REFRIGERACIÓN

REFRIGERACIÓN
INTRODUCCIÓN
La
combustión,
cuando
se
realiza
normalmente, alcanza temperaturas instantáneas
que llegan a superar los 2500º C. Es por lo que los
elementos del motor más próximos a la cámara de
compresión se calientan, hasta el punto que
pueden alcanzar temperaturas tan elevadas que
podrían, si no se refrigeran, provocar su fundición.
Tanto el cilindro, como el pistón, como la
cámara de combustión, como las válvulas de
escape requieren refrigeración, siendo estas
últimas las que más dificultades ofrecen ya que
para evacuar de ellas el calor sólo puede hacerse
uso de sus guías y de sus asientos en la culata.
Es importante señalar que la refrigeración no
debe ser excesiva, ya que si la temperatura del
motor no alcanza un cierto valor, la combustión no
se realiza con normalidad, lo que hace que el
motor funcione sin regularidad, y el aceite
lubricante resulta excesivamente viscoso, lo cual,
como se verá más adelante puede ser causa de
problemas en el motor. Si es demasiado alta
puede causar, además de mal funcionamiento,
importantes averías.
Figura 1.- Refrigeración por aire.
En los motores que se usan en vehículos que
se mueven a gran velocidad, se aprovecha
normalmente el aire que choca contra las aletas
durante el desplazamiento, en cambio, cuando los
vehículos son de marcha lenta, o incluso trabajan
sin moverse, como es el caso de los tractores o de
las motosierrras, se usa refrigeración forzada
mediante un ventilador que, accionado bien desde
el cigüeñal, bien con un motor eléctrico, impulsa el
aire y, mediante conducciones adecuadas, llega a
las zonas a refrigerar.
Cuando se calculan los rendimientos de un
motor alternativo se obtiene que, de la energía del
combustible, tan solo se aprovecha del 30 al 35%,
y es precisamente la refrigeración la principal
causa de tan bajo rendimiento. Es por lo que el
sistema de refrigeración debe ser capaz de
evacuar la cantidad de calor necesaria, sin
excesos
ni
defectos
que
reduzcan
el
aprovechamiento que de la energía del
combustible hace el motor.
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
La
refrigeración
de
los
motores
alternativos que se utilizan en las máquinas
agrícolas, puede hacerse por aire o por agua.
• La refrigeración por aire evacua el calor
del motor mediante una corriente de aire
atmosférico.
Para mejorar la eficiencia, los motores que se
refrigeran por aire, disponen aletas de irradiación,
de longitud proporcional a la cantidad de calor a
evacuar, en las zonas a refrigerar.
Figura 2.- Refrigeración forzada por aire.
Además de una gran simplicidad mecánica,
este sistema de refrigeración se caracteriza por su
poco peso y por sus bajas necesidades de
entretenimiento, en cambio es ruidoso y está
sometido a irregularidades en el nivel de
refrigeración que realiza, ya que la temperatura
ambiente incide en su trabajo, hasta tal punto que
el rendimiento volumétrico del motor se puede ver
condicionado.
• La refrigeración por agua consiste en hacer
circular una masa de líquido por los huecos que, al
fundir el acero para conformar el bloque y la culata
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del motor, se dejaron para que por transmisión se
evacuase el calor de las zonas a refrigerar.
Este sistema consiste en un circuito de agua,
como el que en esquema se presenta en la figura
siguiente:
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• La bomba de agua es de tipo centrífugo, y
consta de una carcasa de aleación ligera, unida al
bloque motor en cuyo interior gira una turbina
accionada desde el cigüeñal mediante una correa
y dos poleas. Desde una de las poleas hasta la
turbina el movimiento se transmite mediante un eje
que gira sobre rodamientos de bolas, en el cual,
para evitar fugas de líquido, se coloca un retén
que actúa como prensaestopas.
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1.- Depósito inferior.
2.- Bomba.
3.- Motor con cámaras de
circulación de agua.
4.- Termostato.
5.- depóstio suprior.
6.- Tapón rocado.
7.- Válvulas de paso.
8.- Depóstio de expansión.
9.- Radiador.
10.- Ventilador.
Figura 3.- Circuito de refrigeración por agua con circulación
forzada por bomba.
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1.- Polea de accionamiento.
2.- Rodamiento.
3.- Retén.
4.- Árbol.
5.- Bomba.
Figura 4.- Bomba de agua.
El funcionamiento es como sigue:
El agua contenida en un depósito, denominado
radiador, la cual normalmente lleva un fluido
anticongelante disuelto en ella, sale por la parte
inferior del mismo e, impulsada por una bomba de
tipo centrífugo circula por los huecos del motor,
entrando en contacto con las paredes del cilindro y
de la cámara de combustión y evacuando la parte
del calor producido en la combustión que
absorben los elementos del motor, que, como se
ha expuesto es preciso eliminar. El agua circula en
un circuito cerrado que la lleva, refrigerada desde
la parte inferior del radiador, por el interior del
motor, y caliente por la energía absorbida, desde
la parte superior de la culata hasta la parte
superior del radiador, donde es enfriada a su paso
por un panel intercambiador de calor con el aire
atmosférico.
Como el motor debe tener una temperatura
media próxima a 80-90º C, y el salto térmico en el
agua desde la temperatura de entrada al bloque y
la de su salida por la culata, para hacer que el
motor alcance tras su arranque rápidamente la
temperatura de régimen y para evitar cambios
bruscos entre la temperatura y salida del agua de
refrigeración en el motor, se coloca en el circuito
una válvula termostática que regula el paso del
líquido, desviándolo de nuevo hacia la bomba o
haciéndolo pasar por el radiador.
Una corriente de aire producida por
un
ventilador movido por el propio motor, además de
forzar el paso del aire a través del radiador para
mejorar su eficiencia, refrigera otros elementos
tales como el generador de corriente o los
conductos de escape.
El caudal que envían este tipo de bombas es
proporcional al cubo de su velocidad de giro, por
lo que se adaptan automáticamente a las
necesidades de refrigeración del motor ya que,
cuanto más rápidamente gira el motor, más caudal
de agua envían y mayor es la capacidad de
refrigeración.
• La válvula reguladora de temperatura, se
sitúa en la salida de agua caliente de la culata,
mantiene la temperatura ideal de funcionamiento
del motor. La cual como se ha debe mantenerse
próxima a 85º C para obtener un funcionamiento
redondo del motor con un rendimiento máximo.
La referida válvula, graduada a la temperatura
de funcionamiento del motor, cuando la
temperatura del agua es inferior a la necesaria,
cierra el paso hacia el radiador, con lo cual entra
de nuevo en la bomba sin ser refrigerada, lo que
hace que alcance muy pronto la temperatura de
régimen. Cuando ha alcanzado la temperatura
adecuada la válvula deja libre la circulación hacia
el radiador, con lo que antes de entrar en el motor
es refrigerada.
El principio de funcionamiento de la válvula
reguladora de temperatura consiste en aprovechar
la dilatación que origina el aumento de
temperatura en algunos materiales. Para ello se
colocan en un fuelle el cual se une a la cabeza de
una válvula que abre y cierra un orificio por el que
debe pasar el fluido refrigerante. Cuando la
temperatura aumenta el fuelle se dilata y abre el
paso del líquido.
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En la figura pueden apreciarse las dos
posiciones extremas de funcionamiento.
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1.- Depósito superior.
2.- Depósito inferior.
3.- Boca de entrada.
4.- Boca de salida.
5.- Boca de vaciado.
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Figura 7.- Conjunto de radiador.
En el depósito superior va situada una boca de
llenado, que se cierra con un tapón que lleva
incorporadas dos válvulas antirretorno cuyo
esquema, según la nomenclatura I.S.O., se
muestra en la siguiente figura:
Figura 5.- Esquema de funcionamiento
de un termostato de fuelle.
En los vehículos actuales, para alcanzar
rápidamente la temperatura de régimen y
mantenerla
independientemente
de
las
condiciones climáticas, el ventilador funciona
accionado mediante un motor eléctrico que se
pone en marcha sólo cuando el motor supera la
temperatura deseada. Para ello utilizan un sencillo
circuito electrónico, como el que se muestra en la
siguiente figura:
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Figura 8.- Esquema I.S.O. de válvulas del tapón.
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1.- Conexión a depósito superior.
2.- Válvula antirretorno de descarga.
3.- Válvula antirretorno de llenado.
4.- Depósito de expansión.
1.- Batería.
2.- Resistencia.
3.- Termistor.
4.- Transistor.
5.- Relé.
6.- Motor.
7.- Ventilador.
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Figura 6.- Sistema de acoplamiento automático del ventilador.
Este sistema de accionamiento del ventilador,
de forma independiente del motor, consigue un
mayor rendimiento, un menor consumo específico
y reduce la emisión de ruidos producidos por el
motor.
• El radiador es un contenedor de líquido
formado por dos depósitos, uno superior y otro
inferior, unidos entre sí de forma que el agua
circula al pasar de uno a otro por conductos que
ofrecen, además de una gran conductividad
térmica, una alta superficie de irradiación.
En condiciones normales de temperatura del
motor ambas válvulas se mantienen cerradas por
la acción de sus respectivos muelles, pero cuando
la temperatura del motor supera la prevista, la
presión del vapor aumenta hasta sobrepasar la
acción del muelle que impide la salida, y el vapor
de agua sale y se licúa, fuera del radiador, en un
depósito anejo denominado vaso de expansión.
Cuando el agua del radiador se enfría se produce
un vacío interno que hace que la segunda válvula
se abra y el líquido del vaso de expansión pase de
nuevo al radiador, con lo que se restablece
automáticamente el nivel.
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1.- Vaso de expansión.
2.- Tubo de goma.
3.- Radiador.
Figura 9.- Vaso de expansión.
• En los tractores, como en general en todos
los vehículos, se coloca, en lugar fácilmente visible
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por el tractorista, un termómetro indicador de la
temperatura del agua de refrigeración, que permite
evitar los importantes problemas que podría
ocasionar un calentamiento excesivo del motor.
• El agua de refrigeración, que ofrece
inconvenientes que es preciso evitar, como son su
poder oxidante y su punto de congelación, se usa
disolviendo en ella aditivos químicos a base de
alcohol etílico mezclado con glicerina y otros
productos, que reducen su capacidad de
corrosión, su punto de congelación y la formación
de espumas.
USO Y ENTRETENIMIENTO
El sistema de refrigeración de los motores
alternativos constituye una parte de los mismos
que
ofrece
muy
pocos
problemas
de
funcionamiento y exige poco entretenimiento.
En el sistema de refrigeración por aire sólo es
necesaria la limpieza esporádica de las aletas, la
cual debe hacerse tanto más frecuentemente
cuanto peores sean las condiciones de trabajo de
la máquina, y el mantenimiento de la tensión de
las correas de accionamiento del ventilador.
En el sistema de refrigeración por agua la
avería más frecuente es la pérdida de agua en los
manguitos de unión y en la bomba, lo cual se
manifiesta rápidamente por disminución del nivel
de líquido del vaso de expansión y por aumento de
la temperatura del termómetro indicador.
Otra posible
avería es el calentamiento
excesivo del agua del radiador. Esta puede ser
debida a fallo de funcionamiento de la válvula
termostática o a destensado de la correa de
accionamiento del ventilador. En el caso de que la
temperatura alcance valores excesivamente altos
es preciso detener el vehículo ya que, debido al
calentamiento, pueden aparecer importantes
averías, que pueden ir desde la rotura de la junta
de culata hasta el gripado del motor.
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