Analisis de Falla - 09 - Pistones, Anillos y Camisas

MÓDULO 09

PISTONES, ANILLOS Y CAMISAS

MÓDULO 9

PISTONES, ANILLOS Y CAMISAS INTRODUCCIÓN 1 -- ¡Bienvenidos a la continuación del seminario sobre análisis de fallas! En esta sesión se estudian las fallas de pistones, anillos y camisas.

2 -- Veamos primero la función de los pistones, anillos y camisas, los materiales y procedimientos de fabricación. Luego repasamos el funcionamiento y características de desgaste de esas piezas. Al estudiar el desgaste normal y las fracturas, utilizaremos los 8 pasos aplicables al análisis de fallas y el examen ocular para descubrir los indicios que nos guían al origen de las fallas.

3 -- El diagnóstico de fallas de pistones, anillos y camisas puede ser complicado, porque los sistemas de admisión de aire, combustible, escape, lubricación y enfriamiento influyen en estos componentes. Aún la breve operación anormal de uno de estos sistemas puede producir daño que resulta en falla más tarde. Esa falla puede entonces ocultar el daño original y dificultar el diagnóstico. Por esta razón necesitamos saber cuáles son los indicios del desgaste normal y del desgaste anormal de pistones, anillos y camisas para estar seguros de que buscamos la causa original de una falla en la dirección correcta.

- 1AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

PISTONES NOMENCLATURA 4 -- Empecemos por la nomenclatura, función y estructura de los pistones.

5 -- En la corona del pistón está el cráter de combustión y los rebajos para válvulas. Los pistones con cámara de precombustión tienen también tapones térmicos de acero inoxidable en el cráter mismo. Un pistón tiene bandas, ranuras para anillos, perforación para el pasador y falda del pistón. Las bandas son la porción del pistón entre las ranuras para anillos. La banda superior es la primera banda, la banda siguiente es la segunda banda y así sucesivamente. En esta área se encuentra también el inserto de hierro fundido donde está el anillo superior o el anillo superior y el intermedio. La parte inferior de la corona es la cavidad del pistón sobre la perforación para el pasador. La sección reforzada de la perforación para el pasador es el nervio o refuerzo.


6 -- Los pistones de los motores series 3500 y 3600 tienen pasajes internos de aceite llamados "conductos de lubricación” o “conductos de enfriamiento” para disipar el calor de la corona del pistón.

FUNCIONES 7 -- Los pistones tienen seis funciones diferentes: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Aspirar aire en la cámara de combustión y expulsar gases de escape. Llevar calor y cargas de la combustión. Llevar cargas de empuje. Sostener anillos. Transferir carga al pasador. Transferir calor.


8 -- A medida que el pistón baja, el aire entra en la cámara de combustión por la válvula de admisión. Cuando el pistón sube, comprime el aire, generando calor suficiente para inflamar el combustible al inyectarlo. Después de la combustión, los pistones empujan los gases calientes del escape hacia afuera por las válvulas de escape.

9 -- Las coronas de aluminio pueden soportar presiones medias de combustión de 1800 psi y temperaturas de 930 a 990°C (1700°F a 1800°F). Las presiones y temperaturas más elevadas requieren coronas de acero.

10 -- La combustión hace que la falda del pistón golpee las camisas, produciendo así esfuerzos en la falda del pistón. La geometría del pistón,


como las muescas de alivio para los chorros de aceite, concentra esos esfuerzos.

11 -- Las cargas de los gases de la combustión empujan los anillos de compresión hacia abajo contra las ranuras y hacia afuera contra la camisa, sellando eficazmente los gases dentro del área de la corona. La carga excesiva de gases puede producir desgaste prematuro de las ranuras, grietas del inserto, aflojamiento de la unión del inserto o fractura de los anillos.

12 -- Las fuerzas de la combustión se concentran en la porción superior del refuerzo del agujero para el pasador. Gruesas secciones de aluminio transfieren esta carga de compresión al pasador del pistón. La sobrecarga de la corona puede producir grietas por fatiga al comienzo o cerca de la parte superior del agujero para el pasador del pistón.


13 -- La combustión genera elevadas temperaturas y presiones. Aproximadamente 1/3 del calor generado en la corona se transmite por los anillos a la camisa para ser disipado por el refrigerante. Los otros 2/3 pasan a la parte inferior de la corona y falda del pistón donde el aceite y el refrigerante los disipan.

FABRICACIÓN Y ESTRUCTURA 14 -- Los pistones deben ser resistentes, livianos y buenos conductores del calor por estas razones, están fabricados con la mayor cantidad posible de aluminio. Los pistones de los motores series 3200, 3300 y 3400 son enterizos de aluminio fundido mientras que los pistones de la serie 3500, para cargas más pesadas, tienen corona fundida de aluminio, soldada a la falda más fuerte forjada de aluminio. Ambos tienen insertos de hierro fundido para impedir el desgaste de las ranuras y soportar la carga de los anillos. Los pistones de la serie 3600 para cargas muy elevadas se fabrican con corona de acero forjado y termotratado empernada a la falda de aluminio forjado.


15 -- Los pistones enterizos de aluminio son fundidos en moldes de acero reutilizables. El material de los insertos de hierro fundido, denominado fundición Ni-Resist, está tratado con un adhesivo de aluminio y puesto en el molde. El aluminio llena el molde, se une con el inserto y se solidifica con una estructura de granos dispuestos al azar.

16 -- Las piezas fundidas reciben tratamiento térmico para aumentar la resistencia del agujero para el pasador y son fresadas con diversas operaciones de labrado, taladrado y torneado para darles el pulido casi definitivo.

17 Los pistones que se han de utilizar en aplicaciones de mayor potencia recibe; pulido por frotamiento en el agujero para el pasador con el fin de - 7AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

aumentar su resistencia a la fatiga. Rodillos de acero endurecido giran en el agujero ensanchándolo unos 10 milésimos de pulgada y enduren de este modo el aluminio, lo que resulta en mayor resistencia.

18 -- El contorno del pistón es labrado en forma ligeramente ovalada, siendo más ancho en el plano de la falda del pistón y más estrecho en el plano del agujero para el pasador. A medida que el pistón alcanza la temperatura normal de operación, los nervios, más gruesos, se dilatan más que la falda del pistón haciendo que ésta tome forma cilíndrica.

19 -- Todo pistón terminado pasa por una inspección ultrasónica para estar seguros de que el inserto de hierro fundido está firmemente adherido a la pieza fundida de aluminio.


20 -- El pistón actual de un motor serie 3500 se fabrica soldando con haces electrónicos una corona de aluminio fundido a una falda de aluminio forjado. Se utilizan faldas de pistón forjadas porque las líneas del flujo de forja crean un agujero más fuerte para el pasador que el agujero pulido por frotamiento. Los pistones de los motores 3500 anteriores eran de una pieza de aluminio fundido. Todos los pistones de los 3500 tienen recubrimiento de grafito para tolerar períodos de mínima mínima lubricación.

ANIL A NILL L OS DE PISTÓN INTRODUCCIÓN 21 -- Habiendo entendido lo anterior, pasemos a analizar brevemente las partes, función y estructura de los anillos.

NOMENCLATURA 22-- Los anillos son de dos formas básicas: rectos o de perfil trapecial. Todos los anillos tienen una abertura que permite su expansión y contracción. Un resorte expansor detrás del anillo de control del aceite proporciona la correcta tensión contra la camisa.


23 Como los anillos deben tener buena resistencia al desgaste, la cara de los anillos superiores (o de compresión) está revestida de cromo o de molibdeno, mientras que la de los anillos intermedio y la del anillo de control del aceite es cromada. Los anillos de compresión tienen una línea bruñida en -la cara de desgaste llamada línea testigo que se puede usar para medir el desgaste. La cara de desgaste puede ser recta, con conicidad o esférica. Los anillos pueden estar ensanchados en la esquina superior interna para producir un anillo de flexión.

FUNCIONES 24 -- Los anillos del pistón tienen cuatro funciones básicas: 1) 2) 3) 4)

Sellar los gases de la combustión. Controlar el espesor de la película de aceite. Transmitir calor. Suministrar superficie de desgaste compatible.

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25 -- Los anillos de compresión superior e intermedio sellan las cargas de los gases de la combustión en la corona del pistón. Las cargas de los gases de la combustión ejercen presión hacia abajo y hacia afuera en la superficie de los anillos sellando fuertemente los gases a presión. Un poco de gas escapa por la abertura del anillo superior, pero muy poco escapa por la, abertura del segundo anillo.

26 -- El anillo de control del aceite tiene por fin proporcionar el correcto espesor de la película de aceite en los anillos de compresión y falda del pistón. Esto se logra con un resorte de expansión detrás del anillo de control del aceite que debe suministrar la presión correcta entre anillo y camisa. Si el anillo de control del aceite no cumple su función, el resultado es consumo excesivo de aceite o desgaste prematuro.


27 -- Los anillos suministran una superficie de desgaste compatible con las camisas de hierro fundido. El material de desgaste de la cara de los anillos es mucho más duro que la camisa. El revestimiento duro se desgasta muy lentamente; su vida útil sobrepasa un reacondicionamiento general requerido en condiciones normales de uso.

FABRICACIÓN Y ESTRUCTURA 28 -- La mayoría de los anillos se fabrican de hierro fundido dúctil; sólo algunos son de hierro fundido gris. Los anillos de hierro fundido gris tienen escamas de grafito que los hacen frágiles, mientras que los de hierro dúctil tienen esferas de grafito que los hacen más fuertes y flexibles.

29 -: La fabricación de los anillos se hace por docenas en moldes de arena. Se vierte el hierro fundente en moldes que tienen alma en forma de árbol. El hierro baja por el tronco central y llena la cavidad que forma los anillos. Después de solidificarse el hierro, se quita la arena y los anillos en bruto se separan del tronco, se limpian con chorro de abrasivos (granallado) y se preparan para fresarlos.


30 -- Los anillos de hierro fundido tienen un corte o abertura y caras de contacto y laterales fresadas; los anillos de flexión tienen diámetro interior escalonado. Para mayor dureza y resistencia, los anillos fundidos se someten a procesos de austenización, enfriado y revenido.

31 -- El revestimiento duro se hace de dos maneras: (1) Con baño de cromo electroquímico por electrólisis; (2) Con polvo fino de molibdeno mezclado con otros elementos de alta temperatura de fusión para alimentar una llama de plasma. La temperatura producida por la llama de plasma ablanda la mezcla del polvo y la lanza en la cara del anillo con tal fuerza que la adhiere formando una capa dura de desgaste.


32 -- La superficie endurecida y las caras laterales se pulen hasta obtener la forma final deseada. Los anillos se apilan formando un cilindro v la sección con revestimiento duro se presiona contra una pulidora para producir la línea bruñida. En los anillos con cara esférica la línea bruñida está en el centro; los anillos con cara ahusada la tienen en el borde inferior. Esto completa la manufactura de los anillos.

CAMISAS INTRODUCCIÓN 33 -- Veamos ahora aspectos sobre nomenclatura, función y estructura de las camisas.

NOMENCLATURA 34 -- Las camisas son cilindros de hierro fundido gris con una brida en la parte superior y un anillo levantado denominado presa de fuego. Inmediatamente debajo de la brida, por fuera, hay una ranura para la banda de compresión que sella el extremo superior de la camisa. Las ranuras del extremo inferior son para sellos anulares que sellan el extremo inferior de la camisa. - 14 AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

FUNCIONES 35 -- Las camisas cumplen cinco funciones: 1) 2) 3) 4) 5)

llevan cargas de combustión llevan cargas de empuje del pistón proveen superficie de sellado a los anillos forman la pared interna de las camisas de agua conducen calor

36 -- Las camisas soportan las mismas cargas de los gases de la combustión que los pistones. Las camisas contienen estas cargas y las dirigen hacia la corona del pistón.


37 -- Las camisas absorben las cargas de empuje de las faldas de los pistones manteniéndolos alineados con las cargas de los gases y con el cigüeñal.

38 -- El diámetro interior de las camisas se endurece y rectifica para suministrar una superficie que mantiene aceite, sella las caras de contacto de los anillos del pistón y tiene buena resistencia al desgaste. Esto impide que los gases de la combustión pasen al carter y minimiza el consumo de aceite.

39 -- Las camisas forman la pared interior de la camisa de agua. Sellan con el bloque y culata la entrada de refrigerante en la cámara de combustión y en el carter, mientras mantienen afuera los gases de la combustión. Las camisas


conducen el calor de los anillos y falda del pistón al refrigerante. El calor transferido aquí es de unos dos tercios.

FABRICACIÓN Y ESTRUCTURA 40 -- Se fabrican de cuatro a seis camisas de hierro fundido y vaciado por molde de arena. Después de quedar frías con una estructura de granos esparcidos al azar, se les quita la arena y se limpian por el procedimiento de granallado. Las camisas en bruto se labran en los extremos, por fuera y por dentro, preparándolas para el tratamiento térmico.

41 -- La superficie de las camisas se endurece a una profundidad de Ó, 020 pulgadas (0,5 mm) por inducción térmica en el interior a 870°C (1600°F) seguida inmediatamente de enfriamiento con agua. La superficie termotratada, resistente al desgaste recibe un temple a 200°C (400°F) para alcanzar la dureza Rockwell de 45-50.


42 -- La superficie de la pieza templada se rectifica a la dimensión final del diámetro interior. El proceso de rectificación produce el correcto patrón reticular de 130°, para retención del aceite.

43 -- Después de rectificadas, los filetes de las pestañas de las camisas reciben bruñido por frotamiento con un rodillo de acero de diseño especial, endurecido que frota el filete a presión hidráulica. Esto labra en frío el material aumentando la resistencia a la fatiga.

44 -- Las camisas se lavan para quitar los residuos del bruñido y suciedad. Cualquier material abrasivo que se adhiera a la camisa después de la instalación puede rayar los anillos y pistones durante la operación y resultar en pérdida de control del aceite. - 18 AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

OPERACIÓN 45 -- Para que los pistones, anillos y camisas funcionen bien correlativamente, deben estar armados e instalados correctamente. Para los procedimientos correctos, consulte un manual de servicio actualizado.

46 -- El funcionamiento normal de pistones, anillos y camisas depende no solamente del armado e instalación correctos, sino también del funcionamiento correcto de los sistemas de admisión de aire, combustible, escape, enfriamiento y lubricación.


47 -- Cuando un motor arranca, los pistones y anillos están fríos, la abertura de los anillos es ancha y solamente hay aceite residual para lubricarlos. Hay cierto contacto áspero entre falda de pistones y camisas lo mismo que rayas producidas por pequeñas partículas en la fina película de aceite. Las cargas de los gases de la combustión hacen que los pistones golpeen las camisas, creando presiones altas y bajas alternas en las paredes externas y cargas de flexión en el filete de la pestaña.

48 -- La corona de los pistones se calienta rápidamente a temperatura de operación y se expande para calzar mejor en el agujero. El calor se transmite a los anillos haciendo que las aberturas se cierren. La falda de los pistones se calienta m6s lentamente y se expande menos durante estos primeros minutos de poca lubricación.


49 -- El suministro de aceite lubricante se produce en los primeros dos minutos y los chorros de aceite comienzan a disipar el calor bajo la corona y falda del pistón. El enfriamiento de las camisas de agua y del aceite de lubricación estabiliza las temperaturas del pistón deteniendo la expansión. El anillo de control del aceite limpia el exceso de aceite en las carreras de ascenso y descenso del pistón dejando solamente lo necesario para que los anillos de compresión y la falda del pistón puedan resbalar.

FALLA S NORMALES 50 -- Después de miles de horas de operación se desarrollan indicios de desgaste normal, manchas y depósitos. Veremos estos indicios en las coronas, anillos, bandas donde están los anillos, falda del pistón, bajo la corona y en las camisas.

51 -- El ciclo térmico y de carga de la corona de los pistones puede producir grietas por calentamiento después de unos miles de horas de operación. Estas grietas son por general dentadas y ramificadas como rayos partiendo de los pistones de los motores con cámara de precombustión.


52 -- En los pistones de los motores de inyección directa, las grietas por calentamiento se denominan grietas del aro porque se producen en el borde del cráter. Las grietas del aro difieren de las grietas de los motores con cámara de precombustión en que no son dentadas, son menos numerosas y se producen sobre la falda de empuje.

53 -- Como los pistones de los motores de inyección directa se calientan más que los pistones de los motores con cámara de precombustión, después de miles de horas de operación desarrollan diferente apariencia. Los pistones de los motores con cámara de precombustión desarrollan finos depósitos de carbón negro en la corona y bandas superiores mientras que los pistones de los motores de inyección directa pueden desarrollar estos depósitos en el agujero para el pasador, siendo el agujero más próximo al volante del motor el más manchado. Un depósito de sedimento color marrón de la combustión del combustible se extiende bajo el depósito de carbón negro. Las camisas operan a menor temperatura que las coronas del pistón y forman mayores depósitos sobre la parte superior de la pista de los anillos. Estos depósitos pueden avanzar hasta las bandas superiores comiendo el aluminio del pistón. En los pistones con agujero desplazado del pasador, esta comezón del aluminio es normal en cientos de horas de operación.


54 -- Es posible que durante las operaciones normales se produzcan asimismo ligeros depósitos de carbón detrás de los anillos y en las bandas donde están los anillos. Los pistones de los motores de inyección directa, más calientes, producen más depósitos que los pistones de los motores con cámara de precombustión, más fríos.

55 -- En condiciones normales, los anillos desarrollan sólo una apariencia ligeramente diferente a la de nuevos. El calor y los gases de la combustión manchan las áreas que no entran en contacto, pero el endurecimiento superficial y las caras en contacto se desgastan por abrasión con partículas pequeñas que circulan en el aceite. Gradualmente este desgaste va ensanchando la línea bruñida hasta producir contacto completo de las caras. Esto es normal y no indica que los anillos están desgastados


56 -- Entre los anillos de control del aceite y sus resortes de expansión se produce desgaste normal por abrasión. Esto puede hacer que el acero más duro del resorte grabe ranuras en forma de espiral en el material más blando de los anillos. Por lo general, estas ranuras son poco profundas y no causan problemas.

57 -- A medida que se gastan los anillos, las camisas también se van gastando. En los 3/4 de pulgada superiores de la carrera de los anillos se produce un escalón por desgaste, como consecuencia de partículas abrasivas normales que circulan en el aceite. Al hacer el reacondicionamiento, este escalón puede tener de 0,13 a 0,25 mm (0,005" a 0,010") de profundidad. Encima del escalón, el patrón reticular debería estar cubierto con depósitos finos de carbón negro. Debajo del escalón, las camisas pueden estar rayadas longitudinalmente debido al contacto con la falda del pistón durante los arranques fríos.

58 -- Si examinamos la falda de los pistones, descubrimos rayas por abrasión y ligero pulido por adherencia en las caras de empuje, producidos durante el arranque o cuando la película de aceite era fina. El bisel del fondo de las camisas puede también desgastar levemente las caras de empuje.


59 -- Debajo de la corona del pistón es el sitio para buscar machas por calentamiento. Estas manchas varían de marrón claro a negro, según el tiempo y la temperatura de operación del pistón. Cuando la potencia es muy alta, estas manchas pueden extenderse hacia abajo, a la maza del agujero para el pasador.

FALLAS ANORMALES 60 -- El desgaste anormal y las fracturas de los pistones, anillos y camisas son el resultado de condiciones anormales de los sistemas, operación y mantenimiento inadecuados, malas prácticas de armado, errores de fabricación o manufactura, material defectuoso o mal diseño. La causa más probable de la mayor parte de las fallas son las condiciones anormales de los sistemas y el mantenimiento y operación inadecuados. Las malas prácticas de armado explican algunos problemas, y los de fabricación, materiales y diseño son muy raros.


61 -- ¡CUIDESE DE IDEAS PRECONCEBIDAS! Cada tipo de desgaste anormal puede tener varias causas originales. El hecho de haber visto una falda agarrotada por una pérdida en la junta de la culata, por ejemplo, no debemos saltar a la conclusión de que todos los agarrotamientos de la falda de un pistón se deben a pérdidas en las culatas o en los sistemas de enfriamiento. Debemos aprender a dejar que las piezas mismas, a través de los indicios, nos digan lo ocurrido y que, siguiendo dichos indicios, lleguemos a áreas de recopilación de hechos.

62 -- Para analizar las fallas de pistones, anillos y camisas, lo mejor es valerse del método de los Ocho Pasos Aplicables al Análisis de Fallas. Esto nos ayuda a obtener los hechos necesarios, a identificar los tipos de fractura y desgaste y a seguirle la pista a los indicios hasta llegar a la causa real, origina1.de la falla.


63 -- Al estudiar las fallas de pistones, anillos y camisas se deben recoger hechos de los registros de mantenimiento, aplicación y funcionamiento, niveles de refrigerante y de aceite, dilución del aceite con refrigerante o combustible, mangueras agrietadas y reemplazadas recientemente en el sistema de refrigeración, radiadores tapados o con fugas, correas desgastadas del ventilador, aumentos en el ajuste de la cremallera, filtros de aire tapados o dañados, y anotar cuidadosamente todo indicador físico de condiciones anormales. Para el analista son tan importantes las muestras de combustible y del análisis periódico de aceite como los mismos pistones, anillos y camisas. Habrá que averiguar las condiciones de un mes o dos meses anteriores a la falla y tratar de determinar si hubo problemas específicos como cargas no acostumbradas, altas o bajas temperaturas, si se corrigieron fugas o bajos niveles de refrigerante que hubieran podido originar la falla.

64 -- Para poder hacer el mejor análisis, necesitamos obtener, marcar y proteger todas las piezas relacionadas con la falla. Es difícil determinar si hay un problema en el sistema, cuando las piezas afectadas no están disponibles para la inspección.

65 -- Recomendamos examinar e identificar las piezas al sacarlas del motor. Los pistones y las camisas se deben numerar en la corona y pared exterior respectivamente, con pintura, lápiz o estampador de acero. Si los anillos se sacan de los pistones, se deben identificar por separado con el número del pistón.


66 -- Si las piezas se deben transportar a otro lugar, los pistones y los, anillos deben quedar sin limpiar, armados, en sus respectivas camisas y empaquetados cuidadosamente para protegerlos contra daño físico y corrosión durante el transporte. Esto ayuda a evitar la pérdida de piezas y reduce al mínimo la confusión con daño secundario.

67 -- Para limpiar las piezas lo mejor es un disolvente suave, no corrosivo como Stanisol y un cepillo de cerda blanda. Esto quita el aceite y las materias extrañas, sin perturbar los indicios que buscamos en las piezas.

68 -- La limpieza descuidada o mal hecha borra con facilidad los indicios de desgaste y fracturas de los pistones, anillos y camisas. Se debe evitar la limpieza con bolitas de


vidrio, soplo de arena, cepillos de alambre o disolventes fuertes, estropajo metálico, mientras no se haya registrado la información y completado la recopilación de datos.

69 -- Primero debemos disponer las piezas como se encuentran en el motor para poder determinar si ocurrió una falla aislada o si había un problema en el sistema. Es necesario tener siempre buena luz para hacer la inspección ocular y contar con lupas para estudiar en detalle las áreas de interés.

70 -- A continuación debemos estudiar los tipos de fractura y desgaste de cada pieza para hallar la condición particular que las dañó y si las fracturas son causas o resultados.


71 -- Durante la inspección debemos dedicar tiempo al examen de las superficies de los pistones, anillos y camisas, ya que algunos indicios pueden estar en áreas difíciles de ver. Por ejemplo, el desgaste de la parte posterior de este anillo de control del aceite indica que el sistema de aceite pudo estar contaminado con material abrasivo fino. Este indicio se ha podido pasar por alto fácilmente si no hubiéramos examinado bien las superficies de las piezas en cuestión.

72 -- Además de identificar los tipos de fractura y de desgaste, debemos buscar especialmente evidencia de calentamiento poco común, ver si faltan piezas o si hay piezas no genuinas. El calentamiento indica una condición anormal de funcionamiento que es preciso identificar. La falta de piezas compromete al armado o a las reparaciones y nosotros debemos determinarlo. Las piezas no genuinas avisan que debemos estar alerta al hallar los factores de las causas originales y hacer que el cliente comprenda el valor de la calidad de las piezas Cat.

73 -- El calor es el peor enemigo de los pistones, anillos y camisas. Por lo tanto, debemos aprender a reconocer los indicios del exceso de calor: exceso de depósitos de carbón en los pistones y anillos, manchas negras bajo la corona extendiéndose por la falda del pistón, erosión de los bordes del aro del cráter y aceite con hollín, sin calidad funcional. Bajo la corona de este pistón hay indicios de calentamiento que se extienden más abajo del agujero para el pasador. Las manchas negras y los depósitos color marrón indican que debemos buscar en otros pistones evidencia de problemas del sistema. Si este pistón es el único sobrecalentado, nuestra investigación se puede concentrar en este cilindro.


74 -- Cuando se sacó este pistón, no había anillo superior ni indicios de haberse quebrado durante la operación (daño de la banda superior o corona). Los indicios sugieren que nunca se instaló el anillo y debemos determinar si el motor ha sido reparado o si es original de fábrica.

75 -- Los motores Caterpillar se reconstruyen algunas veces con piezas no genuinas que no tienen vida útil satisfactoria. Aquí vemos un pistón que tuvo gran desgaste en la ranura de los anillos.

76 -- Mirando el interior del pistón comprobamos que falta la marca Caterpillar. No hay número de pieza, ni marca de fábrica ni código de fecha, presentes siempre en los pistones Caterpillar. - 31 AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

77 -- Los códigos de fecha de los pistones son un NUMERAL KOD que muestra el día, el mes y el año de manufactura del pistón. La interpretación de este código es: N 0

U 1

M 2

E 3

R 4

A 5

L 6

K 7

O 8

D 9

Por ejemplo, si un pistón lleva el código ME NA OR es que ha sido fabricado el día 23 (ME =23) de mayo (NA =05), de 1984 (OR =84). La fecha de manufactura sirve para verificar si los pistones son genuinos o si han sido reemplazados. Verifique siempre para asegurarse de que la pieza es Caterpillar legítima.

78 El desgaste por adherencia de los pistones, anillos y camisas se denomina "desgarradura” y cuando es tan severa que el pistón se atasca se denomina atascamiento. El atascamiento se puede producir en la corona o en la falda del pistón, sin embargo, el atascamiento de la corona es raro, Al principio el desgaste por adherencia se localiza en el área del problema. A medida que continúa el atascamiento, abarca más del pistón hasta que, en las últimas etapas, es difícil determinar dónde comenzó el problema. Veamos primero las causas del atascamiento de la corona y sus indicios.


79 -- El atascamiento de la banda superior se produce porque la corona se recalienta y se expande demasiado. Las causas más comunes del sobrecalentamiento de la corona son: 1) Fugas en los inyectores, 2) Enfriamiento insuficiente bajo la corona, 3) Mal ajuste de la cremallera, 4) Alta temperatura del aire de admisión, 5) Operación prolongada con carga alta, 6) Restricciones en el escape.

80 -- El indicio de fugas en un inyector de combustible es erosión del perímetro y aro del cráter, que deja una superficie áspera, engrecida en lugar de los bordes normales. El exceso de combustible puede lavar la camisa y producir atascamiento de la falda del pistón. Los indicios nos hacen verificar el funcionamiento del inyector.


81 -- El indicio de enfriamiento insuficiente bajo la corona es una mancha muy oscura dentro del pistón que se prolonga hasta el refuerzo donde está el agujero para el pasador. También puede haber, grietas térmicas anormales y atascamiento de los anillos. La mancha es el resultado de oxidación térmica del aceite. Como los intervalos prolongados de cambio o la mala calidad de aceite pueden producir una apariencia similar, debemos obtener hechos sobre intervalos de mantenimiento y condición del aceite antes de llegar a la conclusión de que hubo un problema de sobrecalentamiento.

82 -- Las toberas del aceite provenían mayor parte del enfriamiento bajo la corona. Si hay sobrecalentamiento, debemos examinar todos los pistones para hallar indicios. Si los encontramos en todos los pistones, estamos frente a un problema del sistema que nos lleva a recoger hechos de la operación del sistema de lubricación. Indicios en un pistón son el resultado de un problema del chorro de aceite como rotura del chorro, desalineación, interrupción del flujo, mala instalación, etc. Un sobrecalentamiento similar de la corona también lo producen el mal ajuste de la cremallera, la temperatura elevada del aire de admisión, la operación prolongada con carga alta y las restricciones del escape. La clave de la diagnosis correcta está en reconocer que hay un problema del sistema o de operación. Una rápida verificación del ajuste de la cremallera y del flujo de escape puede implicar o excluir estos sistemas mientras que las temperaturas elevadas del aire de admisión o la operación con carga alta pueden tomar más tiempo de investigación.


83 -- El atascamiento de la falda del pistón es más común que el atascamiento de la corona. El aluminio entre la falda del pistón y el agujero para el pasador se arrolla en la superficie del anillo de control del aceite oprimiéndolo en su alojamiento y provocando pérdida de control del aceite. Esto resulta en el aparente "atascamiento de cuatro esquinas". A medida que el atascamiento progresa, toda la falda del pistón puede quedar implicada hasta que el pistón se agarrota en el cilindro parando el motor o quebrándose.

84 -- Causas comunes del atascamiento de los pistones: 1) enfriamiento insuficiente 2) lubricación inadecuada 3) camisa deforme o con grietas


85 -- Los indicios de enfriamiento insuficiente se encuentran dentro de la falda del pistón. Mirando e1 interior de las caras de empuje, vemos manchas de color marrón y negro que nos indican que la camisa no ha enfriado la falda del pistón. Aquí también es necesario buscar indicios en todos los pistones. Manchas similares en otros pistones indican un problema del sistema. Recuerden también que algunos pistones funcionan normalmente más calientes que otros, por lo tanto los indicios quizá no estén presentes en todos los pistones.

86 -- Insuficiente enfriamiento puede ser el resultado de mal funcionamiento del sistema de refrigeración, como fugas en las mangueras, abrazaderas flojas, correas de ventilador rotas, núcleos de radiador tapados e impulsores de la bomba de agua gastados. Escamas de las camisas y gases de la combustión en el refrigerante pueden producir también enfriamiento deficiente.

87 -- Las causas comunes de la lubricación inadecuada son: falta de aspersión de aceite en las camisas, exceso de combustible escurriéndose por las camisas y arranques en frío. Los indicios son agarrotamiento en las "cuatro esquinas" o en todo el pistón, con pocas o ninguna mancha dentro de la falda del pistón inicialmente. Si no se descubre el agarrotamiento, el calor se acumula con mayor rapidez que la acción del refrigerante para disiparlo y las manchas de la falda del pistón comienzan.


88 -- El exceso de combustible puede lavar la película de aceite de la camisa y producir atascamiento. Los indicios se encuentran en la corona; bajo la corona el enfriamiento es normal hasta las ú1ti.mas etapas de la falla. Vemos evidencia de erosión con combustible en los tres pistones resultando en atascamiento de los anillos y falda del pistón donde el combustible lavó las camisas. Una muestra de aceite del programa A.P.A puede también revelar dilución del aceite lubricante.

89 -- En el centro de la falda del pistón vemos atascamiento con adherencia debido a arranques en frío. Cuando la temperatura es muy baja, el suministro de aceite es lento y la película de aceite residual quizá no sea suficiente para impedir que las asperezas de la superficie rocen. Como se trata de un problema del sistema, los indicios pueden aparecer en varios pistones. Una camisa de dimensiones escasas o un pistón sobremedida pueden dar la misma apariencia. A medida que los pistones se atascan en estas condiciones, el agujero para los pasadores no se ha dilatado, así que el contacto se produce primero cerca del centro de la falda del pistón.


90 -- Cuando hay atascamiento de los anillos y resulta en atascamiento del pistón, por lo general se debe a problemas con la calidad del aceite lubricante o de los anillos. Los problemas de calidad del aceite pueden ser el resultado de usar aceite de viscosidad inadecuada, exceso de calentamiento y oxidación del aceite exceso de ácido en el aceite, largos períodos de cambio del aceite o contaminación del aceite con abrasivos. Por lo general, los problemas de calidad de los anillos provienen- de mal montaje o malos métodos de manufactura.

91 -- Este pistón tiene anillos atascados que produjo el atascamiento del pistón. Noten que la corona o banda superior no sufrió porque el espacio libre de la banda superior es mayor en los pistones de la serie 3400.


92 -- Un examen atento de los anillos indica que el revestimiento duro se arrolló pero no se despedazó ni se perdió. Esto indica que no es posible que se deba a un problema de calidad de los anillos y que debemos estudiar la calidad del aceite. SS-

93 -- Las ranuras donde van los anillos están tan llenas de carbón que los anillos no asientan bien, lo que resulta en excesiva presión en la cara de la camisa y en atascamiento.. Si hicimos lo necesario para obtener todos los antecedentes, notamos que el cliente no usaba el grado y peso correctos del aceite y que los intervalos de cambio de aceite eran muy largos. Una muestra del A.P.A indicó además, que los aditivos del aceite estaban agotados y no podían mantener limpias.la ranuras. Esta es una excelente oportunidad para mostrarle al cliente la razón de estos problemas y ayudarlo a evitar costosas reparaciones futuras explicándole las ventajas de usar los aceites e intervalos de cambio recomendados por Caterpillar.

94 -- Este pistón también sufrió atascamiento de los anillos y del pistón mismo. Aquí también necesitamos determinar qué ocurrió primero, atascamiento de los anillos o del pistón.


95 -- Al mirar la corona, vemos depósitos negros que parecen normales, sin evidencia de erosión o grietas. La banda superior o corona tiene acumulación normal de carbón.

96 -- Al mirar bajo la corona, vemos indicios de excesivo calentamiento en el área del agujero para el pasador pero no tan severos que indiquen que el calor excesivo de la corona causaba el problema. El chorro de aceite cumplía su función y también el refrigerante.

97 -- Mirando más cerca las ranuras para los anillos se ve que no hay manchas depósitos anormales. El aceite dejó de ser funcional ni se usó mucho tiempo. Todo revela que había problema del sistema y el pistón no parece defectuoso.


98 -- Una cuidadosa inspección visual del anillo de en medio revela manchas fuera de lo normal en la abertura. Notamos también que la línea bruñida había desaparecido por completo lo cual indica que hubo contacto completo entre las caras. La mancha en cualquier lado de la abertura se debe al escape de gases al carter que ocurre desde hace algún tiempo.

99 -- La cara de desgaste del anillo superior revela partes que faltan del recubrimiento con plasma. Los antecedentes de los registros revelan que el motor tuvo problemas después de las 150.000 millas indicando que el montaje del anillo era correcto. E 1 mantenimiento se hizo en forma correcta a los intervalos recomendados, con el aceite recomendado por Caterpillar. Todos los indicios apuntan a este anillo como defectuoso-.


100 -- Ahora que nos hemos familiarizado con los indicios del desgaste por adherencia, veamos cuáles son los indicios del desgaste por abrasión. La mayor parte del desgaste anormal por abrasión se debe a las siguientes razones: 1) combustión incompleta 2) aceite deteriorado 3) operación, en frío 4) aceite contaminado 5) admisión de aire contaminado 6) camisas sucias Aquí, también, estas condiciones se pueden presentar por varias razones.

101-- La combustión incompleta, el aceite deteriorado, el funcionamiento en frío pueden afectar a los pistones, anillos y camisas en forma similar. Los indicios son: depósitos de carbón con hollín acumulado en la banda superior y en las ranuras para los anillos y arriba de la pista de los anillos en las camisas. Cuando los pistones invierten su dirección en el punto medio superior de su carrera, la corona roza contra los depósitos de la camisa, raspando el aluminio de la banda superior del pistón. Este raspado por abrasión se denomina corte de carbón.

102 -- Los indicios de aceite contaminado con abrasivos son: superficie rayada de la falda del pistón, desgaste en la ranura donde asientan los anillos y en la cara de los anillos mismos. El rayado vertical de la falda del pistón puede ser muy fino y requerir rayos laterales de luz para verlo. El desgaste de la cara de los anillos se puede ver mejor con una lupa y aparece también como rayas verticales. Las caras laterales de los anillos se vuelven cóncavas y las ranuras para los anillos se vuelven convexas a medida que se desgastan con abrasivos.


103 -- Veamos más de cerca este anillo de compresión para determinar las causas del desgaste anormal. Notemos que el anillo tiene un gran escalón de desgaste en la cara inferior que se ha adelgazado hasta quedar casi como el filo de una cuchilla: Los otros anillos tienen la misma apariencia.

104 -- Con una lupa es posible ver las rayas verticales en la cara de desgaste, producidas por la abrasión que quitó la capa dura. Los indicios dicen que hubo gran desgaste abrasivo en todos los anillos.

105 -- Se examinó el sistema de admisión de aire y no se hallaron pérdidas ni contaminación. Luego se quitaron y examinaron los cojinetes para ver si había contaminación en el sistema de lubricación. Había partículas abrasivas atrapadas en las ranuras de lubricación de los cojinetes de bancada. Otros hechos indicaron que - 43 AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

esas partículas eran del papel abrasivo utilizado para alisar la tapa del bloque cuando el cigüeñal ya estaba instalado. Las partículas se pegaron al cigüeñal, el aceite las llevó a las paredes de los cilindros y allí desgastaron los anillos.

106 -- El aire contaminado de la admisión puede producir desgaste muy rápido de los pistones, anillos y camisas. Si hay elementos de filtro de aire desgarrados, juntas con fugas, abrazaderas flojas, etc., los pistones pueden dejar entrar polvo que causa desgaste rápido de anillos y camisas. Por lo general, los anillos de compresión son los más desgastados, pero si la situación continúa, todos los anillos pueden estar igualmente desgastados.

107 -- Los indicios de aire contaminado con partículas abrasivas son desgaste más serio de los anillos de compresión que de lubricación y rápida pérdida de control del aceite. Como el aire de la admisión hace contacto primero con el anillo superior, este anillo por lo general se desgasta más, seguido del anillo intermedio. La capa dura se desgastó aquí y hubo contacto directo entre las superficies y posible pérdida de control del aceite y atascamiento.


108 -- Las camisas pueden ser una fuente de contaminación por abrasión. Durante el reacondicionamiento de un motor, es posible bruñir y rectificar o pulir las camisas. Si no se limpian como corresponde, las partículas abrasivas se adhieren a las paredes de la camisa y desgastan la falda del pistón y los anillos. Para los procedimientos correctos de limpieza, consulte las pautas de reutilización de las camisas. Los indicios de camisas sucias son desgaste por uso, desgaste abrasivo de anillos y pérdida del control del aceite. Los anillos se desgastarán apenas empiecen a funcionar; el control de aceite empeorará. Si se sospecha que la causa principal son camisas sucias, debemos averiguar las millas u horas de las camisas desde el reacondicionamiento.

109 -- Además del desgaste por adherencia y por abrasión, los pistones pueden experimentar desgaste por erosión en las coronas, insertos y agujero para el pasador. Las camisas pueden desarrollar erosión por cavitación en el lado de enfriamiento. Es posible que la erosión de la corona se deba a restricciones en la admisión de aire, inyectores con fugas de combustible, problemas de puesta a punto, o materias extrañas. Por lo general, la erosión de los insertos y del agujero para el pasador son el resultado de otra pieza que falló primero debido a detonación, arranque con éter, material defectuoso o materias extrañas en el cilindro. La erosión de las camisas por cavitación puede ser el resultado de falta de acondicionador en el refrigerante.


110 -- La erosión de la corona resulta de las restricciones en la admisión de aire que impiden la combustión y el enfriamiento adecuados. Los indicios son: pérdida de material de la corona cerca de las válvulas de escape que deja una apariencia "barrosa”. Como el sistema de admisión afecta a todos los pistones, esperamos encontrar una apariencia similar en todos ellos. Esta apariencia es también típica del funcionamiento continuo a gran altitud sin la turboalimentación adecuada.

111 -- Ya sabemos que el exceso de combustible produce este tipo de erosión del aro del cráter y borde de la corona. Cuando todos los pistones tienen esta apariencia, los indicios señalan un problema de exceso de combustible. Se debe verificar cuidadosamente el ajuste de la cremallera. Si esta condición existe solamente en un pistón, debemos dirigirnos al inyector del combustible como fuente del problema. Si hay bordes agudos, la -- causa puede ser presencia de materias extrañas.


112 -- El cráter de este pistón tiene cavidades muy marcadas, producidas por erosión. Esto indica mala sincronización de la inyección. Podemos confirmarlo mirando los pistones remanentes ya que éste es un problema del sistema.

113 -- La erosión producida por materias extrañas saca material del pistón de forma similar a la operación de limpieza con choro de arena que deja una superficie arenosa áspera. También afecta a todas las superficies, no solamente los bordes filosos. Si hay gran cantidad de material fino produciendo erosión, las manchas negras de hollín desaparecen continuamente. Los pedazos grandes no quitan el hollín pero dejan marcas en las superficies lisas que pueden ayudar a identificar su causa, por ejemplo-cabeza de válvula, tapón térmico, anillo o bujía incandescente partido, etc.

114 -- La erosión del inserto de hierro fundido es un resultado y no una causa. El indicio es una superficie lisa, irregular, que aparenta limpieza con bolitas de vidrio. Esto nos dice que identifiquemos las materias extrañas responsables, por lo general, rotura de un anillo o del inserto de hierro fundido Ni-Resist. Debemos tratar de descubrir la razón de la rotura examinando otros pistones para hallar claves de operación o instalación anormal. Una causa frecuente de la fractura de los anillos e insertos es la detonación o el uso inadecuado de éter para el arranque en tiempo frío.


115 -- La erosión del agujero para el pasador se asemeja a la erosión de1 inserto donde están los anillos, en donde las materias extrañas que causan el problema vienen de un anillo de resorte partido. Algunas veces, las orejetas o lengüetas del anillo de resorte se desprenden, saltan y rebotan en el agujero para el pasador y causan la erosión del aluminio.

116 -- Como el pasador del pistón es hueco, los pedazos pueden pasar al agujero del otro lado causando daño donde el anillo de resorte está intacto. Por lo general, un anillo de resorte partido es el resultado de mal armado o de material defectuoso.

117 -- La erosión de las camisas es erosión por cavitación y hace que se formen picaduras pequeñas en el diámetro exterior. Estas picaduras pueden pasar al diámetro interior y producir fugas de refrigerante. Los indicios muestran niveles de - 48 AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

acondicionador del refrigerante mal mantenidos y es necesario verificar los registros de mantenimiento para encontrar pruebas que apoyen esta teoría. Si obtenemos una muestra del refrigerante y la hacemos analizar, los resultados del análisis pueden dar información sobre el nivel del acondicionador en el momento de la falla. Es posible que necesitemos recalcarle al cliente la importancia del nivel adecuado de acondicionador en todo momento y ayudalo a evitar futuras paralizaciones.

118 -- El cuarto tipo de desgaste, uno que deja indicios únicos es el desgaste por corrosión. Las causas de este desgaste son: 1) 2) 3) 4) 5)

Operación en frío Alto contenido de azufre en el combustible. Aceite de mala calidad Aire contaminado Acondicionador del agua en pro- porción inadecuada Cuando se notan indicios de desgaste corrosivo, es necesario obtener muestras de aceite y combustible, analizarlas y recopilar hechos sobre el funcionamiento del sistema de enfriamiento.

119 -- La operación cuando el motor está muy frío produce la condensación de los gases de escape que forman ácidos. Los aditivos del aceite los neutralizan, pero si la producción de ácidos continúa, acaban con los aditivos del aceite aumentando su acidez sobre los límites aceptables. Esto resulta en picaduras de los anillos y camisas produciendo exceso de desgaste de camisas y consumo de aceite.


120 -- Esta camisa tiene indicios típicos de corrosión. Vean cómo corroe el ácido la superficie de la pista del anillo. Vean también el escalón producido por el ataque acelerado del ácido. Debemos observar siempre los componentes del tren de válvulas, al identificar la acción del ácido ya que estas piezas pueden estar severamente afectadas también. Entonces debemos tratar de hallar la causa del problema. Elevado contenido de azufre en el combustible, aceite con un nivel de alcalinidad que, no es suficiente, o temperaturas de operación demasiado bajas son las causas más comunes.

121 -- Al observar más de cerca, vemos escamas de grafito en el hierro fundido, indicio de corrosión con ácido en la superficie de la camisa.


122 Las superficies exteriores de la camisa tienen desgaste por corrosión causado por el agua y burbujas de vapor. El agua puede corroer la superficie de hierro o quitar el enchapado en escamas. Estas capas aislantes reducen considerablemente la eficacia del sistema de enfriamiento produciendo puntos calientes que pueden generar atascamiento. Las burbujas de vapor pueden producir erosión por cavitación del diámetro exterior si las condiciones son propicias.

123 -- Para impedir que se presenten estas condiciones, el agua es mezclada con los acondicionadores que contienen detergentes y resinas. Esta mezcla de refrigerante impide la formación de escamas en la superficie de las camisas y las protege contra la erosión por cavitación. El acondicionador del refrigerante debe guardar siempre una proporción estable de lo contrario termina por acabarse después de unos miles de horas de operación.

124 -- Estas camisas se sacaron de un motor que tuvo acondicionadores adecuados al comienzo, pero que no se volvieron a restablecer. Después de varios miles de horas de operación, el refrigerante sin acondicionador no pudo seguir protegiendo las camisas y empezó a formarse gran cantidad de escamas en la superficie de las camisas.


125 -- Algunas áreas no tenían escamas, pero parecían tener erosión por cavitación. Sin embargo, un cuidadoso examen ocular de lo que parecían pequeñas picaduras de la superficie reveló que debajo de ellas había grandes agujeros en la pared de la camisa.

126 -- Este tipo de corrosión se denomina picadura por concentración de células y se produce en áreas donde hay poco flujo de refrigerante y falta la película protectora. El oxígeno se concentra en estas áreas y acelera la corrosión. Este ejemplo demuestra la necesidad de hacer una inspección ocular y descartar las ideas preconcebidas. La mayoría de los análisis de estos problemas hubiera atribuido estas picaduras a erosión por cavitación.


127 -- Si bien el desgaste es la causa de la mayoría de las fallas de pistones, anillos y camisas, es posible algunas veces encontrar piezas quebradas y entonces necesitamos saber cómo diagnosticar correctamente la causa de la fractura. Primero vemos las fracturas debidas a operación anormal y luego las fracturas debidas a materiales defectuosos, a errores de fabricación o de instalación.

128 -- Normalmente se producen grietas térmicas alrededor de los tapones térmicos y del borde del cráter. Sin embargo, las grietas térmicas que se prolongan bajo la corona o al borde lateral de la corona indican cargas o temperaturas anormalmente elevadas. Los indicios nos llevan a examinar los sistemas que afectan a la temperatura de la corona (admisión de aire, combustible, escape y aceite de lubricación).

129 -- Este pistón tiene rotos el anillo superior y el inserto de hierro fundido Ni-Resist. Por lo general, la rotura del inserto se debe a problemas del sistema de combustión. Los indicios sugieren que obtengamos hechos sobre el funcionamiento del sistema de admisión de aire y de inyección de combustible.


130 -- Antes de observar las fracturas del pistón, repasemos los principios aprendidos en la sección correspondiente de este seminario. Los pistones son fundiciones de aluminio que se fractura al recibir un choque o carga de impacto, y que se rompe por fatiga con cargas cíclicas. Las fracturas quebradizas de los pistones son de color gris opaco con apariencia brillante y cristalina en presencia de la luz. Es posible que haya espiguillas. La fatiga de los pistones se identifica por lo general por el exceso de rozamiento y pulido de las superficies de las grietas y por el color brillante. Las fracturas quebradizas son por lo general resultados mientras que las fracturas por fatiga son causas originales.

131 -- Esta fractura es de color gris opaco y cristalino, con espiguillas que parten del agujero para el pasador. Indicios, todos, de fractura quebradiza rápida, producida por una carga de impacto. Esto significa que el pistón quebrado es un resultado y que debemos buscar más indicios en otras piezas que han fallado.


132 -- La cara de empuje de este pistón está pulida y es brillante, lo que indica que hubo fatiga del metal. La parte más pulida está en el corte para la tobera de aceite, indicando que la grieta comenzó allí y se extendió por la falda del pistón a la ranura para el anillo de control del aceite. El exceso de cargas de empuje de la falda del pistón pueden iniciar grietas por fatiga que se originan en concentradores de esfuerzo como el corte para la tobera.

133 -- Si bien el medio ambiente y la operación son responsables de la mayoría de las fallas, algunas veces un pistón, anillo o camisa pueden ser la fuente de un defecto que producen una fractura. El resto de esta presentación será para familiarizarnos con las causas y apariencias de los materiales, procesos o montajes defectuosos que originan roturas.


134 -- A la corona de este pistón le falta un pedazo. El "oleaje" indicio de una grieta por fatiga, comienza en la esquina posterior del inserto y avanza hacia el cráter. La mancha en el agujero para el pasador se debe a gran cantidad de escape de gases al carter. Una grieta por fatiga que se inicia en este lugar, por lo general, se debe a una falla en la fundición de aluminio, creada por turbulencia cuando el aluminio rodea el inserto de hierro fundido del molde. Los proveedores de pistones Caterpillar usan pruebas ultrasónicas para reducir al mínimo esta clase de fallas.

135 -- Las grietas agujero para el pasador pueden el resultado de agarrotamiento pistón, materias extrañas interfieren con el movimiento pistón, mal pulido por frotamiento o defectos de fundición.

136 -- Este pistón perdió parte de la falda en las dos caras de empuje. Notamos que no hay indicios de agarrotamiento, desgaste por abrasión, sobrecalentamiento o daño de los anillos.


137 -- Las manchas normales en el interior de este pistón indican que no hubo atascamiento ni problemas de la corona. La fractura en la parte posterior es de color gris opaco, indicio de fractura quebradiza rápida, causada por una carga de impacto. La fractura en el agujero para el pasador puede tener algunos indicios de fatiga.

138 -- Mirando más de cerca la pieza, vemos el aluminio pulido y brillante de una fractura por fatiga, pero el origen es difícil de determinar. Como las grietas siguen el camino de menor resistencia y de la carga más elevada, tienden a pasar de las secciones gruesas a las delgadas. Esto indica que la grieta empezó en el agujero para el pasador. Hay cuatro causas de este tipo de fractura: 1) 2) 3) 4)

sobrecarga daño del agujero para el pasador defecto de fundición insuficiente pulido por frotamiento


139 -- Los indicios de operación con sobrecarga son las manchas anormales bajo la corona que no vemos en este pistón. Un agujero dañado tiene rayado o muescas donde comienza la grieta, cosa que no hallamos aquí. Esto nos deja con insuficiente pulido por frotamiento o un defecto de fundición.

140 --Si el pulido por frotamiento es insuficiente, la grieta por fatiga puede comenzar en la porción más cargada del agujero para el pasador, es decir el centro superior. Esta grieta se inició en el lado del agujero descartando el pulido por frotamiento. Un examen del punto de iniciación de la grieta revela dos pequeñas áreas negras que, por proceso de eliminación, creemos que son fallas de fundición. Aunque un análisis de laboratorio sea necesario para confirmar nuestras conclusiones, podemos estar razonablemente seguros de que siguiendo los indicios llegaremos a la causa original más probable.


141 -- Algunas veces los anillos de pistones pueden tener defectos de material, de procesos o de armado. Estos defectos se pueden manifestar en anillos partidos o anillos con recubrimiento duro dañado. En ambos casos el resultado es pérdida de control del aceite.

142 -- Como los anillos son piezas de fundición, pueden tener muchos de los defectos de fundición que aprendimos en la sección de Metalurgia. Porosidad e inclusiones son los más comunes. Sin embargo, la fabricación de los anillos está cuidadosamente diseñada para eliminar casi todas estas condiciones. Si un anillo se quiebra durante el servicio en algún punto que no sea a 180° de la abertura, es posible que se deba a un defecto de fundición. Debemos primero buscar las causas más comunes y sospechar lo demás solamente después de eliminar las otras posibilidades.

143 -- Los anillos con recubrimiento duro de molibdeno rara vez se escaman debido a unión débil de la capa dura. Si hay problemas de la unión, la capa dura se desprende casi por completo en lugar de escamarse en áreas separadas. No es raro ver en un anillo defectuoso que han desaparecido segmentos de plasma de 45° a 60° dejando la cara acanalada completamente al descubierto.


144 -- Los problemas de instalación y armado son la causa de la mayoría de los anillos defectuosos que se encuentran en servicio. Si los anillos se expanden en exceso o se tuercen demasiado, la capa dura se agrieta, fragmenta o descascara. El bisel defectuoso de las camisas o la insuficiente compresión de los anillos pueden rajar los anillos y fragmentar la capa dura al instalarlos.

145 -- Como las camisas son de hierro fundido pueden, como los anillos, tener todas las diversas clases de defectos de fundición. Los más comunes son arena quemada y porosidad de gas, pero durante el fresado se detectan y eliminan casi todos estos defectos.

146 -- El daño causado por manejo de las camisas en la fábrica puede producir grietas verticales desde la pestaña al diámetro interior o desde el bisel inferior al - 60 AFA Mod. 09 Pistones - Fundamento E. SOTO – 6 SIGMA – DESARROLLO TÉCNICO

diámetro interior. Las grietas de la parte inferior son por lo general suficientemente grandes para ser detectadas en la línea de montaje y las piezas que tienen estas grietas nunca se instalan. Si son demasiado pequeñas para poder verlas, no se propagan durante el servicio ya que las cargas son muy bajas. Las grietas en el extremo de la pestaña sí crecen bajo las cargas de los gases de la combustión y producen fugas de refrigerante, por lo general antes de 2000 horas de operación. La prueba no destructiva ha eliminado casi todos estos defectos de las camisas terminadas.

147 -- Si, durante el servicio, la pestaña de una camisa se agrieta de el filete al diámetro interior, lo más probable es que se deba a insuficiente pulido por frotamiento. Este defecto de proceso de manufactura es muy raro y, si ocurre, afectará probablemente a una sola camisa. El único indicio es el camino que toma la grieta.

148 -- El montaje inadecuado también produce grietas en las pestañas de las camisas. Sin embargo, la grieta se extiende desde el filete de la pestaña al diámetro interior cerca de la presa de fuego. Esta fractura es el resultado de que la camisa sobresale demasiado o de dejar afuera la junta de la culata. El indicio que se debe buscar es evidencia de contacto entre la culata y la presa de fuego en varias o en todas las camisas.


149 -- Aquí concluimos nuestro análisis de fallas de pistones, anillos y camisas. Utilizando los ocho pasos aplicables al análisis de fallas y con buenas técnicas de inspección ocular hallaremos los indicios que nos conducen a la diagnosis correcta del problema. Esto es apenas la mitad del trabajo. No olvidemos que debemos obtener la recompensa colaborando con el cliente para ofrecerle el mejor servicio de reparaciones al costo más bajo posible y continuar en contacto con el cliente para estar seguros de que el problema ha tenido solución.


Analisis de Falla - 09 - Pistones, Anillos y Camisas

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