sistema de refrigeracion

7/17/2019 Sistema de Refrigeracion

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Refrigeración de un Motor

Durante el funcionamiento del motor, la temperatura alcanzada en el interior de los cilindros es muyelevada, superando los 2000 ºC en el momento de la combustión. sta temperatura, al estar porencima del punto de fusión de los metales empleados en la construcción del motor, podr!a causarla destrucción de los mismos.

"un#ue esta temperatura sea instant$nea, pues ba%a durante la e&pansión y escape de los gases,aun as! la temperatura media es muy elevada, y si no se dispusiera de un buen sistema derefrigeración, para evacuar gran parte del calor producido en la e&plosión, la dilatación de losmateriales seria tan grande #ue producir!a en ellos agarrotamientos y deformaciones.'or lo tanto el sistema de refrigeración tendr$ #ue evacuar el calor producido durante lacombustión (asta unos l!mites donde se obtenga el m$&imo rendimiento del motor, pero #ue noper%udi#uen la resistencia mec$nica de las piezas ni el poder lubricante de los aceites de engrase.

)istemas de refrigeración

*os sistemas actualmente empleados para la refrigeración de los motores, tanto de gasolina comoDiesel, son los siguientes+Refrigeración por aireRefrigeración por agua o mi&tos

Refrigeración por aireste sistema consiste en evacuar directamente el calor del motor a la atmósfera a travs del aire#ue lo rodea. 'ara me%orar la conductibilidad trmica o la manera en #ue el motor transmite el calor a la atmósfera, estos motores se fabrican de aleación ligera y disponen sobre la carcasa e&terior deunas aletas #ue permiten aumentar la superficie radiante de calor. *a longitud de estas aletas esproporcional a la temperatura alcanzada en las diferentes zonas del cilindro, siendo, por tanto, demayor longitud las #ue est$n m$s pró&imas a la c$mara de combustión.*a refrigeración por aire a su vez puede ser+Directa-orzada

Refrigeración directa)e emplea este sistema en motocicletas, donde el motor va situado e&puesto completamente alaire, efectu$ndose la refrigeración por el aire #ue (ace impacto sobre las aletas durante la marc(a



del ve(!culo, siendo por tanto m$s eficaz la refrigeración cuanto mayor es la velocidad dedesplazamiento. n la figura inferior se puede ver un motor de motocicleta de la marca M/, condos cilindros (orizontales refrigerados por aire.

Refrigeración forzadal sistema de refrigeración forzada por aire es utilizado en ve(!culos donde el motor va encerrado

en la carrocer!a y, por tanto, con menor contacto con el aire durante su desplazamiento. Consisteen un potente ventilador movido por el propio motor, el cual crea una fuerte corriente de aire #uecanalizada convenientemente (acia los cilindros para obtener una eficaz refrigeración aun cuandoel ve(!culo se desplace a marc(a lenta. ste sistema de refrigeración fue utilizado por la marcaol1sagen en su m!tico escaraba%o, tambin lo utilizo Citro3n en su no menos m!tico 2C y 4)".



enta%as de este sistema+5*a sencillez del sistema. )e obtiene un menor peso muerto del motor al eliminar los elementos derefrigeración5Menor entretenimiento del sistema. )e consigue al eliminar posibles aver!as en los elementosau&iliares de refrigeración.5l motor ocupa menor espacio. -actor importante, a tener en cuenta en ve(!culos pe#ue6os ysobre todo en motocicletas, donde el espacio destinado al motor es reducido.57o esta sometido a temperaturas criticas del elemento refrigerante, como ocurre en los motores#ue emplean el sistema de refrigeración por agua, en el #ue se puede producir la ebullición ocongelación del agua. n este sistema se puede dimensionar las aletas o canalizar el aireconvenientemente para #ue el caudal de aire, #ue atraviesa el motor, asegure una eficazrefrigeración y mantenga una temperatura optima en el motor.5Disminuye las prdidas de calor por refrigeración. stas prdidas suelen ser un 89: menores #ueen la refrigeración por agua, obtenindose, por tanto, un mayor rendimiento trmico.

;nconvenientes:



5*os motores refrigerados por aire son m$s ruidosos #ue los refrigerados por agua. sto es debidoa #ue el paso del aire por las aletas de refrigeración origina un pe#ue6o amplificador sonoro. n losrefrigerados por agua, la capa l!#uida #ue circunda las camisas (ace de amortiguador de los ruidosinternos.5*a refrigeración es irregular. sto es debido a la influencia de la temperatura ambiente #ueproduce un mayor calentamiento al ralent!, cuando el ve(!culo no se mueve o circula muy lento.st$n sometidos, por lo tanto, a un mayor peligro de gripa%e lo #ue obliga a un mayor %uego demonta%e entre sus elementos.5Debido a la mayor temperatura en los cilindros, la mezcla o aire aspirado se dilata. Con esto sereduce el llenado y, por tanto, la potencia <til del motor en un =: apro&imadamente.

Refrigeración por aguaste sistema consiste en un circuito de agua, en contacto directo con las paredes de las camisas yc$maras de combustión del motor, #ue absorbe el calor radiado y lo transporta a un depósitorefrigerante donde el l!#uido se enfr!a y vuelve al circuito para cumplir nuevamente su misiónrefrigerante donde el l!#uido se enfr!a y vuelve al circuito para cumplir su misión refrigerante. lcircuito se establece por el interior del blo#ue y culata, para lo cual estas piezas se fabrican(uecas, de forma #ue el l!#uido refrigerante circunde las camisas y c$maras de combustióncirculando alrededor de ellas.*a circulación del agua por el circuito de refrigeración puede realizarse por >termosifón> ?apenas se(a utilizado@ o con circulación forzada por bomba centr!fuga.

Circulación del agua por termosifónste sistema como se (a dic(o antes, no se utiliza desde (ace muc(os a6os. l sistema estabasado en la diferencia de peso entre el agua fr!a y caliente, de forma #ue el agua caliente encontacto con los cilindros y c$maras de combustión pesa menos #ue el agua fr!a del radiador, conlo cual se establece una circulación de agua del motor al radiador.

-uncionamientol agua caliente entra por la parte alta del radiador donde se enfr!a a su paso por los tubos y aletasrefrigerantes en contacto con el aire de desplazamiento. l agua fr!a, por el aumento de peso, ba%aal depósito inferior del radiador y entra en el bos#ue, donde al irse calentando va ascendiendo por

el circuito interno para salir otra vez al radiador.*a circulación del agua en el sistema es autorregulable, ya #ue al aumentar la temperatura delmotor, aumenta tambin la velocidad de circulación por su circuito interno, independientemente dela velocidad de rgimen del motor.



;nconvenientes del sistemal sistema es sencillo y económico, pero, debido a la pe#ue6a velocidad del agua en el circuito, sere#uiere un gran caudal, un gran volumen de l!#uido y muc(a superficie radiante en el radiador.sto (ace #ue el sistema re#uiera piezas muy voluminosas, #ue ocupan gran espacio muerto en elmotor, solución #ue no es posible en los automóviles actuales.

Circulación de agua por bombaste es el sistema mayormente utilizado desde (ace muc(os a6os, ofrece una refrigeración m$seficaz con menor volumen de agua, ya #ue, debido a las grandes revoluciones #ue alcanzan (oyd!a los motores, necesitan una evacuación m$s r$pida de calor, lo cual se consigue forzando lacirculación de agua por el interior de los mismos.

Constitución y funcionamiento del sistemaste sistema tiene una bomba centr!fuga intercalada en el circuito de refrigeración y accionada porel propio motor. *a bomba centr!fuga activa la circulación del agua en su recorrido con unavelocidad proporcional a la marc(a del motor.n su funcionamiento, la bomba aspira el agua refrigerada de la parte ba%a del radiador y laimpulsa al interior del blo#ue a travs de los (uecos #ue rodean las camisas y c$maras decombustión. l refrigerante sale por la parte superior de la culata y se dirige otra vez al radiador por su parte alta, donde es enfriada nuevamente a su paso por los paneles de refrigeración. Con estacirculación forzada, el agua se mantiene en el circuito a una temperatura de 90 a 9A ºC, con unadiferencia entre la entrada y la salida de 9 a 80 ºC, controlada por medio de una v$lvula de paso?termostato@ #ue mantiene la temperatura ideal de funcionamiento sin grandes cambios bruscos enel interior de los cilindros, #ue podr!a dar lugar a dilataciones y contracciones de los materiales.l sistema de refrigeración del motor se aprovec(a tambin para la calefacción interna del

(abit$culo del ve(!culo. 'ara ello, se intercala en serie, a la salida del agua caliente de la culata, unintercambiador de calor #ue traba%a como radiador, calentado el aire del ve(!culo.



Como se puede apreciar en los es#uemas anteriores se dispone tambin de un ventilador, en estecaso movido por el propio motor trmico. ste ventilador, adem$s de forzar el paso del aire a travsdel radiador para obtener una refrigeración m$s eficaz del agua sobre todo a marc(a lenta, tambinsuministra una corriente de aire al motor para refrigerar los elementos e&ternos adosados almismo, como son+ el alternador, bu%!as, colectores de escape, etc.Debido a la utilización del agua y del aire para refrigerar el motor, se le denomina tambin a estesistema como una refrigeración >mi&ta>



Elementos que componen el circuito de refrigeraciónl circuito de refrigeración de los motores est$ formado principalmente por los siguienteselementos+Radiador omba centr!fuga de agua$lvula reguladora de temperatura ?termostato@

entilador



Radiador

l radiador sirve para enfriar el l!#uido de refrigeración. l l!#uido se enfr!a por medio del aire #uec(oca contra la superficie met$lica del radiador.l radiador est$ formado por dos depósitos, uno superior y otro inferior, tambin pueden estar enlos laterales. "mbos est$n unidos entre s! por una serie de tubos finos rodeados por numerosasaletas de refrigeración, o por una serie de paneles en forma de nidos de abe%a #ue aumentan lasuperficie radiante de calor. Banto los tubos y aletas como los paneles se fabrican en aleaciónligera ?actualmente sobre todo de aluminio@, facilitando, con su mayor conductibilidad trmica, lar$pida evacuación de color a la atmósfera.



l depósito superior lleva una boca de entrada #ue se comunica por medio de un manguito degoma con la salida caliente de agua de la culata del motor. n el depósito inferior va instalada laboca de salida del agua refrigerante, unida por otro manguito de goma a la entrada de la bomba.



Circuito de refrigeración abierto y cerrado

Debido a los cambios de temperatura #ue se producen en el circuito de refrigeración, sobre todo enel radiador, se necesita de un sistema #ue pueda adaptarse a estos cambios, para #ue no afectensobre el buen funcionamiento del sistema. Cuando aumenta la temperatura del motor tambinaumenta la temperatura del l!#uido refrigerante, por lo #ue se genera una presión dentro del

radiador. sto es debido a #ue por efecto del aumento de temperatura, el agua se va evaporando,este vapor de agua #ueda concentrado en la parte superior del radiador, creando una sobrepresiónen el mismo #ue si llegase a unos l!mites cr!ticos, (ar!a saltar el tapón de llenado o reventar!a elradiador.tro problema ocurre cuando el motor una vez #ue (a estado en funcionamiento se para y seenfr!a r$pidamente, se produce entonces, en el interior del radiador una condensación del vaporacumulado, creando un vac!o interno #ue dificultar$ la perfecta circulación del agua en el circuito.'ara evitar estos problemas se disponen unas v$lvulas en el tapón de llenado #ue comunican conla atmósfera y eliminan la sobrepresión y el efecto del vac!o cuando e&isten.

&isten dos tipos de circuitos de refrigeración+

Abiertos: cuando el circuito de refrigeración se comunica a travs de las v$lvulas de paso

?del tapón de llenado@ con la atmósfera, se denomina circuito abierto, producindose la evacuacióndel vapor interno a la atmósfera y retornando aire al interior del depósito cuando se produce lacondensación.ste sistema tiene el inconveniente de #ue con la evaporación y evacuación se va perdiendoli#uido en el circuito, con lo #ue el conductor tiene #ue rellenar frecuentemente el circuito ?sobretodo en verano@ para restablecer el volumen del mismo, lo #ue origina un mayor mantenimiento delsistema.l tapón de llenado del radiador est$ constituido ?figura inferior@ por dos v$lvulas, una de lascuales, ', puede abrirse (acia arriba y poner en comunicación el radiador con la atmósfera ?C@cuando (ay una sobrepresión por aumento de temperatura la otra v$lvula ?R@ se abra (acia aba%oy tambin pone en comunicación el radiador con la atmósfera ?C@, cuando (ay una ba%ada bruscade temperatura y provoca una depresión. stas v$lvulas se mantienen cerradas por medio desendos muelles, y estando las dos cerradas no (ay comunicación entre el radiador y la atmósfera.*a fuerza de los muelles est$ calculada para #ue las v$lvulas se abran con una presióndeterminada. Con ello se consigue aumentar la temperatura de ebullición del agua (asta unos820ºC

Cerrados actualmente los m$s utilizados en todos los ve(!culos. l radiador no lleva tapón de

llenado y se comunica mediante un tubo con un pe#ue6o depósito au&iliar llamado >depósito dee&pansión>. l depósito de e&pansión contiene l!#uido refrigerante y recibe a travs del tubo deunión con el radiador, los gases procedentes de la evaporación, los cuales al contacto con ell!#uido se lic<an. Cuando se produce el vac!o interno, el l!#uido procedente del depósito dee&pansión pasa al radiador, con lo cual se restablece el circuito sin prdida de li#uido en el mismopor condensación.



l depósito de e&pansión cuenta con un tapón, #ue tiene unas v$lvulas, #ue como en el casoanterior, sirven para eliminar la sobrepresión y la depresión #ue se produce en el radiador y #ue se

transmiten al depósito de e&pansión.:

omba de agua

*a bomba de agua se intercala en el circuito de refrigeración del motor, y tiene la misión de (acercircular el agua en el circuito de refrigeración del motor, y tiene la misión de (acer circular el aguaen el circuito para #ue el transporte y evacuación de calor sea m$s r$pido. Cuanto m$s deprisa gire

el motor, mayor ser$ la temperatura alcanzada en el mismo, pero como la bomba funcionasincronizada con l, mayor ser$ la velocidad con #ue circula el agua por su interior y, por tanto, laevacuación de calor.*as bombas utilizadas en automoción son de funcionamiento centr!fugo, y est$n formadas por unacarcasa de aleación ligera, unida al blo#ue motor con interposición de una %unta unión. n elinterior de la misma se mueve una turbina de aletas unida al $rbol de mando de bomba, el cual seapoya sobre la carcasa por medio de uno o dos co%inetes de bolas, con un retn acoplado al $rbolpara evitar fugas de agua a travs del mismo. n el otro e&tremo del $rbol va montado un cubo alcual se une la polea de mando.



stas bombas est$n calculadas para proporcionar el suficiente caudal de agua al circuito enfunción de la potencia del motor y la temperatura a evacuar, la cual difiere esencialmente de unosmotores a otros y, sobre todo, entre los Diesel y los de gasolina.

Bermostato

Eay #ue tener en cuenta #ue la temperatura interna del motor debe mantenerse dentro de unosl!mites establecidos ?alrededor de 9AºC@ para obtener un perfecto funcionamiento y un rendimientom$&imo, debiendo mantener esa temperatura tanto en verano como en invierno.*a temperatura de funcionamiento en el motor incide directamente sobre la lubricación y laalimentación ya #ue, si est$ fr!o, el aceite se (ace m$s denso dificultando el movimiento de sus



órganos con prdida de potencia en el motor.'or otra parte, a ba%as temperaturas la mezcla de combustible se realiza en peores condiciones, noobteniendo toda su potencia calor!fica en la combustión, con un mayor consumo para una potenciadada.)i la temperatura, por el contrario, es elevada, el aceite se (ace m$s fluido, perdiendo parte de suspropiedades lubricantes, con lo cual las partes móviles del motor pueden sufrir dilataciones yagarrotamientos, dificultando el movimiento se sus órganos móviles y absorbiendo una mayorpotencia #ue reduce el rendimiento <til del motor.l termostato se utilizara para mantener la temperatura de funcionamiento del motor entre unosl!mites preestablecidos. l termostato va situado frecuentemente en la boca de salida de la culatadel motor. Cuando la temperatura del agua es inferior a la prevista, el termostato cierra la v$lvulade paso impidiendo la salida del agua (acia el radiador, con lo cual la circulación se establecedirectamente desde la bomba, #ue al aspirar el agua caliente y mandarla al circuito interno sinrefrigerar, (ace #ue el agua ya caliente alcance pronto mayor temperatura. Cuando el agua (aalcanzado la temperatura adecuada, el termostato abre la v$lvula de%ando libre la circulación (aciael radiador, con lo cual se establece el funcionamiento normal del circuito de refrigeración.&isten varios tipos de termostatos. Eay termostatos denominados de >fuelle> y los m$s utilizadosactualmente, los termostatos de >cera>.

Bermostato de ceral funcionamiento del termostato se basa en el considerable cambio del volumen de la cera a una

temperatura predeterminada. "l llegar a esta temperatura, la cera ?8@ se e&pande en la c$psula ?2@y empu%a la membrana de goma ?F@ unida a la varilla ?G@ como sta es solidaria al puente fi%o ?H@,no puede moverse y, en consecuencia, la c$psula ?2@ se desplaza (acia aba%o, venciendo laresistencia del muelle ?A@. l movimiento de la c$psula abre la v$lvula ?=@, #ue se apoya en elasiento ?9@, y el agua penetra a travs del paso abierto.

Cuando la cera recupera su temperatura inicial, su volumen se reduce y la c$psula asciende denuevo, ayudada por la reacción del muelle al final de la ascensión, la v$lvula cierra el paso delagua de refrigeración. l termostato regula as! el flu%o del l!#uido refrigerante y permite #ue el

circuito de refrigeración mantenga en el motor la temperatura idónea de la marc(a.



Ventilador

l ventilador sirve para impulsar el aire a travs del radiador para obtener una me%or y m$s eficazrefrigeración, pero ello no siempre es imprescindible cuando la velocidad del ve(!culo es suficientepara producir la refrigeración por el simple desplazamiento r$pido del mismo. n estos casos sepuede desconectar el ventilador consiguiendo as! una marc(a m$s silenciosa del automóvil y unmenor consumo de combustible.

l ventilador puede ser accionado por+5el motor trmico,5un motor elctrico, especifico para este cometido.



l accionamiento del ventilador por el motor trmico puede ser de forma directa o mediante unacorrea de accionamiento. n este caso el ventilador se mover$ continuamente mientras lo (aga elmotor trmico.'ara poder conectar y desconectar el giro del ventilador cuando es accionado por el motor trmico,necesitamos de un sistema #ue pueda acoplar y desacoplar el ventilador, teniendo en cuenta latemperatura del motor. &isten varios sistemas de acoplamiento del ventilador al motor trmico.

"coplamiento mediante electroim$nl sistema consiste en acoplar sobre la polea ?8@ #ue mueve la bomba de agua, un electroim$n ?2@#ue recibe corriente a travs de un anillo rozante ?G@ y un termo contacto ?F@ situado en el circuitode agua de la culata. n las paletas del ventilador ?A@, #ue gira libre e independiente de la bomba y#ue va montado sobre el mismo $rbol ?9@ por medio de un rodamiento ?I@, va acoplada unaarmadura ?H@ su%eta al ventilador por medio de un sistema el$stico [email protected] la temperatura del agua ba%a a los HA ºC el termostato ?F@ se abre, interrumpiendo lacorriente al electroim$n, con lo cual el ventilador #ueda fuera de servicio. Cuando la temperaturadel l!#uido refrigerante llega a los 9A ºC se cierra nuevamente el circuito elctrico del electroim$n,atrayendo a la armadura y (aciendo solidario el ventilador a la polea de mando, con lo cual stepermanece en funcionamiento.

"ccionamiento del ventilador mediante motor elctrico, en este caso el movimiento del ventiladores independiente del motor trmico. l ventilador se conecta y desconecta autom$ticamentemediante un interruptor trmico ?termo contacto@, tarado para la cone&ión entre I0 y I9 ºC y ladescone&ión 92 a I0 ºC.l circuito elctrico se compone de un termo contacto, un rel y el propio motor elctrico. l termocontacto consta de un elemento bimet$lico #ue al calentarse cierra un contacto elctrico #uealimenta el motor elctrico. l termo contacto va instalado en la salida del radiador.l tama6o del ventilador y la potencia del motor elctrico dependen de si el motor es Diesel ogasolina. Bambin depende de si el automóvil monta o no aire acondicionado.



)e pueden montar uno o dos ventiladores, a su vez cada ventilador puede ser de una o dosvelocidades. n los automóviles con aire acondicionado el >condensador> va situado %unto con elradiador, con esto se consigue #ue ambos elementos se refrigeren con el aire #ue c(oca con laparte delantera del ve(!culo cuando este se mueve. l ventilador o los ventiladores adem$s derefrigerar el >radiador> tambin lo (acen con el >condensador>. 'or esta razón es necesario deunos ventiladores m$s potentes o el uso de dos ventiladores cuando el ve(!culo monta aireacondicionado.

*!#uidos refrigerantes y anticongelantes

Como l!#uido refrigerante se emplea generalmente el agua por ser el l!#uido m$s estable yeconómico, pero se sabe #ue tiene grandes inconvenientes, ya #ue a temperaturas de ebullición el



agua es muy o&idante y ataca a las partes met$licas en contacto con ella. 'or otra parte, y debidoa la dureza de las aguas ?muc(a cal@ precipita gran cantidad de sales calc$reas #ue pueden

obstruir las canalizaciones y el radiador. tro de los inconvenientes del agua es #ue atemperaturas por deba%o de 0 ºC se solidifica, aumentado de volumen, lo cual podr!a reventar los

conductos por los #ue circula.'ara evitar estos inconvenientes del agua se emplean los anticongelantes, #ue son unos productos

#u!micos preparados para mezclar con el agua de refrigeración de los motores y conseguir lossiguientes fines+

5Disminuir el punto de congelación del l!#uido refrigerante, el cual, en proporciones adecuadas,(ace descender el punto de congelación entre A y GA ºC por tanto, la proporción de mezcla estar$en función de las condiciones climatológicas de la zona o pa!s donde circule el ve(!culo.5"umentar la temperatura de ebullición del agua, para evitar perdidas en los circuitos #ue traba%enpor encima de los 800 ºC.5vitar la corrosión de las partes met$licas por donde circula el agua.

l principal aditivo del anticongelante es el compuesto por glicerina o alco(ol, el producto m$sutilizado es >etilenglicol>. l punto de congelación se determina seg<n el porcenta%e de esteelemento. l anticongelante puro se mezcla, a poder ser, con agua destilada en distintasproporciones, #ue determinaran un punto de congelación m$s ba%o.

Anticongelante puro

(%)

Punto de

congelación (º C)20 5 80

GG 5 89

FF 5 G0

A0 5 G=

ulbo de temperatura+ 'or lo general est$ ubicado en el radiador y no es m$s #ue un interruptor #ue funciona contemperatura, tiene dos conectores uno de entrada y otro de salida, cuando el sensor llega a ciertatemperatura une los dos contactos de%ando pasar la corriente.

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