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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA RIF. J-00066762-4 METALURGIA

ANÁLISIS METALÚRGICO DE LA FALLA PRESENTE EN UN PISTÓN SOMETIDO A TRABAJO MECÁNICO Y ALTA TEMPERATURA EN EL INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DEL MAR – CAMPUS GUAYANA – ESTADO BOLÍVAR

ANTONIO GREENE

SAN FÉLIX, OCTUBRE 2017

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA RIF. J-00066762-4 METALURGIA

ANÁLISIS METALÚRGICO DE LA FALLA PRESENTE EN UN PISTÓN SOMETIDO A TRABAJO MECÁNICO Y ALTA TEMPERATURA EN EL INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DEL MAR – CAMPUS GUAYANA – ESTADO BOLÍVAR Trabajo Especial de Grado presentado para optar al título de Técnico Superior Universitario en la especialidad de Metalurgia.

ANTONIO GREENE

SAN FÉLIX, OCTUBRE 2017

Quienes suscribimos, miembros del jurado designado por la coordinación de Trabajo Especial de Grado, para examinar el trabajo presentado por el bachiller Antonio Greene, de la especialidad de Metalurgia. Consideramos que el mismo cumple con los requisitos exigidos por el reglamento de la institución y lo declaramos Aprobado.

______________________ Lcda. (MSc) Luisa Velázquez Asesor Metodológico

____________________ Ing. Alonso Lezama Asesor Técnico

______________________ Ing. Yanet Mendoza Jurado Metodológico

____________________ Ing. Luis Castro Jurado Técnico

________________________ Ing. (MSc.) Dinora Martin Coord. Trabajo Especial de Grado

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DEDICATORIA A Dios, por haberme otorgado salud, inteligencia, fortaleza y muchas ganas de luchar en los momentos más difíciles de mi vida gracias Dios A mi madre Vanessa De Jounge que nunca se rindió en darme lo necesario para que yo recibiera educación, llegar lejos, dando todo lo que está en mí. A mi abuela Elfreda De Jounge quien me llenó de sabiduría y me dio todos esos consejos que me sirvieron de mucho, a mis hermanos quienes nunca me ha permitido dejar que renuncie a los sueños los cuales he luchado por lograr, a mis y familiares los cuales de alguna u otra forma me apoyaron. A los profesores: Kleyjarh Correa, Neima Domínguez, Alonso Lezama, Ana Fernández, Johana Alvarado, Luisa Velásquez y el Coordinador de metalurgia Nicolás Villegas quienes me ayudaron y apoyaron en cierta parte a mi tesis de grado mostrando su calidad humana y su ayuda desinteresada. A mis compañeros Ulises Guzmán y Jesús Pérez quienes siempre estaban cuando los necesitaba y a los demás compañeros quienes igualmente los aprecio por su manera de ser.

Antonio Greene

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AGRADECIMIENTO

Dios gracias te doy por darme la oportunidad de lograr esta meta y darme la fuerza necesaria para seguir adelante por este duro camino la cual seguiré recorriendo con mucho valor destreza y voluntad. A mi madre Vanessa De Jounge por darme la vida, ayudarme en todo lo que necesitaba y darme la enseñanza necesaria para ser una excelente persona, a ella le agradezco todo lo que me ha dado. A mi abuela Elfreda De Jounge quien me ayudado en todo lo que he necesitado durante este tiempo le doy las gracias por apoyarme y ayudarme a cumplir esta meta. A todos mis profesores y compañeros de clases sin excepción quienes de una u otra manera me ayudaron y me apoyaron teniendo ese deseo igual que yo de lograr ser un Técnico Superior Universitario les doy las gracias a todos. Gracias Fundación La Salle por abrirme las puertas a su sistema estudiantil y ayudarme a lograr esta meta de graduarme y demostrar su calidad humana, ante todo.

Antonio Greene

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ÍNDICE GENERAL Pág. APROBACIÓN DE JURADO............................................................................. iii DEDICATORIA………………………………………………………………… iv AGRADECIMIENTO......................................................................................... v ÍNDICE DE FIGURAS....................................................................................... vii ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………. viii RESUMEN............................................................................................................ ix INTRODUCCIÓN................................................................................................ 1 CAPÍTULOS I - EL PROBLEMA Planteamiento del problema...................................................................................... 3 Objetivo general………………………………………………………….………... 6 Objetivos específicos………………………………………………….………….. 6 Delimitación del problema……………………………………….………………... 7 II – MARCO TEÓRICO Antecedentes de la institución…………………………………………….…….. Antecedentes de la investigación......................................................................... Marco referencial.................................................................................................. Marco conceptual..................................................................................................

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III – MARCO METODOLÓGICO Tipos de investigación………………………………………………………...…. Diseño de la investigación………………………………………………...…….. Técnicas e instrumentos de recopilación de datos…………...………………….. Sistema de variables………………..…………………………………………....

39 40 40 41

IV – RESULTADOS Caracterización del material de fabricación del pistón….…………...………….. 42 Descripción de la falla que presentó el pistón……..……………………...……. 46 Valores de dureza y la microestructura del material………………...…………… 48 Resultados obtenidos en el análisis de las fallas que presentó un pistón……...… 53 CONCLUSIONES………………………………………………………………. RECOMENDACIONES……………………………..………………………… REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………… ANEXOS………………………………………………………………………....

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ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA

p.

1.- Organigrama de Fundación La Salle de Ciencias Naturales……………….…

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2.- Pistón desde su parte inferior……………………….………………………..

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3.- Ciclos de funcionamiento de un motor a gasolina de 4 tiempos……….…….

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4.- Pistón dañado de motocicleta.…….………………………………………...

46

5.- Parte superior del pistón dañado de motocicleta……….…………………….

46

6.- Imágenes con la lupa estereoscópica del pistón dañado….……………….…

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7.- Procesamiento de la muestra……….……..…........…….…….……………..

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8.- Micrografía del pistón de aluminio lejos de la zona de la falla………………

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9.- Micrografía del pistón de aluminio en la zona de la falla…..……..……..…..

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ÍNDICE DE TABLAS TABLA

p.

1.- Componentes del pistón de motocicleta (% p/p).………………………….…

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2.- Valores de dureza en la zona sin falla ……….…………………………….… 48 3.- Valores de dureza en la zona con falla… ………………………………….… 49

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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA RIF: J-00066762-4 METALURGIA

ANÁLISIS METALÚRGICO DE LA FALLA PRESENTE EN UN PISTÓN SOMETIDO A TRABAJO MECÁNICO Y ALTA TEMPERATURA EN EL INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR – CAMPUS GUAYANA – ESTADO BOLÍVAR Autor: Antonio Greene Año: 2017 RESUMEN Este trabajo fue realizado en el Instituto Universitario de Tecnología del Mar Campus Guayana, Estado Bolívar, con el objetivo general de Analizar metalúrgicamente la falla presente en un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura. Para el logro de esta investigación se aplicó una metodología descriptiva y aplicada al tema, con diseño de investigación de campo y aplicando técnicas de observación directa, revisión documental y uso de la entrevista estructurada. Los resultados muestran que corresponde a una aleación de aluminio-silicio posiblemente un A390.0-T6. El examen visual muestra que el área superior y de la pared de fuego está destruida por completo. La pared está fundida hasta el portasegmento y hay rugosidades en la superficie. La superficie afectada el material presenta una dureza inferior (60,0 HRB) a la de la superficie en óptimas condiciones (73,5 HRB), lo que muestra que en el punto donde se da el fallo del material hay un cambio en la estructura del mismo y por ende la dureza del material se ve afectada. En la imagen del material que fallo se ve un cambio en la microestructura, además de microvacios más grandes y en algunas partes se denota una quema del material, esto debido a la alta temperatura. Debido al cambio en la estructura del material y el aspecto de la superficie se dedujo que posiblemente el fallo se dio por termofluencia.

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INTRODUCCIÓN En sentido general, el pistón o émbolo es el órgano que, en el mecanismo cinemático que transforma un movimiento rectilíneo en uno giratorio, tiene la función de deslizarse alternativamente dentro de su guía (cilindro). Este continuo movimiento hace que, a la larga, el material pueda comenzar a sufrir daños por fatiga y pueda fracturarse. El ensayo visual y la metalografía aplicada, son pruebas diseñadas para ayudar a determinar las posibles causas de este deterioro. En esta última pueden verse las distintas fases presentes en el material y el tamaño de los granos, además del tipo de tratamiento termino que se pudo haber realizado y que hubiese influido en el resultado final. En la Fundación la Salle se llevó a cabo este trabajo, cuyo propósito fue analizar metalúrgicamente la falla presente en un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura; para ello se utilizó una metodologia descriptva de todo el proceso de inspección de la pieza dañada, y aplicada, enfocada a los ensayos realizados, con diseño de campo y uso de figuras relacionadas al tema y a las diversas etapas que se realizaron para resolver el tema y tablas contentivas de datos generados de los ensayos reallizados para la resolucion de los objetivos planteados en esta investigación. Para ello se haran varias pruebas mecanicas y metalograficas para determinar la cauasa real del daño al piston y poder dar solucion al problema planteado en esta investigación. En tal sentido la investigación consta de cuatro fases estructuradas así: Capitulo I donde se realiza el planteamiento del problema, los objetivos específicos y el objetivo general y la delimitación del problema; luego en el Capítulo II se ubica la reseña histórica de la empresa, los antecedentes de la investigación, el marco teórico que soporta las bases teóricas requeridas y un marco conceptual; el Capítulo III contempla la metodología a seguir para el desarrollo del trabajo, estableciendo el tipo y diseño de investigación, las técnicas e instrumento de recolección de los datos, junto con las variables de investigación y finalmente el Capítulo IV que muestra los resultados de los objetivos trazados en el trabajo. Luego se presentan la conclusiones, 1

recomendaciones y concluyendo con las referencias bibliográficas y electrónicas y los anexos complementarios al mismo.

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del problema Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna. Su función principal es la de constituir la pared móvil de la cámara de combustión, transmitiendo la energía de los gases de la combustión a la biela mediante un movimiento alternativo dentro del cilindro. Dicho movimiento se copia en el pie de biela, pero se transforma a lo largo de la biela hasta llegar a su cabeza apretada al muñón del cigüeñal, en donde dicha energía se ve utilizada al movilizar dicho cigüeñal. De esta forma el pistón hace de guía al pie de biela en su movimiento alternativo. Bajo ciertas observaciones se ha determinado que el pistón de una motocicleta tiene algunas reacciones al ser sometido a trabajo mecánico y alta temperatura, por lo cual es necesario su análisis. Mundialmente se denomina un pistón como una pieza metálica tronco cónico, compuesto por tres partes que son: la cabeza, el cuerpo y la pollera o falda. La parte superior o cabeza es la parte más reforzada del mismo ya que se encarga de recibir el empuje de la expansión de los gases dentro del cilindro durante el desarrollo del ciclo. Los pasadores de pistón están hechos de aluminio. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. 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. En la República Bolivariana de Venezuela, algunas investigaciones dicen que el estudio del proceso real de la combustión en los motores de combustión interna alternativos, está afectado directamente por una serie de variables que modifican continuamente las características del proceso. Dos de las principales variables son el

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trabajo y la temperatura dentro de la cámara de combustión y esta se presenta relacionada directamente con los parámetros de funcionamiento del motor como lo son: velocidad de giro del cigüeñal (rpm), relación combustible/aire, ángulo de avance de chispa, condiciones del sistema refrigerante, características del combustible y del aceite lubricante, condiciones de carga aplicadas al motor, entre otras. En el estado Bolívar, Fundación La Salle cuenta con su propio laboratorio de Metalurgia donde se efectúan los diferentes tipos de estudios a los pistones para colocarlos a prueba, bajo las distintas condiciones que se le pueda presentar a estos ejemplares. En investigaciones para medir la temperatura en los ciclos del motor, se han definido modelos matemáticos que describen el comportamiento de temperatura y transferencia de calor, esto en conjunto con técnicas y equipos para registrar la variación de la combustión y con ello la temperatura en las paredes. Tomando en cuenta puntos importantes como; temperatura superficial, relación combustible aire relativa, combustión, válvulas de admisión y escape. Fundación La Salle de Ciencias Naturales, Instituto Universitario de Tecnología del Mar, está ubicado San Félix, UD 104, Municipio Caroní, Carrera Alonso de Herrera; Ciudad Guayana, estado Bolívar. Este se encarga de impartir a jóvenes adolescentes y preadolescentes formación estudiantil académica a nivel medio y superior diversificada, contando con dos módulos en sus instalaciones generales para impartir sus enseñanzas a jóvenes en la escuela técnica de primer a sexto año de bachillerato, ayudándolos a salir con una experiencia laboral y académica más convencional que las instituciones secundarias tradicionales y el instituto universitario ofrece a jóvenes y adultos la oportunidad de obtener el grado de Técnico Superior Universitario en las áreas de administración de empresas, contabilidad y finanzas, electricidad, seguridad industrial, metalurgia y mecánica. En los primeros motores de combustión interna no se utilizaron anillos de pistón. Las temperaturas y las presiones de los gases no eran tan altas como los parámetros de hoy en día. Las demandas cada vez mayores de eficiencia requirieron temperaturas de trabajo más altas, que causan una extensión más fuerte del calor del material del pistón y daño más extenso y rápido del material con que se construye esta pieza. El

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problema que se desea estudiar en esta investigación es el de determinar las causas que produjeron la falla en el pistón de una motocicleta, la cual fue sometida a trabajo mecánico y alta temperatura, por lo cual sufrió falla. Esto se describe a manera de que los motores que emplean materiales en las paredes de la cámara de combustión, presentan altos valores de temperatura superficial, con oscilaciones similares a la temperatura que posee el gas. Esto limita la transferencia de calor conectiva del gas hacia las paredes, alcanzando una condición con tendencia similar al comportamiento del motor adiabático. Cuando el material tiene un valor elevado se presenta una amplia diferencia entre las oscilaciones de la temperatura del gas y el comportamiento dinámico de la temperatura de la superficie, cuyos valores son menores, facilitando el flujo de calor hacia las paredes. Las posibles causas de esta situación se deben al uso de gasolina inadecuada, mal uso del conductor de la motocicleta, cambios de microestructura debido a temperaturas muy elevadas en la cámara de combustión entre otros. Durante el proceso de combustión se producen partículas de hollín, algunas de las cuales se adhieren a la superficie de la cámara de combustión formando depósitos de ciertos espesores, los cuales afectan la transferencia de calor del gas a las paredes. Durante la combustión la temperatura en la superficie de los recipientes es más elevada que la temperatura en zonas donde no hay formación de depósitos. Las mediciones de las temperaturas superficiales en las paredes bajo condiciones de operación, requieren de sensores con masas muy pequeñas a fin de proveer una rápida y exacta respuesta. Esto ha traído como consecuencia, la disminución de la potencia del motor de la motocicleta, con esto el exceso de calor por el funcionamiento continuo de maquinaria ha perpetuado en el funcionamiento de la misma por lo que se necesita o se espera su remplazo prontamente. Este tipo de juntas medidoras es conocido como termocupla de película y la misma, es muy frágil, haciéndose difícil su uso en los experimentos de alta cantidad calorífica. Las termocuplas de película delgada son usadas para medir los cambios de temperatura instantánea sobre la superficie de las paredes de la cámara de combustión en motores de combustión interna.

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Si no se soluciona esta situación, las fallas en los demás pistones podrían empezar a aumentar de manera regular creciente, trayendo pérdidas económicas a la empresa que los produce, ya que tendría que devolver a la fábrica el material para que se corrijan, en diseños, la composición defectuosa del material del pistón. La dinámica del pistón requiere del empleo de cables con alta resistencia a la fatiga, lo que indica que la situación no solo afecta a los ya mencionados sino también a estos cables. Y además podría originar accidentes moto ciclísticos en el cual podría ocasionar lesiones físicas irreversibles a las personas hasta quizás producirle la muerte por el gran impacto ocurrido al detonarse el pistón De allí la importancia en solucionar esta problemática, ya que se fabricarían pistones con mejores materiales, más resistentes a las condiciones de operación de la motocicleta y resistentes a altas temperatura de trabajo, lo cual beneficiaría a los usuarios de estos pistones y a la empresa fabricante, que vería un aumento en sus ventas y pocas devoluciones del producto por mala calidad en su fabricación. Para controlar esta situación se hará el siguiente estudio de falla, ya que no hay mucha información al respecto que se pueda tomar en cuenta para las mediciones de temperatura usando termopares. De esta se sabría sobre el funcionamiento de cada pistón expuesto al trabajo de alta temperatura durante largas jornadas. Objetivo general Analizar metalúrgicamente la falla presente en un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura en el Instituto Universitario de Tecnología del Mar Campus Guayana, Estado Bolívar. Objetivos específicos 

Caracterizar el material de fabricación del pistón



Describir la falla que presentó el pistón



Señalar los valores de dureza y la microestructura del material del pistón



Presentar los resultados obtenidos en el análisis metalúrgico de la falla que presenta un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura

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Delimitación del problema La investigación se llevó a cabo desde Septiembre de 2016 hasta Junio de 2017 en Fundación La Sallé de Ciencias Naturales, Sede Guayana, ubicado en Carrera Alonso de Herrera, Sector el Roble, UD 104, San Félix, estado Bolívar, con el objetivo de analizar metalúrgicamente la falla presente en un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura en el instituto universitario de tecnología del mar campus Guayana estado Bolívar, tomando en cuenta los objetivos específicos planteados para de esta forma establecer la causa de la falla del pistón.

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Antecedentes de la institución Existe Fundación La Salle de Ciencias Naturales desde 1941 cuando grosso iniciada como idea remota por el hermano Ginés que para aquel entonces era un joven enamorado de la naturaleza, entusiasta por conocer lo más recóndito de la misma, amante del estudio más sofisticado de la misma, grosso quien reunió a un grupo de científicos naturales entusiastas de Caracas para formar la Sociedad de Ciencias Naturales La Salle, realizando expediciones cortas y otras largas de duración y también distancia, dependiendo del tiempo libre del cual disponían para explorar así toda la geografía de Venezuela en sus más recónditos y ricos paisajes. En 1957 se sentaron las bases de lo que es en la actualidad Fundación La Salle de Ciencias Naturales (FLASA); al iniciarse la fundación empezó su expansión hacia tres áreas deprimidas económicamente de la Venezuela rural, todo esto hasta convertirse hoy en el modelo educativo en los distintos campus del país, localizados en: Carabobo, Distrito Federal (Caracas), Nueva Esparta, Bolívar, Cojedes, Lara, Mérida y Trujillo. En 1968 fue cuando la institución centro su atención en el sureste venezolano conocido como Guayana, ya que el área ya estaba desarrollada en el aspecto de la minería del hierro y del aluminio, donde aún funciona la extensión IUTEMAR en la actualidad. Misión Servir a las comunidades más desasistidas a través de la educación, investigación y extensión, apoyada en la cultura del trabajo, del hermanamiento y la solidaridad comunitaria para enraizar a la gente a su región y darle herramientas para su desarrollo personal y comunitario, ajustadas a las necesidades y realidad de cada una

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de ellas para instaurar como un fin último la verdad de Dios en la tierra, de igual forma fomentar en los jóvenes y adolescentes de Ciudad Guayana una mejor educación basada en principios, moral y ética social, para la buena formación de hombre de mañana. Visión Ser una institución científico-educativa de extensión y producción, integrada sinérgicamente

de

excelencia

y

solidez

reconocida

regional,

nacional

e

internacionalmente, fundamentada en su concepción filosófica humano-cristiana, apoyada en los valores científico-tecnológicos, con la voluntad, capacidad y compromiso de sus miembros para fomentar la dignificación y trascendencia de la vida con respeto, defensa y promoción de los valores culturales y ambientales de cada pueblo donde pueda llegar su enseñanza. Estructura organizativa

Figura 1. Organigrama de Fundación La Salle de Ciencias Naturales, Campus Guayana. Fuente: Fundación La Salle

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Antecedentes de la investigación Todo investigador debe tener un centro de referencia que le permita visualizar los diferentes puntos de vista u opiniones de otros investigadores, con la finalidad de llevar a cabo una evaluación del problema que se desea resolver, por eso se debe recurrir a todas las herramientas disponibles para tal propósito, tomando en cuenta datos de otros autores que estudian temas referentes a lo planteado, considerando así lo más importante y relevante que suministre información valiosa para evaluar los hechos posteriores al respecto. Tamayo (2012) define: “los antecedentes de la investigación con el tema tratado, son relevantes debido a que utiliza conceptos emitidos por otras personas que han indagado sobre un tema particular” (p. 75) Vargas, Diego y Poveda, Juan en el 2015, realizaron su trabajo de grado que llevo por nombre “Análisis de falla de pistón de un automóvil” para optar al título de Ingenieros Mecánicos en la Universidad Nacional de Colombia, llegando a las siguientes conclusiones: 

Según la inspección de ojo al desnudo se concluye que la pieza encontrada para este análisis presenta un gran desgaste que pudo haber sido causado por la temperatura y movimiento sufrido en su funcionamiento, en esta se puede observar una rotura en la parte lateral encima de los anillos, específicamente en él separador de los anillos.



Este análisis se da gracias al historial de fallas comunes que presenta este tipo de piezas. Debido a que aún se desconoce la causa por la cual se produjo esta rotura en el separador de los anillos y es casi imposible definir a solo ojo si se dio por diseño.

Velásquez, Rodolfo en el 2013, realizó su trabajo de grado que llevo por nombre “Mantenimiento preventivo para motocicletas comerciales”, para optar al título de Ingeniero Mecánico en la Universidad de San Carlos de Guatemala, donde concluye: 

El mantenimiento de las motocicletas, es muy importante de tomar en cuenta para poder evitar accidentes en las personas que la conducen.

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

Conocer el funcionamiento de los distintos sistemas de la motocicleta, ayudará a detectar los posibles problemas que puedan surgir en el funcionamiento de la misma.



Es importante conocer las actividades que se deben de realizar en cada servicio de mantenimiento en las motocicletas y seguir las recomendaciones del fabricante.

Sánchez, Rodrigo en el 2012, realizó su trabajo de grado que llevo por nombre “El cigüeñal y su importancia en las naves mercantes” para optar al título de Ingeniero Naval en Metalurgia, en la Universidad Austral de Chile, concluyendo: 

Si bien es cierto existen múltiples agentes que afectan el funcionamiento correcto del árbol cigüeñal, desde su origen en la etapa de proyecto hasta su fabricación, cabe destacar dentro del funcionamiento mismo, la ausencia de lubricación como factor detonante en el desgaste, que finalmente puede llevar a la total inoperancia del cigüeñal.



La falla preponderante sigue siendo la falta de lubricación, causante principal del desgaste lo que conllevaría sucesivamente a alterar el funcionamiento del cigüeñal.

Los anteriores se asemejan en muchos aspectos a este trabajo dado a que exponen las formas de análisis que se pueden realizar, en las distintas áreas del laboratorio de metalurgia de Fundación La Salle Campus Guayana, para determinar la falla del fragmento dañado. Su principal similitud es la afinidad que hay hacia el estudio de las distintas piezas de maquinarias en el sitio de trabajo académico anteriormente mencionado, tomado en cuenta la posición de los pistones como tema de redacción en aquel momento y todos los factores que pudieron haber influido para que ocurriese el daño y salida de operación de la maquina donde estaba instalada. Marco referencial En sentido general, el pistón o émbolo es el órgano que, en el mecanismo cinemática que transforma un movimiento rectilíneo en uno giratorio, tiene la función de deslizarse alternativamente dentro de su guía (cilindro). El mecanismo,

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denominado de biela-manivela, está compuesto por pistón, biela y manivela, y encuentra su aplicación natural tanto en máquinas motrices (motores de combustión interna, motores de vapor) como en máquinas operadoras o de trabajo (bombas hidráulicas alternativas, compresores, otros). Su movimiento no es armónico simple, pero se diferencia muy poco. En todas las aplicaciones en que se emplea, el pistón recibe (o transmite) fuerzas en forma de presión de (a) un líquido o de (a) un gas. Velásquez (2013) señala Se encarga de bombear gases frescos y quemados, se desplaza por el interior del cilindro en un movimiento de subida y bajada a lo largo de su carrera, controla la distribución y aprovecha la energía liberada en la combustión. Se fabrican en aleaciones ligeras. (p. 22).

Figura 2. Pistón desde su parte inferior. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n Su función principal es la de constituir la pared móvil de la cámara de combustión, transmitiendo la energía de los gases de la combustión a la biela mediante un movimiento alternativo dentro del cilindro. Dicho movimiento se copia en el pie de biela, pero se transforma a lo largo de la biela hasta llegar a su cabeza apretada al muñón del cigüeñal, en donde dicha energía se ve utilizada al movilizar dicho cigüeñal. De esta forma el pistón hace de guía al pie de biela en su movimiento alternativo. Nomenclatura de las partes del pistón 

Cabeza: Parte superior del pistón cuya cara superior (Cielo) está en contacto permanente con todas las fases del fluido: Admisión, compresión, combustión y consecuente expansión y escape. Para permitir las dilataciones producidas

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por el aumento de temperatura la cabeza es de menor tamaño, alcanzando su menor diámetro en el cielo. Según sean las necesidades del motor, la parte superior puede adoptar diversas formas 

Cielo: Superficie superior de la cabeza contra la cual ejercen presión los gases de la combustión. Puede ser plana, cóncava, convexa, tener labrados conductos toroidales, deflectores para crear turbulencia, etc. Generalmente posee menor diámetro que el extremo inferior del pistón debido a que se tiene que prever que al estar en contacto con las temperaturas más altas de todo el motor va a existir una cierta dilatación en el pistón, consistente en un cierto ensanchamiento en su sector superior –es decir, en su cabeza- y por esta razón el pistón adopta una forma tronco cónica con su menor diámetro en su superficie superior.



Alojamiento porta-aros: Son canales asignados a lo largo de la circunferencia del pistón, destinados a alojar los anillos. Los canales para los anillos rasca-aceite poseen orificios en el fondo para permitir el paso del aceite lubricante.



Paredes entre canaletas: las partes de la región de los anillos que separan dos canales entre sí.



Falda o pollera: Parte del pistón comprendida entre el centro del orificio del perno y el extremo inferior del pistón. Forma una superficie de deslizamiento y guía al pistón dentro del cilindro. Las faldas son de hierro fundido, y se la une a la corona mediante soldaduras o por embutimiento. En motores Diesel las faldas pueden formar una sola pieza con la cabeza, y en motores grandes se suelen usar faldas no integrales. Las faldas del pistón suelen ser de tipo planas o lisas, acanaladas o partidas o también del tipo arrugado. Esto sirve para contrarrestar la dilatación o para mejorar la lubricación. Las faldas o ranuras permitan la expansión del metal sin aumento de diámetro. Una particularidad interesante de las faldas arrugadas es que tienen micro fisuras en las cuales se transporta aceite, lo cual mejora considerablemente la lubricación y por ende alarga el tiempo de vida útil del pistón. El juego entre

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la falda y la superficie del cilindro debe ser los más reducido posible para evitar el cabeceo del pistón. Para facilitar el deslizamiento y agarrotamiento del pistón en muchas faldas se coloca una protección que consta de una capa de metales antifricción tales como plomo, cadmio, zinc o estaño. 

Orificio para perno del pistón: es el orificio situado en la falda que aloja al perno, los pernos del pistón son piezas cilíndricas de acero al carbono, tratadas térmicamente que sirven de articulación entre el pistón y la biela. Cuando el perno está libre tanto en el pistón como en la biela, se debe evitar el desplazamiento axial (Es decir, hacia los costados) del mismo, para lo cual se realizan unas ranuras en el borde de cada orificio y en dichas ranuras de montan anillos elásticos que constituyen un tope al movimiento axial del perno.



Perno del pistón: Es un pasador tubular construido en acero al 10% de carbono. Tiene tres formas posibles de fijación entre el pistón y la biela:



Fijo a la biela y loco en el pistón: En este tipo de anclaje el pasador del pistón queda fijo (Sin movimiento radial respecto del pie de biela) en la biela y libre en el pistón. Este tipo de anclaje permite al pistón bascular sobre el pasador, para que pueda adoptar en su desplazamiento las posiciones adecuadas con respecto a la biela.



Loco en la biela y fijo en el pistón: En este anclaje el perno queda fijo al pistón mediante una chaveta o tornillo pasador, mediante la biela bascula libremente sobre el perno. La unión biela-perno se realiza mediante un cojinete antifricción.



Loco tanto en la biela como en el pistón: En este tipo de anclaje el perno queda libre tanto respecto del pistón como de la biela, con lo cual ambos elementos bascular libremente teniendo además la ventaja adicional de repartir las cargas y disminuir el desgaste por rozamiento. El perno se monta en el pistón en frío con una ligera presión de modo que al dilatarse queda libre.

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

Aros o segmentos: Son piezas circulares que se adaptan a la circunferencia del émbolo o pistón a una ranura practicada en el cuerpo del mismo y cumplen determinadas funciones, entre las cuales se cuentan asegurar la hermeticidad de la cámara de combustión, transmitir calor a las paredes del cilindro, y controlar la lubricación de las paredes internas de dicho cilindro.

Descripción El pistón es una pieza metálica tronco cónico compuesto por tres partes que son: la cabeza, el cuerpo y la pollera o falda. La parte superior o cabeza es la parte más reforzada del mismo ya que se encarga de recibir el empuje de la expansión de los gases dentro del cilindro durante el desarrollo del ciclo. Los pasadores de pistón están hechos de aluminio. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. 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. Entre las características que debe reunir se cuentan: 

Capacidad de soportar las condiciones extremas a las que se ven expuestos.



Debe ser ligero para no transmitir excesivas inercias que aumenten las vibraciones del motor.



Capacidad de dotar de perfecta estanqueidad al cilindro para así evitar una eventual fuga de gases.

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. Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso específico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones.

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Materiales de construcción El pistón debe ser diseñado de forma tal que permita una buena propagación del calor, para evitar las altas tensiones moleculares provocadas por altas temperaturas en diferentes capas del material, caso contrario una mala distribución del calor ocasiona dilataciones desiguales en distintas partes del pistón ocasionando así roturas del mismo. Es común el uso de cabezas de acero fundido en motores de gran potencia, manteniendo el cuerpo cilíndrico de hierro fundido. Generalmente para la construcción del pistón se emplea la fundición de grano fino, pero cuando es necesario fabricarlo en dos o más partes se usa el fondo de acero fundido para resistir mejor las tensiones producidas por el calor. Los pistones se construyen en una gran variedad de materiales siendo los más comunes: 

Hierro fundido.



Aleación de níquel y hierro fundido.



Aleación de acero y aleación de aluminio.



Aleación de níquel y hierro fundido: se utiliza aleación de hierro al 64% y níquel al 36% con muy poco carbono y algo de cromo. El coeficiente de dilatación de esta combinación es prácticamente nulo, con lo cual se consigue limitar la dilatación del pistón.



Fundición: se utiliza en motores pequeños. Poseen la ventaja de tener elevada resistencia mecánica y gran capacidad para trabajar en fricción.



Pistones de hierro colado: se desgastan menos y pueden utilizarse con menos holgura debido a que se expanden menos que los de aluminio.



Pistones de aluminio: son mucho más ligeros y tienen un alto coeficiente de transmisión de temperatura. Por ende, requieren menos agua de refrigeración que los émbolos de fundición.



Pistones de hierro común: utilizados en motores de combustión de baja y media velocidad, este material aumenta la elasticidad a prueba de deformación permanente y resistencias al desgaste, es preferible a las aleaciones livianas, ya que permite emplear espacios nocivos menores en los pistones, lo cual

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constituye un detalle valioso tratándose de motores grandes que funcionan con carga variable. Ciclo de funcionamiento del motor 

Carreara de Admisión (1er Tiempo): El pistón se encuentra en el Punto Muerto Superior, la válvula de admisión se abre, el pistón baja hasta llegar al Punto Muerto Inferior, lo que ocasiona que el cilindro se llene de mezcla airecombustible.



Carrera de Compresión (2do Tiempo): Cuando el pistón alcanza el Punto Muerto



Inferior, el pistón comienza a subir y comprime la mezcla.



Carrera de Explosión (3er Tiempo): Cuando se alcanza la compresión máxima, salta una chispa generada por la bujía que quema la mezcla y hace que el pistón retroceda debido por los gases combustionados.



Carrera de Escape (4to Tiempo): El pistón vuelve al Punto Muerto Superior expulsando los gases de combustión a través de la válvula de escape.

De esta forma se completan los cuatro tiempos del motor, que continuarán efectuándose ininterrumpidamente en cada uno de los cilindros, hasta tanto se detenga el funcionamiento del motor, figura 3.

Figura 3. Ciclos de funcionamiento de un motor a gasolina de 4 tiempos. La forma del pistón En el pistón pueden distinguirse 4 partes principales: la cabeza, que recibe el calor Y el impulso de los gases de combustión; la zona de los aros, que por medio de los segmentos asegura la retención de los gases y del aceite de lubricación y al mismo

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tiempo disipa una parte del calor recibido; los alojamientos del bulón mediante el cual se une el pistón a la biela, y la falda, cuya función consiste en guiar el pistón en su movimiento dentro del cilindro y ceder el resto del calor al fluido de refrigeración (aire o agua). El pistón está definido por las siguientes dimensiones fundamentales: •

D =diámetro;

•

L = longitud total;

•

B = cota de compresión;

•

D = diámetro del bulón.

La cota de compresión tiene cierta importancia, puesto que suministra la posición del plano de la cabeza en el punto muerto superior y, consiguientemente, el volumen útil de la cámara de combustión. En otros términos, influye sobre la relación de compresión que se deduce del cociente entre la suma de la cilindrada y el volumen de la cámara de combustión dividido por este último. En la zona porta segmentos, los alojamientos de los segmentos se obtienen mediante torneado. En tiempos no muy lejanos podían contarse hasta 5 alojamientos; en la actualidad, dada la eficiencia de los segmentos, éstos se han reducido a 3 para los pistones de motores de turismo comunes y a 4 para los de motores Diesel. El primer alojamiento, comenzando por arriba, aloja un segmento de retención; el segundo (o el segundo y el tercero) puede incluir un segmento rascador con rebaje, o bien, un segmento de retención y otro con rebaje; el último alojamiento lleva un segmento clásico recogedor de aceite, con ranuras, que tiene la función de recuperar una parte del aceite de lubricación lanzado contra las paredes del cilindro. No todo el aceite es retenido por el segmento correspondiente en su carrera de bajada; una parte permanece y sirve para mejorar las condiciones de rozamiento de los demás segmentos. La función del primer segmento es bloquear la parte residual de aceite que sube hasta él. Un hecho bastante curioso, pero que tiene razón de ser, es que la última aleta, es decir, la porción comprendida entre los 2 segmentos finales, tiene 1 mm menos de diámetro, aproximadamente, que las demás; esto tiene como

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finalidad crear un espacio regulador, donde se forma un anillo líquido que retarda la marcha del aceite hacia arriba y produce una zona de retención más. El área de los alojamientos del bulón, zona de unión del pistón con la cabeza de la biela mediante el bulón, es muy delicada, dadas las fuerzas que actúan en ella. Un acoplamiento realizado defectuosamente implica consecuencias catastróficas (rotura de los apoyos, gripado y avería total del cilindro). Para tener una idea de ello piénsese que el agujero del bulón se mecaniza con herramientas de diamante, con una rugosidad superficial hasta de 0,5 µm y con tolerancias de mecanización de 4-7 µm. Análogamente, el bulón (de acero bonificado), con superficie exterior cementada, se rectifica con tolerancias de 5-7 µm. 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). En el caso de bulones libres en los apoyos, éstos no pueden deslizarse y salir de sus alojamientos, puesto que se lo impiden unas arandelas del tipo Seeger de sección rectangular. Las aleaciones de aluminio empleadas normalmente para la construcción de pistones pueden clasificarse en 3 categorías: aluminio-cobre, aluminio-cobreníquel (o hierro) y aluminio-silicio. Las aleaciones más empleadas son las últimas, puesto que ofrecen óptima resistencia mecánica y coeficiente de dilatación bajo, junto con elevado coeficiente de conductibilidad térmica. Además de éstas, existen aleaciones de aluminio al cobre, al silicio y al magnesio adecuadas para pistones estampados en prensa, de resistencia mecánica elevada. Estas aleaciones sirven, sobre todo, para construir pistones para motores de competición y de aviación. En los motores de combustión interna, se confían al pistón las siguientes funciones: transmitir al cigüeñal, a través de la biela, los impulsos producidos por los gases de combustión; garantizar la retención de los gases y del aceite de lubricación, y transmitir al cilindro el calor que recibe de los gases. 1. La primera función está relacionada esencialmente con su resistencia mecánica y es una de las principales consideraciones que el diseñador debe tener en cuenta al proyectar los grosores y al elegir el material.

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2. La segunda función (retención de gases) permite utilizar toda la energía producida en el momento de la combustión y evita que los gases, al pasar al cárter, quemen el aceite y provoquen el gripado o el encolado de los segmentos. La retención del aceite es necesaria, además de limitar el consumo, para evitar depósitos de carbonilla entre las aletas y en la cámara de combustión; estos últimos pueden provocar el pre-encendido por puntos incandescentes e incluso perforar el pistón. Las dimensiones de la falda y de las aletas contribuyen a garantizar la retención, puesto que, por encima de ciertos valores de juegos de acoplamiento entre el pistón y el cilindro, el sistema no puede funcionar, por el peligro de gripado, por lo que dicha función se confía sobre todo a los segmentos. 3. La tercera función (disipación del calor) favorece el mantenimiento de las características mecánicas del material, reduce el peligro de trabamiento de los segmentos y el desgaste de los alojamientos. La gama de los tipos de pistones, diferentes por su forma, sus funciones y dimensiones, es muy amplia. Cada motor tiene su pistón. De todos modos, puede aceptarse una subdivisión en dos grandes clases, cada una de las cuales agrupa subtipos con características definidas. Pistones para motores de encendido por chispa Son los pistones que se emplean preferentemente en los motores de 4 tiempos y de 2. Su diámetro va desde 30-70 mm para las motocicletas hasta 52-1 10 mm para los automóviles. Pueden construirse de varias formas: la cabeza, por ejemplo, puede ser plana, cóncava o convexa. Puede presentar rebajes circulares en correspondencia con la posición de las válvulas de admisión y de escape. La cabeza de los pistones Citroën es especial, puesto que tiene un resalte asimétrico de forma no definible geométricamente. Estas diferentes cavidades representan la investigación continua de los proyectistas para conseguir una combustión completa y, por tanto, un menor porcentaje de gases no quemados en el escape. La zona inferior de la falda posee generalmente aletas que tienen la función de aumentar la guía y reducir el golpeteo del pistón contra las paredes del cilindro. El área de la falda próxima a los agujeros del bulón muchas veces se rebaja para aligerar

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el pistón sin comprometer su resistencia. También puede hacerse otra distinción tomando en consideración las diferentes técnicas de construcción ideadas para controlar la dilatación térmica. Dichas técnicas representan la evolución máxima del pistón. Pistones mono metálicos de falda completa Son los más sencillos y los más usados; la dilatación térmica de la falda es relativamente grande, de ahí que se precisen amplios juegos de acoplamiento y notables ovalizaciones de compensación. En tiempos pasados, este tipo de pistón tenía un corte, vertical u oblicuo, con la función de hacer más elástica la falda y absorber las dilataciones. Sin embargo, esto implicaba una menor rigidez de la falda que, muchas veces, se rompía. En la misma categoría pueden incluirse los pistones de estampación para competición. Tienen la cabeza de forma convexa con gran curvatura para permitir relaciones de compresión elevadas. En la zona porta segmentos existen alojamientos para 2 segmentos o, como máximo, para 3, y la falda tiene una superficie muy reducida cuya función es solamente de guía. Presentan nervios muy pronunciados, con la única finalidad de reducir al mínimo el peso que, dado el elevado número de cielos (9.000-1 1.000 por minuto), influye de manera notable sobre la naturaleza y la clase de las fuerzas de inercia que intervienen. Pistones de dilatación térmica controlada Son pistones con pequeñas placas de acero, incorporadas durante la fundición, que les confieren altas prestaciones desde el punto de vista de la dilatación térmica. En 1925, A. L. Nelson construyó un pistón con placas de invar, aprovechando que este material posee un coeficiente de dilatación muy pequeño respecto al de las aleaciones de aluminio. Posteriormente, en Alemania aparecieron los pistones Autothernúk y Autothermatik de la empresa Mahle y los pistones con segmentos de dilatación de la Karl Schmidt. El pistón Autothermik se caracteriza tanto por el tipo de placas como por la presencia de un corte en el alojamiento del segmento recogedor de aceite, que interrumpe la unión de la cabeza con la falda. El corte determina que la falda esté más

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fría y, por tanto, que sea más fácilmente controlable. El pistón Autothermatik es muy similar al Autothermik: se diferencia únicamente en que la unión de la cabeza con la falda no está cortada, sino sólo interrumpida por agujeros situados de manera que permiten aún cierto flujo de calor desde la cabeza a la falda que, por consiguiente, permanece más fría. Además de esto, se evitan las deformaciones de la cabeza, que en este caso apoya toda la circunferencia sobre el cuerpo del pistón. Los pistones de este tipo ofrecen las mismas ventajas que los monos metálicos no cortados y que los auto térmicos, por lo que se emplean en motores rápidos y sometidos a solicitaciones elevadas. Los pistones con anillos de dilatación se caracterizan por una pieza de acero de sección transversal circular, con la parte exterior lisa o dentada, incorporada en el momento de la colada. Esta pieza especial tiene la capacidad de reducir notablemente la dilatación de la parte superior de la falda, es decir, la contigua al alojamiento del segmento rascador de aceite. Una variante de este tipo es la del pistón Cinturato, de la empresa Borgo, en el cual la función de reducir las dilataciones está confiada a un aro de acero de sección transversal oval que tiene 1 mm de espesor y una altura de 15 mm, aproximadamente. Otro pistón de esta categoría es el Duotherm de la marca Mahle, pieza circular y, por tanto, reúne las características de ambos. El sistema Duotherm se utiliza muchas veces en pistones para motores Diesel rápidos. Análogamente, y para las mismas aplicaciones, se produce el pistón Perimatic, de la marca Karl Schmidt. La particularidad de este último consiste en que posee una placa de acero cilíndrica que rodea completamente a la falda, confiriéndole cualidades de resistencia especiales. Las causas de desgaste de un pistón Las causas del desgaste del pistón son de 3 tipos: Rozamiento con el cilindro, acción abrasiva producida por pequeñas partículas y efecto corrosivo de los productos de la combustión, que son ácidos fuertes (PH = 2) durante el funcionamiento a temperaturas bajas (arranque en frío). Los remedios para disminuir al mínimo los efectos de estas causas son: reducción de la fuerza transversal, obtenida descentrando el bulón respecto al diámetro del pistón, y

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disminución del coeficiente de rozamiento mediante el mantenimiento de una capa de aceite lubricante. Este último factor se consigue tanto eligiendo la mejor combinación de los tipos de segmentos como conjugando los valores de rugosidad de las superficies de contacto. Por regla general, acabados bastos dan mejores resultados, puesto que, una vez efectuado el rodaje, los surcos profundos ofrecen aún buenos alojamientos de permanencia del aceite (rugosidad media de 0,9 litros para los cilindros y de 2,5 litros para los pistones). En especial, para evitar que los surcos se conviertan en canales que se dirijan hacia la cámara de combustión y que, por consiguiente, faciliten el paso del aceite, se suele rectificar la superficie del cilindro de manera que se obtengan hélices entrecruzadas con ángulos de 1200. La duración del pistón depende esencialmente de la calidad del material utilizado y de los tratamientos térmicos a que ha sido sometido. Durante el funcionamiento, el pistón produce ruido, puesto que su movimiento no es perfectamente rectilíneo, sino que se compone de un desplazamiento transversal, que le hace chocar con el cilindro, y de una rotación alrededor del eje del bulón, que le hace tocar alternativamente con la cabeza y con la base de la falda. Otro ruido se debe al juego de los apoyos con el bulón. La disminución del ruido puede conseguirse dando a la falda una forma bombeada y oval. Durante el funcionamiento del motor, las presiones y las fuerzas de inercia que actúan sobre el pistón dan una componente transversal dirigida hacia un lado durante las fases de expansión y de admisión, y en sentido opuesto durante la compresión y el escape. Teniendo en cuenta que la intensidad de la fuerza transversal depende del ángulo de inclinación de la biela, su reducción puede obtenerse teóricamente alargando mucho la biela o bien reduciendo la carrera (y, por tanto, el radio de manivela) o, más prácticamente, descentrando los cilindros y el bulón por la parte hacia la cual se mueve la biela en la fase de expansión. De esta manera, durante la expansión, cuando la fuerza vertical es mayor, la componente transversal será menor (por la distinta inclinación de la biela), mientras que se obtendrá un incremento de la misma en las fases de compresión y escape cuando las fuerzas verticales son menores. Las fuerzas verticales que actúan sobre el pistón son resultantes de la acción de los gases y de las

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fuerzas de inercia. Ahora bien, mientras que la acción de los gases es una fuerza activa, las fuerzas de inercia son resistencias pasivas que es necesario reducir. Dichas fuerzas son debidas esencialmente a la masa y a la aceleración del pistón. En los motores de competición en que el cigüeñal tiene una velocidad angular muy elevada, es necesario reducir al máximo el peso de los pistones. Este problema no afecta solamente a los preparadores de motores de competición, sino, sobre todo, a los constructores, a causa del aumento continuo del número de revoluciones del motor. A 5.000 rpm, cada pistón realiza ya 10.000 carreras/min. Los efectos más perjudiciales de la temperatura en el cuerpo del pistón son la disminución de las características mecánicas del material, la predisposición al desgaste y al gripado, el agrietamiento de la cabeza, el encolado de los segmentos y la dilatación excesiva de los bordes y de la falda. Un aspecto muy importante del problema térmico, desde el punto de vista de la construcción, es el efecto de la dilatación de la falda. A causa de la forma tridimensional del pistón, la dilatación se produce en las 3 dimensiones del espacio; su magnitud depende exclusivamente de 3 factores fundamentales: coeficiente de dilatación del material, temperatura y grosor de la zona considerada. Si se toma en consideración una sección vertical de la falda, se observará que se caracteriza por grosores y temperaturas decrecientes hacia abajo, con las consiguientes dilataciones mayores en la parte alta respecto a la baja. Este inconveniente se remedia dando a la falda una forma cónica o bombeada con diámetros inferiores en la parte alta. Montaje del pistón Por el contrario, si se toma en consideración una sección horizontal de la falda, ésta se caracteriza por grosores y temperaturas sensiblemente mayores en la zona de asiento del bulón. Por tanto, si se construyese el pistón con sección circular, en caliente se dilataría más en esa zona y asumirla forma oval. Este inconveniente se supera dando a la falda, también en este caso, una forma oval, cuya dimensión menor esté precisamente en el área de los apoyos. En otros términos, se da una excentricidad opuesta a la que se genera durante el funcionamiento, de modo que, en caliente, el pistón toma una configuración próxima a la cilíndrica. Si de esta manera se compensa

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la dilatación natural del material, al mismo tiempo se aumentan los juegos de acoplamiento con el cilindro, que resultan siempre mayores cuando, para elevar las prestaciones del motor, se incrementa su carga térmica. De aquí se deduce la necesidad de controlar mecánicamente la dilatación de la falda mediante la interposición de placas metálicas de coeficiente de dilatación bajo. En la actualidad es posible montar pistones que realizan en frío juegos diametrales de 0,03-0,05 mm que en caliente se reducen aproximadamente el 30 por ciento. En los motores que han funcionado durante centenares de horas puede producirse el doblado de las bielas. En este caso, los ejes del pie (asiento del bulón) y de la cabeza de la biela (asiento del cojinete de manivela) no son ya paralelos y coplanarios. Un sistema rápido para controlar esto consiste en interponer, una vez acabado el montaje, un espesor de tamaño igual al agujero entre el primer borde y el cilindro, y después comprobar que el juego tenga el mismo valor en el lado opuesto. El montaje del pistón en el cilindro debe efectuarse tras una limpieza escrupulosa del cilindro con petróleo o con –aceite lubricante muy fluido, La introducción del pistón se efectúa empleando una herramienta apropiada para el cierre de los segmentos, empujando manualmente el pistón sin golpear sobre la cabeza, porque podría provocarse la rotura o el agrietamiento de los segmentos. Es muy importante la elección de las dimensiones efectivas del pistón (en el caso de substitución) en función del diámetro del cilindro para volver a conseguir el juego mínimo de funcionamiento establecido por el fabricante. Cada marca detalla en los manuales de reparación cuál es la clase (es decir, el diámetro) del pistón que debe elegirse en función de las dimensiones del cilindro. De esta manera se evita la difícil operación de medir el diámetro del pistón que (al no presentar un perfil cilíndrico, sino en forma de tonel) tiene un diámetro variable de un punto a otro. Los segmentos se montan, comenzando por arriba, en el orden siguiente: un segmento de retención rectangular con superficie cromada o molibdenada; un segmento de doble función de retención y rascador de aceite de sección trapecial, con superficie de deslizamiento inclinada aproximadamente medio grado respecto a la superficie del cilindro; un segmento rascador de aceite con escalón; y, finalmente, un

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segmento recogedor de aceite con ranuras circunferenciales para descargar el aceite en el interior. Para realizar un buen montaje es necesario que la sigla TOP, situada próxima a la apertura, esté dirigida siempre hacia arriba. La inversión del sentido, aunque no sea más que en un solo segmento, puede provocar un elevado consumo de aceite. Otra cosa importante es que el montaje del segmento no debe realizarse ensanchándolo demasiado, puesto que podrían producirse deformaciones permanentes que comprometerían la funcionalidad. Los inconvenientes A continuación, se describirán brevemente los defectos característicos de los pistones y los inconvenientes causados en el motor. Consumo de aceite. Cuando en las aceleraciones rápidas aparezcan en el escape humos azulados, quiere decir que el aceite pasa a la cámara de combustión a través de los pistones y de los segmentos que no garantizan una buena retención. Por el contrario, cuando el consumo de aceite se produce quitando el pie del acelerador, proviene de las guías de las válvulas. A veces, el consumo de aceite no depende de esos elementos, sino de la temperatura del motor: si la refrigeración es insuficiente, se rebaja la viscosidad del aceite y entonces tiene más posibilidades de alcanzar la cámara de combustión. Las causas principales que producen consumo de aceite por los pistones son: perpendicularidad imperfecta de las bielas, rodaje incompleto, desgaste excesivo de los segmentos y del pistón, camisas no perfectamente cilíndricas o con rugosidad errónea, pistones y segmentos gripados, segmentos encolados u obturación parcial de las ranuras de escape del segmento recogedor de aceite. Pre encendido y detonación El pre encendido es el comienzo anticipado de la combustión de la mezcla causado esencialmente por un punto incandescente; se inicia antes del tiempo establecido e independientemente de la chispa de la bujía. En cambio, la detonación es una explosión debida a la presión y a la temperatura elevadas, localizada en la mezcla combustible en un punto distante del frente de llama generado por la chispa; es decir, se tienen 2 zonas que se inflaman independientemente y que producen ondas de

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choque vibratorias de las cuales depende el característico golpeteo en el pistón. Estos 2 fenómenos son causados por: encendido demasiado avanzado, bujías de grado térmico inadecuado, gasolina con bajo número de octano, mezcla pobre, incrustaciones de carbonilla en la cámara de combustión, relación de compresión elevada o circuito de refrigeración insuficiente. Las consecuencias son casi siempre agujeros localizados en la cabeza del pistón, gripado y rotura de los segmentos y de los resaltes de sus alojamientos. 

Gripado de los pistones: exceptuando los casos de errores en la fijación de las dimensiones del pistón y del cilindro, por lo regular el gripado se produce cuando se genera un paso de llama entre los segmentos, el pistón y la camisa; cuando la instalación de refrigeración es insuficiente, y cuando la carburación es demasiado rica.



Encolado de los segmentos: este trabamiento se produce principalmente en los pistones de los motores Diesel, cada vez que se genera un aumento de temperatura en el cuerpo del pistón. Cuando ésta supera los 225 IC en la zona de asiento de los segmentos, el aceite se disgrega en compuestos carbonosos y gomosos que adhieren los aros a sus alojamientos. Las causas son casi siempre las descritas con anterioridad y conducen fácilmente a la rotura de los segmentos.

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Gripado de los segmentos: todas las causas que producen el gripado del pistón son suficientes para agarrotar los segmentos. Para estos últimos es muy importante el acabado superficial de los cilindros, puesto que se encuentra en condiciones de lubricación muy precarias dada su proximidad a zonas con temperatura más alta (cámara de combustión).

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Defectos por montaje incorrecto del bulón: el montaje incorrecto del bulón puede producirse por causas que dependen del montador, como la falta de substitución de los semicojinetes de biela, el acoplamiento de bulones y asientos que no son de la misma clase, la falta de verificación de la posición concéntrica del eje de los apoyos, del bulón y del pie de biela, y, finalmente, su perpendicularidad con el eje del pistón; también, por causas independientes

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del montador, como la mecanización incorrecta de los agujeros de los apoyos que, a veces, no quedan perfectamente cilíndricos (conicidad - o validad). Si el semicojinete del pie de biela está desgastado de forma cónica, o si el bulón es forzado por ambos lados, éste quedaría sujeto sólo por el centro. En ambos casos, el contacto se produce sólo en pequeñas zonas y el pistón queda inclinado u oscila. Cuando no se tiene la precaución de montar pistones y bulones de la misma clase, pueden formarse acoplamientos con juegos demasiado elevados o interferencias demasiado apretadas, las cuales obligan al montador a colocar el bulón con martillo con consecuencias desastrosas para el acoplamiento. Por el contrario, cuando el pistón tiene los agujeros del bulón no coaxiales o cónicos, al efectuar el montaje se producen contactos localizados sobre los que, durante el funcionamiento, se descargan presiones específicas elevadas. Estos montajes defectuosos conducen siempre a las siguientes averías: roturas del pistón en la zona de los apoyos, rotura de los alojamientos de los anillos Seeger y, por tanto, posible desplazamiento transversal del bulón, deformación de la biela, desgastes anormales o gripado del pistón. Otra cosa muy importante es el tope de los bulones mediante los anillos Seeger, que no deben ser cerrados más de lo necesario para no comprometer la elasticidad y la adaptación forzada en su alojamiento. Si los anillos quedan libres bajo la acción del pistón, saltan fuera y dañan irremediablemente el pistón y el cilindro. Clases o 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 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

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suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de la cámara de combustión. Se ven 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. Comenzando 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 como es el caso de los pistones Sealed Power. Pistones de aluminio fundido 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 la re puesteras como piezas de reposición. Pistones forjados a presión En este 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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Pistones Hipereutécticos 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 estos 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 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) 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 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. Tipos de pistones Kolbenschmidt es proveedor de equipamientos originales y suministra piezas a todos los fabricantes de motores de renombre – a escala mundial. Los pistones de KS se desarrollan y se producen desde los puntos de vista más modernos. Para cada tipo

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de motor se aplica la aleación más apropiada de la gama de aleaciones KS, y la construcción más conveniente. Motor Service distribuye anualmente millones de pistones, camisas del cilindro y conjuntos en el mercado libre de piezas de repuesto. 

Pistón diésel con canal de enfriamiento, buje y porta segmento.

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Pistón articulado forjado con parte superior de acero y vástago de aluminio.

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Pistón para motor de gasolina optimizado en cuanto a peso en diseño LiteKS con porta segmentos.

Los pistones se diferencian por las características siguientes: 

Los porta-segmentos de hierro fundido ofrecen un aumento múltiple de la durabilidad de la primera ranura para segmentos en los pistones diésel. Kolbenschmidteslíder en el desarrollo de uniones de porta segmentos mediante el procedimiento Al-Fin.

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Las ranuras para segmentos con anodizado duro impiden el desgaste y las micro soldaduras en pistones para motores de gasolina.

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La ranura endurecida por láser proporciona los pistones de acero una resistencia óptima contra el desgaste y una larga durabilidad.

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Los pistones KS disponen de revestimientos especiales LofriKS®, NanofriKS® o de grafito, en la falda del pistón. Estos reducen la fricción dentro del motor y ofrecen propiedades de la marcha de emergencia.Los revestimientos LofriKS también se usan por razones acústicas.

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Gracias a su uso se minimizan los ruidos de vaivén del pistón. NanofriKS es un perfeccionamiento del revestimiento convencional LofriKS y contiene además nano partículas de óxido de titanio para aumentar la resistencia al desgaste y la durabilidad del revestimiento.

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Las faldas del pistón recubiertas de hierro garantizan un funcionamiento seguro al usar superficies de pistón de aluminio-silicio.

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La forma especial de los agujeros del bulón (Hi-SpeKS®) aumentan las capacidades de carga de la suspensión dinámica del bulón y, de esa forma, la durabilidad de los pistones.

Funcionamiento de los pistones El pistón es el encargado de cubrir toda la superficie interna del diámetro del cilindro. De manera que cuando baja (grosso modo), es el encargado de hacer el vacío, que aspirará la mezcla proveniente de la admisión. En el tiempo de compresión, será el encargado de comprimir dicha mezcla, con las válvulas cerradas. Generando calor y en el momento que la chispa salta. Debido a la explosión que se produjo en lo que mencioné recién, el pistón baja a alta velocidad. Recordó que fue quien recibió la explosión en su superficie. Entonces baja como producto de la misma, y en ese momento es donde se genera la fuerza motriz, la que mueve el motor y por consiguiente la caja y las ruedas. En el momento siguiente, cuando vuelve a subir, con la válvula de escape abierta ya, es el encargado de expulsar los gases de la cámara de combustión. En sí, resumiendo: Es la pieza encargada de aspirar la mezcla, de comprimirla, de generar la potencia de giro del motor, y de expulsar los gases. Función de los aros del pistón de un motor 

Los aros de pistón son sellos en movimiento que mantienen la presión de combustión y proveen control de aceite en el cilindro.

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En un motor de automóvil los aros de pistón son básicamente de dos tipos:

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El primer tipo es el de los aros superiores ventilados o aros de compresión.

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El segundo tipo corresponde a los aros ventilados o de control de aceite.

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La función principal del aro superior es mantener, actuando como un sello, las presiones de combustión dentro del cilindro. Este aro mantiene la mezcla aire/combustible admitida arriba del pistón, permitiéndole comprimirla para su encendido.

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El segundo aro de compresión, o intermedio, no solamente ayuda a sellar los gases de combustión, sino que también barre hacia abajo el exceso de lubricante en la pared del cilindro, ayudando al aro de aceite a cumplir correctamente su función. 32



El tercer aro, usualmente uno por pistón, es usado para controlar la lubricación del cilindro, manteniendo una película “medida” de aceite sobre su pared, justo la necesaria, y barriendo el exceso hacia el cárter a través del área de ventilación y las ranuras de drenaje del pistón.

Los tipos rectangulares, de cara abarrilada, cónico torsional invertido, limpiador y trapezoidal, son, entre otros, los aros de compresión utilizados en los motores de automóviles actuales. Los aros de fundición gris, se proveen con un revestimiento de fosfato que ayuda a su lubricación durante la puesta en marcha inicial y previene el óxido durante el almacenaje. La fundición de alta resistencia o nodular, que conjuntamente con un revestimiento de cromo o molibdeno, resulta especialmente adecuada para los motores diésel turbo cargados y muchos de los altamente exigidos cuatro cilindros automotrices actuales. El aro de compresión de acero inoxidable cromado se utiliza en motores que operan bajo elevadas cargas y altas temperaturas. La cara de contacto de los aros es la parte crítica ya que es la que trabaja contra la pared del cilindro. Por ello, los aros tienen el revestimiento más conveniente para cada aplicación, tales como molibdeno, cromo o el exclusivo triple cromado. Tanto el cromo como el molibdeno proveen excepcional resistencia al arrastre y la abrasión. Todos los aros de aceite automotrices modernos son de tres piezas, dos rieles y un espaciador-expansor. El espaciador-expansor de acero inoxidable permite la distribución correcta del aceite, y no solo mantiene separadas y en su lugar a las láminas de acero, sino que también les provee empuje radial para que actúen como limpiadores. El diseño del espaciador-expansor también provee sellado lateral en la ranura del pistón al acuñar los rieles contra los costados de las ranuras, deteniendo el paso del aceite por atrás del aro. Para los motores diésel pesados, se ha diseñado el aro “Conformatic”. Este aro cuenta con una gruesa capa de cromo y un expansor espiral de acero inoxidable con acabado exterior plano para evitar el desgaste de la cara posterior del aro.

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Estas características le brindan un contacto uniforme con la pared del cilindro, control positivo del aceite y mayor duración. Análisis de fallas El análisis de falla es un campo importante y muy extenso, por este motivo su aprendizaje es esencial puesto que saber la causa de fallas en mecanismos o piezas mecánicas pueden ser un factor importante para el mejoramiento de estos mismos, así como para el ahorro económico en una empresa, teniendo en cuenta que la reiteración de fallos en mecanismos representa grandes pérdidas de dinero. La falla de una pieza no solo se puede dar por problemas en los mecanismos, en nuestro caso en el motor de combustión interna, sino también en el proceso de conformado en el material o por mal uso del mismo, esto se ve de acuerdo al análisis hecho y al seleccionado durante un proceso de análisis de falla. Escoger los ensayos adecuados para obtener indicaciones acerca de la causa de la falla se torna un factor importante dentro del análisis, puesto que si se tienen los resultados correctos es posible llegar a la posible causa y así determinar el por qué es causado una falla. Metalografía Es la ciencia que estudia la característica constitutiva de un metal o aleación relacionándola con las propiedades físicas y mecánicas el principal instrumento de un examen metalográfico lo constituye en el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra que varían entre 50 y 2000 el microscopio metalográfico debido a la capacidad de los metales y a las aleaciones, operan con la luz que refleja con el metal, por lo que para poder observa muestra, es necesario preparar una probeta y pulir un espejo de la superficie. Apraiz (1985) expreso que: “la metalografía es el estudios de la estructura cristalina de los metales y las aleaciones, y de la reacciones entre esta estructura y las propiedades físicas de los metales.” (Pág. 324). Análisis metalográfico Muestreo Es debe relacionar un muestra por los más representativa es posible, es decir dependiendo lo que va analizar, se debe tomar el área más cercana a ellas y otras

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áreas sanas para comprobar. La muestra no debe ser muy grandes porque se dificulta el proceso de pulido y se recomienda hacer un corte en cada dirección (transversal y la longitudinal), para poder determinar por un medio del grado de orientación de grano, si el material a sufrido algún tratamiento y así está en el estado bruto se debe lubricar continuamente para facilitar el corte y evitar el recalentamiento de la muestra. Esmerilado brusco o tosco La muestra debe ser un tamaño fácil de manipular, la muestra dura o branda pueden esmerilarse sobre unas lijas de banda (rotatoria) manteniendo a la muestra fría sumergiéndola frecuentemente en el agua o en el aceite durante la operación de esmerilado. En toda operación de esmerilado o pulido la muestra debe moverse en sentido perpendicular a las ralladuras existente el esmerilado continua hasta la superficie queden plana y libre de imperfecciones y toda las ralladuras debida al corte o al disco cortador no sean visible. Montaje El montaje se utiliza para que el manejo de la muestra sea más sencillo y seguro, y ademar de pulir no se pierda nada de las fronteras de la pieza, se acostumbrado, montarlas en resignas epóxicas acrílicas o baquelita, que son materiales de alta dureza y muy buena resistencia mecánicas y a la corrosión. Este montaje se puede hacer en frio o en caliente la muestra pequeña puede mostrase en forma conveniente para prepararla mecanográficamente es un dispositivo de sugestión hecho en el laboratorio. La lusita termoplástica más común, es completamente transparente cuando se moldea en forma adecuada, resulta útil cuando es necesario observar la sección exacta que va a pulir. Pulido intermedia Después de montada la muestra, se pule sobre una serie de hojas de lijas con abrasivos más finos sucesivamente. Por general, la operaciones de pulidos intermedios con lijas de esmerar se hacen en seco, si embargo, en caso, como el de preparación de materiales suaves, se puede usar un abrasivo de carburo de silicio, el cual tiene mayor velocidad de remoción y se puede usar con un lubricante el cual

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impide el sobre calentamiento de la muestra, minimiza el daño cuando los materiales son blando y también proporcionan la acción de enjuague para limpiar los productos removidos. Pulido fino La última aproximación a una superficie plana libre de ralladura se obtiene mediante la rueda giratoria húmedas cubierta con un paño cargado con partículas abrasivas seleccionadas en su tamaño. Existen muchos abrasivos, se prefiere la gama de óxidos de aluminio para pulir metales ferrosos, los brazados en cobre u óxidos de cerio, para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. La selección de paños para pulir depende del material que se va a pulir y el propósito del estudio metalográficos. Ataque químico Mediante este, se hacen visibles las características estructurales de metales o aleaciones, al añadir un reactivo sobre la superficie pulida se diferencian las partes de la micro estructura. En la aleaciones compuesta de dos o más fases, las componentes se revelan cuando el reactivo ataca a uno a mas de estos constituyentes, debido a la diferencias en composición química de las fases. En las aleaciones uniformes, se obtiene contraste y la frontera de grano se hace visible debido a las diferencias en la rapidez que los granos sean atacados por el reactivo. Dureza Las propiedades mecánicas dan posibilidad a los constructores y tecnólogos de establecer cuanta carga y en qué condiciones este material puede ser empleado. Lajtin Yu (1983) señala al respecto: Se llama dureza las propiedades del material de ejercer resistencia a deformación plástica (raramente a la ruptura frágil) durante la indotación. La dureza no es una propiedad fundamental de un material sino que esta relacionada con las propiedades elásticas y plásticas. El valor de dureza obtenido en una prueba determinada sirve solo como comparación entre materiales o tratamientos. (p. 88). Ensayo de dureza Brinell Es un ensayo mecánico propuesto por el sueco J. A Brinell en 1990 es el ensayo de dureza más binario. Consiste en una prensa hidráulica de operaciones manual diseñada hará imprimir un indentador sobre la superficie de la probeta analizada la

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presión se mide por un manómetro, y se aplica por medio de una bomba de aceite la pieza de ensayo se coloca en soporte que pueden subir o bajar mediante un tornillo de balín de acero templado o de carbón de tungsteno, de un diámetro adecuado a las dureza del material contra la probeta, con una fuerza adecuada igualmente a la dureza del material. El tiempo de aplicación de la fuerza varía entre 10-30 segundos dependiendo de la aleación examinada, después se retira la carga y se mide el diámetro de la impresión en la probeta con un microscopio o con un lente especial con un rastreador láser `para lectura automática. El valor así obteniendo, aplicando a la forma Brinell o con el uso del grado de dureza. El de contacto entre el indentador y la probeta después de haber retirado. Al respecto Dieter (1985) considera que: “la dureza implica en general una resistencia a la penetración de un material”. (p. 301). Marco conceptual Acero: aleaciones de hierro-carbono, cuyas composiciones oscilan generalmente entre 0,10 al 1,7 por ciento de carbono, aunque no son aleaciones binarias (Álvarez. 2002. p. 150). Análisis de fallas: es un estudio exhaustivo que integra muchas pruebas para lograr tener una conclusión contundente de las causas de la falla/ruptura de un material. Puede incluir: Pruebas de tensión, dureza, análisis químico, macrografía y estudio de microscopía electrónica. (www.insert.usach.cl). Aleación: se trata de una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. Para su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes fundan. (Rosel. 2012. p. 98). Aleante: sustancia capaz de combinarse con la matriz a fin de modificar la composición química de la matriz original. (Askeland. 2000. p. 19). Calor: es la energía transferida entre dos cuerpos o sistemas, asociado al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. Este puede ser absorbido por la materia. (Avner. 2002. p. 127).

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Control: es el proceso para determinar lo que se está llevando a cabo, valorizándolo y si es necesario, aplicando medidas correctivas de manera que la ejecución se desarrolle de acuerdo con lo planeado. (Rojas. 2008. p. 152). Defecto: condición que daña la utilidad de un objeto o de una pieza. (Castell. 2006. p. 84). Dureza: resistencia del metal a la deformación plástica generalmente por indexación (Yu. 2000. p. 21). Engranaje: se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. (es.wikipedia.org/wiki/engranaje) Fatiga: es otra forma de aplicación de las cargas que hace que el material rompa, aun cuando los esfuerzos nominales no lleguen al valor del límite elástico. (Askeland. 1985. p. 162). Grietas: abertura o quiebra que surge de forma natural en alguna superficie. (Terry. 2000. p. 153). Metal: elemento o cuerpo simple que presenta características físicas y químicas particulares que dependen de su estructura atómica y su naturaleza. (Smith. 2004. p. 660). Pistón: es uno de los elementos básicos del Motor de Combustión Interna, 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. (https://www.ecured.cu/Pistón) Propiedades Mecánicas: son todas aquellas propiedades que involucran la relación existente entre deformación y esfuerzo. (Avner. 2002. p. 18).

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CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Cada investigación posee un diseño propio que lo hace único, es allí donde se deben describir los medios utilizados para el logro de la investigación, señalando las estrategias, técnicas y procedimientos seguidos para llegar a la solución del problema planteado. Al respecto Méndez (2012) destaca: La metodología tiene como objeto fundamental explicar las técnicas instrumentos y procedimientos requeridos para la solución de la investigación, de este modo las conclusiones de orden teórico aparecen como inseparable del método que ha permitido establecerla constituyendo la prueba de fecundidad y de sus limites. (p. 125) Tipo de investigación Descriptiva Es la investigación donde se observa para explicar los pasos y técnicas a seguir, en este caso analizar metalúrgicamente la falla presente en un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura. Con respecto a Hernández (2010) señala: “con mucha frecuencia que el propósito del investigador es descubrir situaciones y eventos, es decir como es y cómo se manifiesta determinado fenómeno o evaluar diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno a investigar” (p. 60) Aplicada Se recurrió a esta porque se buscan conocimientos con fines de aplicación inmediata a la realidad, su propósito es presentar soluciones a problemas prácticos. Ya que esta investigación se propone analizar metalúrgicamente la falla presente en un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura. En tal hecho Sabino (2012) señala: “que la investigación aplicada se da en el caso de que los conocimientos a obtener su insumo necesario para proceder luego a la acción.“ (p. 96)

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Diseño de investigación De campo Le permite recolectar información directamente, ya que se observó donde se realizó el análisis del pistón (como son examen visual, dureza, metalografía) entre otros. Respecto al tema Tamayo y Tamayo (2010) indican lo siguiente: Es aquella en que el mismo objeto de estudio sirve como fuente de información para el investigador, consiste en la observación de las cosas, compartimientos de las personas, circunstancias en que ocurren ciertos hechos. Permite al investigador conocer las verdaderas condiciones en que se han conseguido los datos, posibilitando su revisión o modificación en el caso de que surjan dudas respecto a su calidad (p. 81) Técnicas e instrumentos de recolección de datos Observación directa Se emplea porque se requiere del investigador la información del grupo del objeto de investigación, para ver la realidad de lo que se quiere estudiar (Ver Anexo A). Al respecto Rojas de Narváez (2010) señala: “cuando el investigador pertenece al grupo o a la realidad sobre la cual se investiga” (p. 106) Entrevista estructurada Se utilizó basándose en el contenido de los objetivos específicos de tal manera que la obtención de resultados sea lo más preciso al momento de aplicarlos a las soluciones. En vista de esto la entrevista se hará a (15) quince estudiantes de Metalurgia de Fundación La Salle, para lo cual se trabajará con (12) doce preguntas de forma cerrada, es decir, que las respuestas serán Si o No (Ver Anexo B). Según Salkind (2012) explica: “las entrevistas implican que una persona calificada aplica el cuestionario a los sujetos participantes, el primero hace las preguntas a cada sujeto y anota las respuestas” (p. 213). Revisión documental Para realizar este trabajo se hizo necesario este tipo de técnica, ya que con la misma se obtienen informaciones muy valiosas mediante la utilización de diferentes fuentes bibliográficas, así como también páginas web en internet con la finalidad de

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conocer las principales características del pistón, así como también los diferentes tipos existentes. Al respecto la Universidad Nacional Abierta (2012). Comenta que es un “Tipo de investigación cuya estrategia está basada en el análisis de los datos obtenidos de las diferentes fuentes de información” (p. 36). Sistema de variables Es todo aquello que se va a medir, controlar y estudiar en una investigación o estudio. La capacidad de poder medir, controlar o estudiar una variable viene dado por el hecho de que ella varía, y esa variación se puede observar, medir y estudiar. Por otra parte, Arias (2012) señala que una variable “es una característica o cualidad, magnitud o cantidad susceptible de sufrir cambios y es objeto de análisis, medición, manipulación o control en una investigación” (p. 66). Variable independiente Es aquella cuyo valor no depende de otra variable, esta suele presentarse por el análisis clasificado intrínsecamente a los casos del mismo. Son las causas que generan y explican los cambios en la variable dependiente. En los diseños experimentales las variables independientes es el tratamiento que se aplica y manipula en el grupo experimental. De lo dicho anteriormente Andila (2014) expresa que “las variables independientes son aquellas que el experimentador manipula o varia”. En este caso, la variable independiente son las condiciones a las cuales está sometido el pistón (trabajo mecánico y alta temperatura). Variables dependientes Es una variable que depende de los valores que tomen otra variable. La variable constituye los efectos o consecuencias que se miden y que dan origen a los resultados de la investigación. Según Robbins (2014) expreso que “una variable dependiente es una respuesta afectada por una variable independiente” (p. 607). En este trabajo, la variable dependiente es la falla presente en el pistón.

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CAPÍTULO IV

RESULTADOS

En este capítulo se desarrollan los objetivos específicos planteados al inicio de este trabajo, en el cual se expresarán cada uno de los temas y se plantearán las explicaciones sobre cada tópico, haciendo uso de la teoría que se relaciona al tema expuesto. Caracterización del material de fabricación del pistón Los motores a combustión interna con pistones se han usado en incontables aplicaciones desde pequeños motores para cortadoras de césped, hasta motores grandes para aviones y automóviles o motores diésel grandes para trenes y barcos. Las aplicaciones y procesos de diseño han evolucionado, y así lo han hecho los materiales con los que están hechos. Los pistones se fabrican con aleaciones de aluminio y silicona. La cantidad de silicona incorporada en la aleación, la cual la vuelve más fuerte, depende de la severidad del uso para el que está diseñado el motor y también influencia las propiedades de expansión del pistón. Las aleaciones más fuertes con mayor contenido de silicona permiten un tamaño más pequeño y un peso más reducido. A la aleación de aluminio molido se le da una forma general mediante el forjado o fundido, y una vez creados los esbozos de los pistones se introducen en máquinas que le dan las especificaciones finales. Las aleaciones de aluminio empleadas normalmente para la construcción de pistones pueden clasificarse en 3 categorías: aluminio-cobre, aluminio-cobre-níquel (o hierro) y aluminio-silicio. Las aleaciones más empleadas son las últimas, puesto que ofrecen óptima resistencia mecánica y coeficiente de dilatación bajo, junto con elevado coeficiente de conductibilidad térmica. Además de éstas, existen aleaciones de aluminio al cobre, al silicio y al magnesio adecuadas para pistones estampados en

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prensa, de resistencia mecánica elevada. Estas aleaciones sirven, sobre todo, para construir pistones para motores de competición y de aviación. Los pistones de aluminio fundido son comunes porque su proceso de fabricación es más simple y económico. Se vierte la aleación molida en el molde de la forma casi final. Una vez pasados por las máquinas pueden tener aplicaciones con rendimiento estándar. Los pistones de aluminio forjado están hechos con aleaciones de aluminio más fuertes que se presionan para darles una forma básica en lugar de verterlas. El proceso da lugar a una pieza que tiene propiedades metalúrgicas más uniformes que soportan mejor el uso exigente. En el proceso de pistones forjados a presión (Sufijo F) 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. Los pistones Hipereutecticos (Prefijo H) 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 estos 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. Los pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C) 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) pero por ser nocivo a la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento antifricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas (dándole un color negro).

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Actualmente, hay dos tipos principales de aleaciones de aluminio para la fabricación de los pistones para motores de alto rendimiento y de competición: aluminio 4032 y aluminio 2618. En términos de aleación de materiales, el aluminio 4032 y el aluminio 2618 son bastante parecidos, a excepción del silicio contenido en ellos. La aleación 4032 contiene una cantidad de silicio mucho más elevada; entre un 12 y 13%, mientras que la aleación 2618 contiene alrededor de un 0,2 % de silicio. La ventaja de utilizar silicio en este tipo de aleaciones es que permite reducir la expansión de la cabeza del pistón al alcanzar su temperatura de funcionamiento y aporta una alta resistencia al componente. La no expansión de la cabeza del pistón permite utilizar tolerancias más justas entre pistones y cilindros al mismo tiempo que reducimos los rozamientos de dichos componentes. El duro componente de la aleación 4032 también tiene sus limitaciones y no es ideal para todas las aplicaciones. La falta de ductilidad (capacidad de deformar un material bajo un esfuerzo) hace que sea menos efectivo en preparaciones de motores de competición muy exigente y/o agresiva. Por otro lado, la aleación 2618 es más recomendable a la hora de aplicarla a grandes potencias, en que el abuso extremo es la base de la preparación y en que las revisiones de los componentes del motor son periódicas. La maleabilidad es la clave de la aleación 2618, ya que aporta a los pistones flexibilidad y movimiento antes de llegar al punto de fractura del pistón. Esto ofrece una perfecta resistencia a las fuertes detonaciones dentro de las cámaras de combustión, permitiendo al pistón una rápida deformación de su estructura. La caracterización final de la pieza fue realizada utilizando un Espectrómetro de Absorción Atómica marca Perkin Elmer, de la Unexpo. Los resultados muestran que se corresponde a una aleación de aluminio, con la siguiente composición:

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Element

Al

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Ni

o %

73,57

16,28

0,60

4,13

0,32

1,10

>2,64

Element

Sn

Ti

Pb

Cr

V

Co

Zn

o %

0,05 0,11 0,03 0,017 >0,018 0,013 Tabla 1. Componentes del pistón de la motocicleta (% p/p).

0,13

Fuente: Laboratorio de Química Analítica Unexpo. Marzo 2017. La composición química mostrada en la tabla anterior, muestra la composición dada por la aleación de aluminio con la que se ha hecho el pistón analizado, se denota que el aleante principal es el silicio con un porcentaje de 16,28%, del cual se puede inferir debido a que el proceso de conformado es una aleación de aluminio de la serie 3xxx, los siguientes aleantes con mayor porcentaje son el cobre, níquel y magnesio, los cuales le dan al material resistencia a la corrosión, maleabilidad y propiedades de conformado y excelentes propiedades mecánicas, además de una buena resistencia a la fractura y algo muy llamativo y que es claro que debe poseer el material debido al trabajo que debe realizar es la resistencia a altas temperaturas, puesto que los microaleantes que posee ayudan a elevar su temperatura de fusión y a si mismo elevar sus propiedades mecánicas a estas temperaturas. Por lo anterior y por las propiedades que se muestran en la bibliografía consultada, además de una investigación en bases de datos de materiales se llega a que el material que se tiene es un Aluminio A390.0T6. La entrevista estructurada indica que ninguno de los 15 alumnos entrevistados sabe de qué material están fabricados los pistones, lo cual tiene sentido ya que son materiales específicos. Luego 8 alumnos señalaron que harían un ensayo metalográfico para conocer que aleación es, mientras que 5 dijeron que por análisis químico y 2 alumnos con ensayo de dureza; realmente el análisis químico es el indicado para saber esto. También 9 alumnos piensan que la caracterización del material se puede hacer en La Salle, mientras que 6 alumnos no lo creen así; ciertamente en la institución faltan equipos y reactivos para tal cosa.

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Descripción de la falla que presentó el pistón El análisis de falla es un campo importante y muy extenso dentro de la Ingeniería Mecánica y Metalúrgica, por este motivo su aprendizaje es esencial puesto que saber la causa de fallas en mecanismos o piezas mecánicas pueden ser un factor importante para el mejoramiento de estos mismos, así como para el ahorro económico en una empresa, teniendo en cuenta que la reiteración de fallas en mecanismos representa grandes pérdidas de dinero. La pieza dañada, objeto de este estudio, fue obtenida de una motocicleta, esta se observa en la siguiente figura.

Figura 4. Pistón dañado de motocicleta. En la misma puede observarse que el área superior y de la pared de fuego está destruida por completo. La pared está fundida hasta el portasegmento. El material fundido llega hasta la falda del pistón y en ellas se notan huellas de gripado. El resto del portasegmento se ha soltado durante la marcha del pistón y ha seguido ocasionando daños en la cámara de combustión, observable cuando se extrajo la pieza.

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Figura 5. Parte superior del pistón dañado de motocicleta También se muestran rugosidades en la superficie, por lo que debido a esto se puede plantear que la falla es posiblemente por el incremento inadecuado de temperaturas a lo cual el material reacciono mal, dándose un derretimiento de este, esto debido al mal uso del motor usando gasolina con bajo octanaje que pudo haber provocado un mal refrigeramiento y aumento de la temperatura como puede presumirse. Posterior a este examen visual, se hizo uso de una lupa estereoscópica, obteniéndose las siguientes imágenes, agrupadas en la figura 6. En ella se observa como la superficie está totalmente desgarrada, lo cual fue debido a que las partículas desprendidas fueron presionadas en toda la extensión del plano, generando surcos y desprendiendo más trozos de piezas a medida que el pistón estaba en funcionamiento.

47

Figura 6. Imágenes con la lupa estereoscópica del pistón dañado. 10 alumnos entrevistados saben lo que es un análisis de falla, mientras que 5 alumnos no sabían; hay que recordar que es un examen sistemático de la pieza dañada para determinar la causa raíz de la falla y usar esta información para mejorar la confiabilidad del producto. Ninguno de los 15 alumnos conoce cuantos mecanismos de falla existen, lo cual es lógico ya que no se explica en ninguna de las materias que se dan. 13 alumnos no saben que ensayos se realizan en el análisis de falla, aunque 2 alumnos dijeron que era el examen visual, esto es correcto, aunque no es el único. Valores de dureza y la microestructura del material del pistón La dureza es una propiedad mecánica que mide la resistencia de un material a la deformación plástica. Este ensayo se realizó en la Unexpo, utilizando microdureza Knoop, la cual consiste en aplicar cargas con un penetrador de diamante muy pequeño y de geometría piramidal. Las cargas aplicadas varían entre 1 y 1000 gramos. Después de aplicar la carga queda una huella en la muestra la cual es medida y convertida a dureza Knoop (HK): HK =

14,2P l2

Donde P es la carga aplicada en Kg y l en mm es la longitud del eje mayor de la huella en la probeta de forma de rombo. A continuación, se muestran los resultados para una carga de 500 gramos, las medidas de dureza tomadas en distintas partes de la probeta a partir de la carga aplicada y la longitud del eje mayor para dos muestras: 1 (mm) 0,213 0,222 0,223 0,220 0,2195 ± 0,0045

HK 156 144 142 147 147,25 ± 6,19

HRB 77 72 71 74 73,5 ± 2,6

Tabla 2. Valores obtenidos del ensayo de dureza aplicado a la muestra, sin falla. Fuente: Antonio Greene (2017)

48

1 (mm) 0,238

HK 125

HRB 63

0,241 0,248 0,245 0,243 ± 0,004

122 115 118 120,0 ± 4,4

61 57 59 60,0 ± 2,56

Tabla 3. Valores obtenidos del ensayo de dureza aplicado a la muestra, con falla. Fuente: Antonio Greene (2017) Al realizar el procedimiento para conocer la microdureza del material según la norma ASTM E18 con microscopio óptico e identador punta de diamante para microdureza Knoop, se halló el equivalente en Rockwell B y se pudo demostrar que en la superficie afectada el material presenta una dureza inferior a la de la superficie en buen estado, lo que sugiere que en el sitio donde se da la falla del material hay un cambio en la estructura del material y por ende la dureza del material se ve afectada, debido al cambio en la estructura del material y el aspecto de la superficie se llega a la conclusión que posiblemente la falla se dio por termofluencia. Al observar en un microscopio la microestructura de la que se puede inferir acerca de las distintas fases y micro-constituyentes que presenta, se logra predecir si el material tuvo un tratamiento térmico previo y también su proceso de conformado o hechurado. Las siguientes figuras muestran los resultados del ataque químico, luego de ser procesada, figura 7.

49

a

b

c

Figura 7. Procesamiento de la muestra. a) corte, b) pulido c) muestra para metalografía y para dureza. El reactivo químico con el cual se realizó el ataque para las muestras de la aleación de aluminio fue ácido fluorhídrico, siendo este un buen revelador para estructuras blandas como las de las aleaciones de aluminio, tomándose luego micrografías en el sitio de la falla y en un sitio alejado que no se veía afectada, figuras 8 y 9. El fundamento se basa en que el constituyente metalográfico de mayor velocidad de reacción se ataca más rápido y se verá más claro al microscopio, y el menos atacable permanecerá más brillante, reflejará más luz y se verá más brillante en el microscopio. Los resultados obtenidos en la metalografía son bastante llamativos, puesto que se encuentra una diferencia entre microestructuras del material que no fallo y el material al cual le ocurrió el fallo, además de una grieta interna encontrada en el momento del corte de las muestras.

50

100x

200x

100x

200x

Figura 8. Micrografía del pistón de aluminio lejos de la zona de la falla. En la imagen anterior se muestran (4) cuatro microfotografías del material que no sufrió daño, en esta se muestra la matriz de aluminio con granos de silicio dentro de la microestructura que le dan altas propiedades mecánicas y una buena resistencia a la temperatura, también se muestran algunos microvacios que pueden ser dados en el proceso de fundición para poder resistir grandes presiones e impactos fuertes. Se presentan algunos compuestos intermetálicos de magnesio entre los bordes de grano que dan al material una estructura más compacta y la resistencia a la fractura, debido a que estos intermetalicos detienen el crecimiento de grietas.

51

100x borde

200x borde

200x borde

100x borde Figura 9. Micrografía del pistón de aluminio en la zona de la falla. En las imágenes del material que falló se pueden ver cambios en la microestructura, además de microvacios más grandes y en algunas partes se denota una quema del material, esto debido a la alta temperatura a la cual pudo ocurrir el fallo, es claro que la matriz de aluminio se expandió y que los granos de silicio disminuyeron de tamaño esto se visualiza teniendo cuenta el aumentos en las imágenes a 200x, por lo anterior se infiere en que la microestructura del material en buen estado es diferente en algunos aspectos a la de material de fallo por lo que se vuelve notorio que las propiedades cambiaron de manera drástica esto notoriamente se pudo evidenciar en el ensayo de dureza en donde el rango de dureza tiene una disminución significativa entre muestras, por lo cual es claro que existió un fallo por termofluencia en el pistón dado en el tiempo de combustión. Cerca del borde se muestra como hubo desprendimiento de granos, ya que se presenta una grieta interna encontrada en el proceso de corte, en la bibliografía

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consultada se tienen indicios de que este tipo de grietas se da por discontinuidades internas en el material que se pueden expandir en el momento de recibir un impacto, en la imagen se ve que la grieta termina en forma de punta por lo cual, si se refiere a fractografia, es evidente que fue ocasionada por la ampliación de un pequeño defecto que se encontraba en el material internamente en el material. La entrevista señala que ninguno de los 15 alumnos sabe a qué condiciones de servicio fue sometido el pistón, lo cual demuestra desinformación ya que todos observan a estas máquinas día a día por las calles. 13 alumnos creen que pudo estar expuesto a altas temperaturas, pero 2 alumnos no opinan lo mismo, la mayoría conocen los excesos a los que están sometidas las motos por sus dueños. Por último, los 15 alumnos piensan que la dureza y metalografía aportan datos relevantes, lo cual es cierto. Resultados obtenidos en el análisis de la falla que presentó un pistón sometido a trabajo mecánico y alta temperatura Después de realizar todos los análisis y ensayos necesarios para llegar a la razón por la cual el pistón falló se tiene que el aumento de la temperatura dentro de la cámara de combustión a niveles muy altos, por encima del punto de fusión del material, pudo ser el causante de la falla del pistón, dado que el fallo se dio por un derretimiento del material en la periferia de la cabeza del pistón, esto debido a varias razones que pudieron ocasionar esto, en primera instancia y teniendo en cuenta el historial de trabajo del motor de la motocicleta se tiene el uso de gasolina de bajo octanaje, puesto que como es de saberse la cantidad de octanos en la gasolina ayuda a una mejor combustión haciendo el proceso más eficiente y así mismo ayudando a la refrigeración de la cámara y al no usar una gasolina de alto octanaje la cámara pudo calentarse ocasionando la falla. Además de eso, cuando no se tiene una buena refrigeración en la cámara de combustión se ocasiona un fenómeno llamado auto detonación, que es el fenómeno en el cual, por la temperatura dada, la mezcla aire-combustible detona antes de ser activada la bujía, por lo cual se queman los componentes en la cámara y se ocasionan

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esfuerzos de gran magnitud que pueden ocasionar la falla del material como posiblemente se pudo dar en este pistón. Debido al cambio en la estructura del material y el aspecto de la superficie se dedujo que posiblemente la falla se dio por termofluencia. La entrevista estructurada muestra que los 15 alumnos piensan que se pueden obtener buenos resultados de este trabajo, ya que sería un aporte al análisis de fallas.

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CONCLUSIONES

De este trabajo de grado se extraen las siguientes conclusiones. Los resultados muestran que corresponde a una aleación de aluminio en la que el aleante principal es el silicio con un porcentaje de 16,28%, del cual se puede inferir a que es una aleación de aluminio de la serie 3xxx, posiblemente un A390.0-T6 El ensayo visual muestra que el área superior y de la pared de fuego está destruida por completo. La pared está fundida hasta el portasegmento. Hay rugosidades en la superficie, por lo que debido a esto se puede plantear que la falla es posiblemente por el incremento inadecuado de temperaturas. La superficie afectada del material presenta una dureza inferior (60,0 HRB) a la de la superficie en buen estado (73,5 HRB), lo que muestra que en el sitio donde se da la falla del material hay un cambio en la estructura del material y por ende la dureza del material se ve afectada. En la imagen del material de falla se ve un cambio en la microestructura, además de microvacios más grandes y en algunas partes se denota una quema del material, esto debido a la alta temperatura. Debido al cambio en la estructura del material y el aspecto de la superficie se llegó a la conclusión que posiblemente la falla se dio por termofluencia.

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RECOMENDACIONES

Hacer convenios con empresas o instituciones que tengan equipos instrumentales para poder caracterizar, mediante ensayos, el material constituyente del material. Realizar un manual de cómo efectuar un análisis de falla que permita orientar la investigación dando resultados exitosos. Realizar ensayos complementarios, como líquidos penetrantes, para tener más seguridad del análisis realizado. Guardar en la base de datos del microscopio óptico de La Salle, las fotomicrografías del material dañado, para consultas futuras de daños similares en otras piezas.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Stephen.

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Comportamiento

organizacional:

conceptos,

controversias y aplicaciones. México, Prentice Hall. Rojas de Narváez, Rosa. (2010). Orientaciones prácticas para la elaboración de informe de la investigación. Puerto Ordaz, UNEXPO. Sabino, Carlos. (2012). El Proceso de Investigación. (2da Edición). Caracas, Panapo. Vargas, Diego y Poveda, Juan. (2015). Análisis de falla de un pistón de un automóvil. Trabajo de Grado no publicado. Bogotá, Universidad Nacional de Colombia. Salkind, Neil. (2012). Métodos de Investigación. México, Prentice Hall. Sánchez, Rodrigo. (2012). El cigüeñal y su importancia en las naves mercantes. Trabajo de Grado no publicado. Santiago de Chile, Universidad Austral de Chile Tamayo y Tamayo, Mario. (2010). El proceso de la investigación científica. (4ta Edición). México, Limusa.

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Velásquez, Rodolfo. (2013). Mantenimiento preventivo para motocicletas comerciales. Trabajo de Grado no publicado. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala

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ANEXOS

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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA RIF. J-00066762-4 METALURGIA

ANEXO A MATRIZ DE OBSERVACIÓN FECHA

ACTIVIDAD

OBSERVACIÓN Se pidió permiso para trabajar en el laboratorio

20-10-2016

Entrevista con el tutor

11-11-2016

Visita al laboratorio

28-11-2016

Limpieza del pistón

05-01-2016

Ensayo visual

17-01-2016

Se ejecutó la entrevista estructurada.

Se observaron los daños superficiales Se usó lupa estereoscópica y se tomaron fotos Se observó receptividad durante la aplicación del instrumento.

09-02-2017

Preparación de las probetas

Se lijaron y pulieron

21-02-2017

Ejecución de los ensayos

Se realizó dureza y metalografía

25-03-2017

Aplicación de la comparación metalográfica

14-04-2017

Entrevista con el tutor

08-05-2017

Se entregó el informe final

No hay material bibliográfico disponible en la biblioteca Se realizaron observaciones sugeridas Se corrigieron los errores revisados.

Se observó que no había lijas, ni hisopos

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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA RIF. J-00066762-4 METALURGIA

ANEXO B ENTREVISTA ESTRUCTURADA La siguiente entrevista fue aplicada exclusivamente a los estudiantes del quinto semestre de la especialidad de Metalurgia del Iutemar, Campus Guayana, con la finalidad de conocer la opinión sobre los análisis de fallas de aluminio. Se agradece su mejor colaboración al respecto y ser objetivos en sus respuestas. 1. ¿Tiene algún conocimiento de lo que es un pistón? Si _____

No _____

2. ¿Sabe de qué material están fabricados los pistones? Si _____

No _____

3. ¿Conoce los pasos para realizar un análisis de falla? Si _____

No _____

4. ¿Qué ensayo utilizaría para conocer que aleación es? __Químico __Metalografía __Dureza __Tratamiento térmico 5. ¿Cree que la caracterización del material se puede hacer en La Salle? Si _____

No _____

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6. ¿Sabe que es un análisis de falla? Si _____

No _____

7. ¿Conoce cuantos mecanismos de falla existen? Si _____

No _____

8. ¿Sabe que ensayos se realizan? Si _____

No _____

9. ¿Sabe a qué condiciones de servicio fue sometido el pistón? Si _____

No _____

10. ¿Cree que pudo estar expuesto a altas temperaturas? Si _____

No _____

11. ¿Piensa que la dureza y metalografía aportan datos relevantes? Si _____

No _____

12. ¿Qué resultados cree que se pueden obtener de este trabajo?

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