SEP SNEST DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA

CICLO DE VIDA DEL:

“PISTON”

ALUMNO: JOSUE ABIMAEL ARMAS DIONICIO

CARRERA: INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

MATERIA: DESARROLLO SUSTENTABLE

PISTON

Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.

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. 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 material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio.

 El pistón simplemente es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte intermedia. El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite la presión de combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera

de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira” la mezcla en la carrera de aspiración. Debe ser ligero, de forma que sean mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de l la cámara de combustión.

Los pistones de los motores actuales usan como elemento principal el aluminio, por ser un metal con amplias cualidades.

En la fabricación de los pistones, al aluminio se le agregan otros elementos para obtener formulas adecuadas que proporcionan las características particulares necesarias según el tipo y aplicación del motor. Estas aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta calidad como son cobre, silicio, magnesio y manganeso.

Las principales partes del pistón son:

La reducción de tamaño en los motores, en aras de reducir la emisión de CO2 e incrementar su eficiencia han provocado que se generen altas temperaturas, tolerancias más cerradas e incremento de presión (puede alcanzar hasta los 260 bar) ha llevado a desarrollar modificaciones en la manufactura del pistón, logrando incorporar alguno o todos los elementos que a continuación se describen:

Galería (canal) de enfriamiento: Canal fabricado mediante un arillo de sal en el que el aceite circula, lo que reduce temperatura en la parte superior del pistón, además de permitir aislar la carga (sistema de amortiguamiento) y reducir peso al pistón.

Anillo de acero (NI-resist): Reduce el desgaste de la primera ranura de anillo e incrementa la vida útil del pistón.

Buje de bronce en el barreno de perno: Ayuda a reducir la transferencia de las altas cargas a las que es sometido el pistón hacia el perno.

Recubrimiento grafito: En los motores turbo cargados se requiere un tiempo de inyección retardado a carga total, lo que modifica los puntos críticos de la combustión que resultan en un incremento de la fricción derivado de la fuerza de contacto del pistón con la pared del cilindro, lo que requiere de una excelente lubricación que se logra con este recubrimiento.

Cabeza anodizada: Oxidación acelerada y excesiva del aluminio que crea una capa que incrementa la resistencia a las altas temperaturas.

MATERIALES DEL PISTON

La mayoría de los pistones comerciales son de aluminio cast, es decir fabricados en molde.

Un poco mas caros y de reemplazo hay hipereuctecticos y/o forjados, tambien de aluminio pero con proceso de fabricacion distinta, siendo los ultimos los mas caros pero ideales para uso con oxido nitroso.

Los pistones de los motores actuales usan como elemento principal el aluminio, por ser un metal con amplias cualidades.

En la fabricación de los pistones, al aluminio se le agregan otros elementos para obtener formulas adecuadas que proporcionan las características particulares necesarias según el tipo y aplicación del motor. Estas aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta calidad.

*ALUMINIO:

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.  En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad(2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica. Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato.

Características físicas: El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).Características mecánicas: Mecánicamente es un material blando y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.Características químicas: su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.El aluminio se puede encontrar en tiendas o empresas donde se venden todo tipo de forrajes y lo vende en láminas por m2.

POCESOS Y FABRICACION DE LOS PISTONES:

Fundidos  ForjadosDependiendo de la cantidad necesaria a producir y especialmente de los esfuerzos, temperaturas, presiones, etc. a los que estarán sometidos 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.

Mecanizado del alojamiento del perno o bulón de pistón: se mecaniza el alojamiento del perno, como este perno estará girando cuando el motor esté en funcionamiento por lo que debe quedar una superficie de buena calidad y rugosidad sin rayaduras. Estos

son dos orificios ubicados en paredes opuestas del pistón. Estos agujeros deben ser concéntricos (tener la misma línea de eje) y esta línea debe ser paralela a la línea de eje del muñón del cigüeñal ya que si así no fuese al funcionar el motor la biela se “agarra” con el perno. Para que este perno no se salga y raye el cilindro se colocan seguros seeger al final de los alojamientos realizados, entonces se debe realizar las cavidades para poner los seguros.

Mecanizado del alojamiento de los aros: Se debe realizar la cavidad para poder poner los aros. Para montar el conjunto pistón – aros dentro del cilindro los aros se comprimen, por lo tanto la profundidad del alojamiento de los aros debe ser tal que todo el aro quede oculto en el pistón. En el alojamiento del aro “rasca aceite” se realiza un orificio pasante para que el aceite que se saca del cilindro vaya hacia adentro del pistón y luego se lo direcciona hacia el perno, para poder mantenerlo lubricado.

Mecanizado de la cabeza del pistón: de acuerdo al diseño del motor la cabeza puede no ser plana. Puede tener vaciados para mejorar la homogeneidad de la mezcla en la admisión, vaciados para mejorar la combustión y en los motores donde la compresión es alta se realizan vaciados para que al abrir las válvulas no golpeen al pistón. Se debe eliminar cualquier canto vivo.

Mecanizado exterior: Al hacer un corte al pistón que pase por la línea de eje del perno y al hacer otro corte que sea perpendicular a la línea del perno puede verse que el pistón no tiene la misma cantidad de material en todas sus paredes, es decir, que por donde pasa el eje la pared del pistón tiene más cantidad de material. Por lo tanto al aumentar la temperatura el pistón dilata de forma desigual quedando con una forma ovalada lo cual puede causar fugas o hacer que el pistón “se agarre” en el cilindro. Para que no pase esto se realiza un mecanizado exterior el cual le da una forma ovalada para que cuando dilate quede de forma cilíndrica. Este mecanizado es de solo algunas milésimas en las paredes por donde no pasa el perno y por lo tanto es imperceptible a simple vista.

Fundición:

La fundición de piezas consiste fundamentalmente en llenar un molde con la cantidad de metal fundido requerido por las dimensiones de la pieza a fundir, para, después de la solidificación, obtener la pieza que tiene el tamaño y la forma del molde.

Existen tres tipos de procesos de fundición diferenciados aplicados al aluminio:

Fundición en molde de arena Fundición en molde metálico Fundición por presión o inyección.En el proceso de fundición con molde de arena se hace el molde en arena consolidada por una apisonadora manual o mecánico alrededor de un molde, el cual es extraído antes de recibir el metal fundido. A continuación se vierte la colada y cuando solidifica se destruye el molde y se granalla la pieza. Este método de fundición es normalmente elegido para la producción de:

Piezas estructurales fundidas de gran tamaño.

La fundición en molde metálico permanente llamados coquillas, sirven para obtener mayores producciones. En este método se vierte la colada del metal fundido en un molde metálico permanente bajo gravedad y bajo presión centrífuga. Puede resultar caro, difícil o imposible fundirlas por moldeo.

En el método de fundición por inyección a presión se funden piezas idénticas al máximo ritmo de producción forzando el metal fundido bajo grandes presiones en los moldes metálicos.

Mediante el sistema de fundición adecuado se pueden fundir piezas que puede variar desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso de gramos, hasta los grandes bastidores de máquinas de varias toneladas, de forma variada, sencilla o complicada, que son imposibles de fabricar por otros procedimiento convencionales, como forja, laminación, etc.

El proceso de fundición se puede esquematizar de la siguiente manera:

Diseño del modelo original de la pieza a fundir Elaboración del tipo de modelo diseñado Fusión del material a fundir Inserción de la colada en el molde Solidificación de la pieza Limpieza de la superficie con procesos vibratorio o de granallado

*Forjado:

Los pistones forjados están construidos con aleaciones de aluminio y como mencionamos con anterioridad el material tiene una densidad muy alta, esa mayor densidad en el material nos permite poder disipar mayor temperatura en el mismo tiempo que un pistón original, otra ventaja es de que los pistones forjados son un poco más livianos que los pistones originales, esto es gracias a que el fabricante puede construir pistones con una pared de menor espesor para conseguir la misma resistencia. 

Sin embargo el material de los pistones forjados a menudo tiene mucho menos contenido de Silicio que los pistones originales y sufre una dilatación mayor hasta llegar a su temperatura normal de funcionamiento. Esto requiere que los cilindros tengan mas “luz” que si utilizáramos pistones normales. 

Tener mas luz en los cilindros no es beneficioso, con esto aumenta el consumo de aceite y podemos perder rendimiento por perdidas de sellado en el cilindro. 

También podemos decir que los pistones forjados pueden ser más ruidosos en su funcionamiento en frío, debido a la mayor luz que tiene con su cilindro, pero una vez que alcanzan su temperatura normal de funci0onamiento no hay diferencias con uno original. 

*Ventajas: -Son mucho más resistentes  -Soportan mayor número de rpm de motor sin riesgo de rotura -Permiten una mayor disipación de temperatura

*Desventajas: -Sufren una dilatación mayor -Debido a la mayor dilatación los cilindros deberán llevar mas “luz con lo cual se puede llegar a aumentar un poco el consumo de aceite -En frío el motor puede tener un funcionamiento más ruidoso.

Efectos del Aluminio sobre la salud:El Aluminio es uno de los metales más ampliamente usados y también uno de los más frecuentemente encontrados en los compuestos de la corteza terrestre. Debido a este hecho, el aluminio es comúnmente conocido como un compuesto inocente. Pero todavía, cuando uno es expuesto a altas concentraciones, este puede causar problemas de salud. La forma soluble en agua del Aluminio causa efectos perjudiciales, estas partículas son llamadas iones. Son usualmente encontradas en soluciones de Aluminio combinadas con otros iones, por ejemplo cloruro de Aluminio.

La toma de Aluminio puede tener lugar a través de la comida, respirarlo y por contacto en la piel. La toma de concentraciones significantes de Aluminio puede causar un efecto serio en la salud como:

Daño al sistema nervioso central Demencia Pérdida de la memoria Apatía Temblores severos

El Aluminio es un riesgo para ciertos ambientes de trabajo, como son las minas, donde se puede encontrar en el agua. La gente que trabaja en fabricas donde el Aluminio es aplicado durante el proceso de producción puede aumentar los problemas de pulmón cuando ellos respiran el polvo de Aluminio. El Aluminio puede causar problemas en los riñones de los pacientes, cuando entra en el cuerpo durante el proceso de diálisis.

Efectos ambientales del Aluminio:Los efectos del Aluminio han atraido nuestra atención, mayormente debido a los problemas de acidificación. El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar problemas de salud a animales que consumen esas plantas. Las concentraciones de Aluminio parecen ser muy altas en lagos acidificados. En estos lagos un número de peces y anfibios están disminuyendo debido a las reacciones de los iones de Aluminio con las proteinas de las agallas de los peces y los embriones de las ranas.

Elevadas concentraciones de Aluminio no sólo causan efectos sobre los peces, pero también sobre los pájaros y otros animales que consumen peces contaminados e insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a través del aire.

Las consecuencias para los pájaros que consumen peces contaminados es que la cáscara de los huevos es más fina y los pollitos nacen con bajo peso. Las consecuencias para los animales que respiran el Aluminio a través del aire son problemas de pulmones, pérdida de peso y declinación de la actividad. Otro efecto negativo en el ambiente del Aluminio es que estos iones pueden reaccionar con los fosfatos, los cuales causan que el fosfato no esté disponible para los organismos acuáticos.

Altas concentraciones de Aluminio no sólo pueden ser encontrados en lagos ácidos y arie, también en aguas subterráneas y suelos ácidos. Hay fuertes indicadores de que el Aluminio puede dañar las raices de los árboles cuando estas están localizadas en las aguas subterráneas.