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03 Memòria
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03 Memòria
Aplicación a pistones
CAPÍTULO 1:
MOTOR TÉRMICO
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David Asensio Bueno
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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1.3.2. Cilindrada
π * D² * C
V=
4
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Ѵ+ѵ
ρ=
ѵ
Los motores diesel tienen una elevada compresión entre18:1 y 25:1 frente
a los 7:1 y 10:1 de los motores de explosión, lo que supone una mayor
eficiencia térmica.
W =F*d
W
P=
t
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Wi = ρi * V
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W =2*π*R*F
Este es el trabajo efectivo del motor con todas sus pérdidas. La potencia
efectiva es el producto del trabajo absorbido por n que es el número de
revoluciones del motor en la unidad de tiempo.
2*π * R * F * n
Pe =
75 * 60
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Por este motivo se utilizan motores policilíndricos, que están formados por
varios cilindros situados en uno o más bloques, y unidos entre sí, cuyas
bielas atacan a un solo cigüeñal. La finalidad es la de aumentar la potencia,
conseguir una rotación más uniforme y compensar los momentos de inercia
de las masas en movimiento.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Los motores de tres cilindros, tienen la peculiaridad de tener los codos del
cigüeñal desfasados 120º los unos a los otros. Las explosiones van
desfasadas entre cilindros 60º, esto quiere decir que tras un explosión de
un cilindro, no empieza otra hasta que el cigüeñal no gira 60º más.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Con este sistema se consigue una regularidad que con un motor de cuatro
cilindros no se puede conseguir, bajando las vibraciones.
Los contrapesos del cigüeñal son más grandes en las muñequillas de los
extremos y en el centro, para lograr un mejor equilibrado.
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Los motores en V con los bloques a 90º, tienen las muñequillas desfasadas
a 120º entre sí, y el orden de encendido es 1-4-2-5-3-6. Las explosiones de
los cilindros que están unidas sus bielas por la misma muñequilla, se
solapan 90º, y entre los pistones de diferentes muñequillas se solapan 30º,
y esto ayuda al buen equilibrado de las fuerzas alternativas y centrífugas.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Este motor dispone de seis muñequillas una para cada biela, las
muñequillas están caladas 22º, para repartir las explosiones.
Está fabricado con materiales con buena conductividad térmica. Los bloques
motor se pueden clasificar en función de su material y en función de su
sistema de refrigeración.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
La parte superior del bloque, está planificado y pulido, para montar una
junta de culata que se encarga de sellar la cámara de combustión,
interponiéndose entre el bloque y la culata. Esta junta se centra gracias a
dos casquillos centradores.
1.7. Pistón
El pistón es el encargado de transformar la energía térmica desarrollada en
el interior del cilindro en energía mecánica, recibiendo directamente la
fuerza de expansión de los gases durante la combustión, y debe cumplir
durante su funcionamiento las siguientes funciones:
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1.7.1. Funcionamiento
1.7.2. Material
Como la cabeza del pistón está sometida a temperaturas más altas que la
falda por el fenómeno de la dilatación, esta tendría que ser más pequeña
que la falda.
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1.9. Biela
Se define como el elemento mecánico que une el pistón con el codo del
cigüeñal, y está sometido a esfuerzos de compresión y flexión, por su
movimiento lineal y rotativo a la vez.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
1.10. Bulón
El bulón se encarga de mantener unidos el pistón y la biela. Está sometido a
esfuerzos de corte y compresión, por lo que se construye del mínimo
diámetro posible, hueco en su interior y en acero cementado.
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1.11. Cigüeñal
Es la pieza del motor que recoge el esfuerzo de la explosión, y lo convierte
en movimiento rotativo. Se construye generalmente en acero cementado, y
templado con aleaciones de cromo y níquel. Además se les da un
recubrimiento especial a los apoyos de bancada y muñequillas de biela
llamado nitruración.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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1.13. Culata
La culata está sometida a altas presiones y temperaturas, ya que cierra por
la parte superior al cilindro y es donde se producirán las explosiones. Por
este motivo está sometida a fuertes dilataciones, teniendo que tener
especial atención en los siguientes puntos:
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
En otras ocasiones por las características de las crestas del árbol de levas,
se montan muelles progresivos con diferentes separaciones entre espiras,
colocándose las espiras más separadas hacia arriba, o bien una marca de
pintura nos indicará la posición de montaje.
La zona interior y exterior del asiento de válvula, sirven para poder ajustar
la anchura exacta de la parte central del asiento.
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de vueltas que el cigüeñal, es decir, para dos vueltas del cigüeñal el árbol
de levas solamente dará una vuelta.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
1.18.1. Empujadores
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1.18.2. Taqués
Las cotas que marca el fabricante están dadas con el motor frío, por lo tanto
el reglaje se ha de realizar en estas circunstancias. La forma de realizarlo
varía dependiendo si se tienen balancines o si ataca directo.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Hay dos clases de anticongelante, uno rosa y el otro verde. El rosa trata
mejor a los plástico y va en motor de aluminio, y el verde ataca un poco a
los plásticos.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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CAPÍTULO 2:
Diseño de pistones
Cada pistón tiene unas medidas, en las cuales se encuentran las siguientes:
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
El área de los alojamientos del bulón, zona de unión del pistón con la
cabeza de la biela mediante el bulón, es muy delicada, por los esfuerzos a
los que está sometido. Un acoplamiento realizado defectuosamente implica
la rotura de los apoyos, gripado y avería total del cilindro. El agujero del
bulón se mecaniza con herramientas de diamante, con una rugosidad
superficial hasta de 0,5µm y con tolerancias de mecanización de 4-7µm, y
el bulón (de acero bonificado), con superficie exterior cementada, se
rectifica con tolerancias de 5-7µm. Generalmente, se usan 3 acoplamientos:
bulón fijo a la biela y flotante sobre los apoyos, bulón sujeto al pistón y libre
sobre la biela, y bulón libre en los apoyos y en la biela (flotante).
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Pistones monometálicos de falda completa. Son los más sencillos y los más
usados. La dilatación térmica de la falda es relativamente grande, por ese
motivo se necesitan grandes juegos de acoplamiento y ovalizaciones de
compensación. Antiguamente, este tipo de pistón tenía un corte, vertical u
oblicuo, con la función de hacer más elástica la falda y absorber las
dilataciones, pero su rigidez disminuía y a veces la falda se rompía.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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David Asensio Bueno
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Los remedios para disminuir al mínimo los efectos de estas causas son:
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- Temperatura.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
2.4.1. Material
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2.4.2. Fundición
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Los núcleos para los pernos se colocan en el molde para formar los
alojamientos del perno del pistón. Los insertos autotérmicos se colocan en
el molde antes de verter el aluminio fundido. Los protectores de ranura son
colocados en el molde, de manera que el aluminio pueda rodearlos y fijarlos
al pistón.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Los rechupes, que son cavidades que se forman en las piezas debido a la
falta de metal, son deformaciones de la pieza que pueden suceder
mostrándose como porosidad de rechupe, que son unos poros que aparecen
con los cambios abruptos de sección en el molde. Por esto deben evitarse
estos cambios en el diseño del mismo, cuando sea posible.
Con el desgaste del molde, la marca de la línea de división será más intensa
en el vaciado. Deberá, por tanto, estar en una posición en que sea fácil de
eliminar de la pieza, si la pieza lo requiere.
Los rechupes, que son cavidades que se forman en las piezas debido a la
falta de metal, son deformaciones de la pieza que pueden suceder
mostrándose como porosidad de rechupe, que son unos poros que aparecen
con los cambios abruptos de sección en el molde. Por esto deben evitarse
estos cambios en el diseño del mismo, cuando sea posible.
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David Asensio Bueno
Con el desgaste del molde, la marca de la línea de división será más intensa
en el vaciado. Deberá, por tanto, estar en una posición en que sea fácil de
eliminar de la pieza, si la pieza lo requiere.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Las ranuras para los seguros son maquinadas por pequeñas herramientas
de corte dentro del alojamiento del bulón de pistón. La operación de
maquinado final comprende el rectificado de la falda del pistón, el perfil
elíptico especificado, la conicidad, el acabado superficial y el diámetro para
asegurar su ajuste correcto en el cilindro.
Por último los pistones se lavan con vapor de agua desionizada quitando
impurezas, virutas y aceites, que pueden tener después del mecanizado, y
seguidamente se secan los pistones.
2.4.3. Forja
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Cuando el pistón ha sido forjado, muestra la imagen que tiene la fig. 48.
Cada diez pistones forjados, uno es sumergido en agua para comprobar
posibles imperfecciones producidas en la forja, como grietas y
deformaciones.
Una vez enfriados los pistones que han pasado por la forja, éstos son
introducidos en un horno fig.49. En el horno, los pistones son sometidos a
dos calentamientos, uno a elevada temperatura para endurecer el material
y la segunda a temperatura más baja para estabilizarlo.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Después del desbarbado se practican unos orificios con unos taladros, que
servirán de conductos de lubricación del aro de engrase. Estos orificios se
practican sustentando el pistón con un plato divisor y un punto para
centrarlo. El plato divisor tiene unas garras que agarran el pistón por su
parte inferior y lo hace rotar el ángulo necesario, fig.52.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Para reducir el peso del pistón y con ello las fuerzas de inercia de éste, se
practican dos fresados laterales, uno a cada lado fig.56, que elimina 2mm
de material. Se realiza en centro de mecanizado, con una fresa.
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David Asensio Bueno
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Una vez sean realizado todas las operaciones y los pistones están acabados,
se introducen una máquina de limpieza.
Esta máquina vaporiza los pistones a alta presión con agua caliente
desionozada. De esta manera se eliminan los restos de lubricante y aceite,
que se han utilizado durante todo el proceso de fabricación.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
El pistón debe ser ligero, y a la vez tener una gran resistencia y rigidez.
Estos dos factores no se llevan muy bien, pero con la tecnología, los
adelantos y las buenas aleaciones se puede llegar a ese fin. El pistón tiene
que ser ligero para reducir al máximo las fuerzas de inercia, que se
producen al aumentar las revoluciones del motor.
Los pistones fundidos se fabrican con aluminio con mayor aleante de silicio
que los pistones forjados, eso es debido a que en el proceso de fundición el
material se vierte en el molde en estado líquido bajo gravedad. Entonces el
aluminio rellena la cavidad y se enfría solidificándose, creando el cuerpo del
pistón que será mecanizado posteriormente.
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David Asensio Bueno
Por este motivo los pistones pueden estar sometidos a mayores cargas y
presiones que los pistones fundidos.
Los pistones forjados son mecanizados con cnc, eso los hace cumplir con las
especificaciones y tolerancias más ajustadas, que el fabricante exige. Esto
los hace estructuralmente más durables.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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David Asensio Bueno
- Los Pistones forjados se venden con pasador 20% más ligero que los
originales del pistón de fundición.
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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CAPÍTULO 3:
PRESUPUETO
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Precio/hora Subtotal
Concepto Horas
(€/h) (€)
Presupuesto 10 60 600
Análisis de materiales
Subtotal
Concepto Coste (€)
(€)
TOTAL
21600€ 50 € 21650 €
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
CAPÍTULO 4:
BIBLIOGRAFÍA
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David Asensio Bueno
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- http://www.fundicioncolon.com.ar/0000009c200e0980d/0000009c240e9c105/in
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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- http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/Imagenes/Tabla13-9.jpg
- http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/Imagenes/Tabla13-11.jpg
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CAPÍTULO 5:
ANEXOS
5.1.1. Objeto
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
5.1.2. Motivación
5.1.3. Justificación
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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Cámara de combustión
Válvulas
Guías de válvula
Muelles
Taqués
Asiento de válvula
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
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5.2.4. Pistón
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Funcionamiento:
Material:
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Cabeza convexa
Cabeza cóncava
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Con deflector
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Evolución del rendimiento de un motor de combustion interna. Aplicación a pistones
Estos pistones son muy ligeros, gracias al proceso de fabricación tienen una
resistencia muy elevada y de ahí que sus paredes sean más pequeñas y
ligeras. Se utilizan en motores de carreras y de serie de cargas altas.
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