Los segmentos, aros o anillos de pistón son unos elementos de vital importancia para un motor de combustión interna o máquina de vapor. Se ubican en unas ranuras mecanizadas en el perímetro del pistón y tienen diferentes funciones, explicadas en el presente artículo.

1-Descripción de los Segmentos del Pistón

  • Segmento de fuego: su perfil es axial para facilitar la lubricación hidrodinámica. Suelen tener una sección rectangular con cantos apropiados para evitar el pegado en los alojamientos y con forma de barrilete en la zona de trabajo para que pueda acomodarse a la rotación del segmento tal como ocurre con los pistones de falda corta. Los tratamientos superficiales más usados son el cromado y el tratamiento con molibdeno*para reducir el desgaste.

El disulfuro de molibdeno (MoS2) es un buen lubricante por sí mismo y brinda propiedades de tolerancia de presiones extremas a los lubricantes al reaccionar con el metal, de manera que se forma una capa cristalina en la superficie de éste. Gracias a ello, el contacto metal-metal, destructivo a largo plazo, se reduce al mínimo y se puede emplear a altas temperaturas.

  • Segmento de compresión: Se usa para reducir la presión tras el segmento de fuego, tiene una menor solicitación por lo que puede ser más flexible para un mejor control del consumo de aceite. El objetivo de este segmento es compensar la deflexión torsional del segmento bajo la carga, de manera que en la zona superior tiende a evitarse el contacto con la camisa. La zona superior del segmento tiende a bombear aceite hacia la cámara de combustión y el contacto de la zona inferior favorece una acción de rascado del aceite en la carrera descendente.
  • Segmento de rascado(engrase):Suministra y distribuye el aceite sobre la camisa directamente, devolviendo el exceso de aceite hacia el cárter. El segmento rascador debido a su mayor tensión radial opera bajo condiciones de lubricación límite, con lo que contribuye aproximadamente al doble de fricción que los segmentos de compresión.

segmento de rascado

2-Lubricación de Segmentos y Pared del Cilindro:

Entre el segmento y la localidad donde se halla debe haber una cierta holgura que permita el paso de aceite de lubricación como se muestra en la siguiente imagen.

holgura entre segmentos

3-Proceso de lubricación

Durante el proceso se crea una fina película de aceite por las paredes del cilindro que evita fricción entre pistón y cilindro.

espesor de la película lubricante en el segmento,a diferentes régimenes de giro

Espesor de la película lubricante en el segmento a diferentes regímenes de giro, en función del ciclo de funcionamiento.

 

  1. Durante la Admisión, el pistón recorre la carrera hacia el PMI(Punto Muerto Inferior) por lo que los segmentos por fricción contra las paredes del cilindro se colocan en la parte superior de su localidad accediendo el aceite a la parte de mas huelgo(parte inferior del habitáculo).
  2. En la compresión el pistón asciende y por el mismo motivo(rozamiento) el segmento se coloca en la parte inferior, produciendo un intercambio de posiciones con el aceite, lubricando tanto las partes internas del segmento como las paredes del cilindro. En estas dos etapas el flujo de aceite fluye del cárter hacia la cámara de combustión gracias al segmento de rascado.
  3. En la etapa de combustión y expansión, una parte del aceite se consume. Acto seguido de la expansión con la etapa de Admisión, el aceite se renueva y se vuelve a realizar todo el proceso.

4-Funciones de los segmentos:

Las funciones de los segmentos en el pistón son las siguientes:

  • El sellado de la holgura entre el pistón y la pared del cilindro para retener la presión de los gases de la combustión y minimizar el soplado (Blow-by)
  • Facilitar la cantidad adecuada de lubricante en la superficie del cilindro para obtener la película de aceite, acotando el consumo del mismo en la cámara de combustión.
  • Control de temperatura del pistón contribuyendo a la trasmisión de calor a las paredes del cilindro y a la acción refrigerante.

4.1-Fuerzas a las que están sometidos los segmentos:

  • La tensión estática en los segmentos que depende directamente del diseño del segmento y de los materiales.
  • La presión de gas, depende de la carga del motor.
  • Las fuerzas de inercia, dependen de las masas y de la velocidad del motor.

Estas fuerzas se ven influenciadas por  parámetros del diseño tales como, altura del segmento, perfil de contacto del segmento, tensión del segmento, abertura del segmento(Ring gap),este último controla la presión entre segmentos, temperatura de la camisa, altura entre segmentos y holguras, geometría de la falda, holgura entre falda y pistón y camisa, etc.

4.2-Montaje de segmentos del pistón:

5-Fuerzas a las que están Sometidos los Segmentos:

▪ La tensión estática en los segmentos que depende directamente del diseño del segmento y de los materiales.
▪ La presión de gas, depende de la carga del motor.
▪ Las fuerzas de inercia, dependen de las masas y de la velocidad del motor.

Estas fuerzas se ven influenciadas por parámetros del diseño tales como, altura del segmento, perfil de contacto del segmento, tensión del segmento, abertura del segmento(Ring gap),este último controla la presión entre segmentos, temperatura de la camisa, altura entre segmentos y holguras, geometría de la falda, holgura entre falda y pistón
y camisa, etc.

6-Bibliografía:

• www.rectificadorajs.com
• www.wikipedia.com
• Motores de combustión interna alternativos de F.Payri y J.M.Desantes
• Apuntes personales

Autor: Roberto García Soutullo

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SEGMENTOS DEL PISTÓN. MOTORES