Um pistão é um elemento composto de duas partes: um êmbolo que se move em um movimento retilíneo alternativo e uma manga ou guia na qual ele se move. Este guia às vezes também é chamado de cilindro. Em princípio, o pistão tem formato cilíndrico e geralmente é feito de metal, embora possa ser feito de qualquer material.
O guia é na verdade uma cavidade que pode ser integrada em uma parte diferente. Faz parte do sistema pistão-biela-manivela que serve para transformar movimentos retilíneos em rotativos e vice-versa.
Como definição de pistão, podemos dizer que um pistão é uma parte de uma bomba ou cilindro de motor que se move impulsionado por um fluido ou pela explosão de combustível: O pistão de um motor conectado à biela.
Em máquinas onde o pistão tem formato cilíndrico ou oval, o pistão é frequentemente acoplado ao virabrequim com a biela. Geralmente há anéis de pistão ao redor do pistão. A função dos anéis do pistão é garantir que haja uma boa vedação entre a parede do cilindro e o pistão.
Função do pistão em um motor térmico
A função do pistão é absorver a energia térmica causada pela explosão do combustível e convertê-la em energia cinética linear movendo-se para baixo. A velocidade e a potência com que o pistão se move dependem da resistência do motor e da intensidade da explosão. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a energia convertida será sempre menor que a energia térmica da explosão.
Em um motor de combustão interna de automóvel, o pistão é tradicionalmente chamado de cilindro. O cilindro, em um automóvel, é uma peça cilíndrica de aço. O movimento do pistão se deve ao combustível que é lançado periodicamente na extremidade do cilindro. Embora o combustível mais comum seja a gasolina nos motores Otto ou o diesel nos motores a diesel, também existem motores que funcionam com gás e outros elementos.
Como resultado do movimento, um líquido ou gás é deslocado ou comprimido com bombas e compressores. Nos motores, o trabalho é realizado no pistão pelos gases, que podem então ser transferidos para outros componentes, como o virabrequim.
Operação de um pistão de motor alternativo
No caso dos motores Otto, uma faísca causada por uma vela de ignição é necessária para que eles funcionem. Neste caso, eles também são chamados de motores de ignição por centelha. A combinação dos três elementos provoca uma explosão controlada que empurra o êmbolo do pistão para longe, gerando assim o movimento. Este movimento será transmitido ao virabrequim. Os pistões são dispostos em um padrão alternado no virabrequim, de modo que aqueles empurrados para fora empurram os outros para dentro, e então aqueles mais para trás serão os que empurrarão os anteriores de volta.
No caso dos motores diesel, o funcionamento é o mesmo. A principal diferença entre eles é que a explosão do combustível não é causada por uma faísca, mas pelo aumento da pressão.
O virabrequim é a parte do motor que converte o movimento linear alternado do pistão em movimento circular.
Isso ocorre em motores chamados de alternativos ou, mais formalmente, de movimento recíproco. Na extremidade de cada pistão, além das entradas de ar e de combustível, da saída do ar misturado produzido pela combustão e da vela de ignição, existem ranhuras onde são montados os anéis de compressão e lubrificação.
O lubrificante serve para reduzir a força de atrito do pistão dentro do cilindro. Na extremidade oposta, o pistão possui um furo onde fica alojado o pino que conecta o pistão à biela.
Uma válvula de pistão é um mecanismo usado para controlar o movimento de um fluido ao longo de um tubo por meio do movimento linear de um pistão dentro de um cilindro. É usado, entre outros, na maioria dos instrumentos de sopro atuais.
Características de um pistão
O verdadeiro formato frio do pistão não é cilíndrico, pois a distribuição de massa e as temperaturas de operação são desiguais, o que leva a uma expansão desigual. Sua forma é mais ou menos truncada-cônica na seção (na realidade, o diâmetro máximo costuma ser cerca de 10 mm da borda inferior do manto) e oval na planta, onde o eixo inferior passa pelo pino e suas caudais.
O formato preciso para cada motor e aplicação é definido com simulações de computador e testes operacionais, para que na temperatura de operação ele assuma o formato correto para garantir as menores oscilações no cilindro, lubrificação correta, menores atritos e a vedação mais eficaz contra gases de combustão.
Além dos formatos clássicos, existem também os pistões, geralmente para motores rotativos, onde o formato é completamente diferente, como no caso do motor Wankel, onde o pistão ou rotor tem formato trocoidal, mas também existe o caso de um motor clássico (com pistões alternados) onde estes, em vez da seção redonda usual, têm um perfil oval.