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Nombre

TÍTULO DEL INFORME DE LABORATORIO

Ing. (en Carrera)

UTE

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

TIPOS DE INYECCIÓN Y CAMISAS DE LOS MOTORES

TRABAJO CORRESPONDIENTE A LA MATERIA: INYECCIÓN GASOLINADIESEL

CLAUSS OTTO ORTEGA BENITES

PROFESOR: ING. ALEJANDRO ROJAS

AÑO

Quito, OCTUBRE, 2013

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ÍNDICE DE TEXTO PÁGINA

Contenido RESUMEN .................................................................................................................. 4 1. OBJETIVOS GENERALES .................................................................................. 5 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 5 3. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 5 4. MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 6 4.1 Bloque de cilindros .......................................................................................... 6 4.2 El cilindro .......................................................................................................... 6 4.3 Las camisas ...................................................................................................... 6 4.4 La culata o cabezote ........................................................................................ 7 4.5 El émbolo o pistón ........................................................................................... 8 4.6 Tipos de émbolos............................................................................................. 8 4.7 Tipos de pistones............................................................................................. 8 4.8 Pistones forjados a presión (Sufijo F) ............................................................ 9 4.8 Pistones Hipereutecticos (Prefijo H) ............................................................ 10 4.9 Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C) ........................................... 10 5. HERRAMIENTAS ............................................................................................... 10 6. MATERIALES ....................................................................................................... 11 7. METODOLOGÍA ................................................................................................. 11 8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................. 14 9. Conclusiones ....................................................................................................... 21 10. Recomendaciones ............................................................................................... 22

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ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA Tabla 1. Datos de volumen de cámara y diámetro de pistón .................................... 15 Tabla 2. Carrera del pistón en la camisa .................................................................. 16

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Implementos .............................................................................................. 11 Figura 2. Identificación de pistones .......................................................................... 12 Figura 3. Medición carrera del pistón ....................................................................... 13 Figura 4. Medición diámetro de la cabeza del pistón ................................................ 13 Figura 5. Medición volumen del pistón ..................................................................... 14 Figura 6. Pistón John Deere 3350 ............................................................................ 17 Figura 7. Pistón Cummins ........................................................................................ 18 Figura 8. Pistón Hino GD3H ..................................................................................... 18 Figura 9. Pistón John Deere JD510 .......................................................................... 19 Figura 10. Pistón agrícola Benji ................................................................................ 20 Figura 11. Pistón Deus ............................................................................................. 20 Figura 12. Pistón Hino FC ........................................................................................ 21

ÍNDICE DE ANEXOS ANEXO 1.Pistones de altas presiones de combustión (Anónimo, Pistones - Pro #1 Performance, 2013)................................................................................................... 25 ANEXO 2.Pistones y anillos (Anónimo, Repuestos y Llantas - MOVESA, 2013) ...... 25 ANEXO 3.Nivelación del pistón en la entenalla......................................................... 26 ANEXO 4.Medición de volumen agregando aceite en cámara ................................. 26 ANEXO 5.Tipos de camisas GHG............................................................................ 27 ANEXO 6.Cabezote inyección indirecta…….. ........................................................... 27 ANEXO 7.Ajuste de camisa en cabezote .................................................................. 28

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RESUMEN

Con la ayuda de los cálculos de cada uno de los pistones, se determinó las relaciones de compresión total y cilindrada de las cámaras de combustión; cada uno de los pistones con sus diferentes volúmenes y sus diferentes camisas fueron parte de una serie de medidas, el calibrador un instrumento de gran ayuda para la determinación correcta de las carreras en las que nuestros pistones se encuentran trabajando dentro del motor. Al igual que sus diámetros de cabeza del pistón importantes para coincidir con su camisa; sus formas en la parte superior dio a entender a qué tipo de inyección pertenece cada uno tales como: directa o indirecta, de la misma manera con el cabezote ya que si es indirecta su cabezote debe tener una pre cámara de combustión. Cada pistón con sus respectivas ranuras de válvulas en sus cabezas todas diferentes dependiendo de su uso o del fabricante, pudiendo ser pistones casi planos y pistones con variedad de formas para su cámara de combustión, como para un mayor rendimiento y crear mayor turbulencia dependiendo la forma, tamaño y la utilización en motores en los cuales van a trabajar. Los cálculos, de gran ayuda para saber con qué tipo de cilindrada trabajan los motores en este caso tales como: John Deere, Cummins, Deus, Hino, Agrícola Benji; motores en los cuales nos enfocamos en esta práctica que realizamos. Los diferentes rines o segmentos encontrados para nuestro caso el más importante el rin de fuego el cual permitió ver la huella formada en cada camisa tanto en el PMS y PMI; para el caso del PMS debido a la explosión se encuentra presente el rin de fuego, razón por la cual la carrera no se mide desde la parte superior del pistón sino desde la marca que nos deja en la camisa el rin de fuego.

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1. OBJETIVOS GENERALES Determinar los valores de medida de cada uno de los pistones tanto de volumen y diámetro específico para determinar la relación de compresión y cilindrada total.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS -Conocer a plenitud los tipos de pistones con sus respectivas camisas dependiendo de su diámetro en el que coincida. -Identificar la diferencia entre una camisa seca y húmeda para concordar con el cabezote correspondiente. -Calcular la relación de compresión, cilindrada del cilindro y cilindrada total del motor con las fórmulas adecuadas.

3. INTRODUCCIÓN El presente informe tiene como finalidad identificar cada uno de los pistones, camisas, cabezotes y desarrollar una capacidad intelectual de reconocimiento de la gran importancia de sus medidas, para un rendimiento óptimo de trabajo; tiene que ver mucho el diseño ya que es la razón por la que se debe realizar cálculos exactos y así lograr un motor de adecuado funcionamiento.

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4. MARCO TEÓRICO

4.1 Bloque de cilindros Es una de las piezas más importantes ya que es la base en las que se alojan las restantes. El bloque tiene la función de alojar los cilindros (parte superior) en donde se desplazan los émbolos y las bielas; sujetar al cigüeñal (parte inferior también llamada bancada); incorporar los pasos del agua de refrigeración y los conductos de lubricación. Puede adoptar distintas formas en función del número de cilindros y su disposición. El material empleado en su fabricación puede ser de fundición de hierro con aleaciones (cromo, níquel, molibdeno). Se emplean también aleaciones ligeras a base de aluminio, con lo que se consigue un menor peso y una mejor conductibilidad térmica.

4.2 El cilindro Es la superficie donde se desliza el émbolo. Puede estar mecanizado en el mismo bloque o puede ajustarse una pieza extraíble llamada camisa. Su superficie interna, al estar en continuo rozamiento y sometido a fuertes presiones, requiere de una superficie perfectamente rectificada y pulida. Las características que ha de reunir el cilindro son: resistencia al desgaste, resistencia superficial, bajo coeficiente de rozamiento, cualidades lubricantes y conductibilidad térmica.

4.3 Las camisas Son los cilindros que se fabrican independientemente y se introducen en los orificios del bloque. Las camisas pueden ser secas y húmedas. Las camisas secas son tubos fabricados con paredes delgadas e introducidas a presión a lo largo de todo el cilindro. Se denominan secas por no estar en contacto con el agua de refrigeración.

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4.4 La culata o cabezote Esta es una de las partes más importantes del motor ya que ha de desarrollar múltiples funciones: -Delimitar la cámara de combustión. -Delimitar los conductos de los gases (admisión y escape) -Permitir un correcto funcionamiento de las válvulas. -Ubicar las bujías -Máxima rigidez. -Contener los conductos de refrigeración del agua y del aceite. -Tener buena conductibilidad térmica. La culata, al servir de cierre a la parte superior de los cilindros y realizarse en ella el proceso de combustión, ha de resistir grandes esfuerzos, por lo que es necesario un cierre perfectamente hermético. Para ello se hace necesaria la colocación de un gran número de tornillos o espárragos perfectamente calculados para tal fin y que se tendrán en cuenta según la superficie, tamaño y disposición de la misma. La culata puede tener multitud de formas, en función de cómo se disponga la cámara de combustión ya que ello condicionará la posición de las válvulas y los conductos de los gases. En la actualidad se tiene muy en cuenta el diseño de la cámara por incidir muy directamente en un buen rendimiento de la combustión. La culata se coloca sobre el bloque interponiendo una junta apropiada para conseguir el sellado de las dos partes. Esta función debe desempeñarla con las máximas garantías en todas las condiciones de trabajo del motor y conseguir que los fluidos (gases de combustión, aceite del motor, refrigerante) se mantengan estancos tanto hacia el exterior como al interior. La parte de la junta que soporta más carga térmica es la que da a la cámara de combustión, por lo que el material en que está hecha se recubre con una chapa metálica. El amianto (gran resistente a altas temperaturas) se utiliza en toda la superficie de la junta y toda ella es impregnada de grafito para evitar que se pegue en las partes metálicas.

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4.5 El émbolo o pistón Es el elemento móvil que se desplaza en el interior del cilindro y recibe la fuerza de expansión de los gases de la combustión para transmitirlos al cigüeñal por medio de la biela. El pistón ha de cumplir con una serie de funciones: -Transmitir a la biela la fuerza de los gases (hasta 75 bar en motores de gasolina no sobrealimentados y de 140 a 180 bar en los camiones diesel sobrealimentados) -Asegurar la estanqueidad de los gases y del aceite. -Absorber gran parte del calor producido por la combustión y transmitirlo a las paredes del cilindro para su evacuación.

4.6 Tipos de émbolos La evolución de los pistones a lo largo de los años muestra la diversidad morfológica de cada uno de ellos. Por lo tanto, en un principio podemos distinguir los diferentes tipos de émbolos por la tipología de sus cabezas. Las partes principales del émbolo son la cabeza y la falda. En la cabeza recibe toda la presión y el calor directo de la presión de los gases y en ella se encuentran las ranuras de alojamiento de los segmentos; siendo la parte donde están las paredes más gruesas. La falda es situada en la parte inferior y sirve de guía al émbolo en su desplazamiento por el cilindro. Las faldas se diseñan de diferentes formas para disipar mejor el calor y hacer más resistente el pistón. (Martínez, 2000)

4.7 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

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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 más 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 la cámara de combustión. 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 fórmulas adecuadas que proporcionan las características particulares necesarias según el tipo y aplicación del motor. Estas aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta calidad. 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.

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

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4.8 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 pistones se impone en especial para las nuevas generaciones de motores de alta compresión. Al usar pistones con prefijo “H” su reparación será confiable

4.9 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. Inicialmente se utilizó el estaño (éste le da un color opaco) 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). Este proceso 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. (Anónimo, 2013)

5. HERRAMIENTAS -Calibrador o pie de rey -Jeringuillas -Dosificador de Aceite

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-Nivel

6. MATERIALES -Pistones de varios tipos -Camisas secas y húmedas -Cabezotes de inyección indirecta y directa

7. METODOLOGÍA Para esta práctica el Ingeniero Alejandro Rojas nos facilitó de los implementos necesarios para trabajar en el taller, tales como: diferentes tipos de pistones, camisas húmedas y secas, y cabezotes; utilizamos jeringuillas y aceite.

Figura 1. Implementos

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Luego el Ingeniero Alejandro Rojas nos dio las características y nombres de cada uno de los pistones, a qué camisa pertenece y la identificación de los tipos de camisas, siendo: húmedas o secas.

Figura 2. Identificación de pistones

Para empezar nuestro trabajo empezamos por ordenar cada uno de los pistones que se nos entregó a cada grupo, así empezamos por la identificación propia de los pistones que teníamos en la mesa. Verificamos qué pistón coincidía con las camisas de la mesa e identificamos si era de camisa seca o húmeda; como apoyo para constatar si el pistón era de algún tipo de camisa medimos con el calibrador la distancia que tiene desde la cabeza del pistón hasta el rin de fuego, de esta manera si en la camisa se encontraba la misma distancia debido a la señal hecha por el rin de fuego, podíamos decir que pertenecía a dicha camisa que medimos por lo tanto también identificamos la carrera del pistón.

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Figura 3. Medición carrera del pistón

Medimos con el calibrador el diámetro de la cabeza del pistón.

Figura 4. Medición diámetro de la cabeza del pistón

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Con la ayuda de la jeringuilla introducimos el aceite correspondiente en la cámara de combustión, ubicada en la cabeza del pistón para saber el volumen de cada uno de los pistones.

Figura 5. Medición volumen del pistón Tomamos apuntes de los volúmenes de cada pistón para los respectivos cálculos de su relación de compresión respectivamente.

8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Al introducir el aceite en cada una de las cámaras de combustión de los pistones y retirarlo de los mismos pudimos determinar el volumen de cada uno y con la ayuda del calibrador obtuvimos los siguientes datos:

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Tabla 1. Datos de volumen de cámara y diámetro de pistón

Nombre del pistón

Diámetro de la cabeza del

Volumen de la cámara

pistón John Deere 3350

10.59cm

45ml

Cummins

11.34cm

64.8ml

Hino GD3H

10.35cm

52ml

John Deere JD510

10.74cm

55ml

Agrícola Benji

9.4cm

-*

Deus

9.4cm

43ml

Hino FC

9.47cm

47ml

Según lo expuesto pudimos determinar los volúmenes de cada uno pero no pudimos determinar el volumen del pistón agrícola Benji debido a que es un pistón de inyección indirecta por ende tiene su cabeza casi plana en donde se encuentran también las ranuras de las válvulas y esas ranuras no cuentan como parte de la cámara de combustión. Luego de estas medidas determinamos qué camisa corresponde a cada uno de los pistones, midiendo con el calibrador determinamos la carrera del pistón viendo las huellas más pronunciadas debido al rin de fuego en el caso del PMS y en el PMI de la misma forma la huella más pronunciada en la parte inferior.

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Tabla 2. Carrera del pistón en la camisa Nombre del pistón

Carrera

John Deere 3350

131.2mm

Cummins

127.9mm

Hino GD3H

-*

John Deere JD510

-*

Agrícola Benji

133.4mm

Deus

142.10mm

Hino FC

124mm

En el caso de los pistones Hino GD3H y John Deere JD510, no existieron camisas por lo que el Ing. Alejandro Rojas nos planteó que pongamos: en el caso del Hino le sumamos a la carrera +30mm y en el caso de John Deere le sumamos a la carrera +40mm. Con los valores que obtuvimos de la carrera y volumen de cada uno de los pistones se procede a determinar la relación de compresión por medio de los cálculos mediante las siguientes fórmulas: [8.1]

[8.2]

[8.3]

Dónde: d= diámetro del pistón

E= Relación de compresión

s= carrera del pistón

Vc= Cámara de combustión mínima

z= número de cilindros

Vh+Vc= Cámara de combustión máxima

Vh= Cilindrada de cada cilindro VH= Cilindrada total del motor

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John Deere 3350, 6 cilindros

Figura 6. Pistón John Deere 3350

Cummins, 6 cilindros

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Figura 7. Pistón Cummins

Hino GD3H, 6 cilindros

Figura 8. Pistón Hino GD3H

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John Deere JD510, 4 cilindros

Figura 9. Pistón John Deere JD510

Agrícola Benji, 2 cilindros

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Figura 10. Pistón agrícola Benji

Deus, 4 cilindros

Figura 11. Pistón Deus

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Hino FC, 6 cilindros

Figura 12. Pistón Hino FC

9. Conclusiones -

Identificamos que cada pistón tiene un diseño diferente por lo que una buena manera de determinar la medida de su cámara de combustión fue dirigiéndonos por el volumen que abarcó el aceite en dicha cámara.

-

De acuerdo al grosor de las camisas pudimos determinar si nos estamos refiriendo a una camisa seca o húmeda, la seca es fina y la húmeda es gruesa.

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-

Con todas las medidas necesarias como: el diámetro del pistón, su carrera y volumen de los diferentes pistones, logramos realizar los cálculos respectivos de la cilindrada de cada cilindro, la cilindrada total del motor y relación de compresión; cada uno con diferentes resultados.

10. Recomendaciones -

Es necesario que cada estudiante tenga la paciencia para obtener medidas precisas y lograr cálculos exactos.

-

Tomar la debida atención al Ingeniero para identificar a cada pistón con el que se encuentre trabajando a saber a qué tipo pertenece.

-

Ordenar cada uno de los datos mediante tablas para que al momento de realizar los cálculos se faciliten estos, y así comparar los resultados de relación de compresión y cilindrada de los diferentes pistones mencionados.

-

Ordenar en la mesa de trabajo los pistones con sus respectivas camisas y nombre escrito en papel, para identificarlos plenamente durante la práctica.

NOMENCLATURA O GLOSARIO

Calibrador: Instrumento de precisión usado para medir pequeñas longitudes, medidas de diámetros externos e internos y profundidades. Consiste en una escala base graduada en milímetros y en un dispositivo llamado nonio que sirve para aumentar la precisión de la escala base. El nonio es una reglilla que puede deslizarse sobre la escala base. (Anónimo, Física-Creatividad e Innovación.: EL CALIBRADOR O BERNIER, 2013)

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Camisa: La camisa del motor es una cavidad responsable de asegurar que las altas temperaturas del escape no dañen los componentes internos del motor.

Carrera del pistón: Es la distancia que recorre el pistón desde el PMS al PMI.

Cilindrada: Es el volumen geométrico ocupado por el conjunto de pistones desde el PMI hasta el PMS. La cilindrada da una buena medida de la capacidad de trabajo que puede tener un motor.

PMI (Punto Muerto Inferior): Parte inferior máxima a la que se desliza el pistón. PMS (Punto Muerto Superior): Parte superior máxima a la que se desliza el pistón.

Relación de compresión: Es el número que permite medir la proporción en que se ha comprimido la mezcla de aire-combustible (Motor Otto ) o el aire (Motor Diésel) dentro de la cámara de combustión de un cilindro.

Rin o aro de fuego: es el encargado de sellar la cámara de combustión para que, durante la compresión, la mezcla de aire y combustible no pase al interior del cárter impidiendo además el paso de los gases de combustión al cárter. (Anónimo, Tipos de aros del pistón y sus funciones - Taller virtual, 2013) Rines, segmentos o aros: Son básicamente unos segmentos de acero que se insertan en unas ranuras practicadas en el pistón, que usualmente son 3, y son ocupadas dos de ellas por los aros de compresión y la última por el aro rascador de aceite.

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BIBLIOGRAFÍA Anónimo. (23 de Octubre de 2013). Física-Creatividad e Innovación.: EL CALIBRADOR O BERNIER. Obtenido de Física-Creatividad e Innovación: http://fsicacreativa.blogspot.com/p/elcalibrador-o-bernier.html Anónimo. (23 de Octubre de 2013). Pistones - Pro #1 Performance. Obtenido de Pro #1 Performance: http://www.pro-1performance.com/motoressubaru/pistones%20subaru/pistonessubaru.htm Anónimo. (20 de Octubre de 2013). Repuestos y Llantas - MOVESA. Obtenido de Repuestos>Repuestos y Llantas: http://movesa.com.gt/repuestos_detalle.asp?id=2 Anónimo. (26 de Octubre de 2013). Tipos de aros del pistón y sus funciones - Taller virtual. Obtenido de Tipos de aros del pistón y sus funciones: http://www.tallervirtual.com/2009/01/12/tiposde-aros-del-piston-y-sus-funciones/ Anónimo. (24 de Octubre de 2013). Tipos de Pistones - AUTOmotriz.net. Obtenido de Tipos de Pistones: www.automotriz.net/tecnica/pistones.ht Martínez, D. H. (2000). MANUAL PRÁCTICO DEL AUTOMOVIL. Madrid-España: Grupo Cultural S.A.

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ANEXOS

ANEXO 1.

ANEXO 1.Pistones de altas presiones de combustión (Anónimo, Pistones - Pro #1 Performance, 2013)

Anexo 2.

ANEXO 2.Pistones y anillos (Anónimo, Repuestos y Llantas - MOVESA, 2013)….

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Anexo 3.

ANEXO 3.Nivelación del pistón en la entenalla………

Anexo 4.

ANEXO 4.Medición

de volumen agregando aceite en cámara 26

Anexo 5.

ANEXO 5.Tipos de camisas GHG

Anexo 6.

ANEXO 6.Cabezote inyección indirecta…..…..

27

Anexo 7.

.Ajuste de camisa en cabezote….

ANEXO 7

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