Tipos de pistões, como são fabricados os pistões?

Os motores automóveis utilizam diferentes tipos de pistões. Estes oferecem vantagens e desvantagens consoante a aplicação. Ao escolher um para o seu veículo, vários factores são tidos em conta, como a capacidade de resistir ao desgaste, ao calor e ao impacto. É sobre isso que falarei neste capítulo: os diferentes tipos de pistões e as suas caraterísticas. Para aqueles que pretendem saber como os pistões são fabricados, existe uma secção para isso no final do capítulo.

Tipos comuns de pistão de motor

Os tipos de pistões actuais são muitos e variados. As suas variações dizem respeito principalmente a diferenças de conceção, material e método de fabrico. Com base nestas considerações, temos estes tipos de pistões de motor e categorias.

• Com base no desenho da cabeça- Pistões de cabeça chata, Pistões de cúpula, Pistões de prato
• Com base no método de fabrico- pistões forjados, pistões fundidos, pistões hipereutécticos
• Baseado no material- alumínio pistões, elenco ferro pistões, pistões de aço

Tipos de pistão por projeto de cabeça

As configurações do motor e os níveis de potência variam. Isto significa a necessidade de diferentes níveis de compressão. Consequentemente, as cabeças dos pistões são concebidas para controlar a combustão e, por conseguinte, a taxa de compressão. Isto dá origem aos diferentes tipos de pistões com base na conceção da cabeça, conforme indicado abaixo.

Pistões de cabeça chata

A cabeça tem uma forma plana. Assim, a chama espalha-se uniformemente. A área de superfície reduzida também melhora o processo de combustão. Isto, por sua vez, significa uma reação mais eficiente da mistura ar-combustível e uma maior taxa de compressão. Os pistões de cabeça chata são, por conseguinte, conhecidos por produzirem forças recíprocas mais elevadas.

As principais vantagens dos tipos de pistão de cabeça chata incluem a sua conceção simples, que torna a sua produção menos dispendiosa. Como resultado, são mais baratos de utilizar num motor. Outro aspeto positivo dos pistões é a sua capacidade de melhorar o processo de combustão para produzir mais força. São utilizados principalmente em motores a gasolina.

Pistões de cúpula

São assim designados devido ao seu centro elevado que forma uma cúpula. Este desenho do pistão faz com que os gases de combustão percorram uma distância maior. Ao mesmo tempo, a grande área de superfície altera o processo de combustão, tornando-o menos eficiente.

Os pistões de cúpula são necessários em motores que não necessitam de produzir muita potência. Nestas aplicações, a compressão reduzida também ajuda a proteger o motor contra danos. Exemplos de tais utilizações incluem o motores a dois tempos de motociclos.

Pistões de louça

Como o nome sugere, estes tipos de pistões têm a forma de um prato. O centro da cabeça ou coroa é rebaixado e as extremidades são curvadas para cima. Este design ajuda a aumentar o volume da câmara de combustão, reduzindo assim a compressão.

Tal como os tipos de cúpula, os pistões de prato encontram normalmente aplicações em que a compressão e a força recíproca têm de permanecer baixas. Isto inclui aqueles que utilizam sistemas de turbocompressor ou supercarregador. Nestes motores com potência elevada, níveis de compressão mais altos podem ser destrutivos.

Tipos de pistão por método de fabrico

Os pistões do motor também são classificados de acordo com o modo como são feitos ou, por outras palavras, o processo de fabrico. Os métodos incluem a forja, a fundição e a adição de silício para endurecer o ferro. Os tipos de pistões de motor desta categoria são descritos abaixo.

Pistões forjados

Os pistões forjados são dos tipos mais comuns. Para os fabricar, uma peça de metal é prensada com a forma ou o desenho pretendidos. O resultado estrutura do grão faz com que o pistão possua caraterísticas mais elevadas em termos de integridade estrutural.

A resistência dos pistões forjados adequa-se a aplicações em que a peça tem de suportar cargas mais elevadas, tais como veículos de alto desempenho ou pesados. No entanto, estes pistões expandem-se mais e requerem folgas maiores para evitar a gripagem a temperaturas mais elevadas.

Pistões fundidos

São uma alternativa aos tipos forjados. O seu fabrico envolve a utilização de metal fundido para produzir a forma do pistão. Estes tipos de pistões podem ser de alumínio ou de ferro, por vezes até de aço, consoante as propriedades requeridas.

Os pistões de motor fabricados através do método de fundição não são tão robustos como os fabricados através da forja de peças metálicas. No entanto, continuam a ser adequados para motores ligeiros. Nestas aplicações, o stress mecânico e térmico é normalmente suficientemente baixo para causar danos precoces.

Pistões hipereutécticos

Os pistões hipereutécticos são um tipo de pistões fundidos. A única diferença é que o silicone é adicionado durante o fabrico. Normalmente, isto é feito para os tornar mais robustos e resistentes ao desgaste, o que faz com que se adaptem a condições um pouco mais duras.

Os pistões hipereutécticos podem não ser tão fortes como os fabricados através do processo de forjamento. No entanto, possuem melhores qualidades do que os tipos de fundição padrão. As suas vantagens sobre os pistões fundidos incluem a capacidade de resistir melhor ao stress térmico e mecânico.

Tipos de pistão por material

O material do pistão é outra forma de classificar a peça do motor. A este respeito, os tipos de pistões nesta categoria incluem alumínio, ferro e aço. As vantagens e desvantagens de cada material quando utilizado são explicadas abaixo.

Pistões de alumínio

Estes são feitos de liga de alumínio que inclui cobre, manganês, zinco e outros elementos. Os pistões de liga de alumínio são normalmente forjados ou fundidos a partir de metal fundido, com cada tipo a oferecer propriedades diferentes em termos de desgaste e robustez.

Os pistões de alumínio oferecem a vantagem de serem de baixo peso para se adaptarem a motores de alta velocidade. Também são mais adequados para aplicações ligeiras em que o pistão não sofre muitos abusos. Como tal, estes tipos de pistões são maioritariamente utilizados em motores a gasolina.

Quando comparados com os outros tipos, os pistões de alumínio não resistem bem ao desgaste. São também menos resistentes e a razão pela qual não se adaptam a motores pesados ou a diesel. Dito isto, os métodos de fabrico modernos estão a produzir ligas que tornam os pistões de alumínio mais resistentes ao desgaste e ao stress mecânico ou térmico.

Pistões de ferro fundido

Como o nome indica, estes tipos de pistões são fabricados através do processo de fundição. Os pistões de ferro fundido possuem boas e más qualidades, o que faz com que se adapte a alguns motores e não a outros.

Começando pelas boas qualidades, os pistões apresentam uma melhor resistência ao desgaste do que os tipos forjados. Têm também melhores caraterísticas térmicas e podem funcionar em ambientes de elevado calor sem risco de danos.

As desvantagens dos pistões de ferro fundido incluem a sua estrutura fraca, que os torna susceptíveis de serem danificados por impactos ou tensões mecânicas. Por conseguinte, são sobretudo adequados para motores mais leves do que os modernos motores com turbocompressor ou sobrealimentados.

Como são fabricados os pistões?

O fabrico do pistão envolve um processo de forjamento ou de fundição. O material também pode ser uma liga de alumínio, entre outros materiais. O processo de forjamento é o mais utilizado atualmente, e o alumínio é o material mais popular. Aqui está como os pistões são feitos usando liga de alumínio e o método de forjamento.

• O processo de fabrico do pistão começa com grandes varas de alumínio. As hastes medem normalmente até 9 pés de comprimento.
• Uma serra corta as barras de alumínio em pequenos pedaços numa máquina automatizada.
• Os pedaços cortados, agora chamados lesmas, passam por um forno e são aquecidos.
• Uma prensa de perfuração é também aquecida para receber as escórias. Esta é a máquina de forjar.
• As lesmas são transferidas do forno para a prensa, que aplica uma pressão de até 2 000 toneladas. Este processo molda a lesma na forma do pistão necessário.
• Os pistões super quentes são retirados da prensa e arrefecidos ao ar durante cerca de uma hora.
• Após o arrefecimento, os pistões são novamente colocados num forno, desta vez para os fortalecer.
• Em seguida, os pistões são transferidos para um forno de temperatura mais baixa. O calor baixo serve para os estabilizar.
• Os pistões são então levados para uma máquina de torno e as peças em excesso são removidas. Nesta fase, são também efectuados pequenos orifícios para óleo no conjunto do pistão.
• O torno mecânico retira material para produzir as ranhuras do pistão. É também efectuado um grande furo no pistão. Este é o orifício que vai segurar a cavilha do pistão.
• O pistão é levado para uma máquina de fresagem que remove algum material da saia para reduzir o peso.
• Um torno retira algum material dos bordos da coroa. Isto é feito para permitir a expansão do pistão sem que este fique preso.
• Outra máquina grava o número do pistão e outros dados.
• Por fim, o pistão é alisado à mão e o orifício do pulso é levado a um torno para o maquinar de acordo com as especificações.
• A última etapa do processo de fabrico do pistão consiste em pulverizá-lo com água quente e desionizada. Isto é feito para remover o óleo que pode ter-se acumulado nos diferentes processos do produto. Depois disso, o pistão é seco para receber os retoques finais e a embalagem.

Conclusão

Os diferentes tipos de pistões oferecem níveis de desempenho e durabilidade. Ao selecionar o tipo a utilizar, estas propriedades são importantes. O design do pistão e as opções de material aqui discutidas devem ajudá-lo a tomar as decisões corretas. No entanto, independentemente do tipo, os pistões são susceptíveis de serem danificados pelas condições adversas da câmara de combustão. Descubra a seguir o que afecta os pistões do motor.