor (por la distinta inclinación de la biela),
mientras que se obtendrá un incremento de la misma en las fases de compresión y
escape cuando las fuerzas verticales son menores. Las fuerzas verticales que
actúan sobre el pistón son resultantes de la acción de los gases y de las
fuerzas de inercia. Ahora bien, mientras que la acción de los gases es una
fuerza activa, las fuerzas de inercia son resistencias pasivas que es necesario
reducir. Dichas fuerzas son debidas esencialmente a la masa y a la aceleración
del pistón.
En los motores de competición en que el cigüeñal tiene una
velocidad angular muy elevada, es necesario reducir al máximo el peso de los
pistones. Este problema no afecta solamente a los preparadores de motores de
competición, sino, sobre todo, a los constructores, a causa del aumento
continuo del número de revoluciones del motor. A 5.000 rpm, cada pistón realiza
ya 10.000 carreras/mn.
Los efectos más perjudiciales de la temperatura en el cuerpo del
pistón son la disminución de las características mecánicas del material, la
predisposición al desgaste y al gripado, el agrietamiento de la cabeza, el
encolado de los segmentos y la dilatación excesiva de los bordes y de la falda.
Un aspecto muy importante del problema térmico, desde el punto de
vista de la construcción, es el efecto de la dilatación de la falda. A causa de
la forma tridimensional del pistón, la dilatación se produce en las 3 dimensiones
del espacio; su magnitud depende exclusivamente de 3 factores fundamentales:
coeficiente de dilatación del material, temperatura y grosor de la zona
considerada.
Si se toma en consideración una sección vertical de la falda, se observará
que se caracteriza por grosores y temperaturas decrecientes hacia abajo, con
las consiguientes dilataciones mayores en la parte alta respecto a la baja.
Este inconveniente se remedia dando a la falda una forma cónica o bombeada con
diámetros inferiores en la parte alta.
Montaje del pistón
Por el contrario, si se toma en consideración una sección
horizontal de la falda, ésta se caracteriza por grosores y temperaturas
sensiblemente mayores en la zona de asiento del bulón. Por tanto, si se construyese
el pistón con sección circular, en caliente se dilataría más en esa zona y
asumirla forma oval. Este inconveniente se supera dando a la falda, también en
este caso, una forma oval, cuya dimensión menor esté precisamente en el área de
los apoyos. En otros términos, se da una excentricidad opuesta a la que se
genera durante el funcionamiento, de modo que, en caliente, el pistón toma una
configuración próxima a la cilíndrica. Si de esta manera se compensa la
dilatación natural del material, al mismo tiempo se aumentan los juegos de
acoplamiento con el cilindro, que resultan siempre mayores cuando, para elevar
las prestaciones del motor, se incrementa su carga térmica. De aquí se deduce
la necesidad de controlar mecánicamente la dilatación de la falda mediante la
interposición de placas metálicas de coeficiente de dilatación bajo.
En la actualidad es posible montar pistones que realizan en frío
juegos diametrales de 0,03-0,05 mm que en caliente se reducen aproximadamente
el 30 %.
En los motores que han funcionado durante centenares de horas
puede producirse el doblado de las bielas. En este caso, los ejes del pie
(asiento del bulón) y de la cabeza de la biela (asiento del cojinete de
manivela) no son ya paralelos y coplanarios. Un sistema rápido para controlar
esto consiste en interponer, una vez acabado el montaje, un espesor de tamaño
igual al agujero entre el primer borde y el cilindro, y después comprobar que
el juego tenga el mismo valor en el lado opuesto.
El montaje del pistón en el cilindro debe efectuarse tras una
limpieza escrupulosa del cilindro con petróleo o con -aceite lubricante muy
fluido,
La introducción del pistón se efectúa empleando una herramienta
apropiada para el cierre de los segmentos, empujando manualmente el pistón sin
golpear sobre la cabeza, porque podría provocarse la rotura o el agrietamiento
de los segmentos.
Es muy importante la elección de las dimensiones efectivas del
pistón (en el caso de substitución) en función del diámetro del cilindro para
volver a conseguir el juego mínimo de funcionamiento establecido por el
fabricante. Cada marca detalla en los manuales de reparación cuál es la clase
(es decir, el diámetro) del pistón que debe elegirse en función de las
dimensiones del cilindro. De esta manera se evita la difícil operación de medir
el diámetro del pistón que (al no presentar un perfil cilíndrico, sino en forma
de tonel) tiene un diámetro variable de un punto a otro.
Los segmentos se montan, comenzando por arriba, en el orden
siguiente: un segmento de retención rectangular con superficie cromada o
molibdenada; un segmento de doble función de retención y rascador de aceite de
sección trapecial, con superficie de deslizamiento inclinada aproximadamente
medio grado respecto a la superficie del cilindro; un segmento rascador de
aceite con escalón; y, finalmente, un segmento recogedor de aceite con ranuras
circunferenciales para descargar el aceite en el interior.
Para realizar un buen montaje es necesario que la sigla TOP,
situada próxima a la apertura, esté dirigida siempre hacia arriba. La inversión
del sentido, aunque no sea más que en un solo segmento, puede provocar un
elevado consumo de aceite. Otra cosa importante es que el montaje del segmento
no debe realizarse ensanchándolo demasiado, puesto que podrían producirse
deformaciones permanentes que comprometerían la funcionalidad.
Los inconvenientes
A continuación se describirán brevemente los defectos
característicos de los pistones y los inconvenientes causados en el motor.
Consumo de aceite. Cuando en las aceleraciones rápidas aparezcan
en el escape humos azulados, quiere decir que el aceite pasa a la cámara de
combustión a través de los pistones y de los segmentos que no garantizan una
buena retención. Por el contrario, cuando el consumo de aceite se produce
quitando el pie del acelerador, proviene de las guías de las válvulas. A veces,
el consumo de aceite no depende de esos elementos, sino de la temperatura del
motor: si la refrigeración es insuficiente, se rebaja la viscosidad del aceite
y entonces tiene más posibilidades de alcanzar la cámara de combustión.
Las causas principales que producen consumo de aceite por los
pistones son: perpendicularidad imperfecta de las bielas, rodaje incompleto,
desgaste excesivo de los segmentos y del pistón, camisas no perfectamente
cilíndricas o con rugosidad errónea, pistones y segmentos gripados, segmentos
encolados u obturación parcial de las ranuras de escape del segmento recogedor
de aceite.
Preencendido y detonación. El preencendido es el comienzo
anticipado de la combustión de la mezcla causado esencialmente por un punto
incandescente; se inicia antes del tiempo establecido e independientemente de
la chispa de la bujía. En cambio, la detonación es una explosión debida a la
presión y a la temperatura elevadas, localizada en la mezcla combustible en un
punto distante del frente de llama generado por la chispa; es decir, se tienen
2 zonas que se inflaman independientemente y que producen ondas de choque
vibratorias de las cuales depende el característico golpeteo en el pistón.
Estos 2 fenómenos son causados por: encendido demasiado avanzado,
bujías de grado térmico inadecuado, gasolina con bajo número de octano, mezcla
pobre, incrustaciones de carbonilla en la cámara de combustión, relación de
compresión elevada o circuito de refrigeración insuficiente. Las consecuencias
son casi siempre agujeros localizados en la cabeza del pistón, gripado y rotura
de los segmentos y de los resaltes de sus alojamientos.
Gripado de los pistones. Exceptuando los
casos de errores en la fijación de las dimensiones del pistón y del cilindro,
por lo regular el gripado se produce cuando se genera un paso de llama entre
los segmentos, el pistón y la camisa; cuando la instalación de refrigeración es
insuficiente, y cuando la carburación es demasiado rica.
Encolado de los segmentos. Este trabamiento se
produce principalmente en los pistones de los motores Diesel, cada vez que se
genera un aumento de temperatura en el cuerpo del pistón. Cuando ésta supera
los 225 IC en la zona de asiento de los segmentos, el aceite se disgrega en
compuestos carbonosos y gomosos que adhieren los aros a sus alojamientos. Las
causas son casi siempre las descritas con anterioridad y conducen fácilmente a
la rotura de los segmentos.
Gripado de los segmentos. Todas las causas
que producen el gripado del pistón son suficientes para agarrotar los
segmentos. Para estos últimos es muy importante el acabado superficial de los
cilindros, puesto que se encuentran en condiciones de lubricación muy precarias
dada su proximidad a zonas con temperatura más alta (cámara de combustión).
Defectos por montaje incorrecto del bulón. El
montaje incorrecto del bulón puede producirse por causas que dependen del
montador, como la falta de substitución de los semicojinetes de biela, el
acoplamiento de bulones y asientos que no son de la misma clase, la falta de
verificación de la posición concéntrica del eje de los apoyos, del bulón y del
pie de biela, y, finalmente, su perpendicularidad con el eje del pistón;
también, por causas independientes del montador, como la mecanización
incorrecta de los agujeros de los apoyos que, a veces, no quedan perfectamente
cilíndricos (conicidad- ovalidad). Si el semicojinete del pie de biela está
desgastado de forma cónica, o si el bulón es forzado por ambos lados, éste
quedaría sujeto sólo por el centro. En ambos casos, el contacto se produce sólo
en pequeñas zonas y el pistón queda inclinado u oscila. Cuando no se tiene la
precaución de montar pistones y bulones de la misma clase, pueden formarse acoplamientos
con juegos demasiado elevados o interferencias demasiado apretadas, las cuales
obligan al montador a colocar el bulón con martillo con consecuencias
desastrosas para el acoplamiento. Por el contrario, cuando el pistón tiene los
agujeros del bulón no coaxiles o cónicos, al efectuar el montaje se producen
contactos localizados sobre los que, durante el funcionamiento, se descargan
presiones específicas elevadas. Estos montajes defectuosos conducen siempre a
las siguientes averías: roturas del pistón en la zona de los apoyos, rotura de
los alojamientos de los anillos Seeger y, por tanto, posible desplazamiento
transversal del bulón, deformación de la biela, desgastes anormales o gripado
del pistón. Otra cosa muy importante es el tope de los bulones mediante los
anillos Seeger, que no deben ser cerrados más de lo necesario para no
comprometer la elasticidad y la adaptación forzada en su alojamiento. Si los
anillos quedan libres bajo la acción del pistón, saltan fuera y dañan
irremediablemente el pistón y el cilindro.