MOTORES
Y SUS SISTEMAS AUXILIARES
La
Necesidad De La Refrigeración
Durante
el funcionamiento del motor se alcanzan temperaturas superiores a los 2000 ºC.
Si la refrigeración no fuera rápida y eficaz
se produciría el agarrotamiento y deformación
de las piezas.
Del
calor producido en la combustión, solo una pequeña parte se transforma en
trabajo,el resto se transforma en calor absorbido por las paredes del
cilindro. Debido al movimiento alternativo, las piezas del motor generan un
rozamiento que genera calor que hay que disipar para mantener las propiedades
del lubricante.
El
calor se evacua por medio del sistema de refrigeración, el cual debe de cumplir los siguientes objetivos.
· La temperatura máxima admisible en el
cilindro es del orden de 180 a
220 ºC. temperaturas superiores destruyen el lubricante.
· La temperatura máxima en el centro del pistón
no debe sobrepasar los 300 ºC, ya
que se deformaría.
· En las paredes de la cámara de combustión no
se deben sobrepasar los 250 ºC, ya que se formarían puntos calientes.
· En las
válvulas, las temperaturas superiores a 750 ºC reducen su resistencia mecánica y a la
corrosión.
· El circuito de refrigeración debe de enfriar,
pero no excesivamente, ya que un enfriamiento excesivo bajaría el rendimiento del motor y provocaría un
aumento en la viscosidad del lubricante, aumentando el rozamiento.
· La cantidad de calor que pasa de un gas a una
pared se puede calcular con la expresión Q=k·T·S . Siendo Q el calor transmitido
en kcal, T la diferencia de temperaturas entre pared y gas, K el coeficiente de transmisión en
Kcal/m 2,
y S la superficie de la pared en m 2.
REFRIGERACIÓN
POR AGUA
·
Las paredes de los recintos que envuelven el
cilindro y la culata deben de ser de un espesor lo menor posible, y presentar
gran superficie de contacto.
· En los motores de combustión el sistema
empleado es el de recuperación total del agua refrigerante, para lo cual se
establece una circulación rápida, y se inserta en el circuito un radiador para
transmitir al aire ambiente, el calor absorbido por el motor.
· El caudal de agua G necesario para la
refrigeración se expresa en litros/hora y se calcula con la expresión G=Q / T. Siento T el salto térmico entre la salida y entrada de agua al motor.
· El agua entra al motor por la parte baja del
bloque y sale por la más alta, para
evitar la formación de bolsas de vapor.
Circulación por termosifón
La circulación se consigue aprovechando la diferencia de peso
existente entre el agua caliente del motor y la fría del radiador.
Al
aumentar la temperatura, aumenta el volumen del agua y disminuye su densidad,
subiendo por tanto el agua caliente hacia arriba, y generando un movimiento
natural del líquido refrigerante, el ventilador origina una corriente de aire
que enfría el refrigerante del radiador.
El radiador se suele disponer un poco más alto que el bloque, aumentando así el desnivel entre
la salida al motor y la entrada al radiador, la diferencia de temperaturas
oscila en torno a los 35 ºC, la
principal ventaja que tiene es que es un sistema autorregulado, ya que el
caudal aumenta proporcionalmente a la
temperatura del motor, y demás,
tiene inercia.
Es un sistema sumamente sencillo, aunque solo puede
utilizarse en motores de poca potencia, donde se necesite poco caudal de
refrigerante, para medias y grandes
potencias, ya que se necesitaría un radiador muy grande.
El depósito superior del radiador debe tener gran
capacidad, ya que si el nivel del líquido dentro de él, desciende por debajo
del nivel de entrada procedente del motor, se produciría
el cese de la
circulación del refrigerante.
Actualmente se emplean sistema de circulación forzada,
construidos insertando una bomba que acelera la circulación del refrigerante.
CIRCULACIÓN FORZADA
Se consigue una mejor refrigeración, ya que al aumentar
el régimen de giro, aumenta el caudal de
refrigerante.
Los manguitos de unión entre el bloque y el radiador no
precisan ser tan gruesos, ni ser tan
grande, pudiendo colocar el radiador más bajo con respecto al motor.
La circulación del agua se diseña de forma que la
diferencia de T, no sea superior a
10ºC y deseable 5 ºC, ya que así disminuimos la diferencia de T entre motor y
radiador y aumentamos la diferencia
entre el radiador y aire.
REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA DEL MOTOR
Para conseguir un funcionamiento equilibrado del sistema
de refrigeración, se necesita una regulación. Esta se puede hacer actuando sobre el caudal de agua
en circulación, o actuando sobre el caudal
de aire que atraviesa el radiador.
Primero
se alcanza rápidamente la temperatura de régimen, entre 85 y 90 ºC, y
posteriormente se mantiene esta temperatura.
Otra condición es la dicha anteriormente de mantener la diferencia de temperaturas en el radiador entre 6 y 8 ºC. Para conseguir esta regulación lo
hacemos de la siguiente forma:
·
Mediante
regulación de la circulación de agua por termostato
·
Mediante
un dispositivo que permita el funcionamiento
del ventilador a intervalos
· Mediante
un dispositivo de obturación del radiador,
reduciendo la circulación de aire a su través.
La
eficacia de la refrigeración depende de la temperatura
ambiente, teniendo que actuar en invierno para limitar la refrigeración.
La temperatura de régimen se obtiene lo antes posible, ya
que en frío, el lubricante no se reparte bien por la superficie de las piezas
en movimiento, además parte del carburante no se vaporiza y se condensa en las
paredes del cilindro, resbalando
hacia el cárter y transformándose en gases corrosivos y contaminantes. Para
conseguir un calentamiento rápido del motor se
puede actuar sobre la corriente de aire.
El conjunto de radiador y ventilador es el encargado de
eliminar las calorías excedentes, mientras que el termostato se encarga de
regular la cantidad del refrigerante que pasa por el radiador en función de la
temperatura del motor.
Al no circular agua hacia el
radiador, no se produce su enfriamiento, y rápidamente se alcanza la
temperatura de régimen. El termostato está constituido por una válvula que se
abre o cierra en función de la temperatura del motor.
En frío se corta la
circulación hacia el radiador y se dirige el refrigerante hacia la bomba de
agua y el bloque. En caliente se abre el termostato y deja pasar refrigerante
al radiador.
Al alcanzar los 85 ºC el termostato comienza
a abrirse y a
dejar pasar un poco de refrigerante hacia el
radiador, a los 95 ºC el paso del refrigerante al radiador es máximo.
Se consigue mantener la temperatura del motor entre las temperaturas de apertura y cierre del termostato.
EL RADIADOR
Dado el bajo coeficiente de transmisión de calor del
dispositivo refrigerante al aire, es necesario que el radiador tenga una
superficie grande. Existen distintas disposiciones para la construcción de
radiadores Se construyen en acero, aluminio, cobre o plástico.
La disposición en panal es la que mejor
rendimiento ofrece para una misma superficie
La cantidad de calor disipada en el radiador viene dada
por la expresión Q=k·T(t-t’) siendo
k=coeficiente de transmisión del calor en Kcal/m 2 ºC. A=superficie en m 2.
Los radiadores de aleaciones ligeras tienen mejores
prestaciones que los de acero o cobre, debido a que son más fáciles de laminar y su espesor es menor, y por tanto su
coeficiente de transmisión de calor (k) es mejor.
Al mismo tipo las soldaduras de aluminio
tienen mayor resistencia que las de
estaño de los radiadores de cobre.
BOMBA DE AGUA
Las bombas centrifugas suministran caudales de 1m3/hora a 1000 rpm. El
rodete se apoya en unos cojinetes para
garantizar la hermeticidad del rodete con los
cojinetes, el retén de grafito, está presionado en una empaquetadura por
un muelle.
La bomba permite la circulación por termosifón una vez
parado el motor. En otros casos lleva acoplada un pequeño motor eléctrico que la acciona al parar el motor.
VENTILADORES
La misión del ventilador es activar la circulación de
aire cuando el vehículo circula a
baja velocidad.
Antiguamente se montaban solidarios a la polea de la
bomba de agua, (axiales) obteniéndose un caudal de aire proporcional a las rpm del motor. Por esta razón han sido
sustituidos por los de tipo electromagnético.
Su superficie barre la mayor parte del radiador, ya que
el caudal de aire suministrado aumenta con el cuadrado del diámetro de las
palas. A veces se le monta una carcasa de plástico para redirigir el aire a la
mayor superficie posible de radiador.
Para disminuir el ruido la inclinación de las palas es diferente unas de otras.
Los ventiladores electromagnéticos
disminuyen la absorción de potencia del
motor
Cuando el termo contacto detecta que se ha alcanzado la
temperatura de activación, se cierra y se activa, desactivándose cuando la temperatura desciende 12 ºC
VENTILADOR ELÉCTRICO
Presenta la ventaja de su sencillez, y por
tanto bajo mantenimiento, no absorbe potencia del motor, aunque si de la
batería, sus conexión eléctrica es idéntico al visto anteriormente.
Ventilador
De Acoplamiento Viscoso
TERMOSTATO
Es el dispositivo encargado de la regulación
de la temperatura de la refrigeración. Su función es dejar pasar refrigerante
hacia el radiador en función de la temperatura de dicho refrigerante.
TERMOSTATO DE FUELLE
Fuelle
de latón que contiene un líquido muy
volátil que al aumentar la temperatura aumenta su volumen y expande el fuelle y
abriendo la válvula. El fuelle está unido por la parte inferior a una
armadura., y por la superior a la válvula móvil.
TERMOSTATO DE CAPSULA DE CERA
Al calentarse la cera de la cápsula, esta se dilata y
abre la válvula en contra del muelle.
Estos termostatos pueden ir montados sobre el propio
manguito que va hacia el radiador.
El tarado del termostato se fija para que empiece a abrir
a 83 ºC y abra totalmente a 92 ºC, con una separación de 8mm del asiento.
TERMOSTATO
Con baja temperatura el refrigerante entra del motor po el caldeo de admisión y vuelve a la bomba.
Cuando abre la cápsula pasa el refrigerante al radiador y disminuye el
caudal hacia la bomba pasando solo el de caldeo de admisión.
CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN
·
Interesa calentar
colector de admisión, carburador, arranque en
frío, calefacción, etc.
·
Interesa enfriar
intercambiador de aceite,
turbocompresor, etc.
· El circuito auxiliar
está en paralelo con el radiador, y no pasa por el termostato. Siempre está
funcionando.
CIRCUITOS SELLADOS
Si el circuito de refrigeración trabaja a presión, se
consiguen temperaturas de ebullición superiores a 100 ºC, aumentando por tanto
el salto térmico.
La primera válvula está tarada para que se abra a 110 ºC y
deje salir el refrigerante.
La segunda se abre
cuando la presión desciende por bajo de 200g/cm2.
CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN
Al salir el vapor del radiador entra en el vaso de
expansión y se condensa al mezclarse con el refrigerante frío que hay allí.
Al enfriarse el radiador, la depresión que se crea en
este, arrastra líquido que sale del vaso y entra en el radiador.
El vaso
expansor esta comunicado con la atmósfera.
CIRCUITO DE
REFRIGERACIÓN
El tapón del vaso se tapa para que abra a 122 ºC y a 1,2 y
0,2kg/cm2. de presión.
SISTEMA DESCALIFICADOR
El vapor a presión de la culata entra en la parte de
arriba, separando el vapor.
La salida 6 de la culata se reparte entre el
radiador de calefacción, el colector de admisión y el desgasificador en el
vaso.
La salida del radiador va
hacia el vaso, manteniendo este a la misma temperatura que todo el circuito, lo
que mejora la desgasificación.
VERIFICACIÓN Y CONTROL DEL
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
El funcionamiento del sistema es anormal cuando:
• Se
detectan pérdidas de agua
• El
motor se calienta en exceso
•
Tarda en alcanzar la temperatura de régimen.
El procedimiento a
seguir para la verificación, puede ser:
- Comprobación de pérdidas de líquido
- Se recorre el
circuito y se observa la aparición de
depósitos blancos.
- Se comprueba la
estanqueidad con ayuda de un
comprobado
En caliente, se
bombea hasta 1,5Kg/cm2. La presión se debe mantener.
VERIFICACIÓN Y CONTROL DEL
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Fugas
en:
1. Panal del radiador, uniones de manguitos radiador y
bloque, bomba de agua, termostato, purgadores:
·
Apretar abrazaderas.
·
Si las fugas son en
el radiador, debe desmontarse y repararse.
2.
Fuga por las camisas hacia el cárter:
· Entra
agua en el circuito de engrase, se observan gotas de agua en la varilla de
nivel de aceite, o sale agua al aflojar ligeramente el tapón de vaciado de
aceite.
3. Fuga es hacia los cilindros, por la junta
de culata.
· Se detectan
calentando el motor y observando si se
producen burbujas de aire al acelerar el motor.
· Estos dos últimos
tipos de fugas implican el desmontaje y
reparación del motor.
4. Comprobación de calentamiento en exceso del motor y
tiempo excesivo en alcanzar temperatura de régimen.
· Causas de un
calentamiento anormal pueden ser un mal funcionamiento del electro ventilador, o
del termostato, o de la bomba de agua, o la suciedad depositada en el radiador.
· Otras veces el
calentamiento excesivo puede ser debido a una puesta a punto deficiente de
carburación o de encendido, por lo que antes de verificar el sistema de
refrigeración, hay que comprobar estos sistemas.
· Si el motor tarda
mucho tiempo en alcanzar la temperatura de régimen es síntoma de que el
termostato puede estar siempre abierto.
· Comprobar
tapones de radiador y vaso expansor.
· Comprobar
nivel de agua en el vaso de expansión.
· Comprobar el estado
de la correa del ventilador y de la bomba
de agua.
· Comprobar el
funcionamiento de los electro ventiladores.
· Comprobar el
mano contacto, comprobar el termostato.
En caso de tener que añadir agua, hacerlo con el motor en
marcha, si se hace parado y con el motor caliente se puede averiar el termostato.
Podemos comprobar el funcionamiento de la bomba de agua
observando si existe movimiento de agua en el radiador, retirando el tapón y
con el motor en marcha, al acelerar se debe de notar dicho movimiento.
VERIFICACIÓN
INDIVIDUAL DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Verificación
Y Limpieza Del Radiador
Cuando
se detecte un color marrón el el agua o suciedad en el vaso de expansión, hay
que proceder a la limpieza del radiador.
Se
vacía el circuito, y se llena con un desincrustante, y se hace funcionar el
motor durante media hora.
A
continuación, con el motor en marcha, se desconecta el manguito inferior del
radiador, y se le suministra agua limpia por el tapón de llenado, hasta que el
agua salga clara.
Se
colocan otra vez los manguitos, y se rellena con refrigerante.
Se
sangra el aire abriendo los purgadores hasta que dejen de salir burbujas
Verificación
Del Tapón De Presión.
Si un tapón tiene un tarado bajo, baja la temperatura de
ebullición y provoca un calentamiento del motor.
Si la válvula de aspiración está obstruida, al enfriarse
el motor, se estrangula el manguito interrumpiendo el flujo de agua desde el
vaso de expansión y dificulta la circulación.
Verificación Del Electro-ventilador.
Se observará si el ventilador se pone en marcha
acelerando en ralentí, cuando el indicador alcance la zona alta de temperatura.
En caso contrario debe verificarse el el ventilador
puenteando el termocontacto que lo gobierna. Haciendo un puente en el
termocontacto, debe de ponerse en marcha el ventilador.
Verificación Del Termocontacto
Si al realizar la prueba del electro-ventilador, este
funciona correctamente, deberemos comprobar el termocontacto.
Realizamos el siguiente montaje y calentamos el agua
hasta que comprobamos que el termocontacto se cierra cuando se alcanzan los 90-
95 ºC.
A continuación se deja enfriar hasta que se debe de abrir
a una temperatura de entre 82 y 86 ºC.
Verificación Del Termostato
La válvula debe empezar a abrir entre 82 y 86 ºC, y debe
estar completamente abierta entre 95 y 100 ºC. Si no es así debe sustituirse.
En el montaje posterior debe observarse el
montaje del bulbo por el lado del
motor y si tiene orificio de purga, este debe de quedar situado por la parte de arriba.
Verificación Y Control De La Bomba De Agua
En caso de existir fugas de
agua en la bomba, ruidos o anormalidad de funcionamiento, hay que desmontarla.
Se observarán deformaciones, fisuras grietas, o
incrustaciones, en cuyo caso deberá de ser sustituida. Se verificaran
visualmente todos sus componentes.
Si hace ruido la bomba, debe de comprobarse
el juego del cojinete de apoyo, el juego axial no debe de ser superior al
0,1mm.
Debe medirse el juego de los alabes y el cuerpo de bomba
debe de estar comprendido entre 0,5 y 1mm, así como el juego entre la turbina y
el plano de apoyo de la tapa de cierre que debe de estar comprendido entre 0,15
y 0,25mm.
Verificación Y Control Del Líquido Refrigerante
Cuando haya que
sustituir el líquido, hay que proceder de la siguiente forma:
· Vaciar
el circuito, y llenarlo por el vaso expansor manteniendo abiertos los purgadores,que se deben de cerrar cuando por ellos salga
un chorro continuo de líquido.
· Poner el motor en marcha y llegar a
temperatura de régimen, abrir los
purgadores, y acelerar bruscamente varias veces hasta que veamos que no salen burbujas de estos.
· Cerrar los purgadores y comprobar que el
nivel en el vaso de expansión es
correcto una vez enfriado el motor.
