La rotura de los aros de pistón es uno de los modos de falla más comunes de los aros de pistón. Normalmente, el primer y segundo anillo de compresión son más propensos a romperse, y las fracturas suelen producirse cerca de la separación del anillo. Un segmento de pistón puede romperse en varios segmentos, hacerse añicos o incluso desaparecer. Los aros de pistón rotos aceleran el desgaste del cilindro. En los motores diésel-de dos tiempos, los anillos rotos pueden volar hacia el tubo de escape o la caja de aire de barrido, e incluso pueden ingresar al lado de la turbina del turbocompresor, dañando las palas de la turbina y provocando accidentes graves.

A continuación se detallan las nueve causas principales de rotura de los anillos de pistón:

Causas comunes de rotura de anillos de pistón

Aparte de los defectos de material y la mala calidad de fabricación, las causas principales son el mantenimiento inadecuado durante el funcionamiento y la mala calidad del montaje.

• 1. Espacio libre insuficiente entre los anillos
  Cuando el espacio del anillo es menor que el espacio libre de montaje especificado, el metal en el espacio se expande debido al calor durante el funcionamiento sin suficiente espacio. Esto hace que los extremos del espacio se presionen entre sí, creando tensión de flexión y provocando roturas cerca del espacio.
• 2. Depósitos de carbono en las ranuras de los anillos
  La mala combustión, el sobrecalentamiento de la pared del cilindro, la oxidación o la quema del aceite lubricante pueden provocar una acumulación grave de carbón en el cilindro. Los depósitos pesados ​​de carbón restringen el movimiento del anillo. Cuando el segmento y la pared del cilindro eliminan el aceite y las partículas metálicas, éstas se mezclan y, bajo los gases de combustión que se escapan, forman depósitos de carbón duro localizados en la superficie inferior de la ranura del segmento. Con carbón duro debajo y presión periódica de gas arriba, el anillo del pistón experimenta fatiga por flexión y se rompe.
• 3. Cresta de desgaste de la camisa del cilindro
  El movimiento relativo-a largo plazo entre el conjunto del pistón y la camisa del cilindro provoca desgaste y forma una cresta en la parte superior de la camisa. Cuando el pistón alcanza el punto muerto superior (TDC), el primer anillo del pistón impacta esta cresta y puede romperse por el impacto.
• 4. Desgaste excesivo de las ranuras de los anillos
  El desgaste excesivo en la superficie inferior de la ranura del anillo crea un perfil cónico (en forma de campana-). Cerca del PMS, la presión del gas fuerza el anillo contra esta superficie inclinada, provocando una deformación por torsión. Esta tensión repetida conduce a la rotura por fatiga del anillo excesivamente desgastado.
• 5. Anillo enganchado en los puertos
  En los motores diésel-de dos tiempos, los anillos de pistón a menudo se rompen al engancharse en los puertos de escape o de barrido. El área del hueco del anillo tiene la tensión más alta y experimenta una expansión térmica significativa. El metal entre las lumbreras de la camisa del cilindro también es propenso a deformarse térmicamente. Si la separación del anillo se engancha ligeramente en el borde de babor durante el movimiento del pistón, el anillo puede romperse.
• 6. Fatiga por expansión y contracción radial
  Cuando la tensión del anillo es insuficiente o la camisa del cilindro está excesivamente desgastada, el anillo del pistón no puede mantener un sello hermético contra la pared del cilindro. Se filtra gas a alta-presión en la ranura, empujando el anillo hacia adentro. A medida que el pistón desciende y la presión del cilindro cae, el anillo vuelve a salir. Este movimiento radial repetido conduce a la rotura por fatiga.
• 7. Rotura por desgaste excesivo y resistencia insuficiente
  Los materiales comunes de los anillos de pistón, como el hierro fundido gris, el hierro fundido aleado y el hierro fundido dúctil, son frágiles. Los defectos de fundición, como porosidad interna, grietas o segregación, pueden crear puntos débiles o concentradores de tensiones. Durante el funcionamiento, estos pueden provocar fracturas por impacto o fatiga.
• 8. Desgaste severo de las camisas del cilindro y formación de escalones
  Se forman escalones-como desgaste (hombros) en las posiciones del punto muerto superior e inferior. El desgaste significativo en el cojinete del extremo de biela o las reparaciones de los cojinetes del extremo de biela/pequeño pueden alterar las posiciones originales del punto muerto. Bajo fuerzas de inercia, esto conduce a fuerzas de impacto que pueden romper el anillo.
• 9. Problemas de compatibilidad con el aceite lubricante y el combustible
  Algunos combustibles tienen un alto contenido de azufre. Durante la combustión producen más SO2 y SO3. Estos gases, a altas temperaturas, provocan corrosión del gas directamente sobre los metales, endurecen los depósitos de carbón y los residuos de goma y aumentan el desgaste de revestimientos y anillos. Si el motor funciona sin usar el aceite de cilindro apropiado formulado para el combustible, o si se usa aceite de motor general como sustituto, se reduce la capacidad del aceite para neutralizar los ácidos formados durante la combustión. Esto conduce a una corrosión ácida más severa del pistón y los anillos, lo que frecuentemente resulta en la rotura de los anillos del pistón.