Fundamentos del Sistema de Refrigeración del Motor

Sistema de Refrigeración del Motor

La energía aportada por el combustible en un motor térmico se distribuye de la siguiente manera:

• Potencia química (energía del combustible).
• Pérdidas de potencia:
  • Calor perdido en los gases de escape (30-35%).
  • Calor evacuado por el sistema de refrigeración (25%).
  • Calor perdido por radiación y auxiliares (5-15%).
• Potencia mecánica útil (30-50%).

Esta es la distribución de la energía aportada por el combustible.

Necesidad del Sistema de Refrigeración

La refrigeración es esencial para evitar:

• Refrigeración de elementos:
  • Excesiva dilatación que puede llevar al gripaje del motor.
  • Pérdida de propiedades mecánicas en válvulas, pistones y culata.
  • Coquización en las toberas de inyección.
• Refrigeración del aceite lubricante:
  • Excesiva fluidez del aceite.
  • Degradación del mismo a partir de 300ºC.
  • Formación de barros y depósitos carbonosos.
  • Destrucción de la capa de lubricante en las paredes del cilindro.
  • Fricción seca entre los segmentos y el pistón con la camisa del cilindro.
• Refrigeración del combustible Diesel: El combustible se comprime hasta 150-180 bar en el sistema de alimentación, generando calor que debe ser disipado.

Objetivos del Sistema de Refrigeración

Los principales objetivos del sistema de refrigeración son:

• Mantener temperaturas de servicio constantes.
• Disminuir el tiempo de calentamiento del motor.
• Reducir la emisión de gases contaminantes.
• Reducir el consumo de combustible.

Límites de Temperatura de los Elementos

Para garantizar la durabilidad y el correcto funcionamiento, los componentes del motor deben mantenerse dentro de los siguientes rangos de temperatura:

• Paredes del cilindro: 150 a 200ºC.
• Pistón: 300 a 350ºC.
• Válvula de escape: 700 a 750ºC. Superar esta temperatura reduce su resistencia mecánica y a la corrosión. Para mejorar su refrigeración, estas válvulas pueden rellenarse de sodio.
• Paredes de la cámara de combustión de la culata: 250 a 300ºC.

Aproximadamente el 60-70% del calor que recibe el refrigerante proviene de las paredes de la cámara de combustión y las camisas del cilindro.

Clasificación de los Sistemas de Refrigeración

Los sistemas de refrigeración se clasifican principalmente en:

Refrigeración Indirecta por Líquido

Este es el sistema más común y puede ser:

• Circuito abierto.
• Circuito cerrado:
  • Por circulación forzada (mediante bomba).
  • Por convección (termosifón).

Circuito Sin Presurizar

Permite pérdidas de vapor al exterior.

Circuito Presurizado

Es el sistema más utilizado actualmente. Sus principales ventajas respecto al circuito sin presurizar son:

• El vapor del líquido no se pierde.
• Permite que el motor trabaje a temperaturas más altas del líquido refrigerante sin que hierva, lo que aumenta el rendimiento del motor.
• Los niveles de líquido se restablecen automáticamente.

Elementos más importantes del sistema presurizado:

• Radiador: Es un intercambiador de calor formado por conductos rodeados de numerosas aletas finas. Está situado en la parte delantera del vehículo para aprovechar el flujo de aire exterior.
  • Funciona sin ventilador a elevada velocidad del vehículo.
  • Requiere ventilador a baja velocidad del vehículo o parado.

  Se busca una diferencia de temperatura del líquido entre la entrada y la salida del radiador inferior a 7 °C para evitar grandes diferencias de temperatura entre el líquido del radiador y el del motor, manteniendo un alto caudal de líquido refrigerante.

  La circulación del líquido en el interior del radiador puede ser:

  • Descendente o de flujo vertical.
  • Ascendente y descendente, o de doble flujo.
  • Lateral o de flujo transversal.
• Intercambiador de calor aceite-líquido refrigerante: Es un pequeño radiador que utiliza el líquido refrigerante para mantener el aceite lubricante a una temperatura óptima de funcionamiento.