Pistón para niños
En los motores de combustión, el pistón es una pieza móvil muy importante que se encuentra dentro de un cilindro. Imagina que es como una tapa que se mueve hacia arriba y hacia abajo, formando una de las paredes de la cámara de combustión. Su trabajo principal es tomar la energía de los gases que se queman (la combustión) y pasarla al cigüeñal. Esto lo hace con un movimiento de subida y bajada dentro del cilindro. Este movimiento se transmite a una pieza llamada biela, que a su vez mueve el cigüeñal, transformando el movimiento de arriba y abajo en un movimiento circular.
Contenido
¿De dónde viene la palabra "pistón"?
La palabra pistón viene del francés piston, y esta a su vez del italiano pistone o pestone, que significa "mano de almirez". Un almirez es un mortero para machacar cosas. La palabra italiana viene de un verbo que significa "machacar" o "golpear", lo que nos da una idea de la acción que realiza el pistón.
Partes principales de un pistón
Un pistón tiene varias partes, cada una con una función especial:
- Cabeza: Es la parte de arriba del pistón. Su superficie superior, llamada "cielo", está en contacto directo con los gases del motor durante todas las etapas: cuando entra el aire y el combustible, cuando se comprimen, cuando explotan y cuando salen los gases quemados. La cabeza es un poco más pequeña en la parte de arriba para permitir que el metal se expanda con el calor sin problemas.
- Cielo: Es la superficie superior de la cabeza. Aquí es donde los gases de la combustión empujan con fuerza. Puede tener diferentes formas (plana, curva, con ranuras) para ayudar a que la mezcla de aire y combustible se queme mejor.
- Ranuras para los aros: Son unos canales alrededor del pistón donde se colocan unos anillos especiales llamados aros o segmentos. Algunos de estos canales tienen pequeños agujeros para que el aceite lubricante pueda pasar.
- Falda o pollera: Es la parte inferior del pistón. Esta parte ayuda a que el pistón se deslice y se mantenga recto dentro del cilindro. A veces, la falda tiene un recubrimiento de metales que evitan la fricción, como plomo o estaño, para que se deslice mejor.
- Orificio para el perno del pistón: Es un agujero en la falda donde se coloca el perno del pistón. Este perno es como un eje que une el pistón con la biela.
El perno del pistón
El perno del pistón es una pieza cilíndrica de acero que conecta el pistón con la biela. Hay tres formas principales de fijarlo:
- Fijo a la biela y libre en el pistón: El perno se queda quieto en la biela, pero puede girar libremente dentro del pistón.
- Libre en la biela y fijo en el pistón: El perno se fija al pistón, y la biela puede girar libremente sobre él.
- Libre en la biela y en el pistón: El perno puede moverse libremente tanto en el pistón como en la biela. Esto ayuda a distribuir mejor las fuerzas y reduce el desgaste.
Aros o segmentos
Los aros son anillos circulares que se colocan en las ranuras del pistón. Tienen varias funciones importantes:
- Asegurar que la cámara de combustión esté bien sellada para que no se escapen los gases.
- Ayudar a transferir el calor del pistón a las paredes del cilindro.
- Controlar la cantidad de aceite lubricante en las paredes internas del cilindro.
¿Cómo funciona un pistón?
El pistón es una pieza metálica que se ajusta perfectamente dentro del cilindro gracias a los aros flexibles. Cuando los gases de la combustión empujan la cabeza del pistón, este se mueve hacia abajo. Este movimiento de subida y bajada se convierte en un movimiento giratorio en el cigüeñal gracias a la biela.
Un buen pistón debe cumplir con estas características:
- Debe ser muy resistente para soportar las altas temperaturas y presiones.
- Debe ser ligero para no causar muchas vibraciones en el motor.
- Debe sellar muy bien el cilindro para que no se escapen los gases.
Los pistones se usan en bombas, compresores y motores. Generalmente se fabrican con aleación de aluminio porque es un material ligero y resistente.
Materiales para fabricar pistones
El diseño del pistón es clave para que el calor se distribuya bien y evitar que se rompa. Los pistones se hacen de diferentes materiales, los más comunes son:
- Hierro fundido.
- Aleación de níquel y hierro fundido.
- Aleación de acero y aleación de aluminio.
Pistones de aluminio
Son muy populares porque son ligeros y transmiten bien el calor. Esto significa que el motor necesita menos agua para enfriarse.
Pistones de hierro fundido
Se usan en motores pequeños o grandes. Son muy resistentes y buenos para trabajar con fricción. Se desgastan menos y se expanden menos con el calor que los de aluminio.
¿Cómo se fabrican los pistones?
Hay dos formas principales de fabricar pistones:
- Fundidos: Se vierte metal líquido en un molde.
- Forjados: Se moldea el metal sólido aplicando mucha presión. Los pistones forjados son más resistentes.
Después de fundirlos o forjarlos, los pistones pasan por un proceso de Mecanizado con máquinas especiales (como las de CNC) para darles su forma final. En este proceso se hacen:
- Los agujeros para el perno del pistón.
- Las ranuras para los aros.
- La forma de la cabeza del pistón, que puede variar según el diseño del motor.
- Un mecanizado exterior especial que le da al pistón una forma ligeramente ovalada. Esto es para que, cuando se caliente y se dilate, adquiera una forma perfectamente cilíndrica y no cause problemas.
¿Qué afecta el pistón en un motor?
El pistón influye en varios aspectos importantes del motor:
Relación de compresión
La relación de compresión es la relación entre el volumen máximo y el volumen mínimo de la cámara de combustión. En los motores diésel, esta relación es alta (entre 16:1 y 18:1) porque necesitan mucha compresión para encender el combustible. En los motores de gasolina, es más baja (entre 7:1 y 12:1).
Diámetro del cilindro
El diámetro es la medida de ancho del cilindro donde se mueve el pistón.
Carrera del pistón
La carrera es la distancia que el pistón recorre desde su punto más bajo hasta su punto más alto dentro del cilindro.
Cilindrada del motor
La cilindrada de un motor depende del diámetro del cilindro, la carrera del pistón y el número de cilindros. Generalmente, un motor con mayor cilindrada es más potente y duradero, aunque también suele ser más caro.
Velocidad media del pistón
Es la velocidad promedio a la que se mueve el pistón dentro del cilindro. Se calcula con una fórmula que incluye las Revoluciones por minuto (RPM) del motor y la distancia de la carrera.
Galería de imágenes
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Esquema simplificado del movimiento pistón/biela
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Gráficas de posición, velocidad y aceleración de un pistón.
Véase también
En inglés: Piston Facts for Kids
