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Segmentos de pistones para motores de combustión

Segmentos de pistones | 1

¡OS TRAIGO LA FUERZA DE KOLBENSCHMIDT, PIERBURG Y TRW ENGINE COMPONENTS!

Grupo Motor Service. Calidad y servicios de un solo proveedor. El Grupo Motor Service es la distribuidora responsable de las actividades de posventa de Kolbenschmidt Pierburg a escala mundial. Es uno de los principales proveedores de componentes para motores en el mercado libre de repuestos y comercializa las prestigiosas marcas KOLBENSCHMIDT, PIERBURG y TRW Engine Components. El amplio y completo programa de Motor Service permite a sus clientes adquirir todo tipo de piezas para motores de un solo proveedor. Como empresa especializada en resolver los problemas del comercio y de los talleres, Motor Service ofrece además una extensa gama de servicios y la competencia técnica que posee como filial de un gran proveedor de la industria del automóvil.

Kolbenschmidt Pierburg. Un prestigioso proveedor de la industria del automóvil internacional. Las empresas del Grupo Kolbenschmidt Pierburg cooperan desde hace muchos años con los fabricantes de automóviles y desarrollan componentes innovadores y soluciones de sistema y gozan de una competencia reconocida en las áreas de alimentación de aire y reducción de contaminantes, bombas de aceite, de agua y de vacío, pistones, bloques de motor y cojinetes de fricción. Los productos cumplen los altos requerimientos y normas de calidad de la industria automotriz. Reducida emisión de contaminantes, consumo económico de carburante, fiabilidad, calidad y seguridad, estos son los factores decisivos que impulsan las innovaciones de Kolbenschmidt Pierburg.

2a edición 01.2010 N° de artículo 50 003 958-04 ISBN 978-3-86522-494-1

Redacción: Motor Service Technical Market Support Layout y producción: Motor Service Marketing DIE NECKARPRINZEN GmbH, Heilbronn La copia, reproducción, traducción, íntegras o parciales, requieren nuestro previo consentimiento por escrito con indicación de las fuentes. Reservado el derecho de introducir modificaciones y divergencias en las figuras. Queda excluida toda responsabilidad. Editor: © MS Motor Service International GmbH

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Responsabilidad Todas las informaciones de este folleto se han investigado y recopilado meticulosamente. No obstante pueden presentarse errores, se pueden producir traducciones incorrectas, pueden omitirse informaciones o las informaciones ofrecidas pueden dejar de ser actuales. Portanto, no podemos ofrecer ninguna garantía ni asumir la responsabilidad legal por las informaciones puestas a disposición. Queda excluida cualquier responsabilidad de nuestra parte por cualquier tipo de daños, sobre todo daños directos o indirectos, así como daños materiales e inmateriales resultantes del uso o el mal uso de las informaciones ofrecidas en este folleto, o causados por informaciones incompletas o incorrectas contenidas en él, siempre que dichas informaciones no se deban a mala fe o negligencia grave de nuestra parte. Por tanto, no asumimos ninguna responsabilidad en caso de que los reparadores de motores o mecánicos no dispongan de los conocimientos o experiencia necesarios para realizar la reparación. No es posible predecir la medida en que los procedimientos técnicos e indicaciones para la reparación descritos aquí podrán aplicarse a las generaciones de motores futuras. Esto debe ser comprobado, en caso dado, por los reparadores de los motores o por el taller.

Indice

Indice

Página

1 | Fundamentos segmentos de pistones

5

1.1 | Requisitos exigidos a los segmentos de los pistones 5 1.2 | Las tres funciones de los segmentos de los pistones 6 1.3 | Tipos de segmentos de pistones

8

1.4 | Denominaciones de segmentos de pistones

18

1.5 | Estructura y forma de los segmentos de pistones

19

1.6 | Funciones y propiedades

26

2 | Montaje y servicio

39

2.1 | Evaluación de los componentes automotrices usados 39 2.2 | Evaluación de pistones usados

40

2.3 | Evaluación de los orificios de los cilindros usados

42

2.4 | Montaje de pistones y sus segmentos

48

2.5 | Puesta en marcha y primer rodaje del motor

55

2.6 | Problemas de selladura y huellas de desgaste en

los segmentos de los pistones

2.7 | Lubricación y consumo de aceite

59 69

Segmentos de pistones | 3

Prólogo

El tema Los segmentos de los pistones existen desde que hay motores de combustión interna. No obstante, las lagunas en torno al tema de los segmentos de los pis­tones abundan entre los expertos y los usuarios. Ningún otro componente automotriz es considerado de manera tan crítica puesto que se trata de la pérdida de potencia y del consumo de aceite. En ningún otro caso de componentes automotrices media un abismo tan grande entre las expectativas y las inversiones de capital como en el de los segmentos de los pistones a la hora de cambiarlos. Con demasiada frecuencia se pierde la confianza en los segmentos a causa de las grandes expectativas depositadas en ellos. Y por la falta de conocimientos fundados surgen a menudo esas semiverdades y falsedades, esos clichés y estimaciones erróneas divulgadas en los talleres y entre los consumidores finales. Pero lo que más afecta a los segmentos son las reparaciones baratas – p.ej. cuando se reutilizan conjuntos deslizantes desgastados – y el mal montaje.

El folleto En este folleto trataremos el tema de los segmentos de los pistones desde la perspectiva del usuario. Hemos desistido de profundizar demasiado en las particularidades constructivas y hemos optado por enfocar el tema desde puntos de vista pragmáticos. Sin embargo cuando tocamos ciertos temas concernientes a la concepción o a la evolución técnica, lo hacemos con el propósito de complementar o para facilitar al lector la comprensión de la problemática. El contenido del folleto es fundamentalmente un estudio de los segmentos de los pistones relacionados con los sectores de los automóviles y los vehículos utilitarios. Por supuesto que los motores concebidos inicialmente para los vehículos pero que se emplean en naves, locomotoras, maquinarias de construcción y motores estacionarios, han sido tomados también en consideración. El lector hallará, además de la sección que se ocupa de los fundamentos técnicos, informa­ciones detalladas en la sección práctica denominada “Montaje y servicio” para instalar y cambiar los segmentos y también ciertas recomendaciones útiles y emparenta­das como la lubricación, el consumo de aceite y el rodaje del motor. Pictogramas y símbolos Los pictogramas y símbolos mencionados a continuación se emplean en este prospecto informativo:

Atención – Hace hincapié en las situaciones peligrosas que pod­r ían causar lesiones personales o dañar los componentes del vehículo.

En él encontrará consejos, aclaraciones e informaciones complementarias útiles para el manejo.

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No es complicado hacer correctamente una reparación o un reacondicionamiento si se tienen conocimientos de las relaciones entre las diferentes piezas motrices. En este folleto mostraremos lo que es necesario hacer para obtener reparaciones óptimas pero también indicaremos lo que puede suceder si se desacatan ciertas reglas.

Fundamentos segmentos de pistones | 1

1.1 Requisitos exigidos a los segmentos de los pistones Los segmentos de los motores de combustión tienen que reunir todos los requisitos para poder sellar dinámica y linealmente. Ellos tienen que resistir tanto las influencias térmicas como las químicas y deben cumplir también la serie de funciones y reunir las propiedades mencionadas a continuación:

Funciones: • Impedir que los gases pasen de la cámara de combustión al cárter del cigüeñal a fin de que no se pierda la presión del gas ni la potencia motriz respectiva. • Sellar, es decir, impedir que el aceite lubricante pase del cárter del cigüeñal a la cámara de combustión. • Asegurar un espesor bien definido de la película lubricante en la pared del cilindro. • Distribuir el aceite lubricante en la pared del cilindro. • Estabilizar el movimiento del pistón (disminuir el cabeceo del pistón). Particularmente cuando los motores estén fríos y en caso de que medie todavía una gran holgura del pistón en el cilindro. • Transferir el calor (disipación térmica) del pistón hacia el cilindro.

Propiedades: • Escasa resistencia a la fricción para que el motor no pierda mucha poten­cia. • Buena capacidad de resistencia al desgaste frente a la fatiga termomecánica, a la corrosión química y térmi­ca. • El segmento no debe ocasionar un desgaste excesivo en el cilindro, ya que esto puede reducir drásticamente la vida útil del motor. • Larga vida útil, seguridad funcional y efectividad de costes durante todo el período de servicio.

Segmentos de pistones | 5

1.2 | Las tres funciones de los segmentos de los pistones

1.2.1 Selladura contra la fuga de gases de combustión La función principal de los segmentos de compresión consiste en impedir el paso de los gases de combustión entre el pistón y la pared del cilindro y proseguir hacia el cárter del cigüeñal. En la mayoría de estos motores eso se logra con la ayuda de dos segmentos de compresión que conjuntamente forman un laberinto para el gas. Los sistemas sellantes de los segmentos en los motores de combustión, por su concepción, no son jamás eficaces en un 100 % y dejan fugar siempre cantidades

mínimas de gas a través de los segmentos que penetran luego en el cárter del cigüeñal. Esta fuga sin embargo es un fenómeno normal que no puede evitarse totalmente en virtud de su construcción. La transferencia excesiva de gases calientes entre el pistón y la pared del cilindro tiene que ser evitada en todo caso. Las consecuencias serían la pérdida de potencia, el aumento de calen­tamiento en los componentes y la pérdida del efecto lubricante. La vida útil y la funcionalidad del motor peligrarían. En los capítulos siguientes abordaremos más a fondo los temas sobre las diferentes funciones sellantes de los segmentos y la emisión de gases transferidos (blow by). Fig. 1

1.2.2 Rascado y distribución de aceite Otra de las funciones de los segmentos de los pistones, además de la selladura entre el cigüeñal y la cámara de combustión, es la regulación de la película de aceite. Los segmentos distribuyen el aceite uniformemente por la pared del cilindro. La tarea de rascar el exceso de aceite la cumple principalmente el segmento rascador de aceite (3er. segmento), sin embargo los segmentos combinados con compresor y rascador (2do. segmento) también lo hacen. Fig. 2

6 | Segmentos de pistones

Las tres funciones de los segmentos de los pistones | 1.2

1.2.3 Disipación térmica El control térmico del pistón es otra de las funciones importantes que desempeñan los segmentos. La mayor parte del calor absorbido por el pistón durante la combustión es transmitida por los segmentos a la superficie del cilindro. Los segmentos de compresión cumplen sobre todo una función determinante respecto a la disipación térmica. Dependiendo del tipo de motor, el segmento superior de compresión puede disipar un 50 % del calor de combustión absorbido por el pistón en la pared del cilindro.

Si no tuviera lugar esa disipación térmica y continua de los segmentos, el pistón se agarrotaría al cabo de breves minutos en el agujero del cilindro y hasta podría fundirse. Visto desde esta perspectiva es compresible que los segmentos del pistón tengan que hacer un buen contacto en todo momento con la pared del cilindro. Si el agujero del cilindro se ovala o se bloquean los segmentos del pistón en sus ranuras (por carbonizaciones, suciedades, deformaciones), no es más que una cuestión de tiempo hasta que se manifiesten las consecuencias del sobrecalentamiento del pistón por la falta de disipación térmica.

55 % 30 % 15 %

Fig. 3

Segmentos de pistones | 7

1.3 | Tipos de segmentos de pistones

1.3.1 Segmentos de compresión

Fig. 1

Segmentos rectangulares

Segmento rectangular

El término de segmento rectangular se refiere a aquél que tiene una sección transversal de forma rectangular. Ambos flancos del segmento son paralelos. Este tipo de segmento es el tipo más sencillo y popular entre los segmentos de compresión. En la actualidad ellos se emplean sobre todo como primer segmento de compresión en todos los motores de gasolina pero también en parte en los motores diesel para automóviles de turismo.

El chaflán y el escalón interior causan el retorcimiento del segmento en posición montada (tensados). La posición del chaflán o del escalón interior ocasiona la “rotación positiva del segmento” en el canto superior. Para más información sobre cómo actúa exactamente el retorcimiento, lea el capítulo 1.6.9. Retorcimiento de los segmentos.

Segmento rectangular con chaflán interior (bisel)

Segmento rectangular con escalón interior

Segmentos de compresión con función para rascar el aceite Estos segmentos cumplen una doble ayudan al segmento de compresión a impedir el paso de los gases y al rascador de aceite a regular la película de aceite. Segmento de periferia cónica

8 | Segmentos de pistones

Nota importante: En todos los tipos de motores (automóviles, vehículos utilitarios, de gasolina y diesel) los segmentos de periferia cónica se usan principalmente en la segunda ranura.

Tipos de segmentos de pistones | 1.3

Fig. 2

Estos segmentos tienen una superficie de fricción cónica. Dependiendo del tipo e diseño, la divergencia angular respecto al segmento rectangular varía entre unos 45 y 60 minutos. Debido a la forma que tiene el segmento cuando es nuevo, éste roza sólo la arista inferior y establece entonces un contacto únicamente puntual en el agujero del cilindro. Por eso se genera una elevada presión superficial mecánica en esa zona que elimina la cantidad deseada de material. Ese desgaste primario de adaptación crea una forma perfectamente redonda al cabo de breve tiempo que proporciona un buen efecto sellante. Después de un rodaje prolongado de muchos cientos de miles de kilómetros se rebaja la superficie cónica por el desgaste del material de manera que el segmento de compresión cónico desempeña entonces la función de un segmento rectangular. El segmento concebido como cónico cumple ­todavía bien su función sellante como segmento rectangular.

Debido a que la presión del gas se hace­ sentir también en la superficie del segmento se reduce levemente la intensidad de la presión del gas (la presión puede penetrar en el intersticio ubicado entre la pared del cilindro y la superficie de fricción del segmento del pistón). Durante el período del primer rodaje del segmento se genera una presión reducida de selladura y un rodaje más suave y con menos desgaste (Fig. 2). Aparte de la función que cumplen los segmentos de periferia cónica actuando como segmentos de compresión, ellos poseen también buenas propiedades para rascar el aceite. Ellas se obtienen gracias a la arista superior rebajada del segmento. El segmento desliza sobre la película de aceite al efectuar el movimiento ascendente desde el punto muerto inferior hacia el superior. Las fuerzas hidrodinámicas (formación de una cuña de aceite) alzan levemente el segmento de la superficie del cilindro. En el caso del movimiento en sentido inverso, la arista penetra más profundamente en la película de aceite y lo rasca de esta manera sobre todo hacia el cárter del cigüeñal. En los motores de gasolina los segmentos de periferia cónica se emp­lean también en la primera ranura.

La posición del chaflán o del escalón interior en la arista inferior provoca en este caso el retorcimiento inverso del segmento (lea el capítulo 1.6.9 Retorcimiento de los segmentos). Segmento de periferia cónica con chaflán interior en la parte inferior

Segmento de periferia cónica con escalón interior en la parte inferior

Segmentos de pistones | 9

1.3 | Tipos de segmentos de pistones

Segmento con escalón

Segmento con escalón

En este caso, la arista inferior de la superficie de fricción del segmento tiene una escotadura rectangular o mecanizada en la parte trasera que, además de desempeñar una función hermetizadora, se encarga también de rascar el aceite. La escotadura proporciona un cierto espacio en el que se acumula el lubricante rascado antes de que regrese al cárter de aceite.

­ ntiguamente el segmento con escalón A era utilizado como segundo segmento de compresión en numerosas variantes de motores. Hoy en día se utilizan sobre todo los segmentos de periferia cónica con escalón en vez de los simples con escalón. Los segmentos con escalón se emplean también en los pistones para compresores de aire y forman parte del equipamiento del sistema de frenado por aire comprimido. Ahí se utilizan principalmente como primer segmento de compresión.

Este segmento es una optimación del simple con escalón. El efecto rascador de aceite se intensifica mediante las superficies cónicas.

En el caso de los compresores de aire, el segmento de periferia cónica con escalón no se emplea solamente en la segunda ranura sino también en la primera.

Segmento de periferia cónica con escalón

Segmento de periferia cónica con escalón y con juntura cerrada

10 | Segmentos de pistones

El escalón circular no se mueve hasta la punta de la juntura sino termina a ­ ntes a fin de optimar la función sellante. Con esto se logra reducir mejor la fuga de gases que con el segmento normal de periferia cónica con escalón (lea también 1.6.5. Holgura de las puntas de las junturas).

Tipos de segmentos de pistones | 1.3

Segmento trapezoidal Los segmentos trapezoidales o los semitrapezoidales se emplean para contrarrestar la carbonización de las ranuras y evitar así que queden los segmentos queden fijos en las ranuras. Especialmente cuando las temperaturas son demasiado altas dentro de la ranura se corre el peligro de que el aceite motriz contenido en la ella se carbonice por el efecto térmico. En el caso de los motores diesel se produce, además de una posible carbonización, la formación de hollín. ­É ste favorece también la producción de sedimentos en la ranura.

Si los segmentos del pistón quedaran fijos en la ranura a causa de los sedimentos, los gases calientes de la combustión pasarían sin obstáculos entre el pistón y la pared del cilindro y los sobrecalentarían. Las consecuencias serían: cabezas de pistones fundidas u otros daños graves en los pistones. El segmento trapezoidal se emplea preferentemente en los motores diesel en la ranura superior y a veces también en la segunda debido a las elevadas temperaturas y a la formación de hollín.

Advertencia Los segmentos trapezoidales (semi-trapezoidales y dobles) no deben ser insertados en las ranuras rectangulares normales. El uso de e ­ stos segmentos implica una mecanización específica de las ranuras del segmento en el pistón para darles la forma correcta.

Ambos flancos de estos segmentos no son paralelos sino están situados trapezoidalmente. El ángulo asciende generalmente a 6 °, 15 ° o 20 °. Segmento doble-trapezoidal En el caso de los segmentos semi-trapezoidales, el flanco inferior es perpendicular a la superficie de fricción del segmento. Segmento semi-trapezoidal

Función de limpieza Las carbonizaciones son trituradas mecánicamente debido a la configuración de los segmentos trapezoidales y a sus movimientos en la ranura causados por el vaivén del pistón, (lea el capítulo 1.6.11 Movimientos de los segmentos de los pistones).

Fig. 1

Fig. 2

Segmentos de pistones | 11

1.3 | Tipos de segmentos de pistones

1.3.2 Segmentos rascadores de aceite

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

12 | Segmentos de pistones

Función: Estos segmentos están concebidos especialmente para repartir el aceite en la pared del cilindro y para rascar el exceso de aceite. Los segmentos tienen normalmente dos labios para optimar la función de rascar y sellar. Cada labio rasca el exceso de aceite que hay en la pared del cilindro. En la arista inferior del segmento y también entre los labios rascadores se acumula en consecuencia un cierto volumen de aceite que deberá ser evacuado de ese sector. Desde el punto de vista del movimiento en vaivén del pistón dentro del agujero del cilindro, la función sellante se optimará mientras más cercanos estén un labio del otro. Esto concierne particularmente al volumen del aceite rascado por el primer labio, que desciende luego entre los dos labios y tiene que ser evacuado de ese sector pues de lo contrario pasará por encima del segmento rascador y deberá ser eliminado entonces por el segundo segmento de compresión. Por ese motivo, los segmentos de una y dos piezas tienen intersticios longitu­dinales u orificios entre ambos labios. El aceite eliminado por el labio superior pasa a través de estos orificios del cuerpo del segmento y continúa su curso hacia el lado trasero del segmento.

A partir de ese momento se efectuarán­ los demás drenajes del aceite rascado­de maneras diferentes. Uno de los m ­ étodos consiste en conducir el aceite­a través de los orificios punzados en la ranura del rascador hacia el lado interior del pistón para que pueda volver­a gotear en el cárter (Fig. 1). En el caso de los “coverslots” (tapaderas) (Fig. 2 + 3) el aceite rascado regresará al lado­exterior del pistón pasando por la ­escotadura que rodea el bulón del eje del pistón en su parte externa. Pero­tam­bién puede emplearse una combina­ción de ambas versiones. Los dos métodos han dado buenos­ ­resultados en lo que respecta al drenaje­ del aceite rascado. Tanto el uno como el otro método pueden ser aplicados dependiendo de la forma del pistón, del proceso de combustión o del o ­ bjetivo para el cual serán empleados. Una decisión genral y definitiva a favor del uno o del otro método sólo puede ser tomada relativamente en teoría. Por ese motivo la decisión sobre cuál de esos métodos es el más apropiado para los pistones en cuestión debe ­tomarse después de haber practicado varias pruebas.

Nota importante: En el caso de los motores de dos tiempos se emplea la lubricación mixta para el pistón. Por eso puede prescindirse del uso de un segmento rascador de aceite dependiendo de la construcción.

Tipos de segmentos de pistones | 1.3

Tipos de construcción: Segmento rascador de aceite de una pieza Estos segmentos no se utilizan más en los motores modernos. Los segmentos rascadores de una pieza reciben únicamente la tensión de su sección transversal. Por ese motivo estos segmentos son relativamente rígidos y poco adaptables a la forma. Por lo tanto no sellan tan ópti­ mamente como los segmentos rascadores de aceite de varias piezas. Los segmentos de una pieza son fabricados con fundición gris.

Fig. 4

Segmento rascador de aceite con ranura Versión simple con labios rascadores en ángulo recto y ranuras para drenar el aceite.

Segmento de bordes achaflanados simétricamente En comparación con el rascador de aceite con ranura, las aristas de los labios de fricción de este segmento están achaflanadas para optimar la presión superficial.

Segmento de bordes achaflanados paralelos En este tipo de segmento los labios de fricción están achaflanados únicamente en el lado de la cámara de combustión. Por eso es más fuerte el efecto rascador cuando el pistón efectúa el movimiento descendente.

Segmentos de pistones | 13

1.3 | Tipos de segmentos de pistones

Segmento rascador de aceite de dos piezas (versión con resorte en espiral)

Fig. 1

Éste segmento está compuesto de un cuerpo y un resorte espiral colocado en la parte trasera. La sección transversal­del cuerpo de este segmento­es nota­blemente­ más delgada en compara­ción con la del rascador de una pieza­. Por eso el cuerpo del segmento es relativa­mente flexible y su capacidad de adaptación a la forma es excelente. El asiento del resorte en espiral en el lado interior del segmento está mecanizado bien en forma semicircular o en V. La tensión propiamente dicha proviene de un resorte espiral de acero­termore­ sistente. Este resorte está ubicado­­detrás del segmento y lo presiona c­ ontra la pared del cilindro. Los resortes están en contacto directo con el lado interno del cuerpo del segmento y ­forman una unidad durante el funciona­miento. Aunque el resorte no gira contra el segmento, la

14 | Segmentos de pistones

unidad e ­ ntera sí rota libremente en la ranura­al igual que los demás segmentos. En el caso de los segmentos rascadores de aceite de dos piezas, la presión ­radial es siempre simétrica porque la presión de apriete se reparte homogéneamente sobre todo el perímetro del resorte espiral (lea también en este respecto el capítulo 1.6.2. Distri­bu­ción de la presión radial). Para aumentar la durabilidad de los segmentos, los diámetros exteriores­de los resortes se rectifican y sus ­espirales se abobinan más estrecha­mente en el nivel de la juntura del segmento o están revestidos con una funda de teflón. Adoptando esas ­medidas disminuye el desgaste por la fricción entre el cuerpo del segmento y el resorte ­espiral. El cuerpo del segmento de dos piezas es de fundición gris o de acero.

Nota importante: El ancho de la abertura – es decir, la distancia entre los extremos del cuerpo del segmento ­desmontado sin resorte expansor en la parte trasera – es insignificante para los segmentos rascadores de varias piezas. Sobre todo en el caso de los segmentos de acero el ancho de la abertura puede llegar a cero aproximadamente. Esto no representa un p ­ roblema ni da pie para reclamaciones.

Tipos de segmentos de pistones | 1.3

Segmento rascador de aceite con ranura y con resorte en espiral de tipo tubular Es el tipo más sencillo y sella mucho mejor que el segmento rascador de aceite con ranura de una pieza.

Segmento de aristas achaflanadas y paralelas con resorte espiral de tipo tubular La forma de su superficie de fricción es la misma que la del segmento de aristas achaflanadas y paralelas pero sella mejor.

Segmento de aristas achaflanadas simétricamente con resorte espiral de tipo tubular La forma de la superficie de fricción es la misma que la del segmento de aristas achaflanadas pero sella mejor. Este es el segmento rascador de aceite más popular­ porque puede emplearse en cualquier tipo de motor. Segmento de aristas achaflanadas ­simétricamente con resorte espiral de tipo tubular y con labios cromados Sus propiedades son las mismas que las del segmento de aristas achaflanadas simétricamente con resorte espiral pero es más resistente al desgaste y por eso también dura más. Por esa razón es ideal para los motores diesel. Segmento de aristas achaflanadas simétricamente con resorte espiral de tipo tubular de acero nitrado Este segmento está envuelto por una banda de acero perfilado y una capa a ­ ntiabrasiva que lo rodea por todas partes. El segmento es además sumamente flexible y menos frágil que los de fundición gris mencionados anteriormente. El aceite se drena entre los labios a través de los orificios troquelados de forma redonda. Este tipo de segmento se emplea preferentemente en los motores diesel.

Segmentos de pistones | 15

1.3 | Tipos de segmentos de pistones

Segmento rascador de aceite de tres piezas Este segmento está compuesto de dos láminas delgadas de acero comprimidas contra la pared del cilindro por un resorte expansor y distanciador. Los segmentos rascadores de aceite con láminas de acero tienen superficies de fricción cromadas o totalmente nitradas. Éstas últimas optiman las propiedades antiabrasivas tanto en la superficie de fricción como entre el resorte expansor y las láminas (desgaste secundario). Los segmentos rascadores de tres piezas son sumamente adaptables y se emplean preferentemente en los motores de carburante de los auto­móviles.

Fig. 1

Situación de montaje

16 | Segmentos de pistones

Diferentes tipos de resortes expansores

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 3

Fig. 5

Tipos de segmentos de pistones | 1.3

1.3.3 Equipamiento clásico de segmentos de pistones Las exigencias exigidas a los segmentos de los pistones son tan complejas que un solo segmento es incapaz de satisfacerlas. Esto sólo puede ser log­rado empleando una combinación de varios segmentos de diferente tipo de construcción. Por eso la combinación de un segmento de compresión, un segmento combinado rascadorcompresor y un verdadero segmento rascador de aceite (Fig. 6) se ha acreditado en la construcción moderna de automóviles. Los pistones con más de tres segmentos se utilizan raramente en la actualidad. La capacidad de selladura no se optima al emplear más de dos segmentos de compresión y ellos aumentan además las pérdidas por fricción.

1.3.4 Segmento “óptimo” de pistón No existe un segmento óptimo como tampoco un equipamiento insuperable de segmentos. Cada segmento del pistón es un “especialista” en su dominio. Cada tipo y composición de segmentos constituye al fin y al cabo un compromiso respecto a los requisitos completamente diferentes y en parte divergentes. Basta modificar un solo segmento para desequilibrar el ajuste de todo el kit de segmentos. El ajuste definitivo de los segmentos para un motor que será construido nuevamente se hace siempre después de haber practicado muchos ensayos en el banco de pruebas y también en condiciones de funcionamiento normal. La tabla a continuación no pretende ser íntegra pero muestra la manera en que las diferentes propiedades de los segmentos pueden influir en sus diferentes funciones.

segmento de compresión segmento compresor y rascador segmento rascador de aceite

Fig. 6

Fricción

Primer rodaje

Vida útil

Alta tensión del segmento Baja tensión del segmento Material resistente al desgaste Material más blando Poca altura del segmento Mucha altura del segmento

Favorable - positivo

Regular - neutro

Desfavorable - negativo

Segmentos de pistones | 17

1.4 | Denominaciones de los segmentos de los pistones

abertura del segmento

holgura (en frío)

puntas de junturas

superficie interior del segmento

dorso del segmento (al frente de las puntas de las junturas) superficie de fricción del segmento superficie de los flancos del segmento diámetro del cilindro

espesor radial de la pared holgura radial

holgura axial

altura de la ranura

diámetro básico de la ranura diámetro del cilindro

18 | Segmentos de pistones

altura del segmento del pistón

Estructura y forma de los segmentos de pistones | 1.5

1.5.1 Materiales del segmento del pistón Los materiales con los que se confeccionan los segmentos de los pistones son seleccionados de acuerdo con las propiedades de deslizamiento y las condiciones en las cuales tienen que funcionar. La buena elasticidad y la resistencia a la corrosión son factores tan importantes como la robustez para evitar la deterioración en condiciones extremas de funcionamiento. La fundición gris es el material principal con el que se fabrican los segmentos de los pistones en la actualidad. Desde el punto de vista tribológico, la fundición gris y las inclusiones de grafito que contienen las estructuras proporcionan excelentes propiedades para la marcha de emergencia (lubricación seca por grafito). Ellas son muy importantes sobre todo cuando deje de funcionar la lubricación con aceite motriz o cuando la película lubricante haya desaparecido. Por otra parte, las venas de grafito incorporadas dentro de la estructura sirven además de depósito de aceite e impiden que se destruya la película lubricante cuando las condiciones de funcionamiento sean adversas.

Proceso de fundición de segmentos de pistones En lo que concierne a los materiales, se emplea el acero cromado con micro­ estructura martensítica y el acero de resortes. Las superficies están templadas a fin de aumentar su resistencia al desgaste. Esta resistencia se logra por lo general con la nitruración*.

Los materiales empleados de fundición gris son los siguientes: • Hierro fundido con estructura de grafito laminar (fundición de grafito laminar), templado y revenido o no. • Hierro fundido con estructura de grafito globular (fundición de grafito nodular), templado y revenido o no.

* En lenguaje técnico, la nitruración es un procedimiento para templar el acero incorporando nitrógeno. La nitruración se efectúa normalmente a temperaturas de 500 hasta 520 °C aproximadamente y el tratamiento dura entre 1 y 100 ho­ras. En la superficie de la pieza se forma una capa extremadamente dura de nitruro ferroso por la difusión del nitrógeno. Esta capa puede alcanzar un grosor de 10 a 30 µm dependiendo de la duración del tratamiento. Los procedimientos más usuales son la nitruración en baño de sal (p.ej. para los cigüeñales), la nitruración con gas (para los segmentos de los pistones) y la nitruración por plasma.

Segmentos de pistones | 19

1.5 | Estructura y forma de los segmentos de pistones

1.5.2 Materiales de revestimiento para las superficies de fricción

lubricante­. El uso de superficies de fricción revestidas está muy difundido­en el caso de los segmen­tos de los pistones. Los segmentos­de los motores en serie suelen ser de cromo, molibdeno o ferróxido.

Los labios o las superficies de fricción de los segmentos de los pistones pueden ser revestidos para optimar las propiedades tribológicas. La prioridad­está centrada tanto en el aumento de la r­ esistencia al desgaste como en la certeza de que la lubricación y la sella­dura funcionarán en condiciones ­extremas. El material de revestimiento­tiene que armonizar tanto con los materiales­del segmento del pistón y de la pared del cilindro ­como con el

Pero­también se emplean capas de cerámica cromada­y segmentos revestidos en el procedimiento de deposición física al vapor (Physical Vapour Deposition). En las pequeñas series de producción (especial­ mente en el caso de los ­motores de los automóviles de carrera) se e ­ mplean el nitruro de titanio (TiN) y el nitruro de cromo (CrN).

Fig. 2

20 | Segmentos de pistones

Revestimientos de molibdeno La superficie de fricción de los seg­men­tos­ de compresión (pero no la de los rascadores de aceite) puede ser reves­tida­parcial o completamente con molibdeno­a fin de impedir las huellas de quemaduras. Esto puede realizarse tanto con el método de pulverización a llama como con el de pulverización al plasma. El molibdeno resiste altas temperaturas gracias a su elevado punto de fundición (2.620 °C). La estructura porosa del material se obtiene además mediante el proceso de revestimiento. El aceite se acumula entonces en esas microcavernas ubicadas en la superficie de fricción de los segmentos (Fig. 2), lo que permite que dicha superficie ­continúe lubricándose incluso en casos de funcionamiento en condiciones extre­mas.

* Tribología (del griego: “frotar o ­rozar”) abarca la investigación y la tecno­logía de la interacción de las superficies­en movimiento relativo. Esta ciencia se ocupa de estudiar los efectos de la fricción, del desgaste y de la lubricación.

Fig. 1

Propiedades: • Elevada resistencia térmica. • Buenas propiedades durante la marcha de emergencia. • Más blandos que el cromo. • Menos resistentes al desgaste que los segmentos cromados (más sensibles a las suciedades). • Más sensibles al oscilamiento de los segmentos (por eso puede quebrarse el molibdeno en casos de sobrefatiga, p. ej. cuando ocurra una combustión detonante u otras averías similares).

Estructura y forma de los segmentos de pistones | 1.5

Revestimientos cromados Estos revestimientos pueden ser confeccionados con el método galvánico y también con el de pulverización al plasma. En el caso de los segmentos­rascadores de aceite se emplea el ­revestimiento galvánico.

Propiedades: • Elevada vida útil (buena resistencia al desgaste). • Superficie dura e insensible. • Desgaste reducido del cilindro (aprox. un 50 % en comparación con los segmentos sin revestimiento). • Muy resistentes a las huellas de quemaduras. • Escasas propiedades para la marcha de emergencia en comparación con las de los revestimientos de molibdeno. • Debido a la buena resistencia al desgaste, los períodos del primer rodaje son más prolongados que cuando se usan segmentos no reforzados o rascadores con láminas de acero o los de tipo U-Flex.

Fig. 3

1.5.3 Tipos de revestimientos de las superficies de fricción

Fig. 4 - Completamente revestido

Fig. 5 - Compartimentado

Fig. 6 - Compartimentado unilateralmente

Segmentos de pistones | 21

1.5 | Estructura y forma de los segmentos de pistones

1.5.4 Desprendimientos de las capas de revestimiento Los revestimientos de las superficies de fricción se desprenden de vez en cuando cuando las capas de molibdeno y óxido ferroso sean proyectadas. El motivo principal reside en los errores cometidos al montar los segmentos de los pistones (gran distorsión de los segmentos al montarlos en el pistón como aparece ilustrada en la Fig. 1). El montaje de los segmentos en el pistón quiebra el revestimiento solamente en el dorso de los segmentos (Fig. 2). Si el revestimiento se desconcha en la punta de la juntura (Fig. 3), eso es un indicio de que los segmentos han oscilado por ciertos problemas de combustión (p.ej. la combustión detonante).

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

22 | Segmentos de pistones

Estructura y forma de los segmentos de pistones | 1.5

1.5.5 Mecanización de las superficies de fricción (torneadas, lapeadas, rectificadas) Por lo general los segmentos de hierro fundido sólo son torneados finamente­en las superficies de fricción. Debido­al período breve del primer rodaje de los segmentos ordinarios, se prescinde de la rectificación o del lapeado de la superficie de fricción. Si las superficies están revestidas o templadas sólo ­serán rectificadas o lapeadas­. El motivo reside en que los segmentos, debido a su gran resistencia al desgaste, tardarían mucho tiempo hasta­ obtener la forma redonda necesaria para sellar óptimamente. Las consecuencias ­podrían ser la pérdida de ­potencia y un elevado consumo de aceite.

Fig. 4

1.5.6 Formas abombadas de las superficies de fricción La forma de la superficie de fricción es otro de los motivos por los que se utiliza el método de rectificación o de l­ apeado. Los segmentos rectangulares adoptan una forma abombada en la superficie de fricción al cabo de cierto tiempo debido al movimiento ascendente y descendente y debido al movimiento del segmento en la ranura (retorsión del segmento) (Fig. 5 y 6). Esto se manifiesta positivamente en la estructura de la película lubricante y en la vida útil de los segmentos.

Fig. 5

Fig. 6

Segmentos de pistones | 23

1.5 | Estructura y forma de los segmentos de pistones

Fig. 1 – Abombamiento simétrico

Fig. 2 – Abombamiento asimétrico

24 | Segmentos de pistones

Los segmentos revestidos son creados con una forma levemente abombada ya desde el momento de producirlos. Ellos no necesitan el primer rodaje para obtener la forma deseada pues ya ­tienen la requerida desde el principio así como una superficie de fricción rodada previamente. Por esa razón no se desgastarán demasiado los segmentos por el primer rodaje ni se presentarán problemas relacionados como el excesivo consumo de aceite. Debido al contacto puntual de la superficie de fricción del segmento, se produce una elevada presión específica de apriete contra la pared del cilindro. El segmento, por lo tanto, mejora el efecto sellante para evitar las fugas de gas y de aceite. Se reduce además considerablemente el peligro de sufrir lesiones por las aristas afiladas. Los segmentos cromados tienen de todas maneras una arista achaflanada para impedir que la película de aceite sea traspasada durante el primer rodaje. En ciertos casos desfavorables, la ­capa cromada que es muy dura podría desgastar y degradar prematuramente la pared del cilindro y pues ella es m ­ ucho más blanda.

Las superficies de fricción simétricas y abombadas (Fig. 1) que han sido confi­ guradas durante el primer rodaje o durante­ la producción poseen excelentes propiedades deslizantes y proporcionan un espesor bien definido de la película­lubricante. El espesor de la película ­lubricante se mantiene constante­­durante los movimientos ascenden­tes y descendentes del pistón gracias al abombamiento simétrico. Las fuerzas que hacen nadar el segmento en la p ­ elícula lubricante tienen la misma ­intensidad en ambas direcciones. Existe la posibilidad de abombar los segmentos asimétricamente para controlar mejor el consumo de aceite si el abombamiento ha sido creado durante la producción de los segmentos. El vértice del abombamiento no estará entonces en el centro de la superficie de fricción sino un poco más abajo (Fig. 2).

Estructura y forma de los segmentos de pistones | 1.5

El segmento deslizará bien sobre la película de aceite mientras efectúa su movimiento ascendente hacia el punto­muerto superior pues la lubricación cuneiforme proporciona una superficie activa mucho más extensa por encima del vértice del segmento que viceversa (Fig. 3). El segmento entonces tenderá­más bien a apartarse de la película ­lubricante. Eso significa que el espesor de la película lubricante no se reducirá tanto durante la carrera ascendente. El segmento no puede nadar tan óptimamente en la película de aceite durante­la carrera de descenso debido a que la superficie activa es más reducida d ­ ebajo del vértice (Fig. 4). El segmento rasca entonces una cantidad consider­able de aceite y éste retorna­al cárter del cigüeñal. Los segmentos asimétricos­abombados sirven por eso para controlar el consumo de aceite­especialmente en los casos en que las condiciones de funcionamiento de los motores diesel sean desfavor­ables. Esto ocurre, p.ej. durante las ­f ases prolongadas de marcha en ralentí y después de un funcionamiento a plena carga que provocan con ­f recuencia la expulsión de aceite en el sistema de gases de escape y la producción de humo azul al volver a acelerar.

1.5.7 Tratamiento de superficies Las superficies de los segmentos de los pistones pueden ser pulidas, fosfatadas o cobreadas dependiendo de la versión. Esto sólo influye en el comportamiento corrosivo de los segmentos. Los segmentos pulidos brillan­cuando son nuevos pero están totalmente desprotegidos respecto a la ­corrosión. Los segmentos fosfatados tienen una superficie negra y mate y la capa de fosfato los protege contra la ­corrosión. Los segmentos cobreados están resguar-

Fig. 3

Fig. 4

dados también contra la corrosión y cuentan con una leve protección contra las huellas de quemaduras durante la fase del primer rodaje. El cobre surte un cierto efecto de lubrica­ción seca y por eso sus propiedades de funcionamiento son mínimas para los casos de emergencia durante el primer rodaje. Los tratamientos de las superficies no influyen sin embargo en el funciona­miento de los segmentos. Desde el punto de vista de la calidad da lo mismo el color que tengan los segmentos.

Segmentos de pistones | 25

1.6 | Funciones y propiedades

1.6.1 Tensión tangencial El diámetro de los segmentos de los pistones es mayor cuando están en posición destensada que cuando están­montados. Esto es necesario para alcanzar la presión polidireccional requerida para el apriete cuando ellos estén montados en el interior del agujero del cilindro. Es difícil medir en la práctica la presión de apriete en el interior del agujero del cilindro. Por ese motivo se calcula la fuerza diametral que presiona el segmento en la pared del cilindro con la ayuda de una fórmula determinada a partir de la fuerza tangencial. La fuerza tangencial es la que se necesita para apretar las puntas de las junturas en la holgura (Fig. 1). Dicha fuerza se mide con una banda flexible de acero coloca­da en la circunferencia del segmento. La banda es tensada entonces hasta alcanzar la holgura prescrita para la juntura del pistón. La fuerza puede ser leída en un dinamómetro. La medición de los segmentos rascadores de aceite se realiza básicamente con un resorte expansor montado. La disposición de la medida para que el muelle expansor adopte su forma natural detrás del cuerpo del segmento es sometida a vibraciones a fin de lograr mediciones exactas. En el caso de los segmentos rascadores de láminas de acero de tres piezas se necesita una fijación axial adicional debido a las características de su construcción porque las láminas de acero se ladearían y entonces sería imposible efectuar la medición. La figura 2 muestra la representación esquemática de la medición de la fuerza tangencial.

26 | Segmentos de pistones

Ft

Ft

Fig. 1

F Fig. 2

Nota importante: Los segmentos de los pistones pierden la tensión tangencial debido al desgaste radial causado por la fricción mixta o por un período prolongado de funcionamiento. Sólo tiene sentido medir la tensión en los segmentos nuevos cuya sección transversal esté todavía completa.

Funciones y propiedades | 1.6

1.6.2 Distribución de la presión radial La presión radial depende del módulo­de elasticidad del material, de la abertura del segmento cuando está desten­sado y de la sección transversal del segmento. Hay dos métodos principales para diferenciar la distribución radial de la presión. El más sencillo es la ­distri­bución de la presión radial y ­simétrica (Fig. 3). Ésta se manifiesta sobre todo en los segmentos rascadores de aceite de varias piezas compuestos de un portasegmento flexible o de l­ áminas de acero con una tensión i­ nterna relativamente baja. El resorte expansor colocado detrás de él comprime el portasegmentos o las láminas de acero contra la pared del cilindro. La presión radial actúa simétricamente gracias al resorte expansor que se apoya en el lado trasero del portasegmento o en las láminas de acero cuando está comprimido (situación de montaje).

FIg. 3 – Distribución simétrica de la presión radial

En el caso de los motores de cuatro tiempos se ha abandonado el uso de la distribución simétrica de la presión radial en los segmentos de compresión. En su lugar se emplea una distribución piriforme (oval positiva) a fin de evitar la tendencia al bamboleo de las puntas de las junturas a altas revoluciones (Fig. 4). El bamboleo comienza siempre­en las puntas de las junturas y éstas lo transmiten a todo el perímetro del segmento. El aumento de la fuerza de apriete en las puntas lo contrarresta­en este sector porque los segmentos­están más comprimidos contra la ­pared del cilindro y eso reduce con efectividad la oscilación o la impide. Fig. 4 – Distribución de la presión radial oval positiva

Segmentos de pistones | 27

1.6 | Funciones y propiedades

1.6.3 Intensificación de la presión de apriete con la presión de combustión Mucho más importante que la tensión propia de los segmentos es la intensificación de la presión de apriete producida por la presión de combustión que reciben los segmentos de compresión mientras el motor esté funcionando. La presión de combustión genera hasta un 90 % de la fuerza de apriete total del primer segmento de compresión durante el ciclo de trabajo. La presión concentrada detrás de los segmentos de compresión los comprime con más fuerza contra la pared del cilindro de la manera como está ilustrada en la figura 1. El impacto de la presión de apriete intensificada actúa principalmente en el primer segmento de compresión y sigue apretando el segundo segmento pero con menos fuerza.

La presión del gas en el segundo segmento del pistón puede ajustarse v­ ariando la holgura del primer segmento de compresión. A través de un intersticio un poco más amplio llega más presión de combustión al lado trasero del s­ egundo segmento de compresión e ­intensifica ahí la presión de apriete. En el caso de que haya más cantidad de segmentos de compresión, la presión del gas proveniente de la combustión no refuerza la presión de apriete a partir del segundo segmento de compresión.

La distribución de la fuerza en el segmento del pistón depende además de la conformación de su superficie. En el caso de los segmentos de periferia­cónica y en el de los segmentos de compresión abombados y rectificados, la presión del gas llega también al inter­sticio obturador situado entre la superficie de fricción del segmento y la pared del cilindro que actúa ahora a la inversa de la presión de gas ejercida detrás del segmento (lea el capítulo 1.3.1 Segmentos de compresión).

Los verdaderos segmentos rascadores de aceite funcionan debido a su propia tensión. En este caso la presión del gas no puede obrar como un reforzador de apriete debido a la forma especial de los segmentos.

La fuerza de apriete axial que actúa en el flanco inferior de la ranura es producida por la presión de gas. La tensión propia de los segmentos no surte efecto alguno en la dirección axial.

Nota importante: Debido a que las cámaras de compresión condicionadas por el principio de funcionamiento se llenan mal en ralentí, la presión del gas intensifica menos la fuerza de apriete de los segmentos. Ese fenómeno se percibe particularmente en los motores diesel. Los motores que marchan en ralentí durante un tiempo prolongado consumen más aceite porque el efecto rascador no recibe el apoyo de la presión del gas. Los motores expulsan entonces a menudo nubes azules de aceite a través del tubo de escape al acelerar después de una fase prolongada de marcha en ralentí pues el lubricante que ha podido acumularse en la cámara de combustión y en el sistema de los gases de ­escape se quemará tan sólo al acelerar. Fig. 1

28 | Segmentos de pistones

Funciones y propiedades | 1.6

1.6.4 Presión específica de apriete Esta presión depende de la tensión del segmento y de la superficie de apoyo del segmento en la pared del cilindro (F × A). Si es necesario duplicar la fuerza específica de apriete, hay dos posibilidades para hacerlo: duplicar la tensión del segmento, o bien reducir a la mitad la superficie de apoyo del segmento en el cilindro. En la figura aparece indicada la fuerza resultante (fuerza específica de apriete = fuerza × superficie) que actúa en la pared del cilindro es siempre igual aunque la tensión del segmento haya sido duplicada o reducida a la mitad.

F

Fig. 2

F En los motores nuevos la tendencia está orientada al uso de segmentos más planos, pues lo que se pretende es disminuir la fricción interna en el motor. Pero eso sólo se logra reduciendo la superficie de contacto activa del segmento en la pared del cilindro. Al dividir la altura del segmento en dos, se reduce también la mitad de la tensión del segmento y por lo tanto la fricción. Ya que la fuerza remanente actúa en una superficie más pequeña, la presión específica de apriete en la pared del cilindro (fuerza × superficie) se m ­ an­tiene tan constante con la mitad de la ­superficie y la mitad de la tensión ­como con el doble de la superficie y el doble de la tensión.

Fig. 3

Advertencia La sola tensión del segmento no puede ser tomada en consideración para evaluar la presión de apriete y el comportamiento de selladura. Por ese motivo es necesario que fijarse siempre en el tamaño de la superficie al comparar los segmentos de los pistones.

Segmentos de pistones | 29

1.6 | Funciones y propiedades

1.6.5 Holgura de las puntas de las junturas La holgura es un atributo importante para asegurar el funcionamiento de los segmentos de los pistones. Ella es comparable con la tolerancia que debe haber entre las válvulas de admisión y de escape. El segmento se alarga y el diámetro se elonga o se amplía cuando los componentes están calientes a causa de la dilatación térmica natural. Dependiendo de la diferencia entre la tempera­tura del entorno y la de servicio se ­requiere más holgura en frío o menos para asegurar el funcionamiento en caliente. Un requisito esencial para que los segmentos de los pistones funcionen cor­ rectamente es que puedan girar con ­libertad en las ranuras. Si los segmentos se quedaran atascados, ellos no podrían sellar ni disipar el calor. La holgura que tiene que existir también con la temperatura de servicio permite que la medida de la circunferencia del segmento permanezca siempre inferior a la del cilindro a causa de su dilatación térmica. Si la holgura desapareciera totalmente por la dilatación térmica, las puntas de las junturas del segmento quedarían comprimidas­las unas contra las otras. Al continuar ejerciendo presión, el segmento tendría que torcerse para compensar el alarga­miento provo­cado por el calentamiento. Puesto que es imposible que el segmento se expanda en la dirección radial por la dila­ ta­ción térmica, la diferen­cia de longitud puede ser compensada única­men­te en la dirección axial. La fi ­ gura 2 muestra cómo se deforma un segmento cuando se estrecha el a ­ gujero del ­cilindro.

30 | Segmentos de pistones

Fig. 1

100° C

0° C

Fig. 2

Funciones y propiedades | 1.6

El cálculo mencionado a continuación muestra cómo cambia la longitud circunferencial de un segmento con la temperatura de servicio basándonos en un ejemplo de un segmento con 100 mm de diámetro. Ejemplo: Diámetro del cilindro Temperatura medioambiental Temperatura de servicio Dilatación longitudinal de hierro fundido

d t1 t2 α

100 mm 20 °C 200 °C 0,000010

Perímetro del segmento

Alargamiento del segmento con la temperatura de servicio

U=d×π

∆l = l1 × α × ∆t ∆l = l1 × α × (t2 - t1)

U = 100 × 3,14 = 314 mm U = l1

Como puede apreciarse en este ejemplo, se requiere un mínimo de 0,6 mm de holgura para obtener un funcionamiento correcto. Pero no sólo se dilatan los pistones y sus segmentos, sino también aumenta el diámetro del agujero del cilindro por el calentamiento producido por la temperatura de servicio. Por ese motivo la holgura de las junturas puede ser un poco más pequeña. Pero el agujero del cilindro no se expande tanto como los segmentos­ a causa­de la dilatación térmica. Por una parte­porque la estructura del bloque del ­cilindro es más rígida que la del pistón­, y, por otra parte porque la superficie del cilindro no se calienta tanto como el pistón y sus segmentos.

∆l = 314 × 0,000010 × 180 = 0,57 mm

El diámetro del agujero del cilindro se expande además irregularmente por la dilatación térmica desigual en toda la superficie de deslizamiento del cilindro. El cilindro se dilata más en el sector superior, expuesto a la combustión, que en el sector inferior en donde el impacto calorífico es más reducido. Entonces se producirá una dilatación térmica irregular del agujero del cilindro y esta divergencia le proporcionará una leve forma de embudo (Fig. 3).

Fig. 3

Segmentos de pistones | 31

1.6 | Funciones y propiedades

1.6.6 Superficies de contacto de los segmentos de los pistones El segmento no sella solamente en la superficie de fricción sino también en el flanco inferior. El efecto sellante en la superficie de fricción del segmento se limita a la pared del cilindro mientras que el flanco inferior de la ranura asegura la hermetización en el lado trasero del segmento. Si no existe este contacto, los gases de combustión o el aceite podrán atravesar el segmento por el lado trasero de éste.

Con la ayuda de las figuras uno puede imaginar con facilidad que el desgaste (más la suciedad y el funcionamiento durante un tiempo prolongado) son factores que afectan la selladura del lado trasero del segmento y que aumentan la transferencia de gases y de aceite a través de la ranura. Equipar las ranuras desgastadas con segmentos nuevos es inútil por ese motivo. Las irregularidades en el flanco de la ranura no sellan hacia el segmento y la ranura ensancha­da no deja espacio para los movimientos del segmento. Puesto que el segmento no puede ser mantenido cor­ rectamente en la ranura a causa de la excesiva holgura vertical, los segmentos se elevarán con mucha más facili­dad del flanco, bombearán el aceite­(Fig. 2 y 3), oscilarán y no sellarán bien. La superficie de fricción del segmento se abombará además demasiado. Esto producirá una película espesa de aceite y provocará el consumo exce­sivo de lubricante.

Fig. 1

Fig. 2 – Ciclo de aspiraciónclo de aspiración

Fig. 3 – Carrera de compresión

32 | Segmentos de pistones

Funciones y propiedades | 1.6

1.6.7 Espacio de estrangulación y fuga de gases de pase (blow by) Debido a que es imposible por motivos constructivos obtener una selladura ­absoluta con los segmentos utilizados en los motores, se producen fugas ­conocidas también como gases de pase “blow by”. Los gases de combustión pasan a través del más mínimo inter­sticio del pistón y sus segmentos y ­penetran en el cárter del cigüeñal. La cantidad de gas fugado se determina mediante el tamaño de la ventana de estrangulación que resulta de la holgura de la juntura y la mitad de la ­holgura del pistón. Al contrario de lo que muestra la representación gráfica, la ventana estranguladora es sumamente pequeña. La regla empírica para la expulsión máxima de los gases de pase “blow by” se calcula con alrededor de un 1 % del volumen del aire aspirado. Durante el funcionamiento se genera un volumen más o menos importante de gases de pase “blow by” dependiendo de la posición del segmento del pistón. Si la holgura de la juntura del primer segmento está justamente por encima de la del segundo segmento de compresión en la ranura, se producirán más gases “blow by”. Eso suele ocurrir en intervalos regulares durante el funcionamiento porque los segmentos rotan varias veces en las ranuras. Si las holguras de las puntas de las junturas están situadas exactamente en sentido opuesto, la fuga de gas ­tomará naturalmente otra vía a través del laberinto obturador de

Fig. 4

modo que habrá menos pérdidas de gas. El gas fugado que penetra en el cárter del c­ igüeñal será devuelto al sector de ­aspiración y pasará a través del sistema de purga del cárter y se efectuará la combustión. El motivo reside en que estos gases son nocivos para la salud. Ellos serán neutralizados entonces al volver a la cámara de combustión en el motor. La ventilación del cárter del cigüeñal es necesaria además porque la sobrepresión en el cárter podría provocar una fuga excesiva de aceite en los retenes radiales del motor. Si la expulsión de los gases de pase “blow by” aumenta, eso implica que los segmentos del pistón han sufrido un enorme desgaste al cabo de un p ­ eríodo prolongado de funcionamiento o que la cabeza del pistón se ha agrietado y permite que los gases de combustión penetren en el cárter del

c­ igüeñal. Pero la geometría defectuosa de un cilindro causa también una expul­sión excesiva de gases de pase “blow by” (lea el capítulo 2.3.5 ­Geometría y redondez de los cilind­ros). En los motores estacionarios o en los colocados en el banco de prueba se miden y se controlan constantemente las emisiones de gases “blow by” y éstas se utilizan como indicador de averías en el motor. Si el volumen medido de los gases sobrepasa el valor máximo permitido, el motor se parará automáticamente. Esto impide que el motor sufra daños graves y onerosos.

Segmentos de pistones | 33

1.6 | Funciones y propiedades

1.6.8 Holgura vertical de los segmentos Esta holgura (Fig. 1) no es sólo el resultado del desgaste en la ranura del segmento. La holgura vertical es una cota funcional importante para garantizar el funcionamiento correcto de los segmentos del pistón. Ella permite que los segmentos del pistón puedan moverse con libertad en las ranuras (lea también el capítulo 1.6.11 Movimientos de los segmentos de los pistones). La holgura tiene que el tamaño adecuado para impedir que el segmento se atasque con la temperatura de servicio y para que pase suficiente presión de com-

1.6.9 Retorcimiento de los segmentos El escalón interior o el chaflán interior del segmento del pistón ocasiona un retorcimiento cuando está tensado (o sea, montado). Este retorcimiento no surte efecto y el segmento yace plano en la ranura

Fig. 2 – Segmento destensado Retorsión aún inefectiva

34 | Segmentos de pistones

bustión por la ranura y se sitúe detrás del segmento (lea también el c­ apítulo 1.6.3 Intensificación de la presión de apriete con la presión de combustión). Sin embargo, la holgura vertical tampoco debe ser demasiado grande, puesto que entonces el segmento recibe menor conducción axial. El segmento tendería entonces a bambolear y la retorsión sería excesiva (capítulo 2.6.7 Oscilamiento de los segmentos). En consecuencia, el segmento del pistón se desgastaría (su superficie de fricción se abombaría demasiado) y aumentaría el consumo de aceite (capítulo 1.6.6. Superficie de contacto de los segmentos de los pistones).

Fig. 1

cuando está desmontado y destensado (Fig. 3). Cuando el segmento está montado – es decir, tensado – el segmento se aparta hacia el lado más débil, o sea, hacia donde falta material debido al chaflán o al escalón. El segmento se retuerce o se retorsiona. El retorcimiento positivo o ­negativo de un segmento depende de la posición del chaflán o del escalón en la arista inferior o superior (Fig. 3 y 4).

Fig. 3 – Retorsión positiva

Fig. 4 – Retorsión negativa

Funciones y propiedades | 1.6

Retorsión del segmento en condiciones de funcionamiento La retorsión positiva y negativa de los segmentos es efectiva cuando la presión de combustión no actúa sobre el segmento (Fig. 5). Tan pronto la presión de combustión llegue a la ranura, el segmento se comprimirá de manera plana en el flanco inferior de la ranura y optimará el control del consumo de aceite (Fig. 6). Los segmentos rectangulares y los de periferia cónica que efectúan una retorsión positiva tienen en principio un buen comportamiento cuando rascan el aceite. Cuando el pistón efectúa su movimiento descendente y fricciona la pared del cilindro, el segmento puede elevarse levemente del flanco inferior y el aceite puede pasar a través del intersticio sellante. El consumo de aceite aumentará en consecuencia.

Fig. 5

Fig. 6

El segmento que efectúa una retorsión negativa sella el lado externo en el flanco inferior y el lado interior en el flanco superior. De esa manera queda bloqueada la entrada de la ranura y el aceite no puede traspasarla. Por ese motivo la retorsión negativa de los segmentos influye positivamente en el consumo de aceite sobre todo en los casos del funcionamiento con carga parcial y con vacío en la cámara de combustión (régimen de desaceleración con el motor). El escalón en la super­ficie de fricción de los segmentos de periferia cónica que se retuercen n ­ egativa­mente es alrededor de 2 ° ­superior que el de los segmentos normales de periferia cónica. Eso es necesario porque la retorsión negativa del ángulo vuelve a anularse parcialmente.

Segmentos de pistones | 35

1.6 | Funciones y propiedades

1.6.10 Capacidad de adaptación a la forma Esto significa que el segmento se adapta a la forma de la pared del cilindro para­lograr un buen efecto sellante. La capacidad de adaptación depende de varios factores: la elasticidad del segmento, la del cuerpo de éste (segmentos rascadores de aceite de dos piezas) o la de las láminas de acero (segmentos rascadores de aceite de varias piezas) así como de la presión de apriete del segmento o del cuerpo en la pared del cilindro. La adaptación a la pared será tanto mejor cuanto más elástico sea el segmento o el cuerpo y cuanto más elevada sea la presión de apriete. Los segmentos con alturas y secciones transversales grandes son muy rígidos y generan fuerzas de inercia más intensas debido a su elevado peso. Por ese motivo ellos no se adaptan tan bien a la pared del cilindro como los segmentos con alturas y secciones transversales pequeñas, y, por ende, con fuerzas de inercia más débiles. La adaptación a la forma de la pared del cilindro de los segmentos rascadores de aceite de varias piezas es excelente porque ellos tienen un cuerpo o láminas de acero muy flexibles pero sin pretender generar a la vez una fuerte tensión. Como ya hemos mencionado en este folleto, la presión de apriete de los segmentos rascadores de aceite de varias piezas proviene de los resortes expansores correspondientes. El cuerpo del segmento o las láminas de acero son muy flexibles y adaptables.

36 | Segmentos de pistones

Fig. 1

La adaptación óptima es especialmente importante cuando las divergencias de forma provocan irregularidades y desniveles en el cilindro. Éstas son causadas por las deformaciones (térmicas y mecánicas) y los errores cometidos al efectuar la mecanización y el montaje. Lea en este respecto el capítulo 2.3.5 Geometría y redondez de los cilindros.

Funciones y propiedades | 1.6

1.6.11 Movimientos de los segmentos de los pistones Rotación del segmento Los segmentos tienen que poder rotar en las ranuras para rodar y sellar perfectamente. La rotación se genera por una parte a causa de la estructura bruñida (rectificada en cruz), y por la otra, a causa del movimiento bascular del pistón en el punto muerto superior e inferior. La rotación de los segmentos es menor cuando éstos tienen ángulos más planos de bruñido mientras que las tasas de rotación de los segmentos con ángulos más inclinados son más elevadas. La rotación del segmento depende además de la velocidad del motor. Entre 5 y 15 revoluciones por minuto son cifras realistas de rotación – esto lo mencionamos sólo para que el lector tenga una idea de la magnitud gira­ toria del segmento. Los segmentos de los motores de dos tiempos están asegurados contra torsión. Esa medida impide que los segmentos se tuerzan y que las puntas de las junturas reboten en los canales de gas. Los motores de dos tiempos se emplean sobre todo en motocicletas, utensilios de jardinería u otros similares. En estos casos se acepta el desgaste irregular de los segmentos ocasionado por la rotación obstaculizada o por la posible carbonización en las ranuras o por la vida útil limitada. De todas maneras el tipo de aplicación está concebido desde el principio para una vida útil más breve del motor. Los requisitos relacio­nados con el kilometraje que deben r­ eunir los vehículos con motores ­normales de cuatro tiempos que ­circularán por las carreteras son mucho más estrictos.

Al efectuar el montaje, la disposición de las junturas del segmento a 120 ° las unas respecto a las otras sirve ­solamente para que un motor nuevo arranque mejor. Posteriormente ­cualquier posición imaginable de los segmentos es posible dentro de las ­ranuras a menos que la rotación no haya sido impedida debido al tipo de construcción (motores de dos tiempos).

Movimiento axial El caso ideal es que los segmentos ­estén apoyados en los flancos inferiores de la ranura. Esto es importante para la función de selladura p ­ orque los seg­mentos no sólo hermeti­zan las super­ficies de fricción sino también los flan­cos inferiores de los segmentos. El flan­co inferior de la ranura sella el segmento para que el gas o el aceite no puedan pasar al lado trasero del segmento. La superficie de fricción del segmento sella el lado delantero que está en contacto con la pared del c­ ilindro (lea también el capítulo 1.6.6 Superficies de ­contacto de los segmentos de los ­pistones). En los segmentos actúan también fuerzas centrífugas que los alzan del flanco inferior de la ranura a causa de los movimientos ascendentes y descendentes del pistón. La película de aceite dentro de la ranura amortigua la elevación de los segmentos del flanco ocasionada por las fuerzas centrífugas. Los problemas principales en este respecto residen en que las ranuras de los segmentos se ensanchan por el desgaste y la holgura se agranda. Por eso se alza el segmento de su superficie de apoyo en el pistón y oscila sobre todo partiendo de las puntas de las junturas. El resultado es la pérdida de la capacidad sellante del segmento del pistón y el elevado consumo

de aceite. Este fenómeno se m ­ anifiesta especialmente durante el ciclo de aspiración cuando los movimien­tos ascendentes y descendentes del pistón y el vacío generado en la cámara de combustión alzan los segmentos fuera de la base de la ranura y el aceite fluye entonces por el lado trasero del segmento y penetra en la c­ ámara de combustión. La presión de la cámara de combustión comprime los segmentos en el flanco inferior ­durante los tres ciclos restantes.

Segmentos de pistones | 37

1.6 | Funciones y propiedades

Movimiento radial Los segmentos en realidad no se mueven radialmente en vaivén sino el p ­ istón efectúa – a causa del movimien­to de inversión dentro del agujero del cilindro – un cambio de colocación de una pared del cilindro a la otra. Esto­ocurre tanto en el punto muerto­ ­superior como en el inferior. De ahí proviene el movimiento radial del segmento dentro de la ranura. Esto ocasiona la destrucción de la capa carbonizada de aceite que se está formando (sobre todo en el caso de los segmentos trapezoidales) y también la rotación del segmento en correlación con el bruñido en cruz. Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Retorcimiento del segmento Las fuerzas de inercia, la retorsión del segmento y la holgura provocan un movimiento del segmento como lo muestra la figura. Ya hemos mencionado en el capítulo 1.5.6 Formas abombadas de las superficies de fricción que los segmentos de los pistones se abomban con el transcurso del tiempo cuando no fueron fabricados con dicha forma.

38 | Segmentos de pistones

Montaje y servicio | 2

2.1 Evaluación de los componentes automotrices usados Como parte integrante de un sistema de selladura formado por el pistón y sus segmentos, el cilindro y el aceite motriz, los segmentos sólo pueden cumplir bien sus tareas en la medida en que el resto de los componentes lo permitan. Si el grado de eficacia de un componente que sella se reduce debido al desgaste, disminuirá en consecuencia el grado total de efectividad del sistema de selladura. La reutilización de conjuntos deslizantes (pistón y cilindro) que ya han sido rodados debería ser ponderada concienzudamente. El sistema de selladura funcionará tan bien como lo haga el componente más débil del conjunto. Por ello, no es recomendable e incluso es inútil el intento de reacondicionar un motor cambiándole únicamente los segmentos del pistón. Si los segmentos están desgastados, se puede partir de la base de que los conjuntos deslizantes también lo estarán. El cambio de segmentos reutilizando un pistón o una camisa del cilindro desgastados no aportará los resultados deseados. Intentar solucionar así problemas, como la pérdida de potencia o el consumo excesivo de aceite, es una tarea sin porvenir que aportará, como máximo, resultados a corto plazo. Las causas fundamentales de estos problemas están mencionadas en el capítulo 1.6.6 Superficies de contacto de los segmentos de los pistones, entre otros.

Fig. 5

Fig. 6

Segmentos de pistones | 39

2.2 | Evaluación de pistones usados

2.2.1 Medición y evaluación de las ranuras de los segmentos Si hay que montar segmentos nuevos en un pistón usado, el factor determinante para adoptar la decisión de volver a utilizar ese pistón es la holgura vertical de los segmentos. El segmento en cuestión ha sido insertado en la ranura limpia y medido con un calibre así como lo muestra la Fig. 6 (página 39). Si hay que medir un segmento nuevo en un pistón usado, es mejor emplear el método ilustrado en la figura que montar el segmento en el pistón. El montaje y desmontaje repetido de un segmento en el pistón ocasiona ciertas veces la deformación del material del segmento lo que afecta negativamente el funcionamiento.

Advertencia La magnitud del desgaste se refiere a las aristas exteriores de la ranura que serán medida. Es decir, no debería ser posible que un calibre de espesor de 0,12 mm pueda ser insertado entre el segmento del pistón y la ranura como lo muestra la figura 2. En ­este caso se puede decir que la ranura del segmento ya está desgastada.

40 | Segmentos de pistones

0,12

Fig. 1

Holgura vertical del segmento (mm)

Utilización del pistón

0,05-0,10

El pistón puede ser usado sin inconvenientes.

0,11-0,12

Sumo cuidado es indispensable.

> 0,12

El pistón está desgastado y tiene que ser reemplazado.

Evaluación de pistones usados | 2.2

La revisión de la holgura vertical es imposible en el caso de los segmentos trapezoidales cuando están tensados y destensados. Debido a la forma trapezoidal, la holgura vertical se ajusta correctamente a la ranura sólo cuando el segmento esté comprimido a la medida del cilindro o cuando esté montado en el agujero del cilindro. Efectuar una medición en esas circunstancias es muy difícil. Por ese motivo, la prueba tiene que limitarse a la inspección visual del desgaste de la ranura (Fig. 2).

Fig. 2

Método de prueba en la producción

Medida nominal

Fig. 3

Segmentos de pistones | 41

2.3 | Evaluación de los orificios de los cilindros usados

2.3.1 Superficies deslizantes muy brillantes de los cilindros (camisas de cilindros de fundición gris) Las superficies del cilindro muy bril­lantes y lisas en donde hayan desaparecido las estrías de bruñido son el resultado del desgaste natural después de un período

de rodaje prolongado o de la suciedad y fricción mixta después de un período breve de rodaje. El hecho que hayan desaparecido todas las estrías bruñidas es un indicio certero de que el agujero del cilindro está desgastado. No vale la pena entonces volver a efectuar mediciones con los instrumentos correspondientes. Esos agujeros deberían ser renovados (camisa del cilindro) o taladrados y bruñidos otra vez.

Los sitios brillantes y localmente limitados en la superficie del cilindro después de un breve período de rodaje (la estructura bruñida ha desaparecido también en ese sector) son indicios de que se ha producido una fricción mixta en el área brillante y por eso ha aumentado el desgaste de la pared del cilindro. Las dos causas principales de donde provienen esos sitios brillantes y localmente limi­tados son.

2.3.2 Zonas brillantes limitadas localmente a causa de una deformación de la camisa del cilindro

Las causas son:

Las deformaciones del cilindro crean ovalidades en ciertos lugares dentro del agujero del cilindro (Fig. 1). En ­este sentido la ubicación del área ­lustrosa coincide con el sector en donde se ha originado la deformación. Los seg­mentos se mueven sobre estas contracciones y eliminan más material en ese sector. La falta de lubricación y la abrasión por fricción mixta ocurren cuando el pistón pasa a lo largo de esa contracción al nivel del contacto puntual con la pared del cilindro.

• Las deformaciones térmicas debidas a los sobrecalentamientos locales. La mala transmisión térmica al agente refrigerante (debida a las sucieda­des) producen esas deformaciones. • El desacatamiento de los pares pre­ scritos de apriete, el uso de anillos tóricos erróneos u otras deformaciones debidas a una distorsión. Soluciones: • Limpieza a fondo y rectificación eventual del agujero del cilindro t­ anto del tipo húmedo como seco. • Acatamiento absoluto de las normas de apriete en el caso del montaje de la culata del cilindro. • Limpieza en intervalos regulares de las aletas del radiador de los cilindros enfriados por aire.

Fig. 1

• Certeza de que el sistema refrigerante funciona de acuerdo con lo prescrito (velocidad circulatoria, limpieza). • Uso de las empaquetaduras prescritas (mediciones, composición del material).

42 | Segmentos de pistones

Evaluación de los orificios de los cilindros usados | 2.3

2.3.3 Zonas brillantes y pulidas en el sector superior del cilindro (bore polishing) En el sector superior de la superficie del cilindro por donde pasa la pared de fuego (Fig. 2) hay sitios pulidos. El motivo reside en los sedimentos duros ad­heridos a la pared de fuego que han ­sido ocasionados por una combustión irregular o la mala calidad del aceite o las bajas temperaturas de la combustión debidas a las fases frecuentes de marcha en ralentí o del funcionamiento con carga parcial. La capa carbonizada de aceite (Fig. 3) causa un desgaste abrasivo de la pared del cilindro, estro­pea la película de aceite, ocasiona una fricción mixta, eleva el desgaste de los segmentos del pistón y aumenta, en consecuencia, el consumo de aceite. Soluciones: • Funcionamiento del motor de a ­ cuerdo con lo prescrito. • Uso de aceites cuya calidad c­oincida con la prescrita. • Uso de aceites cuya calidad ­coincida con la prescrita. • Mantenimiento, inspección y ajuste del sistema de inyección de acuerdo con lo

Fig. 2

prescrito.

Fig. 3

Segmentos de pistones | 43

2.3 | Evaluación de los orificios de los cilindros usados

2.3.4 Desgaste de las superficies deslizantes de los cilindros Este tipo de desgaste (Fig. 1) sobreviene después de un largo kilometraje al nivel de los impactos basculantes del punto muerto superior e inferior. En ese sector se reduce la velocidad con que se mueve el pistón y éste llega al punto de inversión o hasta se inmoviliza por breve tiempo. Eso merma el efecto lubricante porque el segmento no puede seguir nadando durante un lapso breve en la película de aceite hacia la pared del cilindro por la falta de veloci­dad relativa y establece entonces un contacto metálico con dicha pared. Para explicar este fenómeno hay que imaginarse el esquí acuático.

Fig. 2

44 | Segmentos de pistones

El esquiador se hundiría en el agua tan pronto el capitán disminuyera la velocidad de la lancha y ésta fuera insuficiente para mantenerlo en pie sobre los esquíes. Este tipo de desgaste es más intenso en el sector en donde se invierte el segmento y se sitúa cerca del punto muerto superior del pistón (por motivos constructivos) pues la superficie del cilindro está expuesta en ese sector a la combustión y por eso se perjudica la lubricación. Este tipo de desgaste es más intenso en el sector en donde se invierte el segmento y se sitúa cerca del punto muerto superior del pistón (por motivos constructivos) pues la superficie del cilindro está expuesta en ese sector a la combustión y por eso se perjudica la lubricación.

Tipo de construcción del motor

Límite del desgaste de la superficie del cilindro “X”

Motores de gasolina

≥ 0,1 mm

Motores diesel

≥ 0,15 mm

X

Fig. 1

Fig. 3

Las figuras 2 y 3 muestran lo que sucede cuando se monta un pistón nuevo en un agujero desgastado del cilindro. Debido a que el pistón nuevo está intacto y sus segmentos tienen todavía aristas afiladas, ellas golpearán la arista de desgaste del cilindro durante el funcionamiento. El incremento desmesurado de las fuerzas mecánicas, el gran desgaste y la oscilación de los segmentos del pistón junto con un consumo elevado de aceite son las consecuencias.

Evaluación de los orificios de los cilindros usados | 2.3

2.3.5 Geometría y redondez de los cilindros El requisito esencial para que el pistón selle óptimamente es la geometría ­per­fecta del cilindro. Los problemas de selladura de los segmentos de los ­pistones provienen de las divergencias

Clasificación de las ovalidades del cilindro

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

de la forma del cilindro, las ovalidades, los errores de medida y las deformaciones de los agujeros del cilindro. Esos problemas incrementan el flujo de aceite en el cilindro, aumentan la ­expulsión de los gases de pase “blow by” y causan complicaciones de índole térmica y de potencia. Todo eso se manifiesta posteriormente en el desgaste prematuro y hasta en daños en los pistones.

Las ovalidades geométricas se clasifican por orden jerárquico. Un orificio perfecto del cilindro exento de ovalida­des o formas divergentes en sentido axial equivale a una rectificación de primer orden (Fig. 4). Los orificios ovales debidos a menudo a una mala mecani­zación o una disipación térmica deficiente son deformaciones de segundo orden (Fig. 5). Las ovalidades triangulares de tercer orden (Fig. 6) son por el resultado de un solapamiento de las deformaciones de 2do. y 4to. orden. Las de 4to. orden (Fig. 7), o sea, las cuadradas son causadas generalmente por las deformaciones ocasionadas al apretar los tornillos en la culata del cilindro. La magnitud de la deformación puede fluctuar entre cero y algunas centésimas de milímetros. Las deformaciones que superen más de una centésima de m ­ ilímetros (0,01 mm) pueden exceder la tolerancia debido a las holguras al efectuar el montaje del pistón o el juego permitido durante el funcionamiento de éste. Los segmentos sólo pueden sellar con seguridad ovalidades leves de segundo orden, es decir, el agujero del cilindro deformado levemente que haya adoptado una forma trapezoidal en sentido axial. Las deformaciones de 3er. y 4to. orden ocasionadas al apretar los tornillos y/o por una mala mecanización limitan rápidamente la capacidad de los segmentos para sellar.

El problema de la mala hermetización se agrava más con los orificios ovalados de los cilindros, sobre todo en el caso de las construcciones nuevas de pistones cuyos segmentos se hallen a una altura de un milímetro aproximadamente o incluso menor. La reducción constructiva de las alturas de dichos segmentos sirve para disminuir las pérdidas de fricción dentro del motor y, en consecuencia, para disminuir el consumo de carburante. La disminución de las superficies de apoyo de esos segmentos en la pared del cilindro precisa una tensión menor. De lo contrario sería excesiva la presión superficial específica de los segmentos y empeorarían las propiedades tribológicas. Esa disminución constructiva de la tensión de los segmentos no produce efectos negativos en las geometrías correctas. Los segmentos sellarán excelentemente, causarán pérdidas escasas de fricción y disfrutarán de una larga vida útil. En el caso de los cilindros ovalados y deformados, la tensión insuficiente impide que los segmentos se adapten a la pared del cilindro, o sólo se ajusten lentamente, motivo por el cual no pueden cumplir su función sellante de manera óptima.

Segmentos de pistones | 45

2.3 | Evaluación de los orificios de los cilindros usados

2.3.6 Causas de ovalidades y deformaciones de los orificios de los cilindros

lados, a causa de aletas del ­radiador

Las causas de las ovalidades y las deformaciones pueden ser las siguientes:

térmica dentro de ese sector y deforman

nización demasiado elevadas o por el

el cilindro.

uso de herramientas erróneas al efec-

• Deformaciones debidas a una disipación térmica deficiente por averías en el sistema de circulación del agente refrigerante, o, en el caso de motores venti-

• Deformaciones térmicas de tipo cons-

sucias o aceitadas excesiva­mente y/o

tructivo que resultan de dilataciones

problemas de ventilación. Los sobreca-

diferentes cuando el motor está en

lentamientos locales en la superficie del cilindro incrementan la dilatación

• Deformaciones térmicas de tipo constructivo que resultan de dilataciones

marcha. • Ovalidades por las presiones de meca­

tuar el bruñido. • Deformaciones del cilindro por inexacti-

diferentes cuando el motor está en

tudes de forma y aprietes de tornillos

marcha.

que divergen de los pre­scritos.

A

La figura muestra una deformación del cilindro del 4to. orden que resulta frecuentemente por motivos de construcción del apriete de los tornillos de la culata (aunque ellos hayan sido hecho atornillados según los pares prescritos).

1.

1. Fuerza de los tornillos de fijación en la culata del cilindro

2.

A

2. Fuerza de la presión de la culata y de la junta

A

A

3. Deformación del cilindro (represen- tada de manera muy exagerada)

4.

A-A Fig. 1

46 | Segmentos de pistones

3.

Evaluación de los orificios de los cilindros usados | 2.3

2.3.7 Rectificación de los orificios de los cilindros usados Suele suceder en la práctica al cambiar un pistón o sus segmentos que se usen cepillos o piedras de bruñido bajo p ­ resión de resorte (Fig. 2 y 3). Eso tiene poco que ver con el bruñido. La superficie deslizante del cilindro más o ­menos desgastada es simplemente limpiada y durante ese proceso se vuelve levemente rugosa. Pero ese método no optima la geometría del ­cilindro. Debido a que los cuerpos rectificadores están bajo presión de resorte, ellos ­seguirán imitando con exactitud cada deformación sin optimar la geome­tría del cilindro. La escasa presión de apriete impide que se formen rugosida­des con una profundidad razon­able que contribuyan a mejorar el efecto ­lubricante. Los nuevos segmentos s­ erán un poco más resistentes a la ­fricción y ellos podrán adaptarse por eso más ­rápidamente a la pared del c­ ilindro. Es imposible eliminar entonces las ­huellas de desgaste existentes en el cilindro ni optimar su superficie. De acuerdo a la experiencia, si los segmentos de los pistones están desgastados, la pared del cilindro también estará deteriorada igualmente. El hecho de que el agujero del cilindro luzca ­mejor es tan sólo el resultado de una mera operación cosmética que no equivale a un método adecuado para reacondicionar o reparar.

Fig. 2

Fig. 3

Segmentos de pistones | 47

2.4 | Montaje de pistones y sus segmentos

Los problemas y daños más graves que afectan a los segmentos de los pistones son causados durante el montaje. Los segmentos tienen entonces que soportar el máximo esfuerzo mecánico. El mal montaje repercute negativamente en la forma y en la distribución radial del segmento definidas durante la producción. En consecuencia, la selladura requerida no funcionará en absoluto o sólo lo hará parcialmente. Un segmento debe ser expandido sola­ mente hasta que el diámetro interior pueda rozar el diámetro exterior del pistón. Más expansión conduciría a la flexión del segmento sobre todo en su dorso (Fig. 2) de donde surgirían graves problemas cuando esté montado porque sellará mal.

Fig. 1

Las roturas, los desprendimientos de capas (sobre todo en los segmentos rellenados con molibdeno), las escasas fuerzas de apriete en el dorso del segmento hasta los inters­ticios en forma de hoz (Fig. 4) son problemas que perjudican o anulan el funcionamiento de los segmentos.

Advertencia No hay que torcer jamás los segmentos de los pistones para incrementar la tensión. Al separar las puntas de las junturas del segmento, éste se dobla sólo en el dorso. La tensión en el segmento no puede aumentar por ese motivo. Al contrario: El segmento pierde su redondez y no puede sellar bien si se comba o se tuerce demasiado. Fig. 2

48 | Segmentos de pistones

Montaje de pistones y sus segmentos | 2.4

2.4.1 Montaje y desmontaje de segmentos de pistones Limpie a fondo las suciedades adheridas al pistón usado. Fíjese sobre t­ odo en que las ranuras de los segmentos estén exentas de aceite ­carbonizado y de suciedades. Limpie si es preciso los orificios de drenaje de aceite con un taladro u otra herra­mienta apropiada. Procure que no se dañen los flancos de las ranuras al eliminar el aceite carbonizado. El flanco inferior de la ranura es una superficie que sella. Los daños que ocasionan las rayas pueden tener como consecuencia un elevado consumo de aceite o una emisión desmesurada de gases de pase cuando el motor esté funcionando. Use la tenaza para segmentos al efectuar el montaje y desmontaje de éstos. Otros medios auxiliares como los bucles de alambre o los atornilladores dañan el segmento y también el pistón. No apriete jamás los segmentos manualmente (excepto los segmentos rascadores de láminas de acero). No sólo existe el peligro de que se rompa el segmento o de que se doble y se sobredilate, sino se corre también el riesgo de que la persona s­ ufra lesiones cuando se quiebre el segmento o ella roce las aristas afiladas.

Fig. 3 Advertencia Apretar el segmento del pistón deprisa y manualmente sin que éste se rompa desmuestra la habilidad del mecánico, sin embargo dañará el segmento del pistón ya durante el montaje.

Maletín plástico para montaje de segmentos Referencia 50 009 913

Segmentos de pistones | 49

2.4 | Montaje de pistones y sus segmentos

No monte jamás el segmento del pistón de la manera indicada en la (Fig. 1). Si el segmento se dobla y no yace de manera plana en la ranura dejará de girar en ella y se desgastará unilateralmente o no sellará bien. El problema es más grave todavía cuando el segmento se desconcha o cuando se quiebra la capa de molibdeno. Si la capa deslizante no ha desaparecido ya al efectuar el montaje, ella será eliminada posteriormente durante el rodaje del motor. El pistón y la superficie del cilindro se ­dañan cuando se desprende la capa deslizante. El pistón se agarrota en el agujero del cilindro porque los ­g ases calientes de la combustión ­pasan entre el pistón y la pared del cilindro. Las partículas desprendidas de la capa dañan las superficies del pistón y del cilindro. Evite los montajes y desmontajes ­innecesarios de los segmentos del pistón. Los segmentos se doblan un poco cada vez que son montados. No vuelva a desmontar los segmentos de un pistón premontado para controlar, p.ej. sus medidas. Acate el orden prescrito para montar los segmentos. Monte primero el segmento rascador de aceite, luego el segundo segmento de compresión y después el primer segmento de compresión. Fíjese en las marcaciones. “Top” significa que este lado debe estar situado en la parte superior mirando hacia la cámara de combustión. Si usted no está seguro o no existe la marcación “top”, monte entonces el segmento con la inscripción hacia arriba. “Top” no significa que se trata del primer segmento de compresión.

50 | Segmentos de pistones

Fig. 1

Fig. 2

Montaje de pistones y sus segmentos | 2.4

Verifique si los segmentos pueden girar con libertad en las ranuras

Fig. 3



Verifique si el segmento desaparece en el perímetro total de la ranura. Es decir, la superficie de fricción del segmento no debe sobresalir de la falda del pistón. Eso es importante pues si falta la holgura básica en la ranura – porque no es el segmento correcto o la base de la ranura se ha carbonizado – dicho segmento no funcionará bien. Fig. 4



Fig. 5

Fíjese al efectuar el montaje de los segmentos rascadores de aceite de dos piezas en la posición de los resortes en espiral (Fig. 6). Los extremos del resorte en espiral tienen que estar siempre diametralmente opuestos a la juntura del segmento.

Fig. 6

Segmentos de pistones | 51

2.4 | Montaje de pistones y sus segmentos

En el caso de los segmentos de tres piezas es indispensable que el resorte expansor esté en la posición ­correcta para que ellos puedan r­ ascar bien el aceite (Fig.1 und 2). En el caso de los pistones con segmentos premontados hay que verificar también la posición de los resortes expansores antes de montar el pistón. Los extremos de los resortes están destensados durante el transporte y pueden resbalar y quedar superpuestos. Las dos marcaciones a color en los extremos de los resortes tienen que ser visibles (Fig. 3). Si las marcaciones no son visibles, los resortes se solaparán y el segmento no funcionará. Todas las junturas del segmento rascador de aceite de tres piezas – compuesto de dos láminas de acero y el resorte expansor – tienen que estar giradas en 120 ° las unas respecto a las otras.

Fig. 1

Fig. 3

Gire las junturas de los segmentos en el pistón montado de manera que ellas se encuentren a unos 120 ° las unas de las otras. Eso ayuda al pistón o a los segmentos a la hora de arrancar el motor. El motivo: La compresión es un poco más reducida al arrancar el motor porque los segmentos del pistón no han rodado todavía. Al torcer las puntas de las junturas las unas con las otras se impide la generación de demasiados gases de pase que afecten el arranque cuando el motor sea encendido.

Fig. 4

52 | Segmentos de pistones

Fig. 2

Montaje de pistones y sus segmentos | 2.4

2.4.2 Colocación de un pistón en el agujero del cilindro Limpie a fondo la superficie de contacto del bloque motriz para que no queden residuos de juntas en el caso de que ésta no hubiera sido rectificada durante el reacondicionamiento. Limpie a fondo las suciedades, el aceite y el agente refrigerante que puedan contener los agujeros roscados. Haga todos los trabajos de limpieza antes de montar el pistón en los agujeros del cilindro. Humedezca todas las superficies del pistón con aceite nuevo para motores. No olvide humedecer el bulón y el cojinete de pie de biela. Verifique la dirección de montaje del pistón (marcaciones en la cabeza del pistón y en las cajas de las válvulas). Limpie otra vez con trapos el agujero del cilindro y humedézcalo también con aceite motriz. Controle la banda sujetadora de segmentos del pistón para ver si está dañado o abollado y arréglelo o cambie la herramienta dado el caso. Asegúrese al montar el pistón que la banda sujetadora o el casquillo cónico de montaje estén colocados de manera plana en la superficie de contacto de la culata del cilindro.

Fig. 5

Fig. 6

Segmentos de pistones | 53

2.4 | Montaje de pistones y sus segmentos

Es innecesario ejercer una fuerte presión para montar el pistón. Es indispensable controlar la banda sujetadora cuando el pistón no quiera resbalar en el agujero del cilindro. No coloque la abertura de la banda de manera que ésta coincida con las puntas de las junturas de los segmentos. No monte el pistón en el motor sin utilizar las herramientas pertinentes (corre el peligro de sufrir lesiones o de que se rompan los segmentos). Si usa el mango de un martillo para efectuar el montaje, sólo el peso propio del martillo debe posarse en la cabeza del pistón. Jamás use el martillo para introducir con violencia el pistón en el agujero del cilindro. En ese caso, si los segmentos no se han roto ya durante el montaje, pueden doblarse y no cumplirán bien su tarea. Un montaje efectuado con violencia no sólo daña los segmentos sino también el pistón. Particularmente en el caso de los pistones de los motores de gasolina. La pared de fuego o los labios del segmento son muy delgados y se quiebran con facilidad al golpearlos. La pérdida de potencia y las reparaciones prematuras (y caras) son las consecuencias. Evite que caigan suciedades y arena dentro del agujero del cilindro después de que el pistón haya sido montado. Coloque o introduzca trapos limpios sobre los agujeros o dentro de ellos para evitar que penetren las suciedades. Especialmente cuando trabaje en un entorno polvoriento y/o al aire libre.

F

Fig. 1

Fig. 2

54 | Segmentos de pistones

Puesta en marcha y primer rodaje del motor | 2.5

2.5.1 Generalidades Cuando se habla del rodaje del motor, se piensa normalmente en todas las piezas móviles que tienen que adaptarse entre sí. Eso es en principio cor­recto y atañe particularmente a los segmentos de los pistones. Los segmentos son las piezas que más esfuerzos tienen que soportar debido a la función que cumplen. Ellos no sólo se adaptan a la superficie del conjunto sino tienen que sellar también perfectamente. Los segmentos de los pistones son por ese motivo las piezas que más se benefician cuando el primer rodaje ha sido efectuado según lo prescrito. Todas las piezas alimentadas con aceite a presión no tienen que soportar tantos esfuerzos durante el primer rodaje como los segmentos del pistón. Los clientes y los técnicos suelen diver­gir en cuanto respecta a la puesta en marcha y el primer rodaje de los motores reacondicionados. Unos opinan que es necesario un rodaje de unos 500 hasta 1.500 km, otros en cambio lo consideran innecesario. La última opinión resulta de las declaraciones de algunos fabricantes de motores que afirman que un rodaje especial no es indispensable. Ambas opiniones son correctas y justificadas. No obstante hay que ­hacer una diferencia entre los motores nuevos y los reacondicionados. Fig. 3

Segmentos de pistones | 55

2.5 | Puesta en marcha y primer rodaje del motor

2.5.2 Primer rodaje de motores nuevos Los motores nuevos se fabrican hoy en día de acuerdo con los más modernos métodos de producción. Los conjuntos deslizantes se fabrican en la actualidad con tal exactitud que, lo que antes normalmente se lograba durante el período del primer rodaje del motor, hoy se anticipa mediante procesos de fabricación especiales. Ese resultado ha sido obtenido mediante los procesos especiales de fabricación (p.ej. de las superficies de deslizamiento de los cilindros) y mediante la mecanización sumamente precisa de los demás conjuntos deslizantes. Se trata esencialmente de los métodos de lapeado para liberar las superficies de rebabas e irregularidades que surgen durante la mecanización de las piezas. Anteriormente los conjuntos deslizantes tenían que efectuar este proceso de adaptación sincronizándose entre sí durante el período del primer rodaje. Pero eso significaba una pérdida de material considerable. Los segmentos de los pistones, por ejemplo, perdían ya desde las primeras horas de estar funcionando gran parte de sus reservas contra el desgaste. Justamente en la época actual caracterizada por la batalla para ahorrar cada miligramo de las emisiones contaminantes, los motores están concebidos desde el principio de tal manera que no sobrepasen los valores de consumo de combustible ni los límites de las emisiones nocivas.

En la actualidad es impensable en el área de la construcción moderna automotriz rodar por primera vez un motor cuyas superficies deslizantes tengan que desgastarse excesivamente por la fricción a fin de que ellas se adapten e ­ ntre sí. Los automovilistas esperan al fin y al cabo que la potencia motriz se multiplique más de la que hace 25 años era considerada como óptima. De todas maneras un vehículo nuevo tiene que absolver pruebas maratonales de arranque en frío hasta que haya pasado por los diferentes centros de logística y transporte. No es raro que un motor tenga que soportar hasta 150 arranques en frío sin alcanzar en el entretanto la temperatura de servicio. Piense además en este respecto a los embarques hacia otros países y continentes. Un motor cuyo primer rodaje tuviera que ser efectuado todavía arrancaría mal en dichas circunstancias.

Fig. 1

56 | Segmentos de pistones

Otro motivo para imponer normas más tolerantes de primer rodaje para los vehículos nuevos reside en que ellos apenas pueden alcanzar sus límites máximos de potencia a causa de la densidad del tráfico. Actualmente es imposible que un vehículo alcance la ­velocidad máxima o la potencia nominal del motor durante un tiempo prolonga­do incluso en las autopistas con límites irrestringidos. En el pasado, un automovilista al volante de un vehículo de 30 kW que condujera a la velocidad máxima lograba sin problemas que el motor funcionara a pleno régimen y por un tiempo prolongado a lo largo de las carreteras normales.

Puesta en marcha y primer rodaje del motor | 2.5

2.5.3 Primer rodaje de motores rectificados o reparados A diferencia de los motores nuevos, los reacondicionados a los que se les hayan montado camisas nuevas de cilindros o que se les hayan taladrado y bruñido agujeros hasta la próxima sobremedida sí requieren un período de primer rodaje. Las empresas de rectificación no pueden trabajar siempre con tanta precisión y pulcritud en comparación con la producción primaria en los tal­leres de los fabricantes originales (dependiendo por supuesto de su parque de máquinas y de su equipamiento). Los motores usados no se transforman en nuevos al reacondicionarlos. Es frecuente que se combinen piezas y motores nuevos y usados por motivos económicos de manera inconsecuente y completamente descuidada. Tanto más importante es entonces el primer rodaje cuando los agujeros, las culatas o los cigüeñales sean remecanizados. A menudo es imposible alcanzar los mismos parámetros de mecanización en la práctica que en la producción primaria pues no se conocen con frecuencia los valores o las máquinas disponibles sólo permiten efectuar mecanizaciones estándar. Por esos motivos es indispens­able acatar los reglamentos de primer rodaje prescritos para los motores rea­condicionados mencionados más adelante.

Fig. 2

Segmentos de pistones | 57

2.5 | Puesta en marcha y primer rodaje del motor

2.5.4 Reglamentos para el primer rodaje de motores reacondicionados • Efectúe siempre el primer rodaje del motor en una carretera o en un banco de prueba. • No cargue plenamente el vehículo. • Cambie constantemente las velocidades del motor hasta un máximo de 2/3 de las rpm máximas. • Cambie las velocidades ininterrumpidamente al conducir; evite regímenes bajos; no force las marchas. • Evite las subidas prolongadas en montañas (demasiada carga). • Evite las bajadas prolongadas en montañas (muy escasa carga y mal régimen de desaceleración). • No use dispositivos para frenar el motor. • No conduzca en autopistas ni a la máxima velocidad. Evite los viajes en trayectos con embotellamientos. • Los viajes interurbanos y la libre circulación son factores ventajosos. No conduzca en la ciudad cuando haga mucho calor o en las horas punta con muchas paradas a causa de semáforos en rojo que obliguen a pasar ­mucho rato en espera para poder continuar la marcha.

Advertencia La marcha en ralentí durante muchas horas es absolutamente nefasta para el motor. Un motor en ralentí no logra efectuar su primer rodaje. Todo lo contrario. Incluso puede sobrevenir una avería. Los cojinetes y el pistón se lubrican mal a causa de la marcha en ralentí. Es dudoso que funcione el sistema de lubricación porque la bomba impele poco aceite a la velocidad de ralentí. El flujo de aceite a través de los cojinetes se minimiza justamente en el peor momento imaginable. Precisamente en

58 | Segmentos de pistones

Advertencia Los vehículos nuevos están sujetos a los reglamentos de primer rodaje. Lo mismo es aplicable a los motores reacondicionados. Hay que efectuar el primer rodaje del motor en una carretera si el taller no dispone de un banco de pruebas para hacerlo con un programa definido de primer rodaje.

Es indispensable controlar permanentemente el nivel de aceite durante la fase del primer rodaje El consumo de aceite puede aumentar durante la fase del primer rodaje. Es aconsejable echarle un vistazo al nivel de aceite al cabo de 50 hasta 100 km y rellenarlo si es necesario. Hay que ­seguir controlando el nivel de aceite al cabo de trayectos cortos si éste desciende de manera notoria según lo que indique la varilla de medición. No s­ obrellenar.

ese instante falta el aceite necesario para la lubricación y el enfriamiento debido a que las piezas durante las fases de adaptación producen elevadas temperaturas por la fricción. Los canales de alimentación de aceite y los tubos no se ventilan ni limpian bien debido a la falta de flujo de aceite. Las abrasiones metálicas, los residuos de las suciedades provenientes del reacondicionamiento o los daños previos dentro del sistema de alimentación de aceite no son limpiados

Cambio de aceite al cabo de 1.000 km A pesar de que los motores modernos de los vehículos de fábrica no necesitan desde hace tiempo que se les cambie el aceite después de los primeros 500 hasta 1.000 km, no obstante es recomendable hacerlo en el caso de los motores reacondicionados. El motivo reside en que no siempre han sido sustituidas o reacondicionadas todas las piezas sujetas a desgaste. Hay que eliminar en el sistema lubricante la sucie­dad excesiva derivada de los daños motrices o limpiar los diversos compo­nentes que estén cubiertos del polvo proveniente de la rectificación o retirar las abrasiones metálicas ocurridas durante las fases del primer rodaje en virtud del cambio de aceite con un filtro.

suficientemente en los cojinetes de fricción y de la pared del cilindro. El motor permanece en el punto de primer rodaje ocasionando ahí más desgastes. Tampoco hay que olvidar el sistema de combustible. Es indispensable que los motores diesel con inyectores nuevos o reacondicionados sean limpiados a fondo. Sin embargo, el volumen de combustible inyectado durante la marcha en ralentí es bastante escaso. Si la aguja de la tobera funciona mal no se abrirá o no se inyectará suficiente combustible.

Problemas de selladura y huellas de desgaste | 2.6

2.6.1 Marcha ladeada del pistón La biela se dobla o se tuerce con frecuencia debido a los daños que ha s­ ufrido el motor. Si al efectuar el reacondicionamiento no se controla la paralelidad de los pies grandes y pequeños de la biela, o ella no está en posición recta, el pistón se ladeará dentro del agujero del cilindro (Fig. 1). Los segmentos de los pistones no circularán en el agujero del cilindro sino adoptarán una forma elíptica como lo ilustra la Fig. 2. Entonces sobrevendrán serios problemas para sellar. Los segmentos se hallarán en un lado del cilindro en la arista inferior y en otro lado en la arista superior. El segmento se abombará muy pronto aunque pueda girar aún en la ranura. Este abombamiento sobrepasará considerablemente el requerido de manera que la película lubricante se volverá sumamente espesa e imposibilitará que el aceite sea rascado óptimamente. El movimiento ladeado del pistón surtirá un efecto de bombeo en los segmentos que aumentará el flujo de aceite en la cámara de combustión.

Fig. 2

Es frecuente que los segmentos de los pistones no puedan girar y reboten en la elipsis. Eso provoca un desgaste irregular y radial que suele romper los segmentos.

Fig. 1

Segmentos de pistones | 59

2.6 | Problemas de selladura y huellas de desgaste

2.6.2 Orificio ovalado En los cilindros con orificios ovalados la baja tensión del segmento hace que los segmentos se adapten muy lentamente a la pared del cilindro o no lo hagan en absoluto, por lo que no podrán cumplir con la función sellante prescrita.

2.6.3 Segmentos atascados y dificultades rotatorias Los problemas de selladura surgen a menudo cuando los segmentos de los motores de cuatro tiempos no pueden moverse libremente en las ranuras. Los daños en los pistones y en los cilindros están preprogramados (sobrecalentamiento y gripado del pistón). Los segmentos trapezoidales son menos propensos a quemarse o a bloquearse en las ranuras gracias a su diseño (lea el capítulo 1.3.1 Segmentos de compresión).

Fig. 1

60 | Segmentos de pistones

Motivos para bloqueos de segmentos y posibilidades para impedirlos • Los segmentos no deben atascarse axialmente en las ranuras. La planei­dad de los segmentos es indispens­able. Hay que evitar en todo caso que los segmentos de los pistones se doblen cuando sean montados (lea el capítulo 2.4.1 Montaje y desmontaje de segmentos de pistones). • Las ranuras tienen que adaptarse a las dimensiones del pistón. • Las ranuras de los segmentos tienen que estar exentas de suciedad u otros sedimentos (Fig. 3). • El aceite motriz tiene que contar con la especificación prescrita por el fabri­cante. El aceite erróneo propicia la carbonización y la adhesión de los segmentos en sus ranuras. • No usar aceites vegetales ni otros combustibles alternativos para que funcione el motor. • No usar bielas dobladas para evitar que los pistones se ladeen en los agujeros de los cilindros.

Problemas de selladura y huellas de desgaste | 2.6

2.6.4 Suciedad La suciedad que penetra en el motor es una de las causas más frecuentes para que éste y sus segmentos se desgasten prematuramente. Los daños por suciedad tienen dos causas principales:

Fig. 2

1era. causa La suciedad penetra en cámara de combustión con el aire del sistema de aspiración. Eso suele ocurrir cuando el mantenimiento del filtro de aire sea hecho de manera descuidada. O cuando el motor haya funcionado sin dicho filtro, o, cuando el sistema de aspiración tenga fugas y la suciedad pase por el filtro y penetre en la cámara de combustión. La suciedad contenida en la cámara de combustión penetrará también en consecuencia en las ranuras de los segmentos en donde se mezclará con el aceite y lo convertirá en una pasta abrasiva (Fig. 2). Los segmentos entonces se desgastarán verticalmente y las ranuras se ensancharán (Fig. 3). El desgaste causado por la suciedad en los segmentos de los pistones se hace sentir particularmente en

la dirección axial de los flancos de los segmentos. El segmento se desgasta en dirección radial – es decir, en la superficie de fricción – porque la fricción mixta generada es más débil que en los flancos. Un indicio frecuente de que las ranuras están sucias son las huellas de rodadura en los flancos del segmento. La suciedad compuesta por lo general de arena fina raya el flanco dejándole las huellas características cuando los segmentos giren y el pistón bascule. Las marcas de desgaste aparecen principalmente en el flanco superior del segmento porque ellos hacen contacto sobre todo con el flanco inferior de la ranura durante el funcionamiento. Ahí se podrán encontrar también huellas de rodadura (Fig. 1 y 2).

Fig. 3

Advertencia Los daños causados por la suciedad deterioran siempre en igual medida todos los agujeros del cilindro, salvo en algunos casos excepcionales, principalmente cilindros que comparten un tubo de aspiración o un puente de aspiración. Esto concierne en cualquier caso a todos los agujeros del cilindro que comparten un tubo o un puente de aspiración. En lo que respecta a los agujeros contiguos del cilindro alimentados por el mismo tubo de aspiración, es prácticamente imposible que la suciedad dañe a un solo agujero. Este factor es importante y debe ser tomado en consideración al efectuar el diagnóstico de averías. Si se han desgastado solamente algunos cilindros y puede ser descartada una fuga en el tubo de aspiración, la causa proviene probablemente de un desbordamiento del combustible (lea en este respecto el capítulo 2.6.5 Desbordamiento de combustible).

Segmentos de pistones | 61

2.6 | Problemas de selladura y huellas de desgaste

2da. causa El circuito de aceite contiene todavía suciedades a causa de un daño previo ­ y/o de una reparación o un reacondicionamiento mal hechos. La suciedad comienza entonces a efectuar el desgaste partiendo del cárter del cigüeñal y se extendiéndose luego a las paredes del cilindro y al pistón. Las ­impurezas llegan también a todos los cojinetes del motor pasando a través de los circuitos sucios de aceite. El filtro se encarga de colar el aceite pero el circuito de lubricación no suele q ­ uedar pulcro. La suciedad que contiene el lado del circuito de aceite se incrustra en los cojinetes y ocasiona ahí un desgaste prematuro o provoca averías. Cuando ocurre una avería motriz, es frecuente que el filtro de aceite se haya obstruido tanto por la fricción que abra la válvula bypass. El aceite no filtrado llega entonces a los puntos de lubricación. Este hecho se toma en consideración en la concepción del motor para evitar graves averías motrices debidas a la pérdida total de aceite en los cojinetes. Es frecuente que queden aún grandes cantidades de suciedad en el radiador de aceite y en sus tuberías después de que el motor haya sufrido una avería. Por ese motivo es una irresponsabilidad empalmar un motor nuevo o reacondicionado con un radiador de aceite sucio y poner luego el motor en marcha. Esos motores no sobrevivirán a menudo y no absolverán siquiera la prueba de primer rodaje a causa de los cojinetes dañados.

62 | Segmentos de pistones

Fig. 1

Fig. 2

Advertencia Si un radiador de aceite está sucio a causa de una avería motriz, el hecho de limpiarlo no aportará a menudo resultados promisorios. En ese caso es recomendable instalar un radiador nuevo de aceite a fin de descartar el riesgo de averías debidas al empleo de uno usado.

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2.6.5 Desbordamiento de combustible Aparte de las averías ocasionadas por la suciedad, por otros daños y por el desgaste, la segunda causa más frecuente que daña a los segmentos de los pistones son los desbordamientos de combustible. El desbordamiento del combustible afecta también gravemente la película de aceite en la pared del cilindro pues los segmentos metálicos del pistón friccionarán entonces dicha pared y ellos perderán entonces con gran rapidez su espesor radial a causa del roce. El contacto metálico de los segmentos del pistón con la pared del cilindro (Fig. 4) debe establecerse sólo brevemente y en casos excepcionales (p.ej. al arrancar en frío) y no debe ocurrir­ durante el funcionamiento r­ estante del motor. La vida útil de los pistones, sus segmentos y los agujeros de los cilindros se ve afectada sumamente y se acorta de manera dramática. Los conjuntos deslizantes en estado normal están separados metálicamente por una película de aceite (Fig. 3). La película de aceite tiene que ser entonces más espesa que las irregularidades en las superficies de los conjuntos deslizantes. Los problemas de combustión suelen ocasionar la acumulación y la condensación del combustible en la pared del cilindro cuando el motor esté funcionando. La película de aceite se diluye o desaparece. La fricción mixta generada desgasta totalmente los segmentos de los pistones al cabo de unos pocos miles de kilómetros. La potencia se reduce y el consumo de aceite del motor aumenta.

Fig. 3

Fig. 4

La fricción mixta produce un gran desgaste radial en los segmentos del pistón y en la superficie del cilindro. Ese desgaste es fácil de detectarlo en los dos labios del segmento rascador de aceite. La Fig. 1 (página 64) muestra un segmento rascador de aceite nuevo y uno desgastado por la fricción mixta. Ambos labios están enteramente desgastados. El motor del que provenía el segmento ha consumido excesivamente aceite. Ese desgaste radial que no sólo aparece en los segmentos rascadores puede ser atribuido en casi todos los casos a un desbordamiento de combustible.

Particularmente cuando el desgaste no se manifieste de manera uniforme en todos los segmentos de los pistones, la causa sólo puede residir en una abrasión por fricción mixta debida al desbordamiento del combustible. Ese caso se presenta muy a menudo y comprueba que los segmentos no se han desgastado por la supuesta mala calidad del material o por una mecanización mal efectuada. Ese sería el caso si el desgaste apareciera uniformemente en todos los pistones y sus segmentos y no sólo en determinados cilindros.

Segmentos de pistones | 63

2.6 | Problemas de selladura y huellas de desgaste

El desgaste por fricción mixta causado por el combustible desbordado tiene lugar tanto en los motores diesel como en los de gasolina. Las causas principales concernientes a los motores de gasolina suelen ser los recorridos cortos (sobre todo cuando se trata de motores antiguos con carburadores usados) y las fallas de ignición. Los motores de gasolina requieren mucho más combustible para arrancar y durante la fase de rodaje en caliente que cuando están funcionando calientes. En ciertas circunstancias el combustible condensado y adherido en la pared del cilindro no puede evaporarse y se mezcla con el aceite motriz cuando el vehículo recorra frecuentemente trayectos cortos. Eso provoca la dilución del aceite y una fricción mixta debido a la pérdida de viscosidad del aceite. En los motores de gasolina ocurren también desbordamientos ocasionados por las bujías o las bobinas de ignición defectuosas pues el combustible no se enciende ni se quema. En los motores diesel se enciende la cantidad inyectada de combustible en el aire sumamente comprimido dentro de la cámara de combustión. Si falta la compresión requerida (relleno deficiente) o la calidad del combustible es mala se retardará el proceso de encendido, la combustión se efectuará de manera incompleta y el combustible líquido se acumulará en la cámara de combustión.

64 | Segmentos de pistones

Fig. 1

Otros motivos que ocasionan los desbordamientos de combustible en los motores diesel son: • Toberas de inyección defectuosas y con fugas. • Defectos en la bomba de inyección y errores de ajuste. • Tuberías de inyección mal tendidas o fijadas (vibraciones). • Errores mecánicos (tope del pistón en la culata del cilindro) ocasionados por un dimensionamiento erróneo del saliente del pistón al rectificar las superficies de contacto y por emplear juntas de culatas con espesor erróneo. • Mal relleno a causa de un filtro de aire obstruido. • Mal relleno a causa de un turbo­ compresor defectuoso o desgastado. • Mal relleno a causa de segmentos del pistón desgastados o rotos. • Mala calidad del combustible (mal autoencendido y combustión incompleta).

Advertencia Hay que diferenciar en el caso de estos tipos de averías si el desgaste sólo aparece en ciertos cilindros o si se manifiesta en todos. Las huellas de los daños en todos los cilindros tienen más bien una causa global como la mala calidad del combustible o un nivel de relleno insuficiente. En cuanto a los cilindros individuales los causantes que vienen al caso por lo general son las toberas y las tuberías de inyección, las bujías o las líneas de alta tensión defectuosas.

Problemas de selladura y huellas de desgaste | 2.6

2.6.6 Roturas Las roturas de los segmentos del pistón son el resultado de un desgaste excesivo, de la oscilación de los segmentos o de los errores cometidos al montar los segmentos. Las roturas de los segmentos del pistón durante el funcionamiento no ocurren en condiciones extremas de servicio. El esfuerzo mecánico es mucho más intenso al montar los segmentos en el pistón que durante el funcionamiento. Los segmentos tienen que soportar mucha más tensión flexora para montarlos en el pistón que al instalar el pistón completo en el cilindro. Un segmento con estructuras o materiales defectuosos se rompería tan pronto fuera montado. Si hay en el motor segmentos rotos justo después de haber reparado un pistón, éstos fueron dañados previamente o estaban rotos a causa de un mal montaje o por haber usado herramientas incorrectas.

Fig. 2

Los segmentos pueden romperse al cabo de períodos prolongados de rodaje. Esto sucede cuando el espesor de la pared se ha reducido sumamente por el desgaste. El segmento por lo general oscilará debido al fuerte incremento de la holgura vertical y no podrá resistir la carga. El segmento se romperá por lo general en muchos fragmentos.

Los segmentos no tienen forzosamente que haber sufrido una reducción del espesor del material para romperse. Si durante el funcionamiento falla la combustión, los segmentos pueden romperse sin que estén desgastados debido al gran esfuerzo que tienen que soportar. La penetración imprevista de agua o de aceite en la cámara de combustión también puede

quebrar los segmentos. Los líquidos no pueden ser comprimidos. Si el volumen de líquido supera el de la cámara de compresión, el líquido tiene que pasar entonces a la fuerza por el pistón o romperlo a él o a sus segmentos. La biela también puede doblarse o la pared del cilindro o la camisa del cilindro pueden romperse.

Segmentos de pistones | 65

2.6 | Problemas de selladura y huellas de desgaste

2.6.7 Oscilamiento de los segmentos El oscilamiento puede suceder sobre todo en los motores de gasolina cuando funcionan a media carga y a altas revoluciones. El oscilamiento significa en estos casos tanto la elevación del segmento en la superficie de apoyo del flanco inferior como la pérdida del efecto sellante del segmento debido a la merma de contacto radial con la ­pared del cilindro (colapso). Ambos factores contribuyen a la pérdida de potencia y al incremento del consumo de aceite porque perjudican o suprimen la función selladura. El oscilamiento axial es provocado la mayoría de las veces por las puntas de las junturas en el segmento. Dichas puntas tienden sobre todo a desprenderse de la superficie inferior de contacto cuando las condiciones de funcionamiento sean desfavorables debido a la posición a la que están expuestas. Las puntas de las junturas expuestas a ­vibraciones provocan oscilaciones onduladas en todo el segmento del pistón.

Advertencia Las alturas reducidas de los segmentos tienden a oscilar menos debido a que las fuerzas de inercia son menos intensas. El incremento de la presión de apriete en las puntas de las junturas contrarresta la tendencia al oscilamiento.

66 | Segmentos de pistones

Fig. 1 Las causas del oscilamiento axial de los segmentos son: • Excesiva holgura vertical de los segmentos. • Pérdida de tensión del segmento (por el desgaste) y, por lo tanto, mal funcionamiento de apriete en las puntas de las junturas, particularmente en el caso de los segmentos de pistones con distribución radial piriforme de la presión (lea también el capítulo 1.6.2 Distribución de la ­presión radial). • Contacto mecánico del pistón con la culata del cilindro debido sobre todo a errores al reacondicionar motores diesel (Fig. 1).

• Combustión detonante causada por fallas del control del motor (formación de mezcla, ignición) y por la calidad deficiente del combustible (octanaje bajo, diesel con impurezas). • Ranuras desgastadas de los pistones. • Reducido volumen de gas en la ranura básica debido a los sedimentos carbonizados en ella (motivo: temperaturas de combustión sumamente calientes) y/o cualidades insuficientes del aceite motriz.

Problemas de selladura y huellas de desgaste | 2.6

Oscilamiento radial de los segmentos Un segmento puede soltarse de la superficie del cilindro debido a una relación perturbada de las fuerzas (aumento de la presión de gas proveniente de la superficie de fricción) y causar pérdidas por fugas Fig. 2 y Fig. 1 (página 68). Los motivos son: • Segmentos desgastados (disminución del espesor radial de la pared) más la pérdida de la fuerza de apriete de los segmentos en la pared del cilindro y la disminución de la rigidez de los segmentos. • Agujeros ovalados en el cilindro y, en consecuencia, la penetración de la presión de combustión en el intersticio sellante situado entre la superficie de fricción del pistón y el intersticio del segmento. • Carrera oblicua del pistón ocasionada por bielas dobladas. El segmento realiza una carrera levemente oblicua dentro del agujero del cilindro pues se desvía. Por eso penetra más gas de combustión en el lado del cilindro en donde el pistón hace menos contacto y en el área de la pared de fuego y entre el segmento del pistón y la pared del cilindro.

P

F Fig. 2

Segmentos de pistones | 67

2.6 | Problemas de selladura y huellas de desgaste

• Desgaste abombado en la superficie de fricción del segmento del pistón ocasionado por la excesiva holgura vertical del segmento. • Aristas dañadas del segmento como consecuencia de un bruñido mal hecho (formación de capa metálica). Las aristas del segmento se han agrietado y desflecado (principalmente con segmentos de fundición simple sin superficies revestidas). El gas ha penetrado en el intersticio y alza el segmento de la superficie de fricción.

Fig. 1

68 | Segmentos de pistones

Lubricación y consumo de aceite | 2.7

2.7.1 Generalidades Los pistones, en principio, de un motor de cuatro tiempos son lubricados con aceite por barboteo y proyección del cigüeñal. Las gualderas del cigüeñal no se sumergen normalmente en el cárter de aceite. El aceite se espumaría entonces y causaría pérdidas de potencia. Conforme a lo prescrito, el aceite requerido para lubricar la pared del cilindro sale de los los cojinetes principales y los de la biela. Puesto que el cigüeñal gira, ese aceite se distribuirá gota a g ­ ota en todo el cárter del cigüeñal y ­rociará también la pared del cilindro cuando el pistón se halle en el área ­superior del cilindro.

del aceite y de las circunstancias constructivas. La película que lubrica la pared del cilindro tiene que tener un espesor de 1-3 µm a fin de obtener un efecto lubricante óptimo y un consumo reducido de aceite. Si la película lubricante es más delgada, ocurrirá una fricción mixta que desgastará

mucho las piezas; si la película es más gruesa causará generalmente un elevado consumo de aceite. Los motivos que causan películas muy delgadas o muy gruesas de aceite están mencionados en el capítulo 1.5.6 Formas abombadas de las ­superficies de fricción.

En los motores sometidos a cargas ­mayores o en aquellos cuyo aceite sale en menor cantidad de los alojamientos, se optima la lubricación de la pared del cilindro usando bielas huecas que aceitan adicionalmente dicha pared en el lado de presión del pistón (Fig. 2). Es innecesario adoptar esas medidas en los motores que tengan un sistema refrigerante por inyección de aceite para disipar mejor el calor. Con la refrigeración directa del aceite se logra que refluya suficiente aceite dentro del pistón y lubrique también por esta vía la pared del cilindro. Las gotas de aceite contenidas en la pared del cilindro tienen que ser retiradas y distribuidas por los segmentos rascadores dependiendo de la velocidad, de la presión Fig. 2

Segmentos de pistones | 69

2.7 | Lubricación y consumo de aceite

2.7.2 Aceite para motores El aceite es el componente más importante del motor. Si las piezas no se l­ ubricaran y se enfriaran con aceite, s­ ería imposible que los motores de combustión como los actuales funcionaran bien. El aceite separa los conjuntos deslizantes mediante la película de aceite y la lubricación impide que se produzca una fricción metálica que desgaste a dichos conjuntos. El aceite motriz cumple además la función de ­disipar el calor y transportar las sucieda­des que se encuentran dentro del motor.

Fig. 1

Resumen de todas las funciones importantes del aceite motriz: • Lubricación (separar las superficies móviles metálicas entre sí). • Protección contra el desgaste (de las piezas motrices móviles entre sí). • Enfriamiento (disipación térmica). • Transporte de suciedades. • Estabilidad respecto a los efectos cizalladores (p.ej. aristas afiladas de los segmentos del pistón). • Selladura de la cámara de combustión hacia el cárter del cigüeñal y los canales de aspiración y de gases de escape mediante las guías de las válvulas hacia el mecanismo de distribución por válvulas.

70 | Segmentos de pistones

• Dispersión de materiales sólidos extraños, polvo, abrasión y productos de la combustión como el hollín y las cenizas. • Protección anticorrosiva de las piezas motrices debida a los productos agresivos de la combustión mediante la formación de capas que protegen la superficie metálica. • Conservación pulcra de las piezas motrices mediante el desprendimiento de los residuos carbonizados y de los productos deteriorables del aceite motriz con jabones solubles en aceite.

• Neutralización de los productos á ­ cidos de combustión mediante la transformación química. • Transmisión de fuerzas a los tensores hidráulicos de las cadenas y a los taqués de las válvulas. • Neutralización de productos carboniza- dos e indeseados.

Lubricación y consumo de aceite | 2.7

El lubricante motriz está compuesto de un aceite básico y aditivos. Al aceite básico se le agregan aditivos a fin de optimar las propiedades lubricantes. Los requisitos exigidos al aceite resultan del contenido de los aditivos y su composición.

El proceso de combustión ocasiona la formación de ácidos y otras sustancias contaminantes que desintegran poco a poco el aceite. El fuerte efecto térmico permite además la evaporación de una parte de los componentes del aceite a baja temperatura de ebullición de manera que la composición se modifica también en ese caso. Por ese motivo no consideramos conveniente el uso de filtros finos que prometen una duración más larga del aceite sin necesidad de recambiarlo. De todos modos es necesario volver a llenar aceite y aditivos caros porque cada motor los consumirá naturalmente y se secará tarde o temprano. Por esa razón el montaje de tales sistemas adicionales no tiene mucho sentido para el dueño del vehículo desde el punto de vista de la rentabilidad.

Los aditivos surten efectos o influyen, p.ej. en: • La viscosidad y el comportamento de flujo. • El comportamiento activo de la superficie. • La capacidad de neutralización. • El comportamiento neutral respecto a los materiales que sellan. • La reducción de la tendencia a crear espuma. • La duración durante un uso prolongado, intervalos largos para cambiar el aceite. • El consumo reducido de aceite. • El consumo reducido de combustible. • La compatibilidad del combustible. • La compatibilidad medioambiental. El aceite motriz se deteriora por el envejecimiento y la contaminación. Los aditivos en el aceite se degradan y los productos agresivos carbonizados y las suciedades contaminan el aceite. El aceite envejece parcialmente por las altas temperaturas. El aceite motriz está compuesto de molé­ culas de hidrocarburos de cadena larga. La viscosidad del aceite es determinada por la longitud de las cadenas moleculares. Las cadenas moleculares largas son más viscosas que las cortas. Las cadenas largas se fragmentan por los efectos cizalladores que ocurren durante el funcionamiento del motor. Eso incide negativamente en la viscosidad y en las propiedades lubricantes. En situaciones extremas, el aceite es menos resistente y es incapaz de conservar las propiedades lubricantes deseadas.

(Nota: En algunos países se acostumbra a filtrar el aceite con trapos y a ­revenderlo posteriormente.)

Resumen: Tanto el aceite básico como los aditivos se consumen con el transcurso del tiempo de manera que el aceite debe ser cambiado de vez en cuando. Al cambiar el aceite y el filtro se eliminan y se neutralizan los productos carbonizados que son contaminantes. El aceite nuevo lubrica, limpia mejor y renueva las reservas contra todas las influencias nocivas a las que está expuesto el aceite.

Es innecesario adoptar medidas especiales extramotrices para filtrar optimamente el aceite a fin de eliminar la mayor cantidad posible de partículas sucias. El problema reside en el aceite mismo y no en las suciedades contenidas en él.

Segmentos de pistones | 71

2.7 | Lubricación y consumo de aceite

2.7.3 Consumo de aceite en general Para los expertos en la materia, el consumo de aceite significa la cantidad de lubricante que penetra a la cámara de combustión para ser quemado. Pero no significa que el aceite se escurra entre las juntas y gotee afuera en el motor. En este caso se trata de una pérdida de aceite y no del consumo de lubricante.

2.7.4 Consumo de aceite causado por el pistón, los segmentos y agujero del cilindro Consumo de aceite normal o dependiente de la construcción El aceite, proveniente del cárter del ­cigüeñal, pasa por el conjunto de pistón, segmentos y el agujero del cilindro y penetra en la cámara de combustión en donde se quema, y por lo tanto, se consume. Es normal que el motor consuma una cierta cantidad de aceite mientras esté en funcionamiento debido a la construcción del sistema de combustión y el de selladura de pistones, segmentos y agujeros de los cilindros. El aceite motriz forma una película delgada en la pared del cilindro (alrededor de 1-3 µm de espesor). Esta película está expuesta a carbonización cuando el pistón efectúe el movimiento descendente durante el ciclo de trabajo. Los gases calientes de la combustión evaporizan y queman pequeñas cantidades de aceite durante cada ciclo de trabajo, lo que se hace notorio con el ­correr del tiempo por el consumo de lubricante. La inversión del

72 | Segmentos de pistones

Principales causas que provocan un elevado consumo de aceite: • Turbocompresores defectuosos (cojinetes dañados, tubos de retorno de aceite obstruidos). • Daños en las bombas de inyección mecánicas (elementos de bombeo desgastados). • Daños en las bombas de inyección mecánicas (elementos de bombeo desgastados). • Daños en el sistema de selladura, en los pistones, los segmentos y en el agujero del cilindro (lea el próximo capítulo).

movimiento del pistón en el punto muerto superior y las fuerzas de inercia generadas proyectan el aceite de los segmentos. Esa cantidad de aceite será quemada en el próximo ciclo de trabajo. Consumo de aceite elevado o excesivo El consumo excesivo de aceite ocasionado únicamente por el sistema de selladura, el pistón, los segmentos o el agujero del cilindro hay que atribuirlo siempre a causas por las cuales los segmentos no son los responsables primarios. Si bien los segmentos de los pistones participan sin duda en esos problemas, ellos no son los causantes principales. Los motivos del excesivo consumo de aceite ocasionado porque los segmentos sellan mal son: • Segmentos desgastados (reducción de los espesores radiales y axiales de la pared). • Mal bruñido. • Desgaste abrasivo por suciedad (capítulo 2.6.4 Suciedad). • Agujeros ovalados y/o deformaciones del cilindro (lea también el capítulo 2.3.5 Geometría y redondez de los cilindros). • Pistones desgastados (ranuras) por la suciedad y el tiempo prolongado de rodaje.

Fig. 1

Nota importante: El folleto “Consumo y pérdida de aceite” que ha sido editado también en la serie “Servicio, sugerencias e informaciones” contiene más ­datos sobre este tema. • Agujeros desgastados del cilindro (ovalado, pulido, deformado). • Marcha ladeada del pistón debido a bielas dobladas (lea el capítulo 2.6.1 Marcha ladeada del pistón). • Especificación errónea del aceite. • Aceite usado y deteriorado. • ricción mixta causada por desbordamientos de carburante (lea el capítulo 2.6.5 Desbordamiento de combustible). • Oscilación de los segmentos (lea el capítulo 2.6.7 Oscilación de los segmentos). • Superficies de contacto rayadas (flancos inferiores de las ranuras) por mala limpieza de las ranuras. • Segmentos atascados en las ranuras por la suciedad, el aceite carbonizado o por segmentos doblados (manipulaciones inadecuadas). • Falta de holgura básica en la ranura debido al empleo de segmentos erróneos o a las carbonizaciones (especificación errónea del aceite). • Equipamiento erróneo de segmentos, juego vertical erróneo de los segmentos, espesor radial erróneo de la pared, forma errónea (segmento rectangular en la ranura trapezoidal y viceversa). • Mal montaje de los segmentos rascadores de aceite (o del resorte expansor). • Esmerilados y limpiezas de las aristas dañadas de las ranuras de los segmentos.

Lubricación y consumo de aceite | 2.7

2.7.5 Determinación de los consumos de aceite (valores comparativos) El consumo de aceite puede ser cuantificado de diversas maneras. El consumo de aceite está indicado en gramos por kilovatiohora durante los ensayos del motor en el banco de pruebas. Con los buenos sistemas de selladura se obtienen consumos de aceite que oscilan entre 0,5 y 1 g/kvh. Este tipo de cuantificación es inapropiada en la práctica porque el consumo de aceite no puede ser determinado con exactitud en gramos ni la potencia es mensur­able durante la marcha. Por ese motivo el consumo de aceite se mide a menudo en litros/1000 km o en tanto por ciento del consumo de combustible. Esta última manera para cuantificar el consumo de aceite se ha impuesto pues es mucho más precisa que la indicación en litros por 1.000 km. El motivo reside en que los motores se emplean también estacionariamente y los automóviles pasan en parte muchas horas marchando en ralentí (por embotellamientos, semáforos en rojo, procesos de carga, uso del sistema de aire acondicionado). Hay que añadir además que el motor tiene que continuar encendido para que funcionen los grupos auxiliares como las grúas o durante el accionamiento de las bombas sin que el vehículo tenga que recorrer ni un solo kilómetro siquiera.

Segmentos de pistones | 73

2.7 | Lubricación y consumo de aceite

2.7.6 Motivos que generan un consumo excesivo de aceite

Ejemplo de cálculo para un camión Un camión consume más o menos 40 litros de combustible en un trayecto de 100 km. El consumo extrapolado para 1.000 km equivaldrá entonces a unos 400 litros de combustible.

Las opiniones respecto a un elevado consumo de aceite divergen considerablemente en la práctica y de país a país. Las presunciones o las expectativas divulgadas de que un motor no consume aceite o no lo debiera consumir son enteramente falsas por las razones antes mencionadas.

Un 0,25 % de 400 litros de combustible equivale a 1 litro de consumo de aceite. Un 0,5 % de 400 litros de ­combustible equivale a 2 litros de consumo de aceite.

Cada fabricante automotriz ha establecido valores indicativos o límites respecto al consumo de aceite para cada uno de sus motores. Si se presume que ha habido un elevado consumo de aceite, hay que averiguar entonces cuáles es el valor indicativo o límite determinado por el fabricante. Los manuales para los talleres y las instrucciones de servicio ofrecen en muchos casos informaciones sobre el consumo de aceite del motor. Si el fabricante automotriz no ha determinado datos exactos sobre el consumo de aceite, puede calcularse un 0,25 hasta un 0,5 % en relación con el ­consumo real de combustible en el ­caso de los camiones. El porcentaje debe ser un poco más ­bajo en el caso de los automóviles p ­ equeños. En este respecto, el consumo de aceite fluctúa entre un 0,1 % y un 0,5 % del consumo de combustible. Condicionados por el principio de funcionamiento, los motores diesel consumen más aceite que los de gasolina. Los motores con turbocompresor requieren también más aceite que los que carecen de ellos debido a la lubricación de los turbocompresores.

74 | Segmentos de pistones

Ejemplo de cálculo para un automóvil Un automóvil consume más o menos 8 litros de combustible en un trayecto de 100 km. En 1.000 km serán entonces unos 80 litros de combustible. Un automóvil consume más o menos 8 litros de combustible en un trayecto de 100 km. En 1.000 km serán entonces unos 80 litros de combustible.

Pero es obvio que el consumo más reducido de aceite tiene lugar después de la fase del primer rodaje y es natural que incremente en el transcurso de la vida útil del motor. Por ese motivo los valores límites se aplican más bien a los motores nuevos y los máximos aquellos que hayan superado ya 2/3 de su vida útil. En el caso de los motores a los cuales se les hayan hecho ­reparaciones parciales (p.ej. un

cambio de pistón o solamente de sus segmentos) no debe suponerse que el valor máximo pueda pasar a un nivel inferior. A menudo el caso es exactamente lo contrario. Todas las piezas de un ­motor se desgastan en igual medida. La optimación esperada al hacer una reparación parcial renovando sólo un 10 % de ellas corresponderá tan sólo a un 10 % en casos ideales.

Lubricación y consumo de aceite | 2.7

2.7.7 Definición y comportamiento frente al consumo de aceite Es necesario diferenciar las diversas definiciones: Consumo normal de aceite El consumo normal corresponde a la cantidad prescrita por el fabricante o a los valores indicados en el capítulo pre-

cedente. No hay defectos ni motivos para reclamaciones.

Elevado consumo de aceite En el caso de los camiones el consumo de aceite asciende aproximadamente al doble o hasta el triple del consumo normal. Los motores de los automóviles consumen alrededor de 0,5 hasta 1 litro por 1.000 km. El motor funciona normal y no manifiesta necesariamente síntomas de emisiones de humo azul saliendo del tubo de escape. Manifestación En automóviles cuyos motores han sobrepasado ya 2/3 de su vida útil normal. También sucede en el caso de motores nuevos, reparados o rea­ condicionados que están todavía en la fase del primer rodaje. Pero este problema se presenta también en los motores que funcionen en condiciones desfa-

vorables (temperaturas medioambientales calientes, recorridos frecuentes en trayectos cortos, marchas en ralentí, vehículos con remolques, etc.). Soluciones Ya sea innecesario o no sea absolutamente indispensable, en todo caso hay que controlar o el nivel de aceite o complementarlo para evitar que el nivel exceda el límite mínimo. Debería averiguarse, dado el caso, cuál podría ser el motivo que incrementa el consumo de aceite. Hay que tomar en cuenta, además del motor propiamente dicho, las unidades secundarias como el turbocompresor, las bombas mecánicas de inyección y las de vacío o también la distribución uniforme en todas esas unidades. El consumo de aceite puede ser optimado

eventualmente mediante reparaciones sistemáticas. Si una de las unidades secundarias está estropeada y la avería contribuye a elevar considerablemente el consumo de aceite, dicho consumo debería incrementar también bruscamente. Sin embargo en el caso de desgaste normal de las piezas no suelen darse este tipo de aumentos repentinos del consumo de aceite. La preparación de la mezcla o la inyección de carburante erróneas, cuyos resultados se manifiestan en la generación de humo negro expulsado a través del tubo de escape, contribuyen también a un desgaste considerable de los pistones y de los cilindros e incrementan el consumo de aceite por lo que estos problemas deberían ser solucionados a todo trance.

Excesivo consumo de aceite El consumo de aceite de un automóvil asciende a más de 1,5 litros y el de un camión pesado a más de 5 litros. El consumo de aceite no sólo se nota en la varilla de medición sino también se percibe visualmente como emisiones de humo azul (sobre todo después de un régimen de desaceleración). La cantidad

de aceite rellenado no ocasiona gastos adicionales irrelevantes que hagan necesaria la inspección, la reparación o el reacondicionamiento a fondo de la unidad. Manifestación En los motores totalmente desgastados y en los que hayan sido reacondicionados

mal o deficientemente. También cuando el motor haya sufrido ciertos daños como pistones agarrotados o rotos, turbocompresor o culatas de cilindros estropeados o cuando fallen otras unidades secundarias lubricadas con aceite.

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2.7 | Lubricación y consumo de aceite

2.7.8 Inspección y determinación correcta del nivel de aceite y del consumo de lubricante

lentamente y en cantidades pequeñas (pasos de 0,1 litro). Si se r­ ellena mucha cantidad de aceite o el relleno se efectúa muy rápido, el nivel indicado posteriormente será demasiado alto. Si el cigüeñal se sumerge en el aceite del cárter debido al elevado nivel, el lubricante se arremolinará, se centrifugará y será transportado en forma de numerosas gotas al sistema de purga del motor. Puesto que el sistema de purga está conectado con la sección de aspiración, el aceite será conducido a la cámara de combustión en donde será carbonizado. Cuando se rellene aceite en un motor después de haberlo cambiado, no se debe rellenar la cantidad indicada sino que sólo se debe llenar hasta la marca mínima. Luego hay que arrancar el ­motor hasta que se genere la presión del aceite. El aceite volverá al cárter después de haber apagado el motor y haber esperado un par de minutos. Después hay que volver a medir el n ­ ivel de aceite y rellenarlo hasta la marca máxima.

Medición del nivel de aceite Al controlar el nivel de aceite suelen ­cometerse errores de lectura que conducen a malinterpretar el consumo real de aceite. El vehículo tiene que estar colocado en una superficie plana y el lubricante tiene que aguardar cinco minutos después de haber apagado el m ­ otor p ­ ara regresar entonces al cárter de aceite y gotear correctamente. Hay que sostener la varilla de medición hacia abajo después de haberla extraído a fin de que el aceite no resbale en ella e indique un valor erróneo. De lo contrario se constatará un nivel erróneo y se rellenará más aceite aunque el motor tenga todavía suficiente. Si falta verdaderamente aceite, hay que rellenarlo

Medición del consumo de aceite en la carretera • Mida correctamente el nivel de aceite y rellénelo hasta la marca máxima. • Recorra 1.000 km con el automóvil y anote además el consumo de combustible. • Vuelva a medir el nivel de aceite después de haber recorrido 1.000 km y rellénelo hasta la marca máxima. La cantidad rellenada corresponderá al consumo de aceite en los 1.000 km. • Alternativa adicional (éste es el método más exacto): establezca la cantidad de aceite rellenado en relación con el consumo de combustible anotado y compare los valores mencionados arriba. El método para purgar y medir el aceite antes o después del recorrido de medición no se ha acreditado en la práctica. Los resultados falsos de las mediciones debidos a las pérdidas de aceite por los tanques recolectores y similares contradicen una medición precisa.

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Cantidades de relleno de aceite Hay que tener sumo cuidado con las cantidades de aceite indicadas en el manual o en las instrucciones de servicio. Es frecuente que no se haga una diferencia cuantitativa después de haber llenado por primera vez el lubricante (motor seco y sin aceite) y después de haberlo cambiado (con o sin cambio de filtro). El hecho es que una determinada cantidad de lubricante permanece en el motor después de cambiar el aceite (adherido en tuberías, canales, radiadores, bombas, unidades y en las superficies). Si al cambiar el aceite se rellena la cantidad indicada por primera vez, el nivel será muy alto. Pero puede ocurrir también el caso a la inversa. El nivel de la cantidad cambiada será entonces demasido bajo. Por ese motivo faltará aceite cuando el motor arranque. Si el relleno de aceite no ha sido hecho ­correctamente ni tampoco ha sido

c­ ontrolado, la indicación será a menudo que ha habido un consumo de aceite. Fíjese también en todo caso si la viscosi­ dad del aceite es correcta. La baja ­viscosidad del aceite (delgada) se consume con más rapidez que la alta. Use únicamente el aceite prescrito y autorizado por el fabricante automotriz.

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2.7.9 Reclamaciones por el consumo de aceite y soluciones Las reclamaciones justificadas por ese motivo deberían ser presentadas sólo cuando al vehículo se le hayan hecho mantenimientos según las prescripciones y los intervalos de inspección hayan sido acatados. Es indispensable también que se usen los repuestos correctos y el aceite motriz prescrito. El consumo elevado de aceite no se manifiesta repentinamente. Un motor continúa marchando sin dificultad aunque consuma mucho aceite. Los pecados cometidos al efectuar el mantenimiento y el desgaste anormal derivados de ellos suelen salir a la luz sólo en automóviles de edad avanzada. El dinero que ahorremos a la hora de realizar el mantenimiento del motor, lo pagaremos después con un elevado consumo de aceite y con reparaciones prematuras.

Fig. 1

Las reclamaciones justificadas por ese motivo deberían ser presentadas sólo cuando al vehículo se le hayan hecho mantenimientos según las prescripciones y los intervalos de inspección hayan sido acatados. Es indispensable también que se usen los repuestos correctos y el aceite motriz prescrito. El consumo elevado de aceite no se manifiesta repentinamente. Un motor continúa marchando sin dificultad aunque consuma mucho aceite. Los pecados cometidos al efectuar el mantenimiento y el desgaste anormal derivados de ellos suelen salir a la luz sólo en automóviles de edad avanzada.

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