Biela: ¿Cuál es su función?
La biela es una pieza mecánica que conecta el pistón con el cigüeñal y asegura la transmisión de fuerzas entre los pistones y el cigüeñal. Una parte de la biela está unida al pistón, mientras que la otra está unida al cigüeñal.
Este artículo arrojará luz sobre la función de la biela y posibles fallas. Además, discutiremos brevemente su construcción y mencionaremos los problemas más comunes con las bielas y sus soluciones.
Tabla de contenido
Funciones de la biela
La biela es un componente esencial de cualquier motor. Su función principal es conectar el pistón al cigüeñal y transferir el movimiento del pistón al cigüeñal, que finalmente impulsa el motor y genera energía.
Cigüeñal: ¿Para qué sirve y qué fuerzas debe soportar?
Además de transferir movimiento, la biela soporta el peso del pistón y otras cargas. Esta es una función crítica, ya que la biela debe ser lo suficientemente fuerte para soportar la presión de los gases de combustión en el cilindro, que puede ser considerable.
Pistones del motor: ¿Cómo funcionan?
Otra función crítica de la biela es permitir que el pistón se mueva libremente dentro del cilindro. La biela debe moverse con suavidad y sin obstrucciones, ya que cualquier resistencia o interferencia podría hacer que el motor funcione mal o incluso falle.
Las bielas son una de las partes del motor más sometidas a esfuerzos y deben absorber las fuerzas generadas por los pistones a medida que se mueven hacia arriba y hacia abajo. Estas fuerzas incluyen la presión de los gases de combustión y el impacto del pistón contra la culata.
La biela debe soportar lo siguiente:
- Altas temperaturas
- Alta presión
- Fuerzas de inercia del propio peso
- Las fuerzas de inercia de los pistones
La biela debe soportar estas fuerzas sin romperse ni deformarse. Por ello, suelen estar fabricados en acero forjado o en aleaciones muy resistentes y, al mismo tiempo, ligeras. Sin embargo, los materiales de los que están hechas las bielas difieren según el tipo de motor.
Material de biela
Las bielas deben presentar una alta resistencia de trabajo ya que, durante la vida útil del motor de combustión interna, realizan varias decenas a cientos de millones de carreras. Sin embargo, la vida útil de las bielas utilizadas en los deportes de motor no es una prioridad.
Varios materiales ofrecen propiedades únicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones. Tres materiales comunes para las bielas son acero, aluminio y titanio.
- El acero es un material popular para las bielas debido a su resistencia y durabilidad. Puede soportar grandes tensiones y fuerzas durante el funcionamiento del motor y se usa comúnmente en motores de alto rendimiento y servicio pesado.
- El aluminio es un material ligero con buena conductividad térmica. Puede disipar el calor rápidamente y reducir el riesgo de daños en el motor debido al sobrecalentamiento. Las bielas de aluminio se utilizan a menudo en motores de altas revoluciones donde la reducción de peso es una prioridad.
- El titanio es un material sólido y liviano, lo que lo convierte en una opción ideal para aplicaciones de carreras y de alto rendimiento. Sin embargo, el titanio también es caro, lo que lo hace menos común en los motores de producción masiva.
Las bielas que se utilizan en los deportes de motor están hechas de aleación de aluminio o titanio. La ventaja de las bielas de aleación de aluminio es su menor peso, gracias a lo cual se reducen las fuerzas de inercia y, por lo tanto, es posible alcanzar mayores velocidades del motor.
La desventaja es la corta vida útil de dichas bielas. Las aleaciones de titanio son sólidas y livianas, pero este material es costoso y sensible al daño superficial.
Partes de biela
La imagen de abajo muestra la construcción de la biela pero también incluye un pistón. Sin embargo, el pistón no es parte de la biela, así que piense en la construcción de la biela sin el pistón.
1. Cuerpo de varilla
La parte principal de la biela es el cuerpo de la biela, generalmente construido con acero resistente y duradero. Tiene una forma cilíndrica con extremos redondeados y está específicamente diseñado para soportar las tensiones y fuerzas experimentadas durante el funcionamiento del motor.
2. Dos extremos: el extremo grande y el pequeño
La biela tiene dos extremos: grande y pequeño. El extremo grande es el extremo más grande y redondeado que se une al cigüeñal, mientras que el extremo pequeño es el extremo más pequeño y redondeado que se une al pistón. El cuerpo de la barra conecta los extremos grande y pequeño y está diseñado para pivotar y girar entre sí.
3. Muñequera/pasador
El pasador de muñeca, también conocido como pasador de pistón o pasador de pistón, es un pequeño componente cilíndrico que se une al pistón y se extiende hasta el extremo pequeño de la biela. El pasador de muñeca permite que la biela pivote y gire en relación con el pistón a medida que gira el cigüeñal.
4. Pasador de manivela
El pasador del cigüeñal es un componente cilíndrico que se une al cigüeñal y se extiende hacia el extremo grande de la biela. El pasador del cigüeñal permite que la biela pivote y gire en relación con el cigüeñal a medida que el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cilindro.
5. Insertos de cojinetes
Las bielas suelen tener cojinetes tanto en el extremo grande como en el pequeño para permitir un pivote y una rotación suaves. Estos cojinetes pueden estar hechos de bronce o polímeros sintéticos de baja fricción.
6. Pernos y tuercas
Las bielas a menudo se mantienen unidas con pernos y tuercas, lo que las hace fáciles de desmontar y volver a montar para mantenimiento o reparación. Estos pernos y tuercas pueden estar hechos de varios materiales, como acero o una aleación.
Tipos de biela
- Vástagos de tipo liso
- Vástagos de horquilla y cuchillas
- Vástagos forjados
- Vástagos maestros y esclavos
- Vástagos fundidos
- Vástagos de palanquilla
- Bielas metálicas motorizadas
1. Varillas de tipo liso
Las bielas de tipo simple se usan comúnmente en motores en línea y opuestos. Tienen un diseño simple con un extremo grande unido a la muñequilla y equipado con una tapa de cojinete.
La tapa del cojinete se monta mediante un perno o espárrago en el extremo de la biela. Reemplazar la biela en el mismo cilindro y posición relativa es esencial para mantener un ajuste y equilibrio adecuados.
2. Varillas de horquilla y hoja
Los motores V-twin de motocicletas y aviones V12 suelen utilizar bielas de horquilla y pala. Cada par de cilindros del motor tiene una varilla bifurcada dividida en dos partes en el extremo grande, y una varilla de pala se estrecha para encajar en este espacio en la horquilla.
Este diseño elimina el par oscilante que se produce cuando los pares de cilindros se equilibran junto con el cigüeñal. En el tipo de disposición de cojinetes de cabeza de biela, la barra de la horquilla tiene un solo manguito de cojinete ancho que se extiende por todo el ancho de la barra, incluido el espacio central.
La varilla de la hoja corre fuera de este manguito, no en la muñequilla. Esto hace que las dos varillas se muevan hacia adelante y hacia atrás, lo que reduce la fuerza sobre el rodamiento y la velocidad superficial. Aún así, la velocidad del cojinete es alternativa en lugar de rotar continuamente, lo que puede ser un problema importante para la lubricación.
3. Varillas forjadas
Algunas bielas se fabrican por forja, donde se fuerza un grano del material en la forma deseada. El material puede ser una aleación de acero o aluminio, dependiendo de las propiedades requeridas.
El acero de aleación de cromo y níquel se usa comúnmente, lo que aumenta la resistencia de la biela. El producto final no está diseñado para ser quebradizo, lo que lo convierte en una opción de motor duradera.
4. Varillas maestras y esclavas
Los motores radiales suelen utilizar bielas maestras y esclavas. En este sistema, un pistón consta de una biela maestra con una unión directa al cigüeñal, mientras que otros pistones conectan sus bielas a los anillos que rodean el borde de la biela maestra.
Sin embargo, la desventaja de las bielas maestro-esclavo es que la carrera del pistón esclavo es ligeramente mayor que la del pistón maestro, lo que aumenta la vibración en el motor tipo V.
5. Varillas fundidas
Los fabricantes prefieren las varillas fundidas porque pueden manejar la carga de un motor original. Requieren un bajo costo de producción y no pueden usarse en aplicaciones de alta potencia. Las varillas fundidas tienen una costura notable en el medio que las separa del tipo forjado.
6. Varillas de palanquilla
Las bielas de palanquilla están diseñadas de acero o aluminio. En comparación con otras bielas, son más ligeras, más fuertes y tienen una vida útil más larga. Se usan comúnmente en vehículos de alta velocidad y, a veces, están diseñados para reducir los aumentos de tensión y facilitar la fibra natural del material de la palanquilla.
7. Bielas de metal accionadas
Las bielas hechas de power metal son una opción adecuada para los fabricantes. Se presiona una mezcla de polvo de metal en el molde y se calienta a una temperatura alta para crear una forma sólida.
El producto puede requerir un mecanizado ligero, pero sale de un molde de producto terminado. Las bielas de metal en polvo son menos costosas que las de acero y son más resistentes que las bielas fundidas.
Fallas de Bielas
Una de las fallas más comunes de una biela es la fatiga. Esto ocurre debido a la continua compresión y estiramiento de la biela durante el funcionamiento del motor, lo que eventualmente provoca desgaste hasta que la biela se rompe. La falta de aceite de motor y la suciedad en el motor también pueden empeorar este problema.
Explicación de la clasificación del aceite del motor
Hydrolock es una segunda falla posible y ocurre cuando el agua ingresa a la cámara del pistón y causa la deformación de la biela. Esto puede suceder cuando los vehículos pasan por caminos inundados. Si entra demasiada agua en el cilindro, la chispa puede hacer que la varilla se incline o se rompa, lo que provocará daños importantes.
El exceso de revoluciones es otro tipo de falla y ocurre cuando el tacómetro muestra un color rojo, lo que indica que la posición de la biela está en peligro: las fuerzas que la biela debe soportar aumentan drásticamente a mayores revoluciones, lo que puede provocar una falla.
Finalmente, la falla del pasador también puede causar una falla catastrófica del motor. Cuando el pasador del pistón está dañado, la biela se mueve hacia el bloque del motor. Esto puede causar una gran pérdida de potencia y el motor puede detenerse inmediatamente. El motor a veces puede sobrevivir, pero también es posible una avería total.