Los pistones parecen piezas simples y de construccin bastante sencilla, pero es una de las piezas moviles del motor que mas estudios requiere a los diseadores, ya que tienen tres funciones, hacer de pared movil en el cilindro, transmitir la fuerza generada por la combustin a las bielas y no permitir que los gases de la combustin se transmitan al carter por medio del cilindro. Este tema es muy amplio si se lo desarrolla integramente, pero aqu se detallarn solo los aspectos mas importante en cuanto a las modificaciones que pueden realizarse en ellos. Los pistones de los motores de serie son de fundicin luego mecanizada, se recomienda en motores modificados la utilizacin de pistones forjados de venta comercial. Pero si se quiere modificar el pistn que posee el motor se deber reducir el peso, como en todas las piezas moviles. Como el espesor de la cabeza del pistn est determinado para evitar riesgos de rotura y perforacin por la presin de la combustin, y tiene por lo general la mayor cantidad de material, se deber eliminar preferentemente material de la falda consiguiendo con esto reducir el peso y la superficie de friccin del pistn con el cilindro. La mejor forma de reducir la falda es recortando esta unos 5 mm por debajo del alojamiento del perno del pistn, pero dejando en los lados perpendiculares al perno una especie de patn que deber ser de 1,1 veces el dimetro del pistn, para que no cabecee dentro del cilindro. Tambien se pueden hacer orificios de distintos dimetros (entre 2 y 4 mm) bien distribuidos en las paredes siempre por debajo de los aros, favoraciendo tambien la lubricacin entre el pistn y el cilindro. Se recomienda hacer una plantilla para que todos los pistones queden recortados de igual forma y los orificios estn bien distribuidos en todos los pistones. Luego de estas modificaciones habr que equilibrarlos como se detalla en el caso de las bielas, si fuera necesario se realizarn abellanados poco profundos en la zona interna de la cabeza para equilibrar los pesos que tendrn una tolerancia de mas menos 1 gr. Otra tarea interesante en los pistones es hacer que el perno (por lo general firmemente fijado) sea flotante, se logra esto aumentando ligeramente el dimetro del alojamiento del perno en el pistn quedando igual juego que entre el perno y el pi de biela; para esto ser necesario asegurar una eficiente lubricacin haciendo unos orificios en el alojamiento del perno desde el interior del pistn, que al ser salpicado de aceite recibir lubricante suficiente para que no se agarrote el perno en el pistn. Con esta ltima modificacin se lograr un rgimen de giro algo mas elevado y menor golpeteo de los pistones sobre los cilindros. Otro tema es adoptar el sistema de perno desplazado del eje geomtrico, pero se lo utiliza en motores con un rgimen de giro muy elevado, aunque muchos motores de autos de serie tienen este sistema. Luego de modificados es recomendable pulir la cabeza de los pistones los mejor posible, esto favorece la circulacin de los gases y la mezcla, y tambien a que no se acumule carbn.

Para aumentar su capacidad de engrase, ya que es pieza que se lubrica solamente por el salpicado natural de aceite, se recurre a practicar unos taladros de unos 3 m/m. en la faldilla, que mas tarde actuarn a modo de nidos receptores de aceites que facilitan notablemente el desplazamiento del mismo en el cilindro.

Es el elemento mvil que se desplaza en el interior del cilindro recibiendo directamente en la parte superior el impacto de la combustin de la mezcla (figura 1.16). Se divide en dos partes fundamentales: cabeza del pistn y falda del pistn. En la cabeza del pistn se encuentran mecanizadas ranuras para el alojamiento de los rines o anillos cuya funcin es separan hermticamente la cmara de combustin, lubricar las paredes del cilindro y transmitir el calor que se produce en la combustin.

El trabajo que se realiza en los pistones es de gran relevancia con respecto a las otras mejoras del motor, pues el pistn cumple con tres funciones de mxima importancia: La funcin de pared mvil del cilindro, transmite a la biela la fuerza generada por la expansin, e impide que los gases quemados pasen al interior del motor; por lo que esta pieza debe ser capaz de resistir las cargas elevadas a las que va a estar sometida sin que se produzca perforacin o rotura.

Es necesario que el peso de este elemento deba ser reducido en la mayor medida posible, (figura 1.17). 1.6.1.1 Temperatura y dilatacin El pistn se encarga de conseguir una cmara variable de compresin y de explosin, para mantenerse dentro de la mxima estanqueidad posible, a pesar de su desplazamiento. La temperatura del pistn es muy elevada y diferente a la pared del cilindro, y al dilatarse se debe evitar que por efectos de temperatura, llegue a tener mayor dimetro que el cilindro. El aumento de compresin origina una mayor temperatura de funcionamiento, por lo tanto el pistn cambia sus condiciones de trabajo, y se debe tener en cuenta los nuevos valores de dilatacin que van a producirse. Para los motores de competencia hay que acudir al forjado de los pistones para conseguir dotarlos de la mayor resistencia, estos pistones sern hasta un 70% ms resistente que los de fundicin. 1.6.1.2 Reduccin de peso en los pistones Se debe conseguir pistones forjados que se sustituirn por los de fundicin originalmente de serie en el mejor de los casos, y en ellos es que se empieza el trabajo de rebajado de masas en aquellos

puntos en los que el pistn tenga demasiado peso, como en las paredes internas del pistn y buena parte de la zona interior. En la tabla 1.1, se muestra una serie de dimensiones que constituyen la armnica distribucin de las medidas en los pistones diseados para los vehculos comerciales de serie; todas las cifras estn relacionadas con el pistn (figura 1.18) y sern la base para el mximo rebajado en la falda y partes internas del pistn.

El recorte de la falda consiste en la reduccin de material de esta zona, con el objetivo de disminuir la superficie de friccin con las paredes del cilindro. Este rebajado se efecta cortando la falda del pistn en redondo a una distancia de unos 4 a 5 mm. Por debajo de los muones del alojamiento del eje pistn. Es necesario verificar que cuando todos los pistones estn trabajados, estos tengan proximadamente el mismo peso que el pistn ms liviano, con una diferencia o tolerancia final menor a 2 gramos.

Biela Es el elemento que sirve de unin entre el pistn y el cigeal (figura 1.19) y por lo tanto, es el que transmite todo el esfuerzo del pistn a las muequillas del cigeal. La biela se divide en; cabeza, cuerpo y pie. La cabeza es la parte que va acoplada a la muequilla del cigeal. El cuerpo es la parte que une el pie con la cabeza y por lo tanto la que transmite el esfuerzo, y el pie es la parte que se une al buln. La funcin que ejerce la biela, es la de intermediaria entre el pistn y el codo manivela correspondiente del cigeal para transmitir el movimiento rectilneo del pistn en movimiento circular para el cigeal. Esta parte del motor est sometida a enormes esfuerzos ms que ninguna otra, tales como: traccin flexin y torsin. De ah que es importante poner nfasis en un buen rediseo de la biela. El material con el que se construyen son aceros aleados con cromo-niquelmolibdeno, los cuales tienen una alta resistencia a la fatiga y son ideales para las bielas de los motores de competencia. Para modificar las bielas se toma en cuenta los siguientes aspectos. de la biela

Aligeramiento del peso de la biela Al reducir el peso de las bielas, se lo debe hacer con mucha precisin, comprometiendo lo menos posible su resistencia, tomando en cuenta que existen partes con exceso de material, donde se puede mecanizar sin alterar sus propiedades. 1.6.3.2 Equilibrado de bielas. Al final del rebaje es importante que todas las bielas estn equilibradas. Esto se lo realiza pesando las bielas de cada lado y comparando los resultados; en caso de desigualdad se rebaja las bielas ms pesadas en el sector de la cabeza.

1 Modificacin del Pistn Existen varias formas de modificar el pistn ya sea alivianado el peso, recortando las faldas, se realizan recortes internos de la cabeza o aumento de la cabeza del mismo. Cada una de estas modificaciones tiene sus ventajas y desventajas, y su respectiva utilizacin para cada competencia, ya sea de pista, callejera o de rally.

La obtencin de unos pistones adecuados para el mejoramiento de un determinado motor, requiere especial atencin en varios puntos:

acin sea el forjado o estampado del material -dilatacin, en el caso de que sea fundidos

prximos a los requeridos. En la modificacin realizada al motor Suzuki Forsa, se ha utilizado pistones del Chevrolet Esteem (Anexo 3.3), el cual posee dimensiones similares, pero para fines de aumento de la compresin son de mayor desempeo, ya que permiten una reduccin de la cmara de combustin. 3.4.1.1 Velocidad media del Pistn La velocidad media de un motor de combustin interna est entre 8 y 15 m/s. La velocidad media de un motor de competencia no debe pasar los 19 m/s por la seguridad integral del motor. Los parmetros de fabricacin indican una velocidad mxima del motor de 6500 rpm, se estima con la modificacin llegar a 7100 rpm, un valor racional que incluye el cuidado del motor, segn recomendacin del Manual GTZ.

Donde: Vmx: Velocidad mxima del pistn S: n: Carrera del pistn rpm mxima del motor

Reemplazando los valores se obtiene:

Luego de obtener la velocidad mxima (Vmx) se calcular la velocidad media del pistn (Vm)

Donde: Vm = Velocidad media del pistn Reemplazando los valores se obtiene:

Para una velocidad del pistn de 10,71 m/s el cigeal se encontrar girando a 4172,72 rpm. Aproximadamente la velocidad media del pistn aumento en un 9%, por lo que la vida til a disminuido considerablemente.

Clculo de la dilatacin de cabeza de Pistn La cabeza del pistn es de menor dimetro que la falda, ya que en este punto es donde se tiene las mayores temperaturas de trabajo. Por lo que se calcular la dilatacin lineal de la cabeza del pistn a utilizarse.

Donde: l: Dilatacin lineal t: Coeficiente de dilatacin longitudinal lo: Longitud inicial t1: Temperatura inicial del servicio t2: Temperatura mxima alcanzado en la cabeza del pistn

Reemplazando los valores se obtiene:

El tiempo de ignicin y el avance del encendido Cundo el rgimen del motor aumenta, en cada carrera del pistn, hay menos tiempo para que el cilindro disipe el calor liberado en la combustin, y por consiguiente, el intervalo de tiempo entre el salto de cada chispa y el punto en el que comienza la combustin, llamado retardo de encendido, disminuyen. Con el aumento del rgimen del motor, la intensidad de la turbulencia y por lo tanto la tasa de combustin aumentan proporcionalmente al mismo. As, el intervalo de tiempo de combustin, desde el punto de encendido hasta el punto pico de presin (periodo de aumento rpido de la presin) disminuye, mientras que esta duracin expresada en grados de giro del cigeal se mantiene aproximadamente constante

Por lo tanto, si no hay regulador de avance, y este se fija para producir la presin mxima 10 grados despus del PMS a bajo rgimen, al aumentar las revoluciones por minuto, se producir progresivamente cada vez mas tarde en el ciclo y su magnitud disminuir. Se puede apreciar claramente en el diagrama de la figura 3.11, que la presin mxima de la combustin est relacionada con el nmero de revoluciones a las que gira el motor; as, se tiene que para la velocidad media del pistn de 10,71 m/s, se obtiene una velocidad del cigeal de 4172,72 rpm, y la curva para sta presin mxima viene dada aproximadamente 40 despus del PMS (ver cruce en fig. 3.12).

Presin media efectiva segn el nmero de octano

El nmero de octano y el poder calorfico que se provee por el tipo de combustible, se relaciona directamente con la Pem. A partir de los 100 octanos , la mejora al torque del motor es muy ajustada, esto quiere decir que el aumento ser muy reducido; en el diagrama de Presin media efectiva indicada vs el nmero de octano (ver fig.3.13), se puede determinar el valor aproximado de la presin 135 psi (9,31 bar) . Fuerza sobre del Pistn La presin media est relacionada con las curvas de los ciclos termodinmicos, en los motores Otto est entre 6 y 10 bar (87 y 147 psi) de sobre presin; para el caso del motor Forsa, por ser un motor de competicin, el valor de la presin media se encuentra cerca al lmite superior del rango: 135 psi (9,31 bar) aproximadamente. Se calcular la fuerza con que presiona la mezcla aire combustible en el cilindro al pistn:

Donde: Ae: Superficie de la cabeza del pistn D : Dimetro del cilindro

Reemplazando los valores se obtiene:

Luego:

Donde: Fem: Fuerza media del pistn Pm: Presin media de la combustin Ae: Superficie de la cabeza del pistn Reemplazando los valores se obtiene:

Utilizando la misma ecuacin se determina la fuerza sobre el pistn en el motor estndar, teniendo como resultado un aumento del 12%. Modificacin en la Biela Considerando la enorme presin que realiza el pistn tras la combustin, nos anticipa de los enormes esfuerzos que se producen en esta pieza intermediaria que en virtud de todas estas fuerzas est, ms que ninguna otra, sometida a grandes esfuerzos de compresin, traccin, flexin y torsin. Para soportar todos estos esfuerzos, el material con el que se construyen las bielas debe tener unas caractersticas especiales como el acero estampado (adecuado en las bielas en serie), las aleaciones de aluminio de alta resistencia y las de titanio, estas ltimas siempre que el reglamento de la competicin permita el cambio, por su excesivo costo y sus elevadas propiedades termodinmicas. Las bielas son elementos muy delicados y deben ser manipuladas con una cierta experiencia y conocimiento. Refuerzo de los pernos de fijacin

Reemplazando los valores se obtiene:

Dimetro de los pernos primitivos Entonces la medida de 10mm deber ser el nuevo dimetro de los pernos. Una vez calculado el dimetro de los nuevos pernos se puede efectuar el trabajo de taller sobre las cabezas de las bielas y los orificios de los pernos. Existen varios mtodos para aligerar el peso de la biela, pero por tratarse de un elemento que soportar grandes esfuerzos por la elevada compresin, no se realizar ningn trabajo de desbaste.