Utilidad de un pistón estándar y un forjado en un Chevrolet Aveo 1.4 cc. 2008

 

Utility of a standard piston and a forged in a Chevrolet Aveo 1.4 cc. 2008

 

Utilidade de um pistão padrão e um forjado em um Chevrolet Aveo 1.4 cc. 2008

 

 

 

 

Marco Felipe Cabrera-Erazo ^I

marcofce06@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0001-9947-0536

 

 

 

Correspondencia: marcofce06@hotmail.com

 

 

ciencias técnicas y aplicadas

Artículo de investigación

                                                                                           

 

*Recibido: 28 de octubre de 2019 *Aceptado: 29 noviembre de 2019 * Publicado: 21 de diciembre de 2019

 

 

 

          ^I.            Magíster en Gestión de Energías, Ingeniero Mecánico Automotriz, Docente de la Carrera de Mecánica Automotriz en el  Instituto Superior Tecnológico Loja, Loja, Ecuador.

Resumen

Los pistones son piezas generalmente de aleación de aluminio fundido o forjado, cuya función es transmitir a través de un movimiento alternativo, la fuerza resultante de la presión de los gases en expansión, originada por la combustión de la mezcla aire/combustible. Todas las piezas de un motor poseen una vida útil prevista, siendo esa duración mayor o menor, de acuerdo con la función específica a ellas atribuidas en condiciones normales de funcionamiento; no siempre estas expectativas se mantienen, pues factores internos y/o externos al motor pueden comprometer una pieza durante el período de funcionamiento del mismo, disminuyendo su vida útil. La función de un buen mecánico no debe limitarse al cambio de piezas, el mismo también debe diagnosticar la causa de la reducción de la durabilidad predeterminada. El presente trabajo de investigación tiene como objetivo realizar un estudio comparativo de la vida útil entre un pistón estándar y un forjado montado en el motor Chevrolet Aveo 1.4 cc, Modelo 2008, así como también determinar las condiciones internas a las que se encuentran sometidos los pistones, realizar la simulación de esfuerzo y transferencia de calor de los mismos. Como conclusión se determinó que el pistón estándar recorrió 136.55 km y el forjado 2330.44 km: las condiciones internas a las que se encontraron sometidos los pistones fueron la distancia, temperatura, velocidad, potencia, revoluciones por minuto, además los factores que regularon la vida útil de los mismos fueron el aceite Kendall 20w50 y refrigerante ACDelco, así como también la gasolina súper más aditivos.

Palabras clave: Pistones; vida útil; estándar; forjada; refrigerante; aditivos.

 

Abstract

Pistons are generally pieces of cast or forged aluminum alloy, whose function is to transmit through an alternative movement, the force resulting from the pressure of the expanding gases, caused by the combustion of the air / fuel mixture. All the parts of an engine have a predicted useful life, this duration being greater or less, according to the specific function attributed to them under normal operating conditions; not always these expectations are maintained, because internal factors and / or external to the motor can compromise a piece during the period of operation of the same, diminishing its useful life. The function of a good mechanic should not be limited to the change of parts; it should also diagnose the cause of the reduction of the predetermined durability. The aim of this research work is to carry out a comparative study of the useful life between a standard piston and a slab mounted on the Chevrolet Aveo 1.4 cc engine, as well as to determine the internal conditions to which the pistons are subjected, and to perform the simulation of effort and heat transfer of them. As a conclusion it was determined that the standard piston traveled 136.55 km and the slab 2330.44 km: the internal conditions to which the pistons were subjected were the distance, temperature, speed, power, revolutions per minute, plus the factors that regulated the useful life of these were the Kendall 20w50 oil and ACDelco refrigerant, as well as the super additive gasoline.

Keywords: Pistons; service life; standard; forged; refrigerant; additives.

 

Resumo

O objetivo da pesquisa foi determinar a percepção do parto livre e do parto horizontal em mulheres atendidas no Centro de Saúde Biblián 2018. O tipo de estudo foi observacional, comparativo e transversal. A população era composta por 160 mulheres atendidas no Centro de Saúde Biblián. O instrumento de coleta de dados foi um questionário contencioso de 18 perguntas fechadas, previamente validadas por Calderón et al. (2008) .Os resultados encontrados foram que 75% dos entrevistados desconhecem a distribuição vertical; pós-parto, eles percebem o parto vertical mais rápido (93,8% vs. 75%), mais confortável (63,8% vs. 72,5%) e menos doloroso (62,5% vs. 81,3%); A maioria das mulheres com parto vertical ficou satisfeitaao ver a produção do bebê (96,3% vs. 42,5%) e a maioria das mulheres nos dois grupos recomendaria o parto vertical (81,9% dos 160 mulheres). Conclusões: O parto vertical ofrece vantagens significativas sobre o parto horizontal, oferecendoao parturiente uma expulsãomais curta, menos dolorosa, mais confortável e mais satisfatória.

Palavras-chave: Pistões; vida útil; padrão; forjados; refrigerantes; aditivos.

 

Introducción

El pistón es una pieza metálica tronco cónico compuesto por la cabeza, la zona de arcos, el vástago y los cubos del perno. La cabeza del pistón es la superficie que está en contacto con la mezcla, la cual puede ser abombada hacia fuera o hacia adentro y, en algunos casos, plana. Además, resiste un gran empuje durante el ciclo de combustión del motor, por lo que deben poseer una gran firmeza mecánica. Su resistencia a las temperaturas es un factor importante a considerar, como también es relevante tener en cuenta su contacto con la cámara de combustión. (Amante, 2013).

Los pistones forjados, tras verter el aluminio en un molde especial, se someten a presiones que en algunos casos superan las 2.000 toneladas, eliminando así poros e impurezas, las cuales minimizan la fiabilidad y el rendimiento en los pistones normales, que al ser observados a través de un microscopio se puede apreciar que todas las partículas de metal de un pistón fundido se acercan de tal forma que puede decirse que “están una al lado de otra”. Las partículas del metal de un pistón forjado están mucho más comprimidas. Esto es lo que hace que los pistones forjados sean tres veces más fuertes que el estándar. Desde este marco, los pistones forjados (Wiseco) han sido diseñados para ser más fuertes que los originales y además pueden montarse con una tolerancia de .0025 a .0035" (0.06 a 0.09mm) entre pistón y cilindro, mientras que los originales necesitan una tolerancia de .005 a .006" (0.13 a 0.15mm), lo cual significa que los pistones forjado Wiseco son más silenciosos. Además, su peso es aproximadamente 60 gramos inferior a un pistón original, para subir más rápido de vueltas mientras produce menos fatiga en las bielas. (Historia y diseño de los pistones, 2015).

Para determinar la vida útil, tanto de los pistones estándar como de los forjados, uno de los principales problemas es conocer cuál es su composición interna, ya que esto influye en la duración y funcionamiento de los mismos. Asimismo, los diferentes diseños que poseen los pistones, logran intervenir en las prestaciones del motor, y la manera cómo se arma, influyendo en la vida útil del pistón, ya que un armado incorrecto del motor puede producir graves daños mecánicos, que serían muy costosos para el dueño del vehículo. De la misma forma, se debe conocer las condiciones internas a las que están sometidos los pistones dentro del motor.  Una de estas, es la temperatura durante la fase de explosión, las mismas que oscilan entre los 300 a 400ºC. Además, se debe conocer cuáles son los coeficientes de transferencia de calor que se encuentra en las paredes del cilindro por donde circula el refrigerante, lo cual ayuda a que no se eleve la temperatura del motor. (Meganeboy, 2014).

Desde este marco referencial, vale considerar que es muy importante realizar trabajos de investigación científica relacionados a temas de la mecánica automotriz, ya que en la actualidad se requiere de talentos que deben ir actualizándose en cada momento, entendiendo que cada vez más, la tecnología interviene más en el vehículo, por lo que se debe estar a la vanguardia de la misma, dado que en el contexto de la ciudad de Loja, donde  la sociedad es reconocida como aficionada al deporte tuerca, requiere de la existencia de personas capacitadas en lo que se refiere a la preparación de vehículos de competencia. Un mínimo de talleres automotrices se dedica a la preparación de este tipo de automóviles, por lo tanto, el presente estudio es de mucho interés para la ciudadanía, para conocer las características distintivas de vida útil existente entre un pistón estándar y uno forjado, a los fines de escoger el que mejor rendimiento y utilidad le aporte a vehículos de esta marca y características particulares.

Actualmente, el uso de materiales livianos para la fabricación de partes automotrices y específicamente el uso de los pistones, es de interés global porque estos materiales permiten tener menos peso, lo que posibilita que la potencia del motor aumente. Mediante esta investigación se pretende llegar a conocer la vida útil de cada uno de estos pistones, de tal modo de poder establecer una pauta de los procedimientos a seguir con los pistones que están siendo fabricados con este tipo de materiales.

Algunos talleres automotrices de la ciudad de Loja, prestan servicio de mantenimiento y revisión de los vehículos de conocimiento empírico en mecánica, por lo tanto, esto acarrea grandes dificultades para los usuarios al momento de realizar una reparación. Desde este contexto, es consideración del autor asumir que, como futuros profesionales debemos aplicar nuestros conocimientos para ofertar mejores servicios en mantenimiento y reparación de vehículos.

 

Materiales y Métodos

El presente estudio es de tipo descriptivo experimental. Es descriptivo porque se narran los datos y características del fenómeno en estudio y experimental porque se estudia el problema de una manera controlada para la obtención de resultados y su posterior análisis y discusión. Además, está basado en la metodología científica, ya que se utilizó un conjunto de pasos ordenados, que se empleó principalmente en el hallazgo de nuevos conocimientos; por otro lado, el estudio tiene un importante componente bibliográfico, especialmente con relación a los componentes de la presente investigación. La investigación se la realizó en nuestro taller automotriz y en los diferentes lugares de recorrido de rally.

El desarrollo de la presente investigación se fundamenta en métodos tanto empíricos como teóricos. Dentro de los métodos empíricos destacan la observación, la medición y la experimentación. Por otro lado, dentro de los métodos teóricos se utilizó la inducción (que parte de hechos particulares para obtener conclusiones generales), la deducción (que utiliza conocimientos generales aceptados para su aplicación en casos particulares, como es el caso del presente estudio), y la síntesis (que reconstruye todas las partes constitutivas de un conocimiento. A través del método de medición de eventos mecánicos, nos permitió realizar la simulación del funcionamiento del pistón estándar y forjado mediante el programa informático SOLID WORKS, cuyos resultados serán presentados en tablas y gráficos.

El método descriptivo experimental se aplicó para conocer las condiciones internas a las que se encuentra sometido un pistón una vez montado en el motor Chevrolet Aveo 1.4 CC modelo 2008, con dos asientos; jaula homologada, cuatros cilindros; así como también las diferencias existentes en la composición interna entre un pistón estándar y un forjado. El procedimiento se realizó en un auto preparado de competencia automovilística de rally, en el periodo comprendido desde el 3 octubre 2016 al 18 de noviembre 2017, para la realización del estudio, se utilizaron los siguientes materiales e instrumentos:

• Motor de vehículo Chevrolet Aveo 1.4 CC.
• Pistones estándar y forjados (wiseco).
• Aceites: Golden Bear 10-w30, Kendall 20w50.
• Refrigerantes: Freezetone, ACDelco.
• Gasolina: Super.
• Aditivos: Liqui Moly Octane Plus, Speed-Tec.

 

Procedimiento que se realizó en la presente investigación

En un inicio se armó el auto de rally con pistones estándar, a lo cual se añadió el aceite Golden Bear, refrigerante Freezetone, y gasolina súper, más aditivos (Liqui Moly Octane Plus, Speed-Tec) recorriendo una distancia de 136.55 km, en cuyo trayecto el auto perdió potencia por que el motor no tuvo desarrollo, lo que de hecho imposibilitó el alcance y cumplimiento de la meta propuesta.

Se procedió a desarmar el motor para observar que problema ocurrió, observándose que los pistones tuvieron pequeñas picaduras y desgastes en la cabeza del mismo, además rayaduras en la falda. A esto se adosa que, luego se procedió a remplazar los pistones estándar por forjados (wiseco) y cambio de aceite de Golden Bear 10w30 a Kendall 20w50, líquido refrigerante de Freezetone a ACDelco, continuando con gasolina súper más aditivos (Liqui Moly Octane Plus, Speed-Tec), llegando a recorrer una distancia de 2330.44 km; luego se hizo el desarmado del motor para observar el estado del mismo y se pudo verificar que los pistones se encontraban en buenas condiciones, pudiendo ser utilizado en las próximas competencias.

 

Resultados  

 

Grafico 1. Comparación entre pistones estándar y forjados montados en el auto de competencia Chevrolet aveo 1.4 CC. Modelo 2008

Fuente: proceso de revisión y mantenimiento vehicular. Edición: Alvarado Tandazo (2018).

 

Tabla 1. Factores que regularon la vida útil de los pistones estándar y forjados

Fuente: Datos proporcionados por los registros y controles de mantenimiento del taller automotriz.

Elaboración: Alvarado Tandazo (2018).

 

 

Tabla 2. Condiciones internas del pistón estándar y forjados

Fuente: Datos proporcionados por los registros y controles de mantenimiento del taller automotriz.

Elaboración: Alvarado Tandazo (2018).

 

Simulación de esfuerzos y transferencia de calor en el pistón estándar y forjado

 

Figura 1. Simulación de esfuerzo desplazamiento

Fuente: Datos proporcionados por el programa informático SOLID WORKS. Edición: Alvarado Tandazo (2018).

 

Figura 2. Simulación de transferencia de calor

Fuente: Datos proporcionados por el programa informático SOLID WORKS. Edición: Alvarado Tandazo (2018).

Fuente: Datos proporcionados por el programa informático SOLID WORKS. Edición: Alvarado Tandazo (2018).

 

Discusión

Una vez que se realizó la revisión respectiva de la información en libros, revistas y catálogos referentes al funcionamiento de los pistones estándar y forjados, se procede a determinar lo siguiente:

Al realizar un análisis cauteloso acerca de los pistones se llegó a establecer que los pistones estándar tienen menor costo, por lo que la duración de estos fue de corta distancia, en cambio los pistones forjados son de mayor durabilidad, por lo cual son de alto costo. Para llevar a cabo la presente investigación primeramente se optó por armar el motor del auto de competencia de rally con pistones estándar no alcanzando la meta planteada; debido que el aceite Golden Bear 10w30 perdió la viscosidad produciendo ralladuras en la falda y cilindro, además el líquido refrigerante Freezetone no soporto las altas temperaturas emanadas por los mismos.

Por consiguiente, se procedió a remplazarlos por pistones forjados, por aceite Kendall 20w50 el mismo que no pierde viscosidad, también se suplantó por líquido refrigerante ACDelco soportando mayor temperatura. Los factores que regularon la vida útil de los pistones estándar en el auto de competencia de rally investigado, fue el aceite Golden Bear 10w30, el refrigerante Freezetone, la gasolina súper más aditivos Octane Plus y Speed-Tec; en cambio los pistones forjados fueron el aceite Kendall 20w50, refrigerante ACDelco, gasolina súper más aditivos Octane plus y Speed-Tec.

Además de lo antes expuesto, las condiciones internas a las que se encontró sometido el pistón estándar fue la temperatura de 65 °C, velocidad de 120 km/h, potencia de 150 HP y RPM 5500 con una distancia recorrida de 136.55 km; mientras que los pistones forjados alcanzo 82 °C, velocidad de 150 km/h, potencia 170 HP y 7500 RPM con una distancia recorrida de 2330.44 km.

Asimismo, se realizó la simulación en SOLID WORKS de esfuerzo y transferencia de calor entre el pistón estándar y forjado; determinándose que el pistón estándar tiene mayor riesgo de deformación.

 

Conclusiones

La composición química de los pistones estándar y forjados tiene como base el aluminio y que puede ser combinado con el silicio. Pero los pistones forjados durante su fabricación son sometidos a altas presiones, que al ser observado al microscopio las partículas se encuentran más comprimidas, soportando temperaturas de 82 °C durante la competencia de rally, teniendo mayor durabilidad; en cambio los pistones estándar soportaron una temperatura de 65 °C debido a que sus partículas se encuentra más dispersas.

El auto de competencia armado con pistones estándar tuvo una duración de 136.55 km de recorrido no llegando a cumplir la meta planificada de 180.8 km debido que sufrió desperfectos en los mismos. Los pistones forjados montados en el motor del auto de competencia Chevrolet Aveo 1.4 CC, modelo 2008, tuvo un recorrido de 2330.44 km, los mismos que se mantiene en buenas condiciones hasta la actualidad pudiendo ser utilizado en futuros eventos de rally.

Los factores que regulan la vida útil de los pistones forjados son: aceite Kendall 20w50, por ser un buen lubricante tolera las presiones extremas y evita el roce de metal con metal, que a largo plazo es destructivo, además soporta altas temperaturas, líquido refrigerante ACDelco, gasolina súper más aditivo. Por su parte, las condiciones internas a las que se encuentran sometidos los pistones estándar y forjados son: distancia recorrida, temperatura, velocidad, potencia, revoluciones.

Los pistones del motor son piezas fundamentales dentro del funcionamiento completo del motor, sin ellos, sería imposible generar el proceso de combustión; además son conocidos como émbolos, se trata de un elemento que se mueve de forma alternativa dentro de un cilindro para interactuar con un fluido determinado.

 

 

 

 

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