Sistema de refrigeración
Sistema de refrigeración,
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tiene como objetivo mantener una temperatura óptima durante el funcionamiento del motor.
1 Introducción
2 Clasificación de los sistemas de refrigeración
3 Funcionamiento del circuito de refrigeración presurizado
4 Partes del sistema de refrigeración presurizado
4.1 1 – Radiador
4.2 2 – Mangueras o manguitos
4.3 3 – Bomba de agua
4.4 4 – Conductos internos
4.5 5 – Termostato
4.6 6 – Depósito de expansión
4.7 7 – Ventilador
4.8 8 – Termocontacto o bulbo de temperatura
4.9 9 – Poleas y correas
4.10 10 – Dispositivos de información y control
Introducción
Durante el tiempo de explosión, en el interior del cilindro, en la cámara de combustión se alcanzan temperaturas que varían de 2000 a 2500 °C.
En las fases de admisión, expansión y escape de los gases se elimina parte del calor, pero no es suficiente, aun la temperatura es extremadamente alta.
Para que el motor funcione correctamente se debe disipar parte del calor liberándolo hacia la atmósfera.
Cuando el sistema de refrigeración no funciona correctamente, puede ocurrir alguna de los siguientes situaciones:
Si la temperatura comienza a superar los 300 °C, el aceite se vuelve extremadamente fluido y se degrada.
La culata o tapa de cilindros, las válvulas y los pistones y demás componentes involucrados, se calientan de forma excesiva por el rozamiento, pueden provocar el debilitamiento de sus propiedades mecánicas.
Por la alta temperatura se puede destruir la capa lubricante en las paredes de los cilindros, provocando el rozamiento entre pistón, aros con la camisa del cilindro.
Se produzca el dilatamiento del metal y las piezas en movimiento se agarroten ocasionando el gripaje o agarre del motor.
Los autoencendidos o detonaciones se producen por estar la cámara de combustión al rojo.
Para mantener el motor entre los 90 a 95 °C, el sistema de refrigeración debe extraer del 25 al 30 % del calor generado en la cámara de combustión.
Para disipar la temperatura se rodea con fluido refrigerante las zonas expuestas.
El calor de los componentes es disipado por conducción desde las zonas más calientes a las más frías por medio del fluido refrigerante.
Un enfriamiento excesivo perjudicaría al rendimiento del motor, por este motivo es que el sistema de refrigeración debe evacuar el calor perjudicial al motor.
Si el motor funciona excesivamente frío puede suceder que aumente la viscosidad del lubricante, aumentando el rozamiento y, por supuesto el desgaste en las piezas implicadas.
Clasificación de los sistemas de refrigeración
Los sistemas de refrigeración se pueden clasificar en:
Refrigeración directa por aire
Refrigeración libre
Refrigeración forzada
Refrigeración indirecta por líquido
Circuito abierto
Circuito cerrado
Refrigeración mixta
Circuito abierto
Circuito presurizado
En esta publicación solamente explicaremos el sistema de refrigeración mixta de circuito presurizado.
El circuito presurizado de refrigeración mixta es el utilizado actualmente en los vehículos.
Funcionamiento del circuito de refrigeración presurizado
La bomba de agua, que está acoplada a una correa y que es movida por el propio motor, succiona el líquido refrigerante del radiador.
Cuando al momento de succionar, el faltante de líquido es compensado con el líquido de reserva que se encuentra en el depósito de expansión.
De esta manera es obligado a circular por todo el circuito interno del motor, regresando al radiador para ceder el calor transmitido por el motor a la atmósfera.
Circuito de refrigeración presurizado
Circuito de refrigeración presurizado
La temperatura de funcionamiento del motor debe ser óptima, para lograr esto el líquido no debe pasar al radiador hasta alcanzar una determinada temperatura.
El termostato es el elemento que regula la temperatura del motor y el caudal de líquido refrigerante.
Cuando el vehículo está en movimiento el líquido refrigerante es enfriado por el radiador al recibir aire.
El ventilador es el encargado de enfriar el líquido refrigerante cuando el automóvil no está en movimiento.
Cuando el líquido alcanza una temperatura elevada, se pone en marcha el ventilador o electroventilador que es controlado por un termocontacto o bulbo de temperatura u otros sistemas controlados por la computadora o ECU de gestión del motor.
En los vehículos se colocan diferentes elementos informativos para monitorear el sistema de refrigeración, entre ellos se encuentran:
Captadores de temperatura.
Captadores de nivel.
Avisadores luminosos.
Relojes.
Partes del sistema de refrigeración presurizado
El sistema está constituido por las siguientes partes:
Partes del sistema de refrigeración presurizado
Partes del sistema de refrigeración presurizado
1 – Radiador
Radiador
El radiador es el elemento que tiene por finalidad el intercambio de calor entre el líquido refrigerante y el aire de la atmósfera.
Se une por medio de mangueras o manguitos, en su parte inferior está unido al bloque de motor, que se conectan a la bomba.
En su parte superior, está conectado a la culata o tapa de cilindros, y entre medio se encuentra el termostato.
Se sitúa en la parte delantera del motor para facilitar el contacto con el aire.
Si deseas leer más sobre el radiador lo puedes hacer aquí.
2 – Mangueras o manguitos
Mangueras o manguitos
Las mangueras o manguitos son los tubos que unen el radiador con el motor y con otros elementos del sistema de enfriamiento, se sujetan con abrazaderas y están fabricados de goma flexible resistentes a la temperatura y a las vibraciones del motor.
3 – Bomba de agua
Bomba de agua
La bomba de agua es la encargada de hacer circular el líquido refrigerante de esta manera garantizar la evacuación del calor del interior del motor al radiador por medio de conducción.
Cuando el motor trabaja en altas revoluciones entonces la temperatura es mayor, al girar la bomba en conjunto por medio de una correa, la evacuación del calor también será mayor.
Las bombas que se usan son de tipo centrífuga y su diseño dependerá de la potencia del motor y el calor a evacuar.
4 – Conductos internos
Conductos internos
La bomba impulsa el líquido refrigerante desde el radiador hacia el interior del motor a través del conducto de la bomba, comunicado con las galerías internas.
Los conductos internos deben de estar limpios, para facilitar la circulación del líquido.
La culata y el bloque de motor se refrigeran en serie por un circuito que está dividido en dos, pasando el líquido desde el bloque hacia la culata.
En algunos motores el termostato regula ambos circuitos de refrigeración que están divididos en dos circuitos paralelos, uno para el bloque y otro para la culata.
5 – Termostato
Termostato
Como se dijo anteriormente, si el motor trabaja frío la combustión no se realiza en condiciones ideales provocando vapores que condensan en el cilindro que terminan diluyendo el aceite, complicando la lubricación y por lo tanto provoca bajo rendimiento del motor y un alto desgaste.
Cuando el motor trabaja con un calor excesivo puede suceder que el líquido refrigerante llegue a hervir, provocando serios daños al motor.
La temperatura del motor la controla el termostato y quién la regula es el líquido refrigerante.
Cuando la temperatura es inferior a los 70 °C el termostato permanece cerrado impidiendo que el líquido refrigerante del motor fluya hacia el radiador, enviándolo de nuevo hacia la bomba.
Cuando el líquido alcanza una determinada temperatura, aproximadamente 85 °C, el termostato le permite el paso al radiador.
Si deseas tener más información sobre el termostato puedes leerlo aquí.
6 – Depósito de expansión
Depósito de expansión
El depósito de expansión es el encargado de recoger el vapor del líquido refrigerante y condensarlo, cuando el motor está en funcionamiento y comienza a levantar temperatura normal de funcionamiento, entonces el líquido alcanza cierta presión y se evapora.
Al enfriarse el motor, el líquido se contrae y por lo tanto disminuye su volumen.
Click aquí si necesitas saber más sobre el depósito de expansión.
7 – Ventilador
electroventilador
Para poder refrigerar el motor y el radiador se hace uso de un ventilador. El ventilador crea una corriente de aire que pasa, a través del radiador, hacia el motor.
El ventilador es necesario, cuando el motor se encuentra en ralentí y cuando el aire no es suficiente para refrigerar el líquido refrigerante
Los ventiladores pueden ser de cinco tipos diferentes:
De accionamiento directo o convencionales.
Con accionamiento eléctrico o electroventiladores.
Con regulación termostática o acoplamiento viscoso.
Con acoplamiento electromagnético.
Con accionamiento hidrostático.
Click aquí para más información.
8 – Termocontacto o bulbo de temperatura
Termocontacto o bulbo de temperatura
Es un interruptor térmico que por la acción de la temperatura abre o cierra un contacto.
Cuando la temperatura del líquido refrigerante va en aumento entonces el interruptor cierra el contacto, de esta manera envía la corriente hacia el ventilador.
El ventilador se pone en funcionamiento hasta bajar la temperatura del líquido, otra vez actúa el termocontacto y abre el circuito, deteniendo al ventilador.
9 – Poleas y correas
Las poleas son ruedas conductoras, o conducidas, encargadas de accionar un accesorio del motor.
Las correas son las encargadas de transmitir el movimiento entre las poleas.
Para que la bomba de agua funcione y haga circular el líquido refrigerante es necesario que monte estos elementos.
10 – Dispositivos de información y control
Reloj de temperatura
En el tablero de instrumentos se encuentra un testigo que indica la temperatura de motor, la del líquido refrigerante.
Estos instrumentos son contorlados por un transmisor con una resistensia de tipo NTC que se encuentra en contacto con el líquido refrigerante. Los indicadores pueden ser analógicos o digitales.
Cuando la temperatura supera ciertos valores máximos entonces se iluminará una luz roja en el tablero de instrumentos, es un termointerruptor.
También existen los testigos luminosos de nivel de líquido, el testigo lo conecta o desconecta un interruptor movido por un flotador que se monta en el vaso de expansión.
11 – Circuitos asociados (Calefacción)
¿Cómo funciona la calefacción del coche?
Como puede que sepas, los sistemas de calefacción de los coches aprovechan el calor generado por el propio funcionamiento del motor para calentar su interior.
Por este motivo, y a diferencia del aire acondicionado, la generación del calor no consume apenas combustible. El único gasto, es el del ventilador que hace pasar el aire al habitáculo. Éste consume energía eléctrica que viene de la batería, que a su vez es cargada por el alternador.
¿Y cómo funciona la calefacción? El radiador (apoyado por el ventilador) es el encargado de que ese exceso de temperatura se aproveche para calentar el habitáculo. Existen tres sistemas calefactores diferentes: mecánicos, automáticos y eléctricos.
Los primeros son los más antiguos y funcionan gracias a un pequeño radiador montado detrás del tablero de instrumentos que se conecta mediante dos manguitos al sistema de refrigeración del motor. En este sistema, únicamente podemos modular la velocidad del flujo de aire (la temperatura siempre es la misma); seleccionar la salida de aire (hacia el parabrisas, hacia delante, a los pies…); así como la apertura o cierre de las toberas y su orientación.
Mientras, los automáticos son más modernos y muy variados. Básicamente, la forma de obtener el calor y su funcionamiento (salvo excepciones como los vehículos eléctricos) es semejante al de los sistemas antiguos, pero con una diferencia fundamental: todas las acciones se realizan de manera automática seleccionando tan solo la temperatura que deseamos. Un módulo electrónico controlado por microprocesador verifica la temperatura interior y exterior y, en función de ellas, adapta los elementos para conseguir la solicitada.
Por su parte, los calefactores eléctricos funcionan en sistemas de calefacción en los que no es necesario que el motor se caliente para obtener calor rápidamente.
Consejos para un uso eficiente de la calefacción
Ante todo, lo primero que debes saber es que debes tener paciencia cuando hace frío, porque, por lógica, el vehículo tarda más en generar calor. Por este motivo, conviene esperar algo de tiempo desde que arrancamos el coche y hasta que pongamos la calefacción. Y es que, si el coche aún no está caliente, el aire que llegue al habitáculo si encendemos la calefacción de inmediato tampoco será caliente; al contrario, enfriará más el interior del vehículo.
De este modo, una vez en marcha, conseguiremos un ambiente más agradable si seleccionamos la opción de distribuir el aire caliente hacia los pies y al parabrisas al mismo tiempo. Aseguraremos el máximo confort, ya que, por un lado, el aire caliente tiende a subir, y además evitaremos que el parabrisas se empañe.
Por otra parte, ten presente que el buen estado del circuito de refrigeración del motor es clave en el mantenimiento de la calefacción del coche, ya que este sistema está conformado por un radiador al que están conectadas las mangueras del líquido refrigerante del motor.
De este modo, conviene que vigiles el nivel del líquido refrigerante con frecuencia y utilizar siempre uno que cumpla con las especificaciones que describe el fabricante de tu coche. También debes revisar que las mangueras que transportan el refrigerante hacia el radiador están en buenas condiciones.
¿Por qué sale frío el aire?
Hay coches que necesitan más tiempo que otros para alcanzar la temperatura necesaria, pero si al cabo de un rato no percibes mejora en la temperatura interior es que hay un problema que puede tener diferentes orígenes.
En este sentido, cabe recordarte que la entrada de calor en el interior del vehículo se produce gracias al funcionamiento de un conjunto de elementos. Por ello, pueden ser uno o varios de ellos los que causen una disfunción del sistema, que acabe provocando aire frío en invierno cuando no lo deseamos.
Así, las causas más frecuentes del mal funcionamiento de la calefacción suelen ser por un fallo del termostato, de la bomba de agua eléctrica o por el taponamiento interno de algún manguito de agua o de una electroválvula.
De igual forma, un fallo de algún componente del motor que no le permita alcanzar la temperatura adecuada de trabajo puede ser el que genere el problema.
Cómo mantener la calefacción en buen estado
Para que funcione adecuadamente, debemos cuidar la calefacción del coche a lo largo de todo el año. Poner en funcionamiento por unos minutos tanto el aire acondicionado —también en invierno— como la calefacción —en verano— de manera regular nos ayudará a evitar que se averíen por falta de uso. Por ejemplo, en el caso de la calefacción, el objetivo es evitar que se estropee la válvula de paso del líquido refrigerante por falta de uso.
Asimismo, y como hemos comentado antes, hay que evitar conectar la calefacción nada más entrar en el coche. Por mucho frío que haga, esperar unos minutos a que el motor se caliente nos ayudará a que el sistema funcione siempre correctamente.
Igualmente, no debemos olvidarnos nunca de la necesidad de revisar el funcionamiento del sistema de calefacción en el taller. Los profesionales nos ayudarán a estar seguros de que todos los elementos funcionan como deben con una rápida revisión que, además, ayudará a mejorar la seguridad de nuestro coche.
Motor refrigerado por aire
Funcionamiento
El sistema se basa en la circulación del aire que fluye alrededor del bloque del motor, y especialmente sobre los cuerpos de los cilindros (sobre los que se dispone una superficie con aletas, cuya gran superficie facilita la disipación del calor). Este movimiento favorece el intercambio de calor entre el flujo de aire fresco y la superficie metálica caliente del motor, enfriándolo.
Refrigeración solo por aire
Motor con enfriamiento por aire forzado
El enfriamiento puede ser de los siguientes tipos:
Refrigeración por aire directa: el motor está "al descubierto" (como en las motocicletas), y el aire de refrigeración está en movimiento gracias a la propia marcha del vehículo (en este caso, se puede hablar de enfriamiento libre)
Refrigeración por aire forzada: el motor está "cubierto" (como en los automóviles o los escúteres) y la circulación de aire es forzada por ventiladores especiales (normalmente, la circulación directa también se mantiene a través de tomas de aire y rejillas diseñadas al efecto)
Refrigeración aire-aceite
Véase también: Suzuki Advanced Cooling System
En los motores de 4 tiempos refrigerados por aire, el aceite del motor ayuda al aire a mantener constante la temperatura de funcionamiento del motor al deslizarse dentro de los conductos presentes en el cilindro, de manera similar al sistema líquido. El sistema SACS (Suzuki Advanced Cooling System) es un auténtico sistema de este tipo, aunque en esta denominación a menudo se incluyen motores con un sistema para enfriar el aceite del motor mediante un radiador, en el que no se utiliza el poder refrigerante de la circulación del aire cuando incide directamente sobre los cilindros.
Diseño
Este sistema de enfriamiento se puede optimizar aún más adoptando algunas características especiales de diseño2
Aletas de base ancha: unas aletas gruesas en la base y delgadas en las puntas permiten reducir la temperatura de manera más homogénea y mejorar el enfriamiento.
Mejor contacto entre el barril y el cilindro: cuando se dispone de un cilindro de hierro fundido o acero revestido por una carcasa de aluminio, para mejorar la propagación térmica entre los dos metales es preferible utilizar una superficie de contacto corrugada (pliegues o costillas). Esta mayor superficie de contacto permite mejorar el flujo de calor.
Disposición optimizada: al diseñar las zonas de unión de manera apropiada y con espesores adecuados, es posible optimizar el enfriamiento y hacer un mejor uso de las aletas de enfriamiento.
Ventajas
El sistema de aire se caracteriza por:
Simplicidad constructiva
Economía del sistema
Sin mantenimiento periódico
Un menor peso en comparación con el sistema de enfriamiento líquido (agua, soluciones acuosas u otros)
Desventajas
El sistema de aire se caracteriza por:
Capacidad de enfriamiento reducida, debido a las menores propiedades de intercambio de calor del aire en comparación con el líquido refrigerante.
Control no óptimo de la temperatura del motor, que puede estar sujeto a cambios bruscos de temperatura.
Mayor ruido mecánico, debido al cilindro menos grueso.
Depósitos de barro, polvo o suciedad entre las aletas de refrigeración pueden mermar sensiblemente su rendimiento.
Mayores limitaciones de diseño y configuración que la refrigeración líquida.
Utilización
El enfriamiento por aire se había extendido, especialmente en el pasado, en el sector de las motocicletas, donde era más fácil valerse de la circulación directa del aire. Con la propagación de motores equipados con tecnologías particulares (el cabezal de válvulas múltiples, sobre todo), la necesidad de bajar las temperaturas ha aumentado, y por lo tanto, desde la década de 1980 se ha reducido el uso de este sistema a favor de los sistemas con líquidos. También en el sector automotriz, la refrigeración por aire, por las mismas razones, prácticamente ha desaparecido hoy en día. Sin embargo, en el pasado hubo muchos ejemplos de automóviles refrigerados por aire, tanto entre los modelos económicos como entre coches deportivos con motor trasero. Todos estos coches tenían motores de dos cilindros o arquitectura bóxer. Todavía se usa en motores especiales para vehículos pesados destinados a situaciones extremas o para pequeños equipos motorizados, como desbrozadoras o motosierras.