Un pistón es un componente de motores alternativos , bombas alternativas , compresores de gas , cilindros hidráulicos y cilindros neumáticos , entre otros mecanismos similares. Es el componente móvil que está contenido en un cilindro y que se hace estanco al gas mediante aros de pistón . En un motor, su propósito es transferir la fuerza del gas en expansión en el cilindro al cigüeñal a través de un vástago de pistón y/o biela . En una bomba, la función se invierte y la fuerza se transfiere desde el cigüeñal al pistón con el fin de comprimir o expulsar el fluido en el cilindro. En algunos motores, el pistón también actúa como válvula cubriendo y descubriendo puertos en el cilindro.
.jpg/1280px-BHB_Hiduminium_piston_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Un motor de combustión interna se ve afectado por la presión de los gases de combustión en expansión en el espacio de la cámara de combustión en la parte superior del cilindro. Esta fuerza actúa entonces hacia abajo a través de la biela y sobre el cigüeñal . La biela está unida al pistón mediante un pasador giratorio (EE. UU.: pasador de muñeca). Este pasador está montado dentro del pistón: a diferencia de la máquina de vapor, no hay vástago ni cruceta (excepto los grandes motores de dos tiempos).
El diseño típico del pistón se muestra en la imagen. Este tipo de pistón es muy utilizado en motores diésel de automóviles . Según el destino, el nivel de sobrealimentación y las condiciones de funcionamiento de los motores se pueden cambiar la forma y las proporciones.
Los motores diésel de alta potencia funcionan en condiciones difíciles. La presión máxima en la cámara de combustión puede alcanzar los 20 MPa y la temperatura máxima de algunas superficies del pistón puede superar los 450 °C. Es posible mejorar la refrigeración del pistón creando una cavidad de refrigeración especial. El inyector suministra aceite a esta cavidad de refrigeración «A» a través del canal de suministro de aceite «B». Para una mejor reducción de la temperatura, la construcción debe calcularse y analizarse cuidadosamente. El flujo de aceite en la cavidad de enfriamiento no debe ser inferior al 80% del flujo de aceite a través del inyector.
El pasador en sí es de acero endurecido y está fijo en el pistón, pero puede moverse libremente en la biela. Algunos diseños utilizan un diseño "totalmente flotante" que está suelto en ambos componentes. Se debe evitar que todos los pasadores se muevan hacia los lados y que los extremos del pasador se claven en la pared del cilindro, generalmente mediante anillos de seguridad .
El sellado de gas se logra mediante el uso de anillos de pistón . Se trata de una serie de anillos de hierro estrechos, colocados holgadamente en las ranuras del pistón, justo debajo de la corona. Los anillos están divididos en un punto de la llanta, lo que les permite presionar contra el cilindro con una ligera presión del resorte. Se utilizan dos tipos de anillos: los anillos superiores tienen caras sólidas y proporcionan sellado al gas; Los anillos inferiores tienen bordes estrechos y un perfil en forma de U, para actuar como raspadores de aceite. Hay muchas características de diseño detalladas y patentadas asociadas con los anillos de pistón.
Los pistones suelen estar fundidos o forjados con aleaciones de aluminio . Para mejorar la resistencia y la vida útil, algunos pistones de carreras [1] pueden forjarse en su lugar. Los pistones de palanquilla también se utilizan en motores de carreras porque no dependen del tamaño y la arquitectura de las piezas forjadas disponibles, lo que permite cambios de diseño de última hora. Aunque no suelen ser visibles a simple vista, los pistones en sí están diseñados con un cierto nivel de ovalidad y perfil cónico, lo que significa que no son perfectamente redondos y su diámetro es mayor cerca de la parte inferior del faldón que en la corona. [2]
Los primeros pistones eran de hierro fundido , pero había beneficios obvios para el equilibrio del motor si se podía utilizar una aleación más ligera. Para producir pistones que pudieran sobrevivir a las temperaturas de combustión del motor, fue necesario desarrollar nuevas aleaciones como la aleación Y y el Hiduminium , específicamente para su uso como pistones.
Algunos de los primeros motores de gasolina [i] tenían cilindros de doble efecto , pero por lo demás, efectivamente, todos los pistones de los motores de combustión interna son de simple efecto . Durante la Segunda Guerra Mundial , el submarino estadounidense Pompano [ii] fue equipado con un prototipo del infame y poco fiable motor diésel de dos tiempos y doble efecto HOR . Aunque compacto, para uso en un submarino reducido, este diseño de motor no se repitió.
Medios relacionados con los pistones de los motores de combustión interna en Wikimedia Commons
Los pistones troncales son largos en relación con su diámetro. Actúan a la vez como pistón y como cruceta cilíndrica . Como la biela está en ángulo durante gran parte de su rotación, también hay una fuerza lateral que reacciona a lo largo del costado del pistón contra la pared del cilindro. Un pistón más largo ayuda a soportar esto.
Los pistones troncales han sido un diseño común de pistón desde los primeros días del motor de combustión interna alternativo. Se utilizaron tanto para motores de gasolina como diésel, aunque los motores de alta velocidad ahora han adoptado el pistón deslizante más liviano.
Una característica de la mayoría de los pistones troncales, particularmente para los motores diésel, es que tienen una ranura para un anillo de aceite debajo del bulón , además de los anillos entre el bulón y la corona.
El nombre "pistón troncal" deriva del " motor troncal ", uno de los primeros diseños de máquina de vapor marina . Para hacerlos más compactos, evitaron el vástago de pistón habitual de la máquina de vapor con cruceta separada y, en cambio, fueron el primer diseño de motor que colocó el bulón directamente dentro del pistón. Por lo demás, estos pistones de motor troncal se parecían poco al pistón troncal; Eran de diámetro extremadamente grande y de doble efecto. Su "tronco" era un cilindro estrecho montado en el centro del pistón.
Medios relacionados con los pistones del maletero en Wikimedia Commons
Los motores diésel grandes de baja velocidad pueden requerir apoyo adicional para las fuerzas laterales sobre el pistón. Estos motores suelen utilizar pistones de cruceta . El pistón principal tiene un vástago de pistón grande que se extiende hacia abajo desde el pistón hasta lo que efectivamente es un segundo pistón de menor diámetro. El pistón principal es responsable del sellado del gas y lleva los anillos del pistón. El pistón más pequeño es una guía puramente mecánica. Corre dentro de un pequeño cilindro a modo de guía del tronco y también lleva el bulón.
La lubricación de la cruceta tiene ventajas respecto al pistón principal, ya que su aceite lubricante no está sujeto al calor de la combustión : el aceite no se contamina con las partículas de hollín de la combustión, no se degrada con el calor y puede obtener un aceite más fino y menos viscoso. ser usado. La fricción tanto del pistón como de la cruceta puede ser sólo la mitad de la de un pistón troncal. [3]
Debido al peso adicional de estos pistones, no se utilizan en motores de alta velocidad.
Medios relacionados con los pistones de cruceta en Wikimedia Commons
.jpg/1280px-Ricardo_slipper_piston_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Un pistón deslizante es un pistón para un motor de gasolina cuyo tamaño y peso se han reducido al máximo. En el caso extremo, se reducen a la corona del pistón, el soporte de los aros del pistón y lo suficiente del faldón del pistón para dejar dos superficies que impidan que el pistón se balancee en el orificio. Los lados de la falda del pistón alrededor del bulón se reducen alejándolos de la pared del cilindro. El objetivo principal es reducir la masa alternativa, facilitando así el equilibrio del motor y permitiendo así altas velocidades. [4] En aplicaciones de carreras, los faldones de pistón deslizante se pueden configurar para producir un peso extremadamente liviano y al mismo tiempo mantener la rigidez y resistencia de un faldón completo. [5] La inercia reducida también mejora la eficiencia mecánica del motor: las fuerzas necesarias para acelerar y desacelerar las piezas alternativas provocan más fricción del pistón con la pared del cilindro que la presión del fluido sobre la cabeza del pistón. [6] Un beneficio secundario puede ser cierta reducción de la fricción con la pared del cilindro, ya que el área del faldón que se desliza hacia arriba y hacia abajo en el cilindro se reduce a la mitad. Sin embargo, la mayor parte de la fricción se debe a los anillos del pistón , que son las piezas que realmente encajan mejor en el orificio y en las superficies de apoyo del pasador de muñeca y, por lo tanto, se reduce el beneficio.
Medios relacionados con pistones deslizantes en Wikimedia Commons
.jpg/1280px-Two-stroke_deflector_piston_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Los pistones deflectores se utilizan en motores de dos tiempos con compresión del cárter, donde el flujo de gas dentro del cilindro debe dirigirse cuidadosamente para proporcionar una evacuación eficiente . Con barrido cruzado , los puertos de transferencia (entrada al cilindro) y de escape están en lados directamente enfrentados de la pared del cilindro. Para evitar que la mezcla entrante pase directamente de un puerto al otro, el pistón tiene una nervadura elevada en su corona. Esto tiene como objetivo desviar la mezcla entrante hacia arriba, alrededor de la cámara de combustión . [7]
Se dedicó mucho esfuerzo y muchos diseños diferentes de coronas de pistón a desarrollar una mejor evacuación. Las coronas evolucionaron desde una simple nervadura hasta una gran protuberancia asimétrica, generalmente con una cara empinada en el lado de entrada y una suave curva en el escape. A pesar de esto, la recolección cruzada nunca fue tan efectiva como se esperaba. La mayoría de los motores actuales utilizan la portabilidad Schnuerle . Esto coloca un par de puertos de transferencia en los lados del cilindro y estimula que el flujo de gas gire alrededor de un eje vertical, en lugar de un eje horizontal. [8]
Medios relacionados con pistones deflectores en Wikimedia Commons
En los motores de carreras, la resistencia y rigidez del pistón suelen ser mucho mayores que las de un motor de turismo, mientras que el peso es mucho menor, para lograr las altas RPM del motor necesarias en las carreras. [9]
Los cilindros hidráulicos pueden ser tanto de simple efecto como de doble efecto . Un actuador hidráulico controla el movimiento del pistón hacia adelante y hacia atrás. Los anillos guía guían el pistón y el vástago y absorben las fuerzas radiales que actúan perpendicularmente al cilindro y evitan el contacto entre las piezas metálicas deslizantes.
.jpg/1280px-Piston,_sprung_ring_(Heat_Engines,_1913).jpg)
Las máquinas de vapor suelen ser de doble efecto (es decir, la presión del vapor actúa alternativamente en cada lado del pistón) y la admisión y liberación de vapor se controla mediante válvulas de corredera , válvulas de pistón o válvulas de asiento . En consecuencia, los pistones de las máquinas de vapor son casi siempre discos comparativamente delgados: su diámetro es varias veces su espesor. (Una excepción es el pistón del motor troncal , que tiene una forma más parecida a la de un motor de combustión interna moderno). Otro factor es que, dado que casi todas las máquinas de vapor utilizan crucetas para trasladar la fuerza a la varilla impulsora, hay pocas fuerzas laterales que actúen para intentarlo. y "balancear" el pistón, por lo que no es necesaria una falda de pistón en forma de cilindro.
Las bombas de pistón se pueden utilizar para mover líquidos o comprimir gases .
Hay dos tipos especiales de pistones utilizados en los cañones de aire : pistones de tolerancia estrecha y pistones dobles. En pistones de tolerancia estrecha, las juntas tóricas sirven como válvula, pero no se utilizan en los tipos de pistón doble. [ cita necesaria ]