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Cigüeñal: ¿Qué es? ¿Cómo funciona?

19 septiembre, 2020
Cigüeñal: ¿Qué es? ¿Cómo funciona?

De todas las partes móviles de un motor, el cigüeñal es el más grande y pesado. No cabe duda de que es el componente básico sobre el que se construye el motor de combustión, cuya eficiencia ha avanzado enormemente desde su aparición en 1876. Ninguna parte del proceso de encendido de un motor (admisión, compresión, combustión o escape) ocurre sin un cigüeñal que lo pone en movimiento. Pero para la mayoría de las personas, comprender cómo funciona no está del todo claro.

El nombre «cigüeñal» se remonta a principios del siglo XX, cuando los motores de los primeros automóviles se arrancaban con una manivela, y girarlo significaba literalmente girar el cigüeñal con la manivela antes mencionada. Hoy en día, los motores de arranque hacen ese trabajo, pero el componente interno todavía se llama cigüeñal. Aunque si somos un poco quisquillosos, esta pieza ya existía en la antigua Roma; En Augusta Raurica, Suiza, se excavó un cigüeñal romano de hierro del siglo II d.C. de propósito aún desconocido. Pero vayamos al grano de la pregunta.

¿Qué es un cigüeñal?

En términos generales, un cigüeñal es un eje giratorio que convierte el movimiento alternativo de un pistón en un movimiento giratorio. Se usa comúnmente en motores de combustión interna para realizar tal operación y permite que las ruedas impulsen el vehículo. Esta pieza no se crea para un modelo de automóvil, sino específicamente para un motor. Como veremos en las próximas líneas, los cigüeñales consisten en una serie de ejes y pasadores de manivela a los que se unen las bielas.

Dado que la terminología para un cigüeñal es bastante especializada, comenzaremos nombrando algunas partes. El eje sirve de guía durante la rotación, ya que a través de él se extrae el movimiento. El cuello está alineado con el eje y permite guiar el giro cuando se fija a soportes adecuados. Luego, hay dos tipos de muñequillas en un cigüeñal. Los del cojinete principal forman el eje de rotación, mientras que los de las bielas se fijan a sus extremos, que van a los pistones. El brazo es la pieza de conexión entre el cuello y la muñequilla, y su longitud determina la carrera de la manivela.

Los soportes se encargan de hacer un giro sobre el mismo cárter y reciben diversos tratamientos térmicos para adquirir la resistencia óptima que permita la máxima precisión y la mínima tolerancia. Por otro lado, los contrapesos ayudan a ajustar las masas de la estructura y la inercia de la biela, es decir, permiten minimizar las irregularidades generadas por el movimiento del eje. El metal utilizado para ellos suele ser una aleación de tungsteno, pero también se ha utilizado uranio empobrecido. Una opción más económica es el plomo, pero su densidad es mucho menor.

Los cigüeñales suelen estar fabricados en metal, como el hierro fundido, aunque algunos de ellos más modernos son de acero forjado, especialmente aquellos motores destinados a trabajar con mucho estrés, como un coche deportivo, por ejemplo. Para hacer un cigüeñal, se calienta un bloque de acero o hierro hasta que esté al rojo vivo y se le da forma usando una presión extremadamente alta. Los cigüeñales están forjados para resistir el desgaste y la tensión del movimiento giratorio. Los muñones del cigüeñal también tienen una superficie endurecida.

La lubricación juega un papel importante en la eficiencia del motor, ya que su funcionamiento implica la fricción de muchas partes metálicas. Para evitar un desgaste innecesario del cigüeñal, los pasadores del cigüeñal se colocan sobre una película de aceite. Este se asienta en la superficie de los cojinetes y se suministra a la tubería principal a través de galerías desde el bloque del motor. Para entenderse mejor, el cigüeñal está perforado con orificios que suministran aceite a las entrañas del bloque, suavizando todos los movimientos.

¿Cómo funciona un cigüeñal?

Durante el proceso de combustión del combustible, el pistón se dispara directamente hacia el cilindro. El trabajo del cigüeñal es convertir este movimiento lineal en rotación, básicamente girando y empujando el pistón hacia arriba del cilindro. Para encontrar un símil más gráfico, el cigüeñal de tu vehículo hace el mismo trabajo que la manivela de una bicicleta, que convierte el movimiento de subida y bajada de las piernas -más o menos- en una rotación que hace girar la cadena, y esto en giro es el eje de la rueda trasera.

Las fuerzas que tiene que soportar un cigüeñal son enormes, a veces superan las 9 toneladas. Como era de esperar, la presión en la cámara de combustión crea una fuerza significativa, que golpea el pistón y la biela hacia abajo, haciendo girar el cigüeñal contra la resistencia del neumático; las fuerzas de flexión y torsión asociadas son grandes. Luego están las fuerzas creadas por la aceleración del pistón. A medida que se acerca a la parte superior del cilindro, el cigüeñal lo obliga a desacelerar; si no estuvieran unidos, volaría hacia arriba, chocando irremediablemente con las válvulas.

Además de ser lo suficientemente fuerte como para traducir las fuerzas explosivas lineales en rotación, el cigüeñal también determina cuándo los pistones suben y bajan (siempre que haya más de uno), lo que a su vez determina el nivel de vibración, el tipo de ruido que se produce. hace y cómo se conduce un vehículo. La mayoría de los motores de cuatro cilindros tienen un cigüeñal que envía los dos pistones centrales hacia arriba y hacia abajo juntos, y los dos exteriores hacen lo mismo en el momento opuesto. Esto significa que las fuerzas principales (primarias) están equilibradas.

Pero ahí no es donde termina el trabajo del cigüeñal. Una rueda dentada en la parte delantera del cigüeñal lo sincroniza con el árbol de levas. Estas piezas trabajan juntas para mantener el motor funcionando sin problemas, ya que la relación entre las dos es extremadamente vital para la integración de la transmisión. Básicamente, inician y finalizan el ciclo propulsor, desde la carrera de admisión hasta la carrera de escape, manteniendo los diferentes procesos mecánicos de cada ciclo en perfecta armonía a través de su conexión correa / cadena.

Sin embargo, a pesar del diseño efectivo del cigüeñal, la mayoría de las pérdidas de potencia del motor ocurren en esta área, ya sea por calor, vibración, ruido o fricción. La naturaleza multidireccional de las fuerzas aplicadas al cigüeñal desde los pistones significa que el arte de equilibrarlo también puede ser extremadamente difícil, razón por la cual los ingenieros tratan de minimizar la longitud de un cigüeñal tanto como sea posible. Esta es la gran razón por la que el V8 reemplazó la configuración de ocho cilindros en línea relativamente más pequeña y controlable por ser más corta (la mitad).

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