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TEMA : REFRIGERACIÓN DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

INTRODUCCIÓN

La temperatura es un parámetro que afecta de manera importante el funcionamiento de los motores de combustión interna modernos. En algunas partes del motor se tienen temperaturas mayores de 1000°C (cámara de combustión), en algunos casos los gases de escape salen a 550°C. En un motor más de la tercera parte de energía que se le suministra a través del combustible se pierde en forma de calor. El sistema de enfriamiento es el que se encarga de que los diferentes componentes del motor se mantengan en temperaturas seguras y así evitar que el motor sufra desgastes prematuros o daños importantes y lograr con ello su máximo rendimiento. Algunas partes del motor que se deben enfriar constantemente son:

♦ Cámara de combustión
♦ Parte alta del cilindro
♦ Cabeza del pistón
♦ Válvulas de escape y de admisión
♦ Cilindro

Los sistemas de enfriamiento modernos están diseñados para mantener una temperatura homogénea entre 82° y 113°C. Un sistema que no cumpla los requisitos que se exigen puede producir los siguientes efectos:

• Desgaste prematuro de partes por sobrecalentamiento, en especial en el pistón con la pared del cilindro.
• Preignición y detonación
• Daño a componentes del motor o accesorios (radiador, bomba de agua, cabeza del motor, monoblock, bielas, cilindros, etc.)
• Corrosión de partes internas del motor
• Entrada de refrigerante a las cámaras de combustión
• Fugas de refrigerante contaminando el aceite lubricante
• Evaporación del lubricante
• Formación de películas indeseables sobre elementos que transfieren calor como los ductos del radiador.
• Sobre consumo de combustible

• Formación de lodos por baja o alta temperatura en el aceite lubricante Es por todo esto importante conocer cómo trabaja el sistema de enfriamiento, las características que debe tener un buen refrigerante o “anticongelante” y las acciones que pueden afectar de manera negativa al enfriamiento del motor.

 OBJETIVOS
• Reducir la temperatura dentro de rangos seguros de operación para los diferentes componentes, tanto exteriores como interiores del motor
• Disminuir el desgaste de las partes
• Reducir el calentamiento de los elementos de la máquina que se mueven unos con respecto a otros
• Mantener una temperatura óptima para obtener el mejor desempeño del motor

Para cumplir con estos objetivos el sistema cuenta con el refrigerante que es la sustancia encargada de transferir el calor hacia el aire del medio ambiente, y debe tener las siguientes características:

• Mantener el refrigerante en estado líquido evitando su evaporación. Esto se logra al cambiar el punto de evaporación de la sustancia refrigerante
• Mantener el refrigerante en estado líquido evitando la formación de hielo al bajar la temperatura ambiente, esto se logra al cambiar el punto de congelación de la sustancia refrigerante
• Evitar la corrosión
• Tener una gran capacidad para intercambiar calor

El agua es el fluido de enfriamiento básico porque es abundante, barato y fluye con facilidad. Los productos químicos que contiene un buen anticongelante mejoran las propiedades del agua y la convierten en un excelente fluido de enfriamiento. Estas sustancias están diseñadas para reducir la formación de espuma, reducir cavitación y evitar la corrosión. La base de casi todos los anticongelantes es el etilenglicol o el propilenglicol.

MARCO TEÓRICO

El Sistema de Refrigeración del Motor de Combustión Interna

Sistema de enfriamiento: La mayoría de los autos en la actualidad cuentan con motores con
sistemas de enfriamiento por agua (algunos como el VW Sedán es enfriado por aire). Estos
sistemas se encargan de enfriar un líquido refrigerante y hacerlo circular dentro del block y la
cabeza del motor para enfriarlo y mantenerlo en una temperatura que le permita operar como debe. Estos sistemas se componen de una bomba (bomba de agua), un radiador, un depósito de exceso, el sistema de circulación y, por supuesto, del líquido anticongelante.


 











Al principio, los sistemas de enfriamiento utilizaban agua común para enfriar los elementos; sin embargo, ésta es corrosiva y sus puntos de congelación (0°C) y de ebullición (100°C) permiten la congelación y ebullición del agua en determinadas condiciones. Es por esto que se desarrolló el líquido anticongelante y antiebullente que comúnmente llamamos sólo anticongelante o refrigerante. Uno se puede preguntar, bueno, pero es que cómo se va a congelar el agua dentro de un motor. Tal vez en la mayoría de las ciudades en México esta no deba de ser una preocupación, pero en sitios donde las temperaturas ambientales bajan de los 0°C esto es un auténtico problema. No sólo es imposible hacer fluir hielo por el sistema de enfriamiento, sino que el agua al congelarse se expande causando aún más daño al sistema. Este líquido lleva el punto de congelación de 0°C a -37°C o hasta -55°C, dependiendo de si se trata de una mezcla de 50% anticongelante y 50% agua o de una mezcla 70/30 de los mismos líquidos. Las propiedades anti ebullentes de estos líquidos los llevan a tener une temperatura de ebullición de 106°C a 113°C dependiendo de si se trata de una mezcla 50/50 o 70/30.Ya sabiendo de qué se trata el elemento líquido en nuestro sistema de enfriamiento, podemos hablar de los demás componentes.
  
PARTES DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

Bomba de agua: Es una bomba mecánica, movida por una banda de hule, que hace circular al líquido anticongelante por el sistema de enfriamiento.


Radiador: Si bien el líquido refrigerante tiene la capacidad de ebullir a una mayor temperatura, esto no quiere decir que no alcance dicha temperatura al interior de un motor en pleno funcionamiento. Es por esto que los sistemas incorporan un radiador aire/agua.
Su principio básico es el de intercambiar el calor contenido en el líquido y transferirlo al aire que circula a través de él. Esto se logra pasando al líquido por el interior de unos tubos de aluminio que a su vez están rodeados de delgadas aletas del mismo material que conducen al aire entre los tubos. Al pasar el líquido por el tubo, transfiere su calor al mismo; éstos también transfieren el calor a las aletas de aluminio que a su vez disipan ese calor hacia el aire que circula entre ellas. Para mantener el flujo de aire a través del radiador, aún cuando el vehículo está parado y para mantener la temperatura dentro de los límites preestablecidos, los sistemas de refrigeración incorporan además un ventilador.


Ventilador: Se ubica pegado al radiador en la parte posterior. Este puede ser eléctrico, controlado por la computadora del motor (ECU) o por algún sensor, obteniendo su fuerza para girar de un motor eléctrico, o bien mecánico movido de manera permanente por el mismo movimiento del cigüeñal o, en determinados casos en coches más modernos, activado y desactivado de manera eléctrica por un sensor térmico o la ECU misma. En cualquier caso, la función del ventilador es la de mantener la temperatura del líquido refrigerante dentro del rango térmico requerido para su buen funcionamiento.


Termostato: Se trata de una válvula que permite o no la circulación del refrigerante hacia el interior del motor. Esta válvula tiene, en el centro, un cilindro lleno de una cera que al calentarse se derrite y expande, empujando un pistón que a su vez mueva la válvula que finalmente permitirá el paso del líquido. Alrededor del cilindro tiene un resorte que le permitirá regresar a su posición natural de cerrado una vez que la cera se enfríe de nuevo. La válvula permanecerá cerrada debajo de los 90°C y se abrirá cuando la temperatura del líquido alcance los 100°C. Con esto se permite que el motor alcance su temperatura ideal de operación en menos tiempo. Si quitáramos el termostato, el líquido refrigerante haría que el motor tardara más tiempo en alcanzar esta temperatura ideal.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

Los sistemas de enfriamiento se clasifican generalmente de acuerdo al tipo de elemento utilizado para enfriar el motor En algunos casos es un líquido y en otros es aire. Ambos elementos presentan características muy particulares. En sistemas que manejan aire como elemento refrigerante, se requieren grandes cantidades de este elemento para enfriar al motor, por lo cual su uso está restringido a motores pequeños (como en el caso de algunas motocicletas) o en condiciones muy específicas. Generalmente el aire es llevado al exterior del cilindro el cual cuenta con una serie de aletas para mejorar la transferencia de calor, en otras ocasiones el aire es utilizado además para enfriar un radiador por el cual circula el aceite lubricante y es éste el que realmente enfría al motor. Estos sistemas son muy confiables ya que no presentan fugas de la sustancia refrigerante pero no son tan eficientes como los que utilizan una sustancia líquida además de que proporcionan un mejor control de la temperatura en los cilindros y la cámara de combustión.


PARTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO POR LÍQUIDO

Al sistema de enfriamiento por líquido lo forman:
1. Radiador
2. Tapón de radiador
3. Mangueras
4. Termostato
5. Ventilador
6. Tolva
7. Bomba de agua
8. Poleas y bandas
9. Depósito recuperador (pulmón)
10. Camisas de agua
11. Intercambiador de calor (de aceite para motores a diesel)
12. Bulbo de temperatura

CIRCUITO DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE EN EL MOTOR

Los motores refrigerados por agua poseen conductos y otros elementos que convierten este en un sistema de mayor complejidad que el de un motor enfriado por aire. El calor generado en la culata del cilindro es absorbido por el agua que circula por los conductos y se disipa a la atmósfera cuando pasa por el radiador. Para llevar a cabo el proceso de refrigeración, el líquido refrigerante debe circular por el circuito, para ello existen tres métodos de circulación


SISTEMA DE ENFRIAMIENTO POR AIRE
Al sistema de enfriamiento por aire lo forman:
1. Ventilador (algunos mecánicos le llaman turbina)
2. Mangueras
3. Termostato
4. Poleas y bandas
5. Aletas en el cilindro
6. Bulbo de temperatura
7. Radiador de aceite
8. Tolva

CIRCUITO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO POR AIRE EN EL MOTOR

Los sistemas de refrigeración por aire son más sencillos y económicos que los sistemas de refrigeración por agua, pues estos últimos requieren un radiador y todo un conjunto de conductos, mecanismos de impulsión de agua (bombas) y recipientes para contener el agua, los cuales ocupan un espacio y tienen un costo adicional. Por lo general este tipo de motores son más ruidosos pues las ondas sonoras provocadas por la combustión salen rápidamente sin ser amortiguadas por otros componentes debido a la sencillez de los motores.



ALGORITMO

  1. INICIO
  2. PROCESO:

Sistema de refrigeración por agua
Una banda acoplada a la polea del cigüeñal mueve la polea de la bomba de agua, ésta provoca el movimiento del líquido refrigerante del motor hacia el radiador, en él se hace pasar una corriente de aire movida por el ventilador hacia el líquido refrigerante, lo que le permite bajar su temperatura y, a través de unas mangueras, este líquido retorna hacia el motor para volver a iniciar el ciclo. El líquido que entra al motor transfiere parte del calor generado en la cámara de combustión removiéndolo de la parte superior del cilindro, de las válvulas de admisión y de escape, y del mismo cilindro a través de las camisas que lo envuelven y que forman parte del monoblock. Este líquido caliente es impulsado por la bomba de agua y enviado hacia el radiador pasando por el termostato concluyendo así el ciclo. Cuando el motor está por debajo de la temperatura de operación, el termostato bloquea el flujo de agua hacia el radiador, circulando éste solamente por las camisas de agua para elevar la temperatura de manera homogénea hasta un nivel óptimo. En días fríos el termostato permite apenas la circulación de refrigerante suficiente a través del radiador para eliminar el exceso de calor y mantener una temperatura adecuada en el motor. En días calurosos es probable que el termostato esté abierto por completo.

 Sistema de refrigeración por aire

Una banda acoplada a la polea del cigüeñal mueve la polea del ventilador, esto provoca el movimiento del aire por la tolva hacia las aletas de los cilindros del motor. La cantidad de aire introducida se determina por la posición de las mamparas controladas por el termostato, una vez que son enfriados los cilindros parte del aire se hace pasar hacia un radiador el cual contiene el aceite lubricante para bajar su temperatura.

El aire caliente es desechado del motor a través de unas rejillas y se vuelve a introducir aire fresco para iniciar el ciclo. En algunos vehículos este aire caliente se introduce a la cabina como parte del sistema de calefacción y mejorar las condiciones de confort de la misma.

      3. FIN

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