Informe Preparación Del Pistón

INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

VEHICULOS COMPETICION

NOMBRE:

CAROLINA VILLACÍS

TEMA:

INFORME PREPARACIÓN DE PISTONES

NIVEL:

NOVENO”B”

26 – 11 – 2015

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ

INFORME DE LABORATORIO DE VEHÍCULOS COMPETICIÓN

CARRERA CÓDIGO DE LA ASIGNATURA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

Ingeniería Automotriz EMEC-45058 Vehículos Competición

PRÁCTICA N°

LABORATORIO DE: Procesos de Manufactura DURACIÓN

(HORAS)

1 TEMA:

Preparación de Pistones 4

1 OBJETIVOS

Realizar la preparación del pistón.

Reducir el peso del pistón los mismos que se centran en el pulido y desbaste del material.

Realizar los canales diametrales y perforaciones en la falda del motor para una mejor lubricación del

pistón.

Verificar si el rango de tolerancia del pistón después del mecanizado se encuentra dentro del rango

de 2 gr.

2 EQUIPO Y MATERIALES NECESARIOS

Pistón

Torno

Taladro

Reloj Palpador

Calibrador

Cuchilla

Brocas

Lijas

Braso

Mandil

Gafas de seguridad

Guantes

Franela

Guaipe

3 MARCO TEORICO

PISTÓN El pistón es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte intermedia. Es uno de los elementos básicos del motor de combustión interna. 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. Un pistón tiene bandas, ranuras para anillos, perforación para el pasador y falda del pistón. Las bandas son la porción del pistón entre las ranuras para anillos. La banda superior es la primera banda, la banda siguiente es la segunda banda y así sucesivamente. En esta área se encuentra también el inserto de hierro fundido donde está el anillo superior o el anillo superior y el intermedio. La parte inferior de la corona es la cavidad del pistón sobre la perforación para el pasador. La sección reforzada de la perforación para el pasador es el nervio o refuerzo.

Figura 1: Configuración del Pistón

Fuente: CAT Desarrollo Técnico

Los pistones tienen seis funciones diferentes:

1) Aspirar aire en la cámara de combustión y expulsar gases de escape. 2) Llevar calor y cargas de la combustión. 3) Llevar cargas de empuje. 4) Sostener anillos. 5) Transferir carga al pasador. 6) Transferir calor.

A medida que el pistón baja, el aire entra en la cámara de combustión por la válvula de admisión. Cuando el pistón sube, comprime el aire, generando calor suficiente para inflamar el combustible al inyectarlo. Después de la combustión, los pistones empujan los gases calientes del escape hacia afuera por las válvulas de escape.

Figura 2: Funcionamiento del Pistón

Fuente: CAT Desarrollo Técnico

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 fórmulas 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 es el caso de los pistones Sealed Power.

Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP) Uno de los procesos más antiguos y aún vigente, es el de la fundición de lingotes de aluminio en grandes Crisoles (donde se calientan los metales hasta que se funden o pasan de sólido a líquido) que luego se vacían en moldes enfriados por agua bajo sistemas especiales. Posteriormente, comienza el proceso de mecanizado, efectuado por diferentes maquinarias controladas por computadoras y por último pasan por una serie de procesos térmicos que les dan las propiedades requeridas por las empresas fabricantes de equipo original. Estos mismos pistones de la marca Sealed Power son los que tienen los vehículos que salen de la fábrica y son los mismos ofrecidos en las repuesteras como piezas de reposición. Pistones forjados a presión (Sufijo F) En éste proceso se utilizan trozos de barras de aleaciones de aluminio cortados a la medida y sometidos a presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza, En los troqueles se forja con exactitud las dimensiones del pistón y las ranuras de los anillos con maquinados a precisión para brindar óptima calidad y confiabilidad en el uso de estos, tanto en motores de uso diario como de trabajos pesados e incluso en los motores de autos de competencias.

Figura 3: Pistón forjado a presión

Fuente: www.automotriz.net

Pistones Hipereutecticos (Prefijo H) Estos pistones son fabricados con modernos sistemas de la más alta tecnología metalúrgica en la cual se emplean nuevas formulaciones que permiten agregar una mayor cantidad de silicio, lográndose una expansión molecular uniforme de los elementos utilizados en su composición. Esta técnica de manufactura proporciona a éstos pistones características especiales, tales como soportar mayor fuerza, resistencia y control de la dilatación a temperaturas altas, disminuyendo el riesgo de que el pistón se pegue o agarre en el cilindro, la vida útil es mayor ya que las ranuras de los anillos y el orificio del pasador del pistón son más duraderas, además se pueden instalar en los nuevos motores e igualmente se usan en motores de años anteriores. Esta particular tecnología de los pistones Sealed Power se impone en especial para las nuevas generaciones de motores de alta compresión. Al usar pistones con prefijo “H” su reparación será confiable.

Figura 4: Pistón Hipereutecticos


Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C) Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones de la marca Sealed Power han estado a la vanguardia de la tecnología del recubrimiento de las faldas del pistón. Inicialmente se utilizó el estaño (éste le da un color opaco figura 3) pero por ser nocivo a la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento anti-fricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas (dándole un color negro).

Figura 5: Pistón con capa de recubrimiento


Este proceso patentado por Sealed Power extiende la vida útil de los motores que lo usan, evita que los pistones se rayen, ayuda a prevenir daños por la lubricación inadecuada y mejora el sellado de los pistones.

Parámetros en los cuales influye el pistón 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 circular 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:

Vl= (Rpm*2*L)/60 seg Siendo: Vl: Velocidad lineal en m/s (metros por segundo) Rpm: Revoluciones por minuto L: Distancia recorrida en metros (Carrera)

4 PROCEDIMIENTO

1) Procedemos a retirar el bulón del pistón.

Figura 6: Pistón y bulón Fuente: Carolina Villacís

Desbaste y Canales diametrales en la falda

2) Instalar la cuchilla para realizar el desbaste.

Figura 7: Torno

Fuente: mecaindustrial.galeon.com

3) Para centrar el pistón en el mandril del torno es necesario la utilización del reloj palpador.

Figura 8: Colocación del pistón en el torno

Fuente: Samaniego G-C,

4) Una vez centrado el pistón en el torno procedemos a desbastar la falda del pistón. 5) Con un marcador especial para metal permanente se traza un área de trabajo, seguidamente se distribuye tres líneas en la falda

simétricamente, para ello podemos utilizar un molde para realizar las líneas y los puntos para las perforaciones.

Figura 9: Divisiones de los canales en la falda


6) Se gira el torno a una velocidad media y se procede a realizar la acanaladura, controlando que la penetración no pase de 0,2 mm.

Figura 10: Realización de las acanaladuras


Refrentado y Pulido de la Cabeza

7) Se coloca la cuchilla en el torno y centramos el pistón en el torno con la ayuda del reloj palpador. 8) Se gira el torno a una velocidad media y se procede a desbastar la cabeza del pistón controlando que la penetración del refrentado

no pase de 0,1mm.

Figura 11: Desbaste de la cabeza del pistón


9) Luego se da un preacabado con una lija #180 en el mismo torno.

Perforaciones de la Falda

10) El primer paso es construir una plantilla de cartón de la forma de la falda, seguidamente se hace una distribución simétrica de 5

perforaciones en el área de la falda (3 superiores y 2 inferiores), la selección de la distribución depende del diseño del pistón, se debe tener precaución de no debilitar la estructura en sus contornos.

11) Utilizando la plantilla se señala los puntos de referencia en la falda. 12) Posteriormente se marca los mismos con un punto y un martillo.

Figura 12: Puntos de referencia para la perforación


13) El siguiente paso es realizar las perforaciones en las respectivas marcas con el taladro de pedestal y una broca de 3 mm.

Figura 13: Realización de las perforaciones


14) Finalmente se realiza un avellanado en todas las perforaciones con una broca de 4 mm.

Figura 14: Avellanado

Fuente: Carolina Villacís

Pulido del Pistón 15) Procedemos a realizar el pulido del pistón en el torno con las lijas 100, 320, 400, 600, 1200 y 1500. 16) Culminado el pulido para dejarlo como espejo le colocamos poco braso el cual permite que el pistón quede como nuevo.

17) Colocamos el bulón el cual debe encontrarse flotante para ello lo ponemos unas cimbras una a casa lado.

Figura 15: Acabado final Fuente: Carolina Villacís

Cimbra

5 RESULTADOS OBTENIDOS

El procedimiento consistió en la eliminación de las imperfecciones y rugosidades de la cabeza del pistón, con la finalidad de dejar la superficie lo más lisa posible. El objetivo de este trabajo es evitar la carbonización de la superficie, para evitar la formación de partículas incandescentes.

Figura 16: Pistón acabado Fuente: Carolina Villacís

Este trabajo en particular mejora la efectividad de la lubricación, consiste en practicar una configuración de perforaciones en la pared de la falda, estas retienen aceite en su interior lo que proporciona una cantidad extra de aceite para la lubricación del pistón.

Figura 17: Líneas de lubricación en el pistón


Después del mecanizado se realiza de nuevo el pesado, para controlar la diferencia de peso entre cada pistón.

Es necesario que después del mecanizado el peso de los pistones sea exactamente igual, y de no serlo así la tolerancia permitida es de 2 gramos, los trabajos prácticos más comunes para aligerar un poco de peso son recortes en la falda y en la parte interna de la cabeza.

PISTÓN PESO INICIAL PESO ACTUAL

1 0.2813 Kg

0.280 Kg

Se observa una diferencia de 1.3 gramos entre el peso inicial y el peso actual del pistón y podemos verificar que el pistó se encuentran dentro de la tolerancia permitida.

Figura 18: Peso nuevo del pistón después del mecanizado


Figura 19: Trabajo culminado


Figura 20: Trabajo culminado


6 CUESTIONARIO

1. ¿Porque al aumentar el tamaño de los pistones aumenta la potencia de un motor?

De esta forma la mezcla de aire-combustible es comprimida en menor espacio, por lo que supone

un aumento de presión sobre los pistones y así mayor fuerza de empuje, por lo que aumenta el par.

2. ¿Cuál es la diferencia de un pistón normal con un pistón de competición?

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.

3. ¿Qué características debe tener un pistón para vehículos de competición?

El pistón, debe ser liviano, de forma que sean mínimas las cargas de inercia que recibe durante su

funcionamiento, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor

y la presión que se desarrolla dentro de la cámara de combustión de un motor.

7 CONCLUSIONES

Se realizó la preparación del pistón siguiendo los parámetros establecidos.

Se redujo el peso del pistón el cual estuvo dentro del rango de tolerancia que es de 2 gr en nuestro

caso el pistón tuvo una reducción de peso de 1.5 gr.

Se realizó los canales diametrales en la falda del motor esto para una mejor lubricación del motor.

Se realizó las perforaciones en la falda del pistón porque así el pistón tiene una mejor lubricación y mejor rendimiento.

8 RECOMENDACIONES

Tener todas las numeraciones de las lijas para que se observe un mejor acabado.

Tener cuidado con la manipulación del torno para ello llevar todos los equipos de seguridad.

Tener en cuenta el rango de tolerancia de la reducción de peso del pistón.

9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DE LA WEB (CONSIDERAR LA NORMA APA, USO DE BASES DIGITALES DE MIESPE)

Samaniego, G. & Samaniego, C. (2006). Comparación de las Características de Eficiencia de un Motor Suzuki Forsa G10 Sohc al Variar Secuencialmente Elementos Posibles de Trucaje para Competición a través de un Banco de Pruebas. Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Latacunga, Ecuador.

Módulo CATERPILLAR.

Tipos de Pistones (2014). www.automotriz.net Recuperado el 25 de noviembre del 2015 de www.automotriz.net En: http://www.automotriz.net/tecnica/pistones.html

Pistón (23 de noviembre del 2015). es.wikipedia.org Recuperado el 25 de noviembre del 2015 de es.wikipedia.org https://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n

FECHA DE ENTREGA Latacunga 26 de noviembre de 2015

http://www.automotriz.net/

http://www.automotriz.net/

http://www.automotriz.net/tecnica/pistones.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n

Firmas

Elaborado por:

Carolina Villacís

Revisado :

Ing. Néstor Romero G.

Calificacion :

Documents

Informe Preparación Del Pistón