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Energía y propulsión Energía y propulsión >
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para devolverlo cuando el par resistente es mayor que el par motor. El volante (Figura 4.3), es una rueda de hierro fundido construido de una sola pieza en
pequeños motores, y en dos mitades para los grandes, que unida rígidamente al motor, gira concéntricamente con él, manteniendo las velocidades
angulares máximas y mínimas dentro de ciertos límites. Consta de un núcleo o parte interior, que se fija al eje cigüeñal y de una gruesa llanta que forma la
periferia.
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Índice
Instrucciones de usoIntroducciónObjetivos Partes fundamentales de un motor I Partes fundamentales de un motor II Elementos de un motor I Elementos de un motor II El cigüeñal I El cigüeñal II El árbol de levas La biela I La biela II La biela III La biela IV El bulón Camisas secas y camisas húmedas La culata I
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La culata II La culata III Bloque motor y cojinete El pistón I El pistón II El pistón con camisa Segmentos de compresión Segmentos de estanqueidad Segmentos rascadores El volante de inercia I El volante de inercia II El volante de inercia III El volante de inercia IV El volante de inercia V El volante de inercia VIEjercicios de repasoMapa de la presentaciónReferencias bibliográficasAyuda a la navegación
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Instrucciones de uso (1 de 2)
Bienvenido a esta presentación que te guiará por los
contenidos de la sesión.
Si quieres preparar o repasar la lección, lee atentamente
estas instrucciones. Por el contrario, tanto si ya estás
familiarizado con el manejo de los planes de lección
como si eres el profesor que va a impartir la lección,
puedes saltarte las instrucciones de uso e
iniciar la presentación.
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Instrucciones de uso (2 de 2)
Para sacar el máximo provecho a esta presentación, lee el contenido de cada diapositiva y consulta las referencias bibliográficas.
Consulta las definiciones de las palabras clave en el glosario de términos.
Finalmente, realiza los ejercicios para comprobar el nivel de asimilación de la lección. Repasa aquellos puntos correspondientes a las respuestas erróneas.
Ahora haz clic o pulsa espacio para avanzar.
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Introducción
Para poder comprender el funcionamiento global de un
motor es necesario conocer la misión, geometría y
ubicación de cada uno de los elementos que lo
componen. En esta presentación vamos a estudiar las
piezas fundamentales que forman parte de un motor.
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Objetivos
El objetivo que se pretende alcanzar en esta
presentación es conocer la geometría, ubicación, función
y comportamiento de las piezas fundamentales de un
motor.
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Partes fundamentales de un motor II
En el mecanismo de manivela se incluye una
pieza llamada biela que enlaza con el pistón.
Los mecanismos de manivela son dispositivos cuya
misión es convertir el movimiento alternativo del pistón,
producido por la expansión de los gases, en movimiento
giratorio de la manivela conectada al eje o cigüeñal.
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Partes fundamentales de un motor I
Todos los motores Diesel deben constar de algunas partes comunes con el fin de que puedan realizar los procesos de comprimir el aire e inyectar el combustible en el seno del aire. Deben tener camisas por las que se deslizan pistones alternativamente. El pistón está unido a un sistema que controla su movimiento llamado manivela.
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Elementos de un motor I
Pistón. Tiene dos funciones: comprimir el aire y recibir el impulso de los gases durante la combustión y expansión.
Culata. Sirve para tapar el extremo superior de los cilindros formando un espacio cerrado en el que se comprime el aire y donde quedan confinados los gases.
Válvulas o lumbreras. Permiten la entrada de aire nuevo en los cilindros y la salida de los gases quemados.
Biela. Transmite la fuerza desde cada pistón a la manivela correspondiente.
Cigüeñal y cojinetes. Estos últimos sirven como soporte del cigüeñal permitiéndole girar.
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Elementos de un motor II
Bloque y bancada. Es la estructura portante de cilindros, cigüeñal y cojinetes, manteniéndolas firmemente conectadas entre sí.
Bomba de inyección. Distribuye a gran presión el combustible a los inyectores.
Árbol de levas. Es accionado por el cigüeñal y a su vez acciona la bomba de inyección y también abre las válvulas a través de los empujadores y los balancines.
Regulador. Su función es regular la cantidad de combustible suministrado en cada carrera controlando así el régimen del motor.
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El cigüeñal I
El cigüeñal está constituido
por una serie de apoyos
llamados muñequillas. Hay dos
clases: de cojinete principal y
de biela. Los de biela suelen conocerse como cuellos (de biela).
Las muñequillas principales están todas situadas en la misma
línea, mientras que los cuellos están descentrados respecto a
las muñequillas principales y están conectados a los brazos de
manivela.
Se observa también en la figura el conducto de engrase que lleva
el lubricante desde la muñequilla principal hasta el cuello de
biela.
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El cigüeñal II
La fuerza más importante que debe resistir un cigüeñal es el efecto de flexión que produce el empuje de la biela cuando el pistón está en el PMS. En ese momento la presión de los gases actúa directamente sobre la muñequilla de la biela y tiende a hacer flexionar al cigüeñal entre los dos apoyos contiguos. Además, el cigüeñal debe soportar las fuerzas de torsión generadas por el movimiento de la biela.
Los cigüeñales almacenados deben apoyarse sobre uno de sus extremos o colgarse de un extremo, nunca deben descansar horizontalmente al objeto de evitar que se deformen, ya que no recuperan su forma primitiva.
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El árbol de levas
El árbol de levas es una barra larga y delgada dotada de un cierto
número de resaltos cuidadosamente conformados que reciben el
nombre de levas. El árbol de levas está enlazado con el cigüeñal
mediante engranajes, correas o cadenas de transmisión y gira a
mitad de la velocidad que éste (en motores de 4T). Cuando gira, las
levas actúan sobre la parte inferior de los empujadores y éstos
alzan las válvulas.
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La biela I La biela es una barra robusta dotada
de cojinetes en ambos extremos. Transmite el empuje del pistón al
cigüeñal. No ha de ser excesivamente pesada
para no aumentar las fuerzas de inercia.
En motores grandes, el extremo correspondiente el cigüeñal (cabeza) suele ser un cojinete separado atornillado a una base existente en la biela.
En motores pequeños, la mitad superior del cojinete forma parte de la biela.
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La biela II
En la biela, el cojinete del bulón es un casquillo circular, pero el cojinete de cabeza de biela consta de dos semicasquillos. Este sistema de construcción permite el montaje y su desmontaje del cuello del cigüeñal.
La superficie interna de los casquillos es de metal antifricción.
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La biela III
Para reducir el tamaño del
cojinete de cabeza de biela se
emplean: Cuatro pernos de biela de
menor diámetro en lugar de
dos de mayor diámetro.
Espárragos en vez de
pernos.
Cabeza de biela partida
oblicuamente.
Cabeza articulada.
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La biela IV
Las tapas de biela son fijadas por pernos de dilatación y tuercas. Por entalladuras en las cabezas de perno se impide que giren al apretar las tuercas.
Los pernos de biela suelen construirse de acero aleado y están tratados térmicamente.
Para conseguir la máxima resistencia y un apriete seguro se emplean roscas finas de paso reducido.
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El bulón
El bulón es la pieza a través de la cual la biela se articula al pistón.
Montajes de bulón: En A, el bulón está en ajuste forzado
sobre el pistón, y el cojinete está en la biela.
En B, el bulón está en ajuste forzado sobre la biela, y el cojinete está en el pistón.
En C, el bulón está totalmente flotante y hay cojinete en el pistón y en la biela. Es el más utilizado.
Como cojinete del bulón se emplea un casquillo liso que se lubrica a través de un orificio largo taladrado en la biela.
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Camisas secas y camisas húmedas
1. El cilindro de la primera figura, corresponde a una de las llamadas camisas húmedas, debido a que su superficie exterior está en contacto con el agua de refrigeración.
2. El cilindro de la segunda figura, corresponde a una de las llamadas camisas secas, debido a que su superficie exterior no está en contacto con el agua de refrigeración, sino que está metal con metal con su alojamiento, el cual contiene las camisas de agua.
3. La última figura, corresponde a una camisa húmeda convencional, y en ella se aprecian la tres acanaladuras en las que se ajustan las juntas tóricas que permiten la dilatación de la camisa evitando fugas de agua o lubricante.
12
3
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La culata I
1. Culata.
2. Porta inyector.
3. Tobera de inyección.
4. Pistón.
5. Cámara de combustión.
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La culata II
Al objeto de soportar las presiones deexplosión y el calor de la combustión, lasculatas deben ser muy resistentes y estarmuy bien refrigeradas.
En la figura se representa el conjunto de un porta inyector con su inyector montado en la culata y en ella se ve que las porciones críticas del inyector están refrigeradas por los grandes pasos de agua existentes en la culata.
Los motores grandes utilizan culatas individuales para cada cilindro, mientras que los pequeños se agrupan varios cilindros en una sola culata.
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La culata III
En la primera figura puede verse una culata vista desde arriba; además, aparecen también las colas y los resortes de la válvulas.
En la segunda figura, aparece una vista de la parte inferior de la misma culata en la que se aprecian las cabezas de las válvulas en sus asientos.
La tercera figura corresponde a un motor de árbol de levas en la culata y en ella se ve una leva en posición de funcionamiento.
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Bloque motor y cojinete
En la figura superior se observa un bloque con una camisa de cilindros parcialmente desmontada y los demás en sus posiciones respectivas.
Los espárragos que se ven en la cara superior del bloque sirven para fijar la culata al bloque.
La siguiente figura ilustra una pareja de semicasquillos de cojinete principal, sobre cuya superficie interior se apoya el cigüeñal cuando gira por lo que se construyen de metal antifricción. Se asientan en los alojamientos existentes en las paredes transversales y son desmontables para que puedan ser sustituidos cuando se desgasten.
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El pistón I
Cada pistón con sus segmentos efectúa la estanqueidad entre la cámara de combustión y el carter del motor, y transmite a la biela la fuerza desarrollada por la presión de los gases de la combustión.
Absorbe calor, que debe ser evacuado.
Produce fuerzas de inercia debido al constante cambio de sentido de sus movimientos.
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El pistón II
En los pistones no refrigerados, el calor atraviesa sus paredes laterales, pasa a las paredes del cilindro a través de los segmentos y por último a las camisas de agua.
La parte superior del pistón se llama corona y la parte inferior falda.
La corona suele ser gruesa para que no se deforme y proporcione buena transmisión del calor.
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El pistón con camisa
Vista en corte de un pistón y biela en su posición en el interior de una camisa.
Los dos aros superiores son los segmentos de compresión, cuya misión es retener la presión de los gases. El aro inferior es el segmento de engrase, cuyo objeto es crear una película de aceite y eliminar el exceso de lubricante de la pared del cilindro.
El chorro vertical de lubricante sirve para refrigerar la corona del pistón que además lubrifica el cojinete del bulón.
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Segmentos de compresión
Los segmentos son anillos circulares que se adaptan a escotaduras que circundan la parte superior (corona) e inferior (falda) del pistón.
La misión de los segmentos de compresión son: Cerrar herméticamente el espacio entre
pistón y cilindro. Transmitir el calor desde el pistón a la
camisa de agua.
Las uniones son en ángulo, a tope y de solapo.
Su hermeticidad se mejora por la presión de los gases que aprieta los segmentos contra la pared del cilindro.
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Segmentos de estanqueidad
El intersticio que se forma enla unión de los segmentos, se agranda a medida que el frente del segmento se desgasta, o se desgasta el cilindro. Para evitar esto, se emplean segmentos de estanqueidad especiales. En estos segmentos el corte permanece cerrado aún cuando el segmento se mueva por el interior del cilindro agrandado.
Cierre de la unión de un segmento machihembrado: En A, sección hembra que cierra el frente y la ranura. En B, ambas secciones se solapan, cierran el frente y la ranura. En C, sección macho que cierra el frente y la ranura.
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Segmentos rascadores
Los segmentos rascadoresestán situados en la falda debajo de los segmentos de compresión y están diseñados para que separen, rascando durante la carrera descendente, la mayoría del lubricante. Su objeto es impedir que el exceso de lubricante pase a la cámara de combustión. Además deben permitir paso suficiente de lubricante hacia la parte superior de la camisa durante la carrera ascendente.
El lubricante rascado debe eliminarse y para ello este tipo de segmento tiene unas ranuras de ventilación, las cuales dejan pasar el aceite hacia el fondo de la ranura del pistón desde donde cae al cárter del cigüeñal.
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El volante de inercia I
Es un disco de gran peso unido rígidamente al cigüeñal cuya función es mantener la suavidad de giro del motor entre una carrera de combustión y la siguiente.
Es únicamente durante la carrera de combustión cuando el pistón entrega energía mecánica al cigüeñal; durante las otras carreras, es el cigüeñal quien devuelve energía al pistón para que aspire aire, lo comprima y expulse los gases al exterior.
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El volante de inercia II
1. Amortiguador de vibraciones completo.
2. Arrastrador (parte interior).
3. Corona o masa centrífuga (parte exterior).
4. Manguito elástico.
5. Bulón limitador de desplazamiento.
6. Suplemento.
7. Disco lateral, enterizo.
8. Disco lateral, bipartido.
9. Tornillo.
10.Arandela dentada.
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El volante de inercia III
Con su parte interior, el amortiguador de
vibraciones está montado a presión en el
lado GKS del cigüeñal.
Se encarga de amortiguar las vibraciones torsionales.
La masa centrífuga está unida a su parte interior por
manguitos elásticos. Estos manguitos constan de
varios manguitos de acero cortados axialmente e
intercalados. Los bulones limitadores de
desplazamiento impiden que el paquete de resortes
gire, limitando el desplazamiento y los esfuerzos de
las hojas de ballesta.
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El volante de inercia IV
1. Bulón limitador de
desplazamiento.
2. Ballestas de acero.
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El volante de inercia V
Puesto que la parte interior del amortiguadorde vibraciones está unida de forma rígida alcigüeñal del motor, tiene que seguir elmovimiento giratorio del cigüeñal. La parteexterior está unida a la interior por manguitos elásticos y normalmente es arrastradasincrónicamente.
El cigüeñal realiza con la parte interior del amortiguador vibraciones torsionales dentro de una resonancia. Puesto que la parte exterior tiene la tendencia de ir girando uniformemente, amortigua por medio de los manguitos elásticos los movimientos vibratorios de la parte interior y por tanto los del cigüeñal.
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El volante de inercia VI
Por el aceite motor que es conducido a lascámaras de los manguitos elásticos se impide el rozamiento de las hojas de ballesta y con ello, en lo posible, el desgaste. Al mismo tiempo, y debido al trabajo de los manguitos elásticos, el desplazamiento de aceite produce una transformación de la energía vibratoria en calor, es decir, una amortiguación, o sea, el rozamiento propiamente dicho sólo tiene lugar, en pequeña parte, directamente entre las hojas de ballesta. Se produce sobre todo en el mismo aceite lubricante. Por una alimentación de aceite continua desde el cigüeñal se impide que el calentamiento sea excesivo.
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Ejercicio de repaso (1 de 9)
¿Qué nombre corresponde a la pieza señalada en la figura? (haz clic en la respuesta correcta)
a) Culata.
b) Biela.
c) Bancada.
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Feedback
No es correcto. El elemento señalado es el que transmite
la fuerza desde cada pistón a la manivela
correspondiente.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. Es importante distinguir los conceptos:
a) Biela. Transmite la fuerza desde cada pistón a la manivela
correspondiente.
b) Culata. Sirve para tapar el extremo superior de los cilindros
formando un espacio cerrado en el que se comprime el aire
y donde quedan confinados los gases.
c) Bloque y bancada. Es la estructura portante de cilindros,
cigüeñal y cojinetes, manteniéndolas firmemente
conectadas entre sí.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicio de repaso (2 de 9)
¿Cuáles son las fuerzas mas importantes que debe
resistir el cigüeñal? (haz clic en la respuesta correcta)
a) Torsión y flexión.
b) Torsión y presión.
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Feedback
No es correcto. La fuerza más importante que debe
resistir un cigüeñal es el empuje de la biela cuando el
pistón está en el PMS y las fuerzas generadas por el
movimiento de la biela.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. El efecto de flexión es el producido por el
empuje de la biela cuando el pistón está en el PMS y las
fuerzas de torsión son las generadas por el movimiento
de la biela.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicio de repaso (3 de 9)
La velocidad de giro del árbol de levas en un motor de 4T
es: (haz clic en la respuesta correcta)
a) La mitad que la del cigüeñal.
b) La misma que la del cigüeñal.
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Feedback
No es correcto. El árbol de levas está enlazado con el
cigüeñal mediante engranajes o cadenas de transmisión
y gira a mitad de la velocidad que éste (en motores de
4T).
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. El árbol de levas está enlazado con el cigüeñal
mediante engranajes o cadenas de transmisión y gira a
mitad de la velocidad que éste (en motores de 4T).
Cuando gira, las levas actúan sobre la parte inferior de
los empujadores y éstos alzan las válvulas.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicio de repaso (4 de 9)
¿Cómo se denomina el cojinete de la biela formado por dos semicasquillos? (haz clic en la respuesta correcta)
a) Cojinete del bulón.
b) Cojinete de cabeza de biela.
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Feedback
No es correcto. Recuerda que el cojinete del bulón es un
casquillo circular, pero el cojinete de cabeza de biela
consta de dos semicasquillos.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. El cojinete de cabeza de biela consta de dos
semicasquillos. Este sistema de construcción permite el
montaje y su desmontaje del cuello del cigüeñal.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicio de repaso (5 de 9)
¿Cuál de las siguientes figuras representa un bulón
totalmente flotante? (haz clic en la respuesta correcta)
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Feedback
No es correcto. Recuerda que para que sea totalmente
flotante no debe haber ajuste forzado, debe haber
cojinetes en biela y pistón.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. El bulón es totalmente flotante cuando tiene
cojinete tanto en el pistón como en la biela.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicio de repaso (6 de 9)
¿Qué esquema corresponde al de una camisa seca?
(haz clic en la respuesta correcta)
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Feedback
No es correcto. Recuerda que se denominan camisas
secas, a aquellas tales que su superficie exterior no está
en contacto con el agua, sino que está metal con metal
con su alojamiento, el cual contiene las camisas de agua.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Pág. 54 Ayuda▓ Índice Mapa
Feedback
Correcto. Efectivamente el esquema corresponde a una
de las llamadas camisas secas, debido a que su
superficie exterior no está en contacto con el agua, sino
que está metal con metal con su alojamiento, el cual
contiene las camisas de agua.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicio de repaso (7 de 9)
La misión de los segmentos de compresión: (haz clic en la
respuesta correcta)
a) Cerrar herméticamente el espacio entre pistón y cilindro y
transmitir el calor.
b) Cerrar el intersticio que se forma en la unión de los
segmentos.
c) Impedir que el lubricante pase a la cámara de combustión.
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Feedback
No es correcto. Recuerda que los segmentos son anillos
circulares que se adaptan a los salientes que circundan
la corona y falda del pistón.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Pág. 57 Ayuda▓ Índice Mapa
Feedback
Correcto. Los segmentos son anillos circulares que se
adaptan a escotaduras que circundan la parte superior
(corona) e inferior (falda) del pistón, cuya misión es
cerrar herméticamente el espacio entre pistón y cilindro
y transmitir el calor desde el pistón a la camisa de agua.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
Feedback
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Ejercicio de repaso (8 de 9)
¿Cómo se denomina el segmento de un pistón cuyo
objeto es rascar el exceso de lubricante de la pared del
cilindro? (haz clic en la respuesta correcta)
a) Segmentos de compresión.
b) Segmentos de estanqueidad.
c) Segmentos rascadores.
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Feedback
No es correcto. Recuerda que los segmentos de
compresión retienen la presión de los gases, mientras
que los segmentos de estanqueidad cierran el intersticio
que se forma en la unión de los segmentos debido a
medida que se desgasta el segmento o el cilindro.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. La misión de los segmentos rascadores es
separar rascando durante la carrera descendente, la
mayoría del lubricante, con objeto de impedir que el
exceso de lubricante pase a la cámara de combustión,
permitiendo además, el paso de suficiente lubricante
hacia la parte superior de la camisa durante la carrera
ascendente.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Ejercicios de repaso (9 de 9)
¿Cuál es la misión del amortiguador de vibraciones? (haz
clic en la respuesta correcta)
a) Amortiguar las vibraciones axiales del motor en
general y del cigüeñal en particular.
b) Amortiguar las vibraciones torsionales del cigüeñal.
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Feedback
No es correcto. Recuerda que las direcciones axiales
son los radios de una sección transversal, y la parte
interior del amortiguador de vibraciones se monta a
presión en el lado GKS (lado opuesto al de salida de
potencia) del cigüeñal, con lo que sólo protegería a la
sección sobre la que esta situado.
Haz clic en Volver e inténtalo de nuevo.
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Feedback
Correcto. El amortiguador se encarga de amortiguar las
vibraciones torsionales del cigüeñal, su parte interior
está montada a presión en el lado GKS del cigüeñal, y
está unida a la exterior por medio de unos manguitos
elásticos que son los encargados de amortiguar los
movimientos vibratorios.
Pulsa espacio o haz clic para continuar.
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Mapa de la presentación
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Desde este mapa puedes ir a las distintas diapositivas de la presentación, haciendo clic en la caja con el concepto correspondiente.
Motores Motores de Combustión Interna > Componentesde Combustión Interna > Componentes
PPartes fundamentalesartes fundamentales
CCulataulata BloquBloqueeCigüeñalCigüeñal Árbol de levasÁrbol de levas
VolanteVolante de Inercia de Inercia
PPistónistónBBielaiela
Motores de Combustión Interna > Componentes
BulónBulón
CamisasCamisas
Segmento de estanqueidad Segmento de estanqueidad
Segmento de compresión Segmento de compresión
Segmento rascador Segmento rascador
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Referencias bibliográficas
BIBLIOGRAFÍA:
Motores Diesel. Edgar J. Kates / William E. Luck.
Motores. Santiago Sanz Acebes.
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