Pistón

Su función principal es la de constituir una pared móvil de la cámara de combustión, transmitiendo la energía de los gases de la combustión al cigüeñal mediante un movimiento alternativo dentro del cilindro. Dicho movimiento se copia en el pie de biela, pero se transforma a lo largo de la biela hasta llegar a su cabeza al muñón del cigüeñal, en donde dicha energía se ve utilizada al movilizar dicho cigüeñal. De esta forma el pistón hace de guía al pie de biela en su movimiento alternativo.

El pistón es una pieza metálica tronco cónica compuesta por tres partes que son: la cabeza, el cuerpo y la pollera o falda. La parte superior o cabeza es la parte más reforzada del mismo ya que se encarga de recibir el empuje de la expansión de los gases dentro del cilindro durante el desarrollo del ciclo.Los pasadores de pistón están hechos de aluminio. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido. Entre las características que debe reunir se cuentan:

A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.

Puede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.

Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso específico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones.

El pistón debe ser diseñado de forma tal que permita una buena propagación del calor, para evitar las altas tensiones moleculares provocadas por altas temperaturas en diferentes capas del material, caso contrario una mala distribución del calor ocasiona dilataciones desiguales en distintas partes del pistón ocasionando así roturas del mismo. Es común el uso de cabezas de acero fundido en motores de gran potencia, manteniendo el cuerpo cilíndrico de hierro fundido.

Generalmente para la construcción del pistón se emplea la fundición de grano fino, pero cuando es necesario fabricarlo en dos o más partes se usa el fondo de acero fundido para resistir mejor las tensiones producidas por el calor. Los pistones se construyen en una gran variedad de materiales siendo los más comunes:

Aleación de níquel y hierro fundido:

Se utiliza aleación de hierro al 64% y níquel al 36% con muy poco carbono y algo de cromo. El coeficiente de dilatación de esta combinación es prácticamente nulo, con lo cual se consigue limitar la dilatación del pistón.

Fundición:

Se utiliza en motores pequeños. Poseen la ventaja de tener elevada resistencia mecánica y gran capacidad para trabajar en fricción.

Pistones de hierro colado:

Se desgastan menos y pueden utilizarse con menos holgura debido a que se expanden menos que los de aluminio.

Pistones de aluminio:

Son mucho más ligeros y tienen un alto coeficiente de transmisión de temperatura. Por ende requieren menos agua de refrigeración que los émbolos de fundición.

Pistones de hierro común:

Utilizados en motores de combustión de baja y media velocidad, este material aumenta la elasticidad a prueba de deformación permanente y resistencias al desgaste, es preferible a las aleaciones livianas, ya que permite emplear espacios nocivos menores en los pistones, lo cual constituye un detalle valioso tratándose de motores grandes que funcionan con carga variable.

Básicamente existen dos procesos para la fabricación de los pistones: Estos pueden ser:

Dependiendo de la cantidad necesaria a producir y especialmente de los esfuerzos, temperaturas, presiones, etc. a los que estarán sometidos (sea un motor diésel, de gasolina , de competición, etc.) se elige uno u otro método. Los pistones forjados tienen mayor resistencia mecánica. Luego llevan mecanizados varios que son los que determinan la forma final del pistón. Estos mecanizados son hechos con un CNC.

Relación de compresión:

Se define como Relación de Compresión a la relación volumétrica existente entre el volumen total de la cámara de combustión (Con el pistón en su PMI) más el volumen mínimo de la cámara de combustión, dividido sobre el volumen mínimo de la susodicha cámara de combustión. La relación de compresión en motores Diesel (Que dependen de dicha relación para lograr una combustión exitosa) es de 16:1 a 18:1, frente a los motores Otto, que son mucho menores, con relaciones que van desde 7:1 a 12:1.

Diámetro

Distancia máxima entre 2 puntos de la circunferencia mayor del cilindro.

Carrera:

Distancia que recorre el pistón en su movimiento alternativo, medida entre su punto más bajo y el más alto del recorrido.

Cilindrada:

Este valor depende del diámetro, carrera y número de cilindros. A priori, cuanto mayor sea la cilindrada de un motor, más robusto será, y menor número de revoluciones necesitará para conseguir la potencia deseada, como así también será más duradero el motor. Por otro lado el precio se ve aumentado.

Velocidad media del pistón:

Se define por la siguiente expresión:

Siendo:

Vl: Velocidad lineal en m/s (metros por segundo)

Rpm: Revoluciones por minuto

L: Distancia recorrida en metros (Carrera)