CALIBRADOR PIE DE REY

CALIBRADOR PIE DE REY O VERNIER.

El calibrador vernier es uno de los instrumentos mecánicos para medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados. Se creé que la escala vernier fue inventado por un portugués llamado Petrus Nonius. El calibrador vernier actual fue desarrollado después, en 1631 por Pierre Vernier.

El vernier o nonio que poseen los calibradores actuales permiten realizar fáciles lecturas hasta 0.05 o 0.02 mm y de 0.001" o 1/128" dependiendo del sistema de graduación a utilizar (métrico o inglés).

BIELAS

Biela
Descripción

Consiste en una barra rígida diseñada para establecer uniones articuladas en sus extremos. Permite la unión de dos operadores transformando el movimiento rotativo de uno (manivela, excéntrica , cigüeñal ...) en el lineal alternativo del otro (émbolo ...), o viceversa.

Desde el punto de vista técnico se distinguen tres partes básicas: cabeza, pie y cuerpo.

La cabeza de biela es el extremo que realiza el movimiento rotativo. Está unida mediante una articulación a un operador excéntrico (excéntrica , manivela, cigüeñal ...) dotado de movimiento giratorio.

El pie de biela es el extremo que realiza el movimiento alternativo . El hecho de que suela estar unida a otros elementos (normalmente un émbolo ) hace que también necesite de un sistema de unión articulado.

El cuerpo de biela es la parte que une la cabeza con el pie . Está sometida a esfuerzos de tracción y compresión y su forma depende de las características de la máquina a la que pertenezca.
Las bielas empleadas en aplicaciones industriales suelen fabricarse en acero forjado y la forma se adaptará a las características de funcionamiento. En las máquinas antiguas solía tomar forma de "S" o "C" y sección constante. En las actuales suele ser rectilínea con sección variable, dependiendo de los esfuerzos a realizar.

Utilidad

Desde el punto de vista tecnológico, una de las principales aplicaciones de la biela consiste en convertir un movimiento giratorio continuo en uno lineal alternativo, o viceversa. La amplitud del movimiento lineal alternativo depende de la excentricidad del operador al que esté unido. Este operador suele estar asociado siempre a una manivela (o también a una excéntrica o a un cigüeñal).

La biela se emplea en multitud de máquinas que precisan de la conversión entre movimiento giratorio continuo y lineal alternativo. Son ejemplos claros: trenes con máquina de vapor, motores de combustión interna (empleados en automóviles, motos o barcos); máquinas movidas mediante el pie (máquinas de coser, ruecas, piedras de afilar), bombas de agua...

PISTON

Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido.
A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.
Puede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.

Tipos de Pistones.

El pistón es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte intermedia. El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite la presión de combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira” la mezcla en la carrera de aspiración.
El pistón, que a primera vista puede parecer de las piezas mas simples, ha sido y es una de las que ha obligado a un mayor estudio. Debe ser ligero, de forma que sean mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de l la cámara de combustión.
Veamos en esta oportunidad algunos tipos de pistones Sealed Power de Federal Mogul que les proporcionará una mejor comprensión de las características, beneficios y materiales de estos pistones para su correcta aplicación.
Comenzaremos por los materiales. Los pistones de los motores actuales usan como elemento principal el aluminio, por ser un metal con amplias cualidades.
En la fabricación de los pistones, al aluminio se le agregan otros elementos para obtener formulas adecuadas que proporcionan las características particulares necesarias según el tipo y aplicación del motor. Estas aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta calidad como es el caso de los pistones Sealed Power.

Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP)
Uno de los procesos más antiguos y aún vigente, es el de la fundición de lingotes de aluminio en grandes Crisoles (donde se calientan los metales hasta que se funden o pasan de sólido a líquido) que luego se vacían en moldes enfriados por agua bajo sistemas especiales.
Posteriormente, comienza el proceso de mecanizado, efectuado por diferentes maquinarias controladas por computadoras y por último pasan por una serie de procesos térmicos que les dan las propiedades requeridas por las empresas fabricantes de equipo original. Estos mismos pistones de la marca Sealed Power son los que tienen los vehículos que salen de la fábrica y son los mismos ofrecidos en las repuesteras como piezas de reposición.


Pistones forjados a presión (Sufijo F)
En éste proceso se utilizan trozos de barras de aleaciones de aluminio cortados a la medida y sometidos a presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza, En los troqueles se forja con exactitud las dimensiones del pistón y las ranuras de los anillos con maquinados a precisión para brindar optima calidad y confiabilidad en el uso de estos, tanto en motores de uso diario como de trabajos pesados e incluso en los motores de autos de competencias

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

Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C)

Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones de la marca
Sealed Power han estado a la vanguardia de la tecnología del recubrimiento de las faldas del pistón. Inicialmente se utilizó el estaño (éste le da un color opaco figura 3) pero por ser nocivo a la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento anti-fricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas (dándole un color negro, figura 4).
Este proceso patentado por Sealed Power extiende la vida útil de los motores que lo usan, evita que los pistones se rayen, ayuda a prevenir daños por la lubricación inadecuada y mejora el sellado de los pistones.
También se usan los pistones sin recubrimiento que tienen una apariencia brillante por el color del aluminio al ser maquinado.

PARTES Y FORMAS DE UN PISTÓN.

El pistón tiene cuatro partes principales que son :
- La cabeza del pistón que recibe el calor y el impulso de los gases de la combustión.

- La zona de los anillos que asegura la retención de los gases y del aceite de lubricación; al mismo tiempo sirve como disipadora de calor.

- El alojamiento del bulón por medio del cual se une a la biela.

- La falda, cuya función es guiar el movimiento dentro del cilindro y ceder el resto del calor al fluido refrigerante.
La parte que generalmente varía o que presenta mayores diferencias según el diseño es la cabeza del pistón. Estas variaciones se realizan para aumentar o disminuir la relación de compresión y/o para acomodar las válvulas cuando se encuentran abiertas. Dentro de las más comunes se encuentran:

Pistón de cabeza plana

Utilizado en un principio cuando se empezó a desarrollar el motor de combustión interna y en aquellos motores que no requieren alta potencia, como pueden ser los de plantas eléctricas, vehículos pequeños y motores industriales pequeños. Algunos poseen trabajos sobre la cabeza para dar espacio a las válvulas.

Pistón de alta compresión

Son pistones diseñados para aumentar la relación de compresión, su forma en la cabeza depende del tipo de cámara de combustión, utilizados únicamente en motores a gasolina y no en diesel.

Pistón de cabeza cóncava

Este tipo de pistón es utilizado para disminuir la relación de compresión, generalmente en motores Diesel y/o turbos.

Pistón especial

Existen ciertos tipos de pistones que se realizan bajo pedido según sus aplicaciones como se puede ver en el caso de la fotografía un pistón forjado de alta compresión con cavidades para las cuatro válvulas por cilindro.

MOTOR DE CABEZA CALIENTE

simplemente es un motor en cuya culata se encuentran ciertas características que lo hacen diferente a los convencionales. La culata separada del cilindro por un estrangulamiento, tiene en su parte inferior una zona no refrigerada o "cabeza caliente" prolongada por un teton, tambien sin refrigerar. El in yector suministra a esta gotitas de combustible que cuando el motor esta funcionando ponen la punta al rojo vivo.
Antiguamente para el arranque de estos motores se utilizaba un soplete que hacia las veces de poner dicha punta al rojo vivo, para despues si darle un fuerte impulso al volante y asi conseguir encender dicho motor.

SISTEMA LANOVA (CON CELULA DE ENERGIA)

Creado por Franz Lang.

Es una cámara que cuenta con simple o doble lóbulo de turbulencia. en este el inyector ubicado horizontalmente desemboca en la cámara dispuesta en la culata del eje del cilindro, el chorro emitido por este apunta hacia una tobera de la célula que esta después de la cámara de combustión.

En el final de la compresión, en el momento en que la presión de la cámara de acumulación es inferior a la cámara de combustión, una parte del combustible que es inyectado a la cámara de combustión penetra en la célula.

Primeramente el encendido es producido en la cámara de combustión y luego en la célula; provocando una violenta explosión de la mezcla y por ende turbulencia en la cámara de combustión.

Esta agitación favorece la combustión por el aporte del comburente almacenado en la célula y tambien facilita el arranque en frio.

CAMARAS DE COMBUSTION

Dícese de aquellas en donde se inyecta el combustible pulverizado para ser mezclado con el aire, de las cuales se encuentran de los siguientes tipos:

Cámara de inyección directa.
El combustible se inyecta directamente en el cilindro. La culata cierra el cilindro con
una superficie plana, mientras que el inyector esta situado en el centro.
El inconveniente principal de este tipo de motor radica en que el aire esta poco
agitado, siendo el inyector el responsable exclusivo de la mezcla, por lo que su
fabricación ha de ser muy perfecta, y por lo tanto costosa.
En estas condiciones, y para aprovechar al máximo la combustión, es conveniente
que la cámara adopte la forma del chorro de combustible, o a la inversa.

Cámara de inyección directa tipo Saurer.

En el esquema que se muestra a la derecha se aparece un sistema de inyección directa típica. Note la forma de la oquedad practicada en el pistón terminada en una punta en el centro. Esta punta favorece el arranque en frío ya que se calienta notablemente durante la compresión. Observe también que los conductos de admisión están construidos para que produzcan un giro el aire de entrada, esto favorece la formación de la mezcla cuando se produce la inyección.En este tipo de cámara es muy común que el inyector tenga mas de un agujero de inyección, en este caso 5, para distribuir bien el combustible en la cámara dentro del pistón.

Cámara de precombustion.

Se utilizan en motores de inyección indirecta generalmente pequeños; se caracterizan porque tienen una pequeña cámara auxiliar situada en la culata del motor y conectada con la cámara principal de combustión.

En el P.M.S. una porción mayor de la carga de aire es forzada a entrar en la cámara de precombustión, otra parte de aire se encuentra en la cámara principal entre la culata y el pistón, al inyectar la carga de combustible y se produce el encendido, el proceso termina al producirse un elevado aumento de presión en la cámara de precombustión con los gases de escape que son barridos.

CaracterísticasEn la cámara de precombustión son amortiguadas las combustiones incontroladas debido a los aumentos de presión.
En los motores Caterpillar la cámara de precombustión está situada en una unidad independiente (y no en la culata) en dónde se acopla directamente el inyector.
El grado de atomización no necesita ser tan grande; pueden usarse bajas presiones de inyección.

a) Ventajas
-Por el tipo de boquilla se elimina casi totalmente la obstrucción por sedimentos de carbono.
-Las presiones de inyección son más bajas, el funcionamiento es más suave.

b) Desventajas
-Deben usarse calentadores en las cámaras para el arranque del motor a bajas temperaturas.
-Elevado consumo de combustible; considerable pérdida de aire comprimido.

Cámara de turbulencia.

El motor Diesel rápido con diámetro de cilindro pequeño platea el problema de
obtener una mezcla rápida y homogénea de combustible y aire. Para lograrlo se
lleva el aire al combustible, dotando a este de un movimiento de remolino, lo que
provoca una fuerte turbulencia al llegar el embolo a su punto muerto superior.
En una cámara de combustión con turbulencia, al ser aspirado el aire es enviado
tangencialmente, por lo que la válvula de aspiración lleva una especie de pantalla
que guía adecuadamente la corriente de aire.
Además de este movimiento existe otro transversal que impulsa al embolo dentro de
la cámara.

Hay que tener en cuenta que en algunos casos suele confundirsele con la cámara de precombustion debido a que presentan ciertas similitudes entre si. La cámara de turbulencia se distingue esencialmente de la cámara de precombustion, primero por su forma y luego, por su volumen, que representaba en las primeras versiones la casi totalidad del espacio muerto, mientras que en las realizaciones actuales se ha reducido a un 60%, aproximadamente.

Cámara de acumulación de aire.

Esta generalmente se encuentra ubicada en el piston o en la culata, y otras constituidas por una cámara separada,en cuyo interior el aire comprimido puede penetrar por un orificio (o varios), o por un canal de pequeña sección.

Esta cámara puede, asmismo, estar subdividida en dos pequeñas, que se comunican entre sí por un estrangulamiento.

Dicha cámara (o reserva de aire) tiene como función la creación de turbulencia.

CULATAS DIESEL

CULATA.

Es la pieza que sirve, entre otras cosas, de cierre a los cilindros por su parte superior. En ella van alojadas, en la mayoría de los casos, las válvulas de admisión y escape. También conforma la cámara de combustión en aquellos motores en los que no posean pistones con cámara incorporada. Sirve como soporte y alojamiento, para los distintos elementos de encendido o inyección según el tipo de motor que se trate.
En motores con árbol de levas en cabeza es decir, con dicho árbol situado en la parte superior de la culata, la culata dispone de una serie de apoyos para albergar al árbol de levas. EN caso de que el motor tenga árbol de levas lateral o en bloque, en la culata s albergará el eje de balancines.
Al igual que el bloque la culata posee una serie de orificios por los cuales circula el agua del circuito de refrigeración y que están comunicados a su vez con los orificios del bloque.
Debido a las condiciones de trabajo que soportan, tienen que ser resistentes a las altas temperaturas y ser buenas conductoras del calor. Para ello se fabrican de aleación ligera; antiguamente se fabricaban del mismo material que el bloque para evitar dificultades en la sujeción debido al coeficiente de dilatación de los materiales.
En culatas con cámara de combustión, éstas pueden ser de diferentes formas según la disposición y forma de los distintos elementos; eligiendo la forma que mejor se adapte al tipo de motor. Así pues podremos diferenciar los siguientes tipos:

- Cámara alargada: Se emplea en motores con válvulas laterales. Presenta una gran superficie interior con zonas separadas del punto de ignición, formando rincones que dan lugar a depósitos de carbonilla que da lugar al autoencendido. Pero tienen la gran ventaja de ser de construcción económica.

- Cámara de bañera y en cuña: Se emplea en culatas con bujías laterales. Posee la gran ventaja de que el recorrido de la chispa es muy corto y limita el exceso de turbulencias en el gas.

- Cámara cilíndrica: Una de las más utilizadas en la actualidad debido a su sencillez de diseño y fácil realización.

- Cámara hemiesférica: Es de todas, la que más se aproxima a la forma ideal. Las válvulas se disponen una a cada lado de la cámara y la bujía en el centro. Tiene la enorme desventaja de que necesita doble sistema de distribución, un árbol de levas por cada fila de válvulas.
Para motores diesel existen dos tipos de cámaras; las cuales se clasifican según el tipo de inyección empleada (inyección directa o inyección indirecta).

- Cámara de inyección indirecta o precámara de combustión: Este tipo de cámaras se divide en dos partes; una que es la cámara propiamente dicha que la conforma la culata o bien en el propio cilindro, y una cámara de precombustión alojada en la misma culata. Estas dos cámaras están comunicadas entre sí por medio de unos orificios denominados difusores. Cuando la válvula de admisión se abre parte del aire aspirado entra dentro de la precámara en la cual cuando se comprime lo suficiente se abre el inyector que debido a la elevada temperatura y presión del aire, ésta comienza a combustionar, siguiendo dicha combustión hasta la cámara de combustión principal, donde termina de combustionar por completo toda la mezcla.
Este tipo de cámaras poseen la ventaja de ser más silenciosas y conseguir una combustión más suave y progresiva castigando menos a los elementos como el pistón. Aunque también posee el inconveniente del arranque en frío ya que la cámara debe alcanzar una temperatura de entre 500 y 1000 ºC para poder combustionar la mezcla. Para evitar este problema se emplean resistencias eléctricas denominadas “calentadores” que a la hora de poner el motor en marcha calienta la precámara, permitiendo un óptimo arranque. Existen, en cuanto a tipos de cámaras, una serie de variantes cuyo funcionamiento y disposición es prácticamente el mismo que el citado anteriormente, como por ejemplo; Cámara de turbulencia y Cámara de reserva de aire.

-Cámara de inyección directa: Este tipo de cámaras son la base de casi todos los motores diesel que se fabrican en la actualidad. Consta de una única cámara de combustión en la cual se inyecta el combustible a alta presión por medio del inyector el cual, a diferencia de los inyectores utilizados en el otro tipo de inyección, posee varios orificios de salida de combustible. Este sistema posee la ventaja de tener un mejor arranque en frío, y un menor consumo de combustible aportando para características constructivas iguales una mayor potencia. El inconveniente de este tipo de motores es su excesivo ruido. En la actualidad este tipo de motores gracias a las nuevas tecnologías y al descubrimiento de nuevos materiales más resistentes y ligeros, han conseguido suprimir parte de sus inconvenientes; como por ejemplo el elevado ruido, el tiempo de respuesta (reprise), etc...