Segmentos del Pistón en Motores Marinos: Funcionamiento, Lubricación y Mantenimiento
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The segmentos del pistón son elementos esenciales en los motores diésel marinos de dos y cuatro tiempos. Aunque a simple vista puedan parecer simples aros metálicos alojados en ranuras mecanizadas sobre el pistón, su función es mucho más compleja: contribuyen al sellado de los gases de combustión, controlan la película lubricante, participan en la transferencia de calor y condicionan directamente el desgaste del conjunto pistón-camisa.
En aplicaciones navales, su comportamiento debe analizarse siempre dentro del sistema completo. No es correcto estudiar el segmento de forma aislada, porque su funcionamiento depende de la camisa del cilindro, la geometría del pistón, la lubricación, las presiones de combustión, la temperatura y el régimen de giro del motor.
Además, la arquitectura cambia de forma importante entre los grandes motores marinos 2T de cruceta, habituales en propulsión principal de baja velocidad, y los motores 4T de pistón de tronco, muy utilizados tanto en propulsión como en generación eléctrica a bordo.
1. Funciones de los Segmentos del Pistón en un Motor Marino
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre las funciones de los segmentos del pistón en un motor marino, mostrando el sellado de los gases de combustión, el control y distribución del lubricante, la transferencia de calor entre pistón y camisa y la relación tribológica entre segmento, camisa, lubricante, temperatura, carga y régimen de funcionamiento.
1.1 Sellado de los Gases de Combustión
Una de las principales funciones de los segmentos consiste en reducir el paso de gases desde la cámara de combustión hacia la parte inferior del pistón.
Durante la combustión se generan presiones elevadas que deben actuar sobre la corona para producir trabajo mecánico. Si los gases atravesasen libremente la holgura existente entre pistón y camisa, se producirían pérdidas importantes de presión y rendimiento.
Los segmentos actúan como un sistema de sellado en varias etapas.
El primer segmento soporta la mayor parte de la presión. Los siguientes reducen progresivamente la cantidad de gas que consigue atravesar el conjunto.
Una pequeña cantidad puede alcanzar inevitablemente las zonas inferiores. Este fenómeno se denomina blow-by.
Un aumento anormal puede estar asociado a:
- Desgaste;
- Pérdida de tensión radial;
- Depósitos;
- Ring sticking;
- Rotura del segmento;
- Desgaste de ranuras;
- Deterioro de la camisa.
1.2 Control y Distribución del Lubricante
Los segmentos participan también en el mantenimiento de una cantidad adecuada de lubricante sobre la camisa.
La superficie no debe trabajar seca, pero tampoco interesa mantener una cantidad excesiva de aceite.
Una lubricación insuficiente puede provocar:
- Sumento de fricción;
- Incremento de temperatura;
- Desgaste acelerado;
- Scuffing.
Un exceso puede favorecer:
- Consumo de lubricante;
- Depósitos;
- Carbonización;
- Contaminación de la cámara de combustión.
En grandes motores marinos 2T de cruceta, el aceite de cilindros se introduce directamente sobre la camisa mediante un sistema independiente.
En motores 4T de pistón de tronco, los segmentos inferiores ayudan activamente a controlar la cantidad de aceite que permanece sobre la superficie.
1.3 Transferencia de Calor entre Pistón y Camisa
Los segmentos representan además una vía de evacuación térmica desde el pistón hacia la camisa.
Parte del calor sigue aproximadamente el recorrido:
Pistón → Ranura → Segmento → Camisa → Refrigeración
El contacto no es completamente metálico porque entre segmento y camisa existe una película lubricante, pero sigue constituyendo una de las vías de transferencia térmica del conjunto.
La temperatura afecta directamente a:
- Viscosidad del lubricante;
- Dilatación del segmento;
- Holguras;
- Desgaste;
- Formación de depósitos.
Por ello, lubricación, refrigeración y geometría están íntimamente relacionadas.
1.4 Relación con el Sistema Pistón-Camisa
La superficie sobre la que trabajan los segmentos es la camisa, por lo que ambos componentes forman una pareja tribológica.
La geometría de la camisa, su acabado superficial, rugosidad, temperatura y desgaste afectan directamente a la formación de la película lubricante.
Este punto lo hemos desarrollado con más detalle en nuestro artículo sobre camisas de motor marino, donde explicamos su funcionamiento, disposición, desgaste y principales averías.
La combinación correcta debe entenderse siempre como:
Segmento + Camisa + Lubricante + Temperatura + Carga + Régimen de Funcionamiento
2. Tipos, Geometría, Materiales y Recubrimientos de los Segmentos
El paquete de segmentos no está formado por aros idénticos. Cada segmento ocupa una posición concreta sobre el pistón y desempeña una función determinada dentro del funcionamiento del motor. Aunque todos colaboran en la estanqueidad y en el control de la lubricación, no trabajan bajo las mismas condiciones ni soportan los mismos esfuerzos.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Ilustración técnica sobre los tipos de segmentos del pistón en un motor marino de 4 tiempos con pistón de tronco, mostrando el segmento de fuego o primer segmento de compresión, el segundo segmento de compresión, el segmento de control de aceite, las ranuras del pistón y la camisa del cilindro.
En los motores marinos, especialmente en los diésel de 2 y 4 tiempos, el comportamiento de cada segmento debe analizarse en relación con la presión de combustión, la temperatura, la formación de la película lubricante, el desgaste de la camisa y la evacuación del aceite.
2.1 Segmento de Fuego o Primer Segmento de Compresión
The segmento de fuego es el situado más cerca de la cámara de combustión y, por tanto, el que trabaja bajo las condiciones más severas del conjunto.
Su principal función consiste en mantener la mayor parte de la presión de combustión dentro del cilindro.
Está sometido a:
- Elevada temperatura;
- Alta presión;
- Fricción;
- Cargas mecánicas;
- Productos de combustión;
- Condiciones de lubricación especialmente críticas cerca del PMS.
Además de sellar, participa en la transferencia de calor desde la zona superior del pistón hacia la camisa.
En muchos diseños la cara exterior del segmento no es completamente plana, sino que adopta un perfil ligeramente abombado o tipo barrilete, conocido habitualmente como «barrel-faced«.
Esta geometría favorece una transición más progresiva del contacto contra la camisa y puede mejorar la formación de la película lubricante cuando el segmento experimenta pequeñas inclinaciones o movimientos dentro de la ranura.
También reduce el riesgo de concentrar excesivamente el contacto sobre uno de sus bordes.
Debido a sus elevadas solicitaciones, el segmento superior suele emplear materiales y tratamientos superficiales específicamente seleccionados para mejorar:
- Resistencia al desgaste;
- Comportamiento frente al scuffing;
- Rodaje;
- Estabilidad térmica.
Históricamente se han utilizado soluciones basadas en cromo y molibdeno, aunque actualmente existen numerosos recubrimientos y tratamientos desarrollados específicamente por cada fabricante.
Conviene diferenciar aquí dos conceptos: un recubrimiento de molibdeno sobre la superficie del segmento no es lo mismo que el uso de compuestos de molibdeno como aditivos dentro de determinados lubricantes.
2.2 Segundo Segmento de Compresión
The segundo segmento de compresión trabaja por debajo del segmento de fuego y actúa como una segunda barrera frente al paso de gases.
Su función principal consiste en reducir la presión que ha conseguido atravesar el primer segmento.
Sin embargo, tiene también una importante función relacionada con el control del aceite.
Según su geometría, puede contribuir a:
- Estabilizar la presión entre segmentos;
- Limitar el blow-by;
- Retirar parte del exceso de aceite;
- Evitar que el lubricante ascienda hacia la cámara;
- Reducir la carga de trabajo del segmento superior.
En algunos diseños, el segmento presenta una geometría que genera una ligera torsión durante el funcionamiento.
Esta deformación controlada modifica la zona de contacto contra la camisa.
La parte inferior puede ejercer una acción de rascado durante determinados movimientos del pistón, mientras que la geometría superior ayuda a controlar la tendencia del lubricante a desplazarse hacia la cámara de combustión.
Este comportamiento explica por qué el segundo segmento no debe considerarse simplemente una copia menos solicitada del primero.
Tiene una función específica dentro del equilibrio:
Sellado + Presión Intersegmentaria + Control de Aceite
2.3 Segmento de Control de Aceite
The segmento de control de aceite, también conocido como segmento rascador, tiene una función claramente diferenciada.
Su misión consiste en regular la cantidad de aceite presente sobre la camisa.
Cuando el pistón se desplaza, el segmento retira parte del exceso y facilita su retorno al interior mediante los orificios o conductos de drenaje del pistón.
No debe eliminar completamente el lubricante.
El objetivo es dejar sobre la camisa una película suficiente para mantener correctamente lubricado el conjunto.
En motores marinos 4T, este segmento suele trabajar con una tensión radial relativamente elevada para garantizar su función de rascado.
Esta característica tiene una consecuencia importante: puede contribuir significativamente a la fricción total del conjunto pistón-segmentos.
El artículo original ya destacaba correctamente este aspecto. El segmento de control de aceite puede producir una proporción importante de las pérdidas por fricción del paquete debido a:
- Mayor fuerza radial;
- Contacto continuo;
- Función de rascado.
Cuando funciona correctamente:
- Limita el consumo de aceite;
- Mantiene una película suficiente;
- Evita exceso de lubricante en la cámara;
- Reduce depósitos.
Cuando falla pueden aparecer:
- Elevado consumo de aceite;
- Carbonilla;
- Humo;
- Depósitos en ranuras;
- Pérdida de movilidad de otros segmentos.
En grandes motores marinos 2T de cruceta, la arquitectura de lubricación es diferente y esta disposición no debe extrapolarse directamente.
2.4 Geometría de los Segmentos del Pistón
La geometría determina cómo se distribuye el contacto entre segmento y camisa.
Puede influir directamente en:
- Presión superficial;
- Espesor de película lubricante;
- Rascado;
- Sellado;
- Fricción;
- Desgaste.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre la geometría de los segmentos del pistón en motores marinos, comparando perfiles rectangulares, abombados o barrel-faced, cónicos o taper-faced, rascadores y segmentos con torsión controlada, y mostrando cómo la geometría influye en la presión de contacto, el espesor de la película lubricante, la capacidad de rascado, la fricción y el desgaste.
2.4.1 Perfil Rectangular
Es una de las configuraciones más sencillas.
La sección transversal es aproximadamente rectangular y la cara exterior trabaja contra la camisa.
No obstante, incluso en un segmento aparentemente rectangular pueden existir pequeños radios, biseles y modificaciones del perfil destinadas a evitar concentraciones de carga.
2.4.2 Perfil Abombado o Barrel-Faced
En este diseño, la superficie de trabajo presenta una ligera curvatura axial.
Este perfil facilita:
- Adaptación a pequeñas inclinaciones;
- Formación de una cuña lubricante;
- Reducción del contacto sobre los bordes;
- Comportamiento más estable durante los cambios de dirección.
Por ello es habitual en segmentos sometidos a condiciones severas.
2.4.3 Perfil Cónico o Taper-Faced
En un perfil taper-faced, la cara exterior presenta una ligera inclinación.
Su geometría puede generar un efecto rascador sobre el lubricante.
La orientación correcta es esencial porque invertir el segmento puede modificar completamente su comportamiento.
2.4.4 Perfiles Rascadores
Algunos segmentos incorporan escalones o bordes diseñados específicamente para retirar parte del aceite.
Estos perfiles pueden encontrarse tanto en segmentos intermedios como en segmentos dedicados al control de lubricante.
2.4.5 Segmentos con Torsión Controlada
Algunas geometrías están diseñadas para producir una ligera torsión al instalarse.
Esta torsión modifica simultáneamente:
- Contacto contra la camisa;
- Contacto contra los flancos de la ranura;
- Distribución del aceite.
El objetivo puede ser mejorar el sellado y evitar un bombeo excesivo del lubricante hacia la cámara.
2.4.6 Influencia de la Geometría sobre la Lubricación
La forma de la cara exterior afecta directamente a la formación de la película.
Un segmento con perfil adecuado puede generar una pequeña cuña hidrodinámica durante el desplazamiento, favoreciendo la separación de las superficies.
2.5 El Paquete de Segmentos como Conjunto
Aunque se describan por separado, los segmentos no deben entenderse como piezas aisladas. Forman un sistema en el que cada aro cumple una función particular, pero siempre en coordinación con los demás.
De forma simplificada:
- The primer segmento realiza el sellado principal y soporta las condiciones más severas;
- The segundo segmento refuerza la estanqueidad y colabora en el control del lubricante;
- The segmento de control de aceite regula la película lubricante y devuelve el exceso al interior del pistón.
El funcionamiento correcto del motor depende de que exista equilibrio entre todos ellos, junto con el estado de la camisa, la calidad del lubricante y las condiciones reales de operación.
3. Segmentos en Motores Marinos de 2 y 4 Tiempos
3.1 Motores Marinos 2T de Cruceta
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Ilustración técnica de un motor marino de dos tiempos y cruceta en vista seccionada, mostrando el conjunto pistón-camisa, el paquete de segmentos del pistón, la disposición del vástago y cruceta, y el entorno estructural del motor para contextualizar visualmente la función de los segmentos dentro del sistema cilindro-pistón.
Los grandes motores de dos tiempos de baja velocidad utilizados como propulsores principales presentan una arquitectura muy diferente a la de un motor convencional de pistón de tronco.
El pistón está unido mediante un vástago a la cruceta y las fuerzas laterales se transmiten a través de las guías de esta.
Esta separación permite que la zona del cilindro y la zona del cárter funcionen de manera más independiente.
Una consecuencia especialmente importante es la utilización de un sistema específico de lubricación de cilindros.
El aceite se introduce directamente sobre la camisa mediante puntos o sistemas de lubricación diseñados para repartirlo correctamente sobre la superficie.
En sistemas modernos, la dosificación puede controlarse electrónicamente en función de condiciones de funcionamiento.
En sistemas modernos, la dosificación puede controlarse electrónicamente en función de la carga y de las condiciones de operación, ajustando tanto la cantidad como el momento de suministro del aceite de cilindros
3.2 Motores Marinos 4T de Pistón de Tronco
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Ilustración técnica en corte de un motor marino de cuatro tiempos con pistón de faldón, mostrando la cámara de combustión, el conjunto de segmentos del pistón, la camisa del cilindro, la biela y su unión mecánica con el cigüeñal.
Los motores de cuatro tiempos utilizan generalmente una arquitectura de trunk piston (piston de tronco o faldón).
El propio pistón transmite las fuerzas laterales hacia la camisa y el aceite del sistema de lubricación participa directamente en la lubricación del conjunto.
El paquete de segmentos debe entonces realizar simultáneamente:
- Sellado;
- Distribución de aceite;
- Retirada del exceso de lubricante.
En este tipo de motores resulta especialmente importante el segmento rascador o de control de aceite.
Para comprender cómo se distribuye el lubricante hacia cojinetes, pistones y otros elementos, puede ampliarse información en Introducción al Circuito de Lubricación de Motores Diésel y en la segunda parte sobre el Circuito de Lubricación MCIA
3.3 Diferencias de Lubricación y Configuración
Las diferencias principales pueden resumirse así:
| Característica | Motor Marino 2T de Cruceta | Motor Marino 4T de Pistón de Tronco |
|---|---|---|
| Aplicación Típica | Propulsión Principal | Propulsión y Generación |
| Régimen Habitual | Baja Velocidad | Media/Alta Velocidad |
| Lubricación del Cilindro | Sistema Específico | Integrada con Sistema del Motor |
| Aceite de Cilindros | Independiente | Normalmente Aceite del Sistema |
| Control de Aceite | Distribución sobre Camisa | Segmentos Rascadores/Control |
| Fuerzas Laterales | Absorbidas por Cruceta | Absorbidas por Pistón/Camisa |
| Inspección | Scavenge Space y Overhaul | Apertura/Overhaul Convencional |
No puede explicarse la lubricación, el desgaste o el mantenimiento de los segmentos suponiendo que ambos tipos de motor trabajan de la misma manera.
4. Fuerzas y Funcionamiento Dinámico de los Segmentos
Este es uno de los puntos importantes que conviene recuperar del artículo original.
Durante el funcionamiento, un segmento está sometido simultáneamente a varias fuerzas.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre las fuerzas y el funcionamiento dinámico de los segmentos del pistón en un motor marino, mostrando la tensión estática o elástica, la presión de los gases detrás del segmento, las fuerzas de inercia, la fricción contra la camisa y la interacción de estos efectos sobre el sellado, el desgaste y el comportamiento dinámico del conjunto.
4.1 Tensión Estática o Elástica
El segmento posee una determinada tensión radial propia derivada de su geometría, material y diámetro libre.
Antes de instalarse, su diámetro es ligeramente superior al diámetro interior de la camisa. Al introducirlo dentro del cilindro, el aro queda comprimido y ejerce una fuerza radial contra la superficie de la camisa.
Esta fuerza existe incluso con el motor parado, es decir, no depende de la presión de combustión.
Su magnitud depende principalmente de:
- Material del segmento;
- Geometría de la sección;
- Espesor radial;
- Diámetro;
- Diseño y tratamiento del aro.
La tensión elástica proporciona el contacto inicial necesario entre segmento y camisa. Durante el funcionamiento, esta fuerza se combina con la presión de los gases que actúan detrás del segmento, aumentando el sellado cuando la presión dentro del cilindro se eleva.
4.2 Presión de los Gases detrás del Segmento
Durante la combustión, parte de los gases puede penetrar a través de las holguras existentes alrededor del segmento y alcanzar la zona posterior del aro.
La presión ejercida sobre esta superficie genera una fuerza adicional que empuja el segmento radialmente contra la camisa.
Por tanto:
Elasticidad Propia + Presión de Gases = Fuerza de Sellado contra la Camisa
La magnitud y distribución de esta presión dependen de factores como:
- Holguras;
- Geometría del segmento;
- Posición dentro del paquete;
- Presión existente entre segmentos;
- Carga del motor;
- Condiciones de combustión.
A medida que aumenta la presión dentro del cilindro, también puede aumentar la contribución de los gases al sellado.
Esto explica por qué el segmento no depende únicamente de su tensión elástica para mantener la estanqueidad.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Ilustración técnica sobre la presión de los gases detrás del segmento del pistón en un motor marino, mostrando la cámara de combustión, el paso de los gases hacia la ranura, la acción sobre la cara posterior del segmento, la camisa del cilindro y la fuerza radial que contribuye al sellado.
4.3 Fuerzas de Inercia
Los segmentos poseen masa y cambian continuamente de velocidad y dirección.
Por ello aparecen fuerzas de inercia relacionadas con:
- Masa del segmento;
- Aceleración del pistón;
- Régimen del motor.
Estas fuerzas son especialmente importantes cerca de los puntos muertos.
4.4 Fricción contra la Camisa
Mientras el pistón se desplaza, aparece una fuerza de fricción entre segmento y camisa.
Esta fricción tiende a desplazar axialmente el segmento dentro de su ranura.
Dependiendo del sentido del movimiento, el aro puede apoyarse sobre uno u otro flanco.
Este comportamiento ya aparecía de forma interesante en el artículo original y merece conservarse, aunque con una interpretación más completa.
El movimiento axial depende simultáneamente de:
- Fricción;
- Presión de gases;
- Inercia;
- Geometría;
- Holguras.
4.5 Parámetros de Diseño que Modifican Estas Fuerzas
El comportamiento final depende de numerosos parámetros:
- Altura axial del segmento;
- Perfil de contacto;
- Tensión radial;
- Ring gap;
- Distancia entre segmentos;
- Temperatura de camisa;
- Holgura axial;
- Holgura posterior;
- Geometría del pistón;
- Estado de la camisa.
Por tanto, cambiar uno de estos parámetros puede modificar el comportamiento del sistema completo.
4.6 Ring Gap
La abertura del segmento permite:
- Instalación;
- Expansión térmica;
- Adaptación al cilindro.
También influye en el flujo de gases entre las distintas cámaras del paquete.
No debe interpretarse únicamente como una holgura mecánica.
4.7 Movimiento del Segmento dentro de la Ranura
Durante el movimiento del pistón, el segmento puede desplazarse entre ambos flancos.
En un motor 4T, por ejemplo, el sentido de fricción cambia cuando el pistón invierte el movimiento.
Sin embargo, no sería correcto afirmar que la posición depende únicamente del rozamiento.
Las presiones de gas y las fuerzas de inercia pueden dominar el comportamiento en determinadas fases.
En condiciones anormales pueden aparecer:
- Flutter;
- Rebote;
- Pérdida momentánea de contacto;
- Impactos sobre los flancos.
5. Lubricación y Tribología del Conjunto Segmento-Camisa
La lubricación del conjunto segmento-camisa es uno de los factores que más condiciona la vida útil de ambos componentes. Los segmentos deben mantener la estanqueidad de los gases mientras se desplazan continuamente sobre la superficie de la camisa, pero ese contacto debe producirse con la menor fricción y desgaste posibles.
El funcionamiento correcto depende de mantener una película lubricante adecuada entre el segmento y la camisa, pero también de conservar lubricadas las superficies internas del segmento dentro de su ranura.
Por ello, cuando hablamos de lubricación de los segmentos no debemos pensar únicamente en aceite sobre la pared del cilindro. Existe todo un comportamiento tribológico condicionado por:
- Velocidad del pistón;
- Carga;
- Presión de gases;
- Temperatura;
- Viscosidad;
- Geometría de los segmentos;
- Acabado superficial de la camisa;
- Cantidad y distribución del lubricante.
5.1 Formación de la Película Lubricante
Entre el segmento y la camisa existe una película extremadamente fina de lubricante.
Su misión consiste en evitar, en la medida de lo posible, el contacto directo entre las asperidades, es decir, las pequeñas irregularidades microscópicas presentes incluso sobre superficies metálicas aparentemente lisas.
Hemos desarrollado estos fundamentos con mayor profundidad en nuestro artículo sobre Teoría de Lubricantes y Tribología.
El espesor de la película no permanece constante durante el funcionamiento y depende de factores como:
- Viscosidad del aceite;
- Velocidad instantánea del pistón;
- Temperatura;
- Presión de contacto;
- Perfil de la cara del segmento;
- Cantidad de lubricante disponible;
- Rugosidad y acabado superficial de la camisa;
- Carga del motor.
Durante el movimiento del pistón, la geometría del segmento puede favorecer la formación de una pequeña cuña de lubricante.
Al desplazarse una superficie respecto a otra, el aceite es arrastrado hacia la zona de contacto y puede generar presión dentro de la película. Esta presión contribuye a separar parcialmente ambas superficies y reducir la fricción.
La forma del segmento resulta, por tanto, especialmente importante. Un perfil abombado o diseñado específicamente para favorecer el comportamiento hidrodinámico puede trabajar de manera muy diferente a una cara completamente plana.
La rugosidad de la camisa también desempeña un papel fundamental. Una superficie correctamente acabada debe permitir una buena retención y distribución del lubricante sin generar un desgaste excesivo.
Este funcionamiento explica por qué segmento, camisa y lubricante deben considerarse un único sistema tribológico.
5.2 Lubricación Hidrodinámica, Mixta y Límite
La separación entre segmento y camisa no es constante a lo largo de la carrera.
Dependiendo de las condiciones pueden aparecer distintos regímenes de lubricación.
5.2.1 Lubricación Hidrodinámica
Cuando existe suficiente velocidad relativa entre ambas superficies, el movimiento puede generar una película capaz de soportar gran parte de la carga y mantener prácticamente separadas las superficies metálicas.
Se habla entonces de lubricación hidrodinámica.
En estas condiciones:
- Disminuye el contacto directo;
- Se reduce el desgaste;
- La fricción depende principalmente del comportamiento viscoso del lubricante.
5.2.2 Lubricación Mixta
Cuando el espesor de la película disminuye, algunas asperidades pueden empezar a entrar en contacto.
Parte de la carga sigue soportándose mediante el lubricante y otra parte mediante el contacto superficial.
Se entra entonces en un régimen de lubricación mixta.
5.2.3 Lubricación Límite
En condiciones todavía más exigentes, la película puede reducirse considerablemente y aumentar el contacto entre las superficies.
La protección depende entonces en mayor medida de las capas límite formadas por el lubricante y sus aditivos.
Este régimen recibe el nombre de lubricación límite.
Los cambios entre estas condiciones son especialmente importantes al aproximarse a los puntos muertos.
Cuando el pistón llega al PMS o PMI, su velocidad disminuye progresivamente hasta alcanzar momentáneamente cero antes de invertir el sentido del movimiento.
En esos instantes se reduce la capacidad para generar una película hidrodinámica suficientemente gruesa.
Por ello, los alrededores de los puntos muertos constituyen regiones especialmente críticas desde el punto de vista tribológico.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Gráfica conceptual sobre el espesor de la película lubricante a lo largo del ciclo del pistón en segmentos de motores marinos, mostrando su variación según la posición del pistón, diferentes regímenes de giro y los regímenes de lubricación hidrodinámica, mixta y límite.
La gráfica muestra de forma conceptual cómo varía el espesor de la película lubricante entre los segmentos y la camisa durante el ciclo del pistón.
El espesor tiende a ser mayor entre el PMS y el PMI, cuando existe mayor velocidad relativa entre las superficies y se favorecen condiciones de lubricación hidrodinámica.
En cambio, al acercarse al PMS y al PMI, la velocidad del pistón disminuye hasta llegar momentáneamente a cero, por lo que la película puede reducirse y aparecer condiciones de lubricación mixta o límite.
Las diferentes curvas ilustran cómo el régimen de giro puede influir en ese comportamiento, aunque el espesor real depende también de la carga, temperatura, viscosidad, geometría del segmento y diseño del motor.
Los valores representados son conceptuales y no deben interpretarse como espesores universales para todos los motores marinos.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía conceptual sobre la evolución de la lubricación durante la carrera del pistón en un motor marino de 4 tiempos, mostrando la variación del espesor de la película lubricante entre PMS y PMI, los cambios de velocidad del pistón y la transición entre lubricación límite, mixta e hidrodinámica.
5.3 Lubricación de los Segmentos dentro de las Ranuras
La lubricación no se limita al contacto entre la cara exterior del segmento y la camisa.
El propio segmento se desplaza dentro de una ranura mecanizada en el pistón, y también debe existir una cierta cantidad de lubricante entre estas superficies.
El aceite puede alcanzar:
- Los flancos de la ranura;
- La zona posterior del segmento;
- La cara interna del aro;
- Las superficies entre segmento y alojamiento.
Esta lubricación es necesaria porque el segmento no permanece totalmente inmóvil.
Durante el funcionamiento puede experimentar pequeños desplazamientos axiales y radiales debido a la combinación de:
- Fricción contra la camisa;
- Presión de los gases;
- Fuerzas de inercia;
- Cambios de dirección del pistón;
- Deformación térmica.
El movimiento dentro de la ranura contribuye a renovar parcialmente la película de aceite existente sobre estas superficies.
Sin embargo, no sería correcto interpretar este movimiento como una simple alternancia producida exclusivamente por la fricción.
La presión de los gases detrás del segmento y las fuerzas de inercia pueden llegar a dominar su posición durante determinadas fases del ciclo.
Una lubricación insuficiente dentro de la ranura puede contribuir a:
- Desgaste de los flancos;
- Aumento de fricción;
- Formación de depósitos;
- Pérdida de movilidad;
- Ring sticking.
Por otro lado, las holguras deben mantenerse dentro de los límites establecidos por el fabricante. Una holgura demasiado pequeña puede dificultar la movilidad, mientras que una excesiva puede generar impactos y pérdida de control dinámico.
5.4 Lubricación en Grandes Motores Marinos 2T
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre la lubricación en grandes motores marinos de dos tiempos y cruceta, mostrando la inyección directa del aceite de cilindros sobre la camisa, la distribución de la película lubricante por acción del pistón y los segmentos, la condición de sistema de pérdida total, la importancia de la dosificación y las consecuencias de una lubricación insuficiente o excesiva.
En grandes motores marinos de dos tiempos y cruceta, la lubricación del cilindro funciona de forma independiente al sistema de lubricación del cárter.
The aceite de cilindros se introduce directamente sobre la superficie de la camisa mediante puntos de lubricación distribuidos según el diseño del motor.
Posteriormente, el movimiento del pistón y el conjunto de segmentos ayuda a distribuirlo sobre la superficie.
La dosificación debe proporcionar:
- Película lubricante suficiente;
- Protección frente al desgaste;
- Limpieza de la superficie;
- Control de depósitos;
- Capacidad de neutralización cuando las condiciones lo requieran;
- Renovación progresiva del lubricante contaminado por los productos de combustión.
Una característica importante de esta arquitectura es que el aceite de cilindros funciona normalmente como un sistema de pérdida total.
El lubricante utilizado sobre la camisa no retorna al cárter para recircular de la misma forma que el aceite del sistema general del motor.
Después de cumplir su función, parte del aceite y de los residuos pueden recogerse en las zonas inferiores del cilindro.
5.4.1 Importancia de la dosificación
Una cantidad insuficiente de lubricante puede provocar:
- Incremento de fricción;
- Desgaste acelerado;
- Pérdida de película;
- Scuffing;
- Mayor riesgo de corrosión en determinadas condiciones.
However, más aceite no significa necesariamente mejor lubricación.
Una alimentación excesiva puede favorecer:
- Consumo innecesario;
- Acumulación de depósitos;
- Suciedad del paquete de segmentos;
- Carbonización;
- Mayores costes operativos.
Por esta razón, los sistemas modernos buscan ajustar el «cylinder oil feed rate» a las condiciones reales de funcionamiento del motor, al combustible empleado y a las características del lubricante.
El análisis del aceite drenado del cilindro puede utilizarse además como herramienta para evaluar desgaste y comprobar si la estrategia de lubricación está funcionando correctamente.
5.5 Lubricación en Motores Marinos 4T
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre la lubricación en motores marinos 4T de pistón de tronco, mostrando cómo el aceite del sistema general llega al conjunto pistón-camisa, la función del segmento de control de aceite, el equilibrio entre lubricación y consumo de aceite, el retorno del lubricante hacia el interior del motor y las consecuencias de un control deficiente del exceso de aceite sobre la camisa.
En los motores marinos 4T de pistón de tronco, la arquitectura de lubricación es diferente.
El aceite forma parte del sistema general del motor y llega al conjunto pistón-camisa mediante diferentes mecanismos dependiendo del diseño.
Parte de ese lubricante alcanza la superficie interior del cilindro.
El paquete de segmentos debe entonces controlar qué cantidad de aceite permanece sobre la camisa y evitar que un exceso llegue hasta la cámara de combustión.
The segmento de control de aceite desempeña aquí una función fundamental.
Durante el movimiento del pistón:
- Encuentra aceite sobre la superficie de la camisa;
- Retira parte del exceso mediante su geometría rascadora;
- Conserva una película suficiente para la lubricación;
- Dirige el aceite retirado hacia los orificios o conductos del pistón;
- El lubricante retorna hacia el interior del motor.
El objetivo no consiste en dejar seca la superficie, sino en mantener un equilibrio entre lubricación y consumo de aceite.
Si el segmento retira demasiado aceite, puede reducirse excesivamente la película disponible.
Si no controla correctamente el exceso, puede aumentar el paso de lubricante hacia la cámara de combustión.
Esto puede traducirse en:
- Mayor consumo de aceite;
- Depósitos;
- Contaminación de la cámara;
- Carbonización;
- Suciedad en las ranuras.
Además, los segmentos de control de aceite suelen trabajar con una tensión radial relativamente elevada, precisamente porque necesitan ejercer una acción de rascado efectiva.
Por este motivo pueden contribuir de forma importante a la fricción total del conjunto pistón-segmentos.
5.6 Influencia de la Velocidad, Carga y Temperatura
La película lubricante cambia continuamente durante el funcionamiento.
The velocidad relativa desempeña un papel fundamental.
Cuando el pistón aumenta su velocidad, normalmente mejora la capacidad para arrastrar lubricante hacia la zona de contacto y generar presión dentro de la película.
Sin embargo, la velocidad no puede analizarse de forma aislada.
También influyen:
- Carga sobre el segmento;
- Presión de combustión;
- Viscosidad;
- Temperatura;
- Geometría del aro;
- Acabado superficial;
- Cantidad de aceite disponible.
La temperatura resulta especialmente importante porque modifica la viscosidad del lubricante.
Cuando aumenta la temperatura, la viscosidad normalmente disminuye.
Si esta reducción es excesiva, la película puede hacerse demasiado delgada y disminuir su capacidad para mantener separadas ambas superficies.
Pero una viscosidad excesivamente elevada tampoco es necesariamente beneficiosa.
Puede:
- Aumentar las pérdidas por fricción viscosa;
- Dificultar la distribución del aceite;
- Alterar el comportamiento de la película.
La selección del lubricante debe realizarse, por tanto, teniendo en cuenta conjuntamente:
Motor + Combustible + Temperatura + Carga + Recomendaciones del Fabricante
6. Desgaste y Principales Modos de Fallo
El desgaste de segmentos y camisa no responde a un único mecanismo.
Ambos componentes pueden sufrir distintos tipos de deterioro en función de:
- Lubricación;
- Temperatura;
- Contaminación;
- Combustión;
- Carga;
- Estado superficial;
- Holguras.
En muchos casos aparecen varios mecanismos simultáneamente.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica con una tabla de diagnóstico inicial de los principales problemas del conjunto segmento-camisa en motores marinos, incluyendo blow-by elevado, scuffing, ring sticking, desgaste abrasivo y corrosivo, rotura de segmentos, holgura axial elevada y consumo excesivo de aceite, junto con sus posibles causas y consecuencias.
6.1 Desgaste Abrasivo
El desgaste abrasivo aparece cuando partículas duras se introducen entre el segmento y la camisa.
Pueden proceder de:
- Productos de combustión;
- Partículas metálicas;
- Contaminantes;
- Depósitos desprendidos;
- Residuos sólidos presentes en el lubricante.
Estas partículas actúan como pequeñas herramientas de corte sobre las superficies.
El resultado puede incluir
- Rayado longitudinal;
- Pérdida progresiva de material;
- Deterioro del recubrimiento;
- Aumento de holguras.
En motores 4T, el estado del aceite y de los sistemas de filtración resulta especialmente importante para limitar este tipo de desgaste.
Hemos explicado con mayor profundidad el funcionamiento de filtros, enfriadores y demás elementos del sistema en nuestro artículo sobre el circuito de lubricación de motores diésel.
6.2 Desgaste Adhesivo y Scuffing
El desgaste adhesivo aparece cuando la película lubricante deja de separar adecuadamente las superficies.
Las asperidades metálicas pueden entrar entonces en contacto directo.
En condiciones de carga y temperatura elevadas pueden producirse pequeñas uniones locales entre ambas superficies.
Cuando continúa el movimiento:
Contacto → Adhesión → Aumento de Temperatura → Arranque o Transferencia de Material
Si el fenómeno progresa puede producirse scuffing.
The scuffing constituye uno de los daños más severos del conjunto segmento-camisa y puede afectar rápidamente una superficie importante.
Entre los factores que pueden contribuir se encuentran:
- Lubricación insuficiente;
- Viscosidad inadecuada;
- Temperatura elevada;
- Rodaje incorrecto;
- Rugosidad fuera de especificación;
- Exceso de carga;
- Depósitos;
- Deformaciones.
Una vez iniciado, el aumento de temperatura y fricción puede acelerar rápidamente el deterioro.
6.3 Desgaste Corrosivo
El desgaste corrosivo se produce cuando determinadas sustancias reaccionan químicamente con la superficie metálica.
En motores diésel marinos, los productos procedentes de la combustión pueden generar condiciones capaces de atacar la camisa.
Este fenómeno ha sido tradicionalmente especialmente importante en grandes motores 2T que operan con determinados combustibles.
El aceite de cilindros debe proporcionar, además de lubricación:
- Detergencia;
- Dispersión de residuos;
- Capacidad de neutralización cuando sea necesaria.
Sin embargo, tampoco interesa aumentar indiscriminadamente la alcalinidad o la dosificación.
La lubricación debe adaptarse al combustible y a las condiciones reales de operación.
6.4 Ring Sticking o Segmentos Pegados
Para funcionar correctamente, el segmento debe conservar libertad de movimiento dentro de la ranura.
La acumulación de:
- Carbonilla;
- Aceite degradado;
- Residuos de combustión;
- Depósitos;
puede reducir esta movilidad hasta provocar un ring sticking.
Cuando el segmento queda pegado ya no puede adaptarse correctamente a:
- Pequeñas deformaciones de la camisa;
- Cambios de presión;
- Movimientos del pistón.
Esto puede provocar:
- pérdida de estanqueidad;
- aumento del blow-by;
- peor control del lubricante;
- aumento de temperatura;
- desgaste localizado.
El problema puede agravarse progresivamente, ya que el aumento del blow-by y de la temperatura favorece todavía más la generación de depósitos.
6.5 Rotura de Segmentos
Los segmentos pueden fracturarse por diferentes mecanismos.
Entre las posibles causas se encuentran:
- Fatiga;
- Desgaste excesivo;
- Impactos;
- Montaje incorrecto;
- Depósitos;
- Pérdida de movilidad;
- Holguras fuera de tolerancia;
- Deterioro de las ranuras.
Una rotura puede provocar consecuencias bastante más graves que la simple pérdida de estanqueidad.
Los fragmentos pueden:
- Rayar la camisa;
- Dañar otros segmentos;
- Deteriorar las ranuras;
- Producir daños sobre los puertos en motores 2T.
Por ello, cuando se encuentra un segmento roto es fundamental investigar la causa raíz y no limitarse a sustituir la pieza.
6.6 Desgaste de las Ranuras
Las ranuras del pistón también están sometidas a desgaste.
El movimiento axial del segmento genera contacto contra los flancos.
Cuando la holgura aumenta excesivamente puede aparecer:
- Movimiento axial elevado;
- Impactos;
- Cambios en la presión intersegmentaria;
- Pérdida de estabilidad;
- Mayor desgaste.
La condición de las ranuras debe analizarse conjuntamente con el estado de los segmentos.
Instalar un segmento nuevo sobre una ranura fuera de tolerancia puede no resolver el problema.
6.7 Depósitos y Carbonización
Los depósitos pueden aparecer en:
- Corona;
- Tierras del pistón;
- Ranuras;
- Parte posterior de los segmentos.
Una cantidad excesiva puede:
- Reducir la movilidad;
- Alterar la transferencia térmica;
- Aumentar el riesgo de ring sticking;
- Modificar el contacto con la camisa.
La formación de depósitos está relacionada con varios factores:
- Combustión;
- Lubricante;
- Temperatura;
- Consumo de aceite;
- Condiciones de carga.
Por ello, su presencia debe interpretarse dentro del contexto operativo completo del motor.
7. Diagnóstico e Inspección de los Segmentos a Bordo
El estado de los segmentos puede empezar a evaluarse antes de desmontar el motor.
La información más útil suele obtenerse combinando:
- Parámetros de operación;
- Inspecciones;
- Análisis de lubricante;
- Historial del cilindro.
Un único síntoma raramente permite determinar por sí solo que existe un problema de segmentos.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre el diagnóstico e inspección de los segmentos a bordo en motores marinos, mostrando la evaluación inicial del estado del conjunto, los principales síntomas operativos, la inspección desde los espacios de barrido en motores 2T, el análisis del aceite drenado y la inspección directa durante el overhaul.
7.1 Síntomas Operativos
Entre los parámetros que pueden ofrecer indicios se encuentran:
- Presión de compresión;
- Presión máxima;
- Temperatura de gases de escape;
- Consumo de aceite;
- Blow-by;
- Comportamiento individual de cada cilindro;
- Tendencia de prestaciones.
Una desviación puntual puede deberse a múltiples causas.
Lo importante es observar tendencias.
Por ejemplo, un aumento progresivo del blow-by acompañado de pérdida de compresión y cambios en el consumo de aceite puede justificar una inspección más detallada del conjunto.
7.2 Inspección desde los Espacios de Barrido en Motores 2T
Los grandes motores marinos de cruceta ofrecen la posibilidad de observar parte del conjunto pistón-camisa desde los espacios de barrido.
Durante una inspección puede revisarse:
- Estado visible de los segmentos;
- Libertad aparente de movimiento;
- Depósitos;
- Superficie de la camisa;
- Rayaduras;
- Zonas pulidas;
- Distribución del lubricante;
- Condición de los puertos;
- Tierras del pistón.
Estas inspecciones adquieren mucho más valor cuando se realizan de forma periódica y se comparan con registros anteriores.
Las fotografías tomadas siempre desde posiciones similares permiten detectar cambios que pueden pasar desapercibidos durante una inspección aislada.
7.3 Análisis del Aceite Drenado en Motores 2T
El aceite recogido desde la zona inferior del cilindro puede proporcionar información sobre el estado del conjunto.
Dependiendo del programa de mantenimiento pueden analizarse parámetros relacionados con:
- Contenido metálico;
- Contaminación;
- Reserva alcalina;
- Productos de desgaste.
Un aumento de determinadas partículas puede indicar un cambio en el comportamiento de la camisa y los segmentos.
Estos análisis deben interpretarse siempre junto con:
- Condiciones de carga;
- Combustible;
- Feed rate;
- Historial del cilindro.
7.4 Inspección durante el Overhaul
Cuando se desmonta el pistón pueden examinarse directamente:
- Cara de trabajo de los segmentos;
- Estado de recubrimientos;
- Libertad de movimiento;
- Grietas;
- Fracturas;
- Depósitos;
- Flancos;
- Ring gap;
- Ranuras;
- Superficie de camisa.
Es importante observar el patrón de desgaste, no únicamente medir cuánto material se ha perdido.
Un desgaste irregular puede aportar información sobre:
- Deformación;
- Mala lubricación;
- Alineación;
- Temperatura;
- Funcionamiento anormal.
8. Mantenimiento, Medición, Montaje y Rodaje
Las mediciones de los segmentos deben compararse siempre con los valores establecidos para el motor concreto.
No existen tolerancias universales válidas para todos los motores marinos.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre las mediciones principales de un segmento de pistón en un motor marino, mostrando el ring gap, la holgura axial, la holgura posterior, la cara de trabajo, la ranura y la camisa del cilindro, e indicando que los límites admisibles dependen del fabricante y del modelo del motor.
8.1 Medición del Ring Gap
The ring gap corresponde a la separación existente entre los extremos del segmento cuando está situado correctamente dentro de la camisa.
Para medirlo, el segmento debe introducirse correctamente y quedar perpendicular al eje del cilindro.
Una posición inclinada puede alterar el resultado.
El ring gap permite evaluar:
- Desgaste;
- Deformación;
- Compatibilidad con la camisa.
Una abertura demasiado grande puede aumentar el paso de gases.
Una abertura insuficiente puede crear problemas cuando el segmento se dilata térmicamente.
8.2 Holgura Axial
La holgura axial corresponde al espacio entre el segmento y los flancos superior e inferior de su ranura.
Debe ser suficiente para permitir movimiento y lubricación, pero no tan grande como para generar impactos o inestabilidad.
Cuando aumenta excesivamente pueden aparecer:
- Martilleo;
- Variaciones de presión;
- Desgaste acelerado;
- Pérdida de sellado.
8.3 Holgura Posterior
Debe existir también espacio entre la cara interna del segmento y el fondo de la ranura.
This holgura posterior o back clearance permite que:
- El segmento se introduzca completamente;
- Exista movilidad radial;
- Los gases puedan actuar sobre su cara posterior cuando el diseño lo requiere.
Si el aro llega a apoyar sobre el fondo de la ranura, puede dejar de trabajar correctamente contra la camisa.
8.4 Limpieza y Preparación de las Ranuras
Antes de instalar segmentos nuevos deben limpiarse cuidadosamente las ranuras.
Es necesario eliminar:
- Carbonilla;
- Aceite degradado;
- Depósitos;
- Restos de material.
La limpieza debe realizarse sin alterar:
- Geometría;
- Acabado;
- Dimensiones.
También deben inspeccionarse:
- Flancos;
- Fondo;
- Orificios de drenaje;
- Posibles fisuras.
8.5 Montaje de los Segmentos
El montaje debe realizarse utilizando herramientas apropiadas.
Forzar excesivamente la apertura del aro puede provocar:
- Deformación;
- Pérdida de tensión;
- Grietas.
Antes de instalar cada elemento deben comprobarse:
- Posición;
- Orientación;
- Marcas TOP;
- Función;
- Número de pieza.
Algunos perfiles son direccionales y pueden trabajar incorrectamente si se montan invertidos.
Después del montaje debe comprobarse que el segmento conserva la libertad de movimiento requerida dentro de su alojamiento.
8.6 Rodaje de Segmentos y Camisa
Cuando se instalan segmentos nuevos o se interviene la superficie de la camisa, ambas superficies necesitan establecer progresivamente un patrón de contacto compatible.
Durante el rodaje se produce una adaptación inicial de las rugosidades.
Un rodaje incorrecto puede provocar:
- Desgaste localizado;
- Sobretemperatura;
- Pulido;
- Scuffing.
Por ello deben respetarse las instrucciones específicas relativas a:
- Carga;
- Tiempo;
- Lubricación;
- Inspecciones posteriores
9. Selección y Sustitución de Segmentos para Motores Marinos
La sustitución de segmentos forma parte de numerosos trabajos de overhaul.
Sin embargo, elegir el repuesto correcto requiere bastante más información que conocer simplemente el diámetro del cilindro.
9.1 Cuándo Deben Sustituirse
Entre los criterios que pueden justificar sustitución se encuentran:
- Ring gap superior al permitido;
- Recubrimiento deteriorado;
- Pérdida excesiva de sección;
- Fracturas;
- Deformación;
- Pérdida de tensión;
- Sticking;
- Desgaste anormal;
- Daño asociado a scuffing.
También debe analizarse siempre el estado de:
- Camisa;
- Ranuras;
- Restantes segmentos.
La sustitución por horas continúa siendo habitual en muchos planes de mantenimiento, aunque cada vez tiene más importancia la evaluación basada en la condición real del componente.
9.2 Cómo Identificar el Segmento Correcto
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre cómo identificar el segmento correcto al solicitar un repuesto para un motor marino, mostrando la información necesaria para su identificación, incluyendo fabricante del motor, modelo, número de serie, diámetro de cilindro, posición dentro del paquete, part number, versión del pistón y cantidad, junto con su utilidad técnica en la selección del componente adecuado.
Dos segmentos que parecen tener exactamente las mismas dimensiones pueden diferir en:
- Geometría;
- Material;
- Tensión radial;
- Recubrimiento;
- Orientación;
- Tratamiento superficial.
Por esta razón, la compatibilidad debe verificarse siempre con la documentación técnica correspondiente.
9.3 Repuesto OEM y Fabricantes Alternativos
En el mercado naval pueden encontrarse:
- Componentes originales;
- Fabricantes especializados;
- Repuestos alternativos.
La elección no debería basarse únicamente en el precio.
Deben evaluarse:
- Especificaciones;
- Materiales;
- Tolerancias;
- Geometría;
- Recubrimiento;
- Trazabilidad;
- Compatibilidad con el conjunto existente.
En equipos críticos, utilizar componentes que no cumplen exactamente las especificaciones puede modificar el comportamiento del sistema segmento-camisa incluso aunque aparentemente encajen físicamente.
9.4 Sustitución Individual o del Juego Completo
Encontrar un segmento dañado no significa automáticamente que sea suficiente con sustituir únicamente ese aro.
Debe investigarse:
- Causa del daño;
- Horas del paquete;
- EEstado de los demás segmentos;
- Desgaste de la camisa;
- Condición de las ranuras.
Si un segmento se ha roto como consecuencia de una ranura desgastada, por ejemplo, sustituir únicamente el aro no elimina la causa.
La decisión debe tomarse en función de la inspección y de las recomendaciones aplicables al motor.
9.5 Coste Real de una Avería de Segmentos
El coste de una avería no se limita al precio del segmento.
Puede incluir:
- Segmentos;
- Camisa;
- Pistón;
- Juntas;
- Consumibles;
- Mano de obra;
- Asistencia especializada;
- Indisponibilidad del motor;
- Retrasos operativos.
Por ello, una correcta monitorización del conjunto puede aportar un beneficio económico muy superior al ahorro conseguido utilizando simplemente el repuesto de menor precio.
10. Tecnologías Actuales en el Sistema Pistón-Camisa
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre las tecnologías actuales aplicadas al sistema pistón-camisa en motores marinos, mostrando el diseño conjunto de segmentos, camisa, lubricación, recubrimientos y control de depósitos, junto con perfiles optimizados, recubrimientos avanzados y el funcionamiento del Anti-Polishing Ring.
El desarrollo moderno de segmentos se centra cada vez menos en optimizar un componente de forma aislada.
La tendencia consiste en diseñar conjuntamente:
Segmentos + Camisa + Lubricación + Recubrimientos + Control de depósitos
10.1 Perfiles Optimizados
Las herramientas actuales de simulación permiten analizar:
- Distribución de presión;
- Deformación del aro;
- Contacto con la camisa;
- Comportamiento hidrodinámico;
- Presión entre segmentos.
Con esta información pueden desarrollarse perfiles destinados a mejorar simultáneamente:
- Sellado;
- Lubricación;
- Desgaste;
- Estabilidad.
10.2 Recubrimientos Avanzados
Los recubrimientos modernos buscan combinar propiedades que muchas veces resultan contrapuestas.
Un segmento necesita:
- Resistencia al desgaste;
- Capacidad para realizar correctamente el rodaje;
- Resistencia al scuffing;
- Buena compatibilidad con la camisa.
No existe un único recubrimiento ideal para todos los motores.
La selección depende del sistema completo.
10.3 Anti-Polishing Ring
The Anti-Polishing Ring (APR) no es un segmento del pistón.
Se trata de un elemento instalado en la parte superior de determinados cilindros cuyo objetivo consiste en controlar los depósitos acumulados sobre la zona superior del pistón.
Sin esta solución, determinados depósitos pueden crecer hasta entrar en contacto con la camisa y provocar un efecto de pulido.
Cuando la superficie se pule excesivamente puede disminuir su capacidad para retener lubricante y modificarse negativamente el comportamiento tribológico.
El APR limita la altura de estos depósitos y ayuda a conservar las características superficiales de la camisa.
10.4 Sistemas Modernos de Lubricación
Los sistemas de lubricación de cilindros en grandes motores 2T han evolucionado hacia una dosificación cada vez más precisa.
El objetivo puede resumirse como:
Cantidad correcta + Lugar correcto + Momento correcto
Esto permite reducir:
- Consumo innecesario;
- Depósitos;
- Desgaste;
sin comprometer la protección.
La monitorización del aceite drenado y de las condiciones del cilindro permite además realizar ajustes más informados sobre la estrategia de lubricación.
11. Buenas Prácticas para Prolongar la Vida de Segmentos y Camisas
No existe una única acción capaz de garantizar una larga vida útil.
La fiabilidad depende de mantener correctamente todo el sistema.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre buenas prácticas para prolongar la vida de segmentos y camisas en motores marinos, mostrando la importancia de utilizar el lubricante adecuado, mantener una dosificación correcta, controlar los parámetros de operación, realizar inspecciones periódicas y registrar y comparar tendencias para mejorar las decisiones de mantenimiento.
11.1 Utilizar el Lubricante Adecuado
El lubricante debe ser compatible con:
- Diseño del motor;
- Combustible;
- Condiciones térmicas;
- Régimen de operación.
En motores 2T debe prestarse especial atención a las características específicas del aceite de cilindros.
11.2 Mantener una Dosificación Correcta
Tanto la falta como el exceso de lubricante pueden resultar perjudiciales.
La dosificación debe adaptarse a:
- Carga;
- Combustible;
- Aceite;
- Condición real del cilindro.
11.3 Controlar los Parámetros de Operación
Conviene vigilar tendencias de:
- Temperatura;
- Presión;
- Consumo de aceite;
- Comportamiento de cada cilindro;
- Carga.
Los cambios progresivos pueden aportar información muy valiosa antes de que aparezca una avería evidente.
11.4 Realizar Inspecciones Periódicas
Las inspecciones permiten comprobar:
- Depósitos;
- Superficie de camisa;
- Segmentos;
- Lubricación;
- Desgaste.
En motores 2T, las inspecciones desde los espacios de barrido ofrecen una oportunidad especialmente buena para realizar seguimiento sin desmontar completamente el conjunto.
11.5 Registrar y Comparar Tendencias
Las fotografías y mediciones adquieren mucho más valor cuando pueden compararse con datos anteriores.
Un buen historial permite identificar:
- Aumento progresivo de depósitos;
- Cambios de patrón;
- Deterioro de recubrimientos;
- Evolución del desgaste.
La combinación de:
Inspección + Parámetros + Análisis de aceite + Historial
permite tomar decisiones de mantenimiento mucho mejor fundamentadas.
12. Bibliografía y Fuentes Técnicas
- CIMAC – International Council on Combustion Engines. Publicaciones técnicas y actas de congresos sobre tribología, diseño de componentes, lubricación, desgaste y mantenimiento de motores de combustión interna de gran potencia.
CIMAC - Markus Weber, Samuel Affolter, Richard Mittler y Thomas Stürm. Cost-efficient piston ring design for WinGD engines achieved with advanced development methods.CIMAC World Congress 2025, Paper 274. Documento técnico sobre diseño de segmentos, perfiles optimizados, comportamiento tribológico y desarrollo del sistema segmento-camisa.
- Everllence. Cylinder Lubrication Guidelines. Service Letter SL2012-553. Referencia técnica sobre lubricación de cilindros y criterios de operación en motores marinos.
- Everllence. Cylinder and System Oils – MAN B&W Low-Speed Two-Stroke Engines. Service Letter SL2018-663. Documento sobre selección y utilización de aceites de cilindro y sistema en motores marinos 2T de baja velocidad.
- Everllence. Cermet-Coated Piston Rings for Operation on Low-Sulphur Fuels. Service Letter SL2018-659. Referencia sobre segmentos con recubrimientos Cermet y su utilización en condiciones de operación con combustibles de bajo contenido en azufre.
- Everllence. Condition-based overhaul – Cermet-coated piston rings. Service Letter SL2019-685. Criterios de inspección y mantenimiento basado en condición para segmentos de pistón recubiertos.
- Everllence. CPR Piston Ring Pack. Service Letter SL2020-698. Documentación técnica relativa al diseño y evolución de paquetes de segmentos para motores marinos de baja velocidad.
- Wärtsilä. TriboPack Technology. Descripción del diseño integrado del sistema pistón-camisa, incluyendo perfiles de segmentos, acabado de camisas, lubricación, recubrimientos y control de depósitos.
- Wärtsilä. Anti-Polishing Ring. Referencia técnica sobre el anillo instalado en la parte superior de la camisa para controlar depósitos, evitar el pulido de la superficie y ayudar a mantener un consumo estable de lubricante.
Wärtsilä – Anti-Polishing Ring - Payri, F. y Desantes, J. M. Motores de Combustión Interna Alternativos. Obra de referencia para el estudio de motores alternativos, dinámica del conjunto pistón-cilindro, lubricación, fricción, transferencia térmica y funcionamiento general.
- Ingeniero Marino. Camisas de Motor Marino. Contenido complementario sobre construcción, funcionamiento, desgaste e interacción de la camisa con pistón, segmentos y lubricación.
- Ingeniero Marino. Teoría de Lubricantes y Tribología. Desarrollo de los fundamentos de fricción, viscosidad, película lubricante y regímenes de lubricación aplicables al conjunto segmento-camisa.
- Ingeniero Marino. Introducción al Circuito de Lubricación. Explicación del funcionamiento del sistema de lubricación en motores diésel y de los principales equipos encargados de acondicionar y distribuir el aceite.
- Ingeniero Marino. Circuito de Lubricación MCIA – 2ª Parte. Contenido complementario sobre circulación, control y mantenimiento del lubricante en motores de combustión interna alternativos.
Hola buen post, una duda urgente ¿se pueden volver a utilizar los anillos ya desmontados, o una vez sacados pierden su posición y no pueden volver a montarse, por el tema del asentamiento en el cilindro????? por favor, desde ya gracias
Hola marco,los anillos se pueden volver a colocar,aunque no es recomendable dado que su vida util re reduce drasticamente,la recomendacion es el recambio completo de segmentos,ahora bien,si es una reparacion urgente para un corto plazo de tiempo puedes volver a colocar los mismos.un saludo
buenas tardes amigo tengo un problema el bloque de mi motor lo rectifique que llego a0.20 le coloque pistones nuevos anillos nuevos pero tenia un problema con el separador de los anillos de aceite y le rebaje un poco al separador de aceite le llaman el flex ven y ahora me queda un poquito más pequeño en el cilindro puede funcionar haci ?
Tengo un generador de 35 kw con motor cummins tiene 800 horas y el escape huele a aceite el servicio técnico me dice que es por. Que trabaja con poca carga le e metido hasta 23 anperios y uele más a aceite que me aconsejas
Hola disculpen una pregunta ¿a cuántos grados de separación se comparten los segmentos?