Refrigeración del Motor: Funcionamiento, Tipos y Componentes Clave
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Sistemas de Refrigeración en Motores: Tipos, Funcionamiento y Componentes
Importancia de la Refrigeración
La refrigeración se encarga de mantener una temperatura adecuada durante el funcionamiento del motor. Si falla la refrigeración pueden ocurrir los siguientes problemas:
- El aceite puede degradarse y volverse fluido.
- Se destruye la capa de lubricante de las paredes del cilindro, provocando que el segmento y el pistón rocen con la camisa.
- Los pistones, válvulas, culata y demás elementos se calientan mucho por el rozamiento, perdiendo propiedades mecánicas.
- El metal se dilata y las piezas en movimiento se agarrotan, produciendo un gripaje del motor.
- Al estar la cámara al rojo vivo, se produce autoencendido y detonaciones.
Límites de Temperatura de los Elementos del Motor
- Paredes del cilindro: de 150 a 200 ºC.
- Pistón: de 300 a 350 ºC.
- Válvula de escape: de 700 a 750 ºC.
- Paredes de la cámara de combustión de la culata: de 250 a 300 ºC.
Motor Adiabático
Un motor adiabático es un motor teórico en el que no hay pérdidas de calor. La energía es transformada por la combustión y aprovechada para realizar el trabajo en el motor.
Tipos de Refrigeración
Refrigeración Directa por Aire
Una corriente de aire atraviesa el motor, cediendo calor directamente a la atmósfera.
Refrigeración Libre por Aire
La corriente de aire incide directamente y de forma natural en el motor gracias al desplazamiento del vehículo.
Refrigeración Forzada por Aire
Un ventilador movido por el motor genera una corriente de aire que debe canalizarse hacia los cilindros. El aire se utiliza para enfriar un radiador por el que circula el aceite lubricante, que a su vez enfría el motor.
Ventajas de la Refrigeración por Aire
- Fabricación más sencilla.
- Menor peso.
- Menor número de averías asociadas a la refrigeración.
- Alcanza más rápidamente la temperatura de trabajo.
Inconvenientes de la Refrigeración por Aire
- Las temperaturas son más altas y los materiales deben ser de mayor calidad.
- Mayores juegos en frío debido a las altas dilataciones provocadas por las diferencias de temperatura existentes entre el trabajo en frío y en caliente.
- Limitado a cilindros pequeños, menores de 150 mm.
- Aumenta el volumen del motor.
- Problemas con la suciedad acumulada en las aletas, que puede provocar inconvenientes en el sistema de refrigeración.
- Aumento de NOx y de autoencendido por las altas temperaturas.
Refrigeración Indirecta por Líquido
Una corriente de líquido circula por unos conductos en el interior del bloque alrededor de los cilindros.
Circuito Cerrado por Convección (Termosifón)
La refrigeración indirecta por líquido en circuito cerrado por convección se basa en la diferencia de densidades existente en un líquido dependiendo de su temperatura. Cuando se calienta el líquido contenido en el bloque alrededor de la parte inferior de los cilindros, el calor llega a la superior por medio de corrientes ascendentes y después pasa a un radiador donde se enfría, provocando otra corriente descendente del líquido.
Circuito Cerrado con Circulación Forzada de Líquido
Una bomba obliga al líquido a circular desde los conductos del motor al radiador. La bomba gira sobre un eje que mueve una polea accionada por el cigüeñal mediante una correa.
Refrigeración Mixta
Aprovecha las ventajas del sistema de circulación forzada por bomba y tiene como diferencia que incorpora un ventilador para ayudar a la refrigeración del líquido en el radiador a bajos regímenes o con el vehículo parado. También incorpora un termostato para regular la temperatura del motor y alcanzar con rapidez la temperatura de funcionamiento.
Refrigeración Mixta de Circuito Presurizado
Es el sistema más utilizado en todos los vehículos.
Ventajas:
- El vapor del líquido no se pierde, evitando tener que rellenar el radiador. Cuando se calienta el líquido, se recoge el vapor en un bote expansor que comunica con el exterior mediante una válvula de seguridad, y cuando se enfría vuelve al radiador o circuito y se restablece el nivel.
- Al estar presurizado el sistema de 100 a 150 kPa, el punto de ebullición del líquido aumenta, disminuyendo la tendencia a la ebullición hasta los 115 o 130 ºC, y se puede trabajar con temperaturas más altas del líquido refrigerante, mejorando el rendimiento del motor.
Componentes Clave del Sistema de Refrigeración
Radiador
El radiador es el elemento del circuito de refrigeración que actúa como intercambiador de calor entre el líquido refrigerante y el aire de la atmósfera.
Termostato
El termostato es una válvula que controla la temperatura del motor a través del líquido refrigerante.
Constitución de un Termostato de Cápsula de Cera
- Dos válvulas, una principal y otra auxiliar, que son accionadas mediante una cápsula de metal que contiene un líquido muy volátil o una cera de un compuesto especial térmicamente expansivo.
- Unos muelles que mantienen cerradas las válvulas en frío.
- Una junta tórica que hace de cierre hermético del termostato en su alojamiento.
Funcionamiento del Termostato
Cuando el líquido refrigerante está casi a 75 ºC, la cera comienza a dilatarse, empujando un vástago metálico y obligando a la cápsula a desplazarse. Con ella comienzan a abrirse las válvulas, comprimiendo los muelles que las mantenían en reposo, y el líquido comienza a fluir de la culata hacia el radiador. Cuando alcanza los 90 ºC, la válvula está abierta y permite la circulación total del líquido hacia el radiador.