64

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.

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 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.

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

65

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:

6

5

9

1 2

310

4

7

8

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.

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.

• 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.

1

2 3

45

1.- Polea de accionamiento.2.- Rodamiento.3.- Retén.4.- Árbol.5.- Bomba.

Figura 4.- Bomba de agua.

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.

66

En la figura pueden apreciarse las dos posiciones extremas de funcionamiento.

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:

3

2

1

4

5

67

1.- Batería.2.- Resistencia.3.- Termistor.4.- Transistor.5.- Relé.6.- Motor.7.- Ventilador.

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.

1.- Depósito superior.2.- Depósito inferior.3.- Boca de entrada.4.- Boca de salida.5.- Boca de vaciado.

5

3

4

1

2 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:

2

314

1.- Conexión a depósito superior.2.- Válvula antirretorno de descarga.3.- Válvula antirretorno de llenado.4.- Depósito de expansión.

Figura 8.- Esquema I.S.O. de válvulas del tapón. 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.

1

2

3 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

67

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.