sistema de enfriamiento del motor
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Motores y tractores - UNALMIng. F. CÁCERESTRANSCRIPT
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
MOTORES Y TRACTORES Ing. Fredy Cáceres G.
CONSIDERACIONES
• El incremento de la potencia de los motores aumenta la cantidad de calor que
se transfiere al sistema de refrigeración.
• Se emplean dos tipos : LÍQUIDO y AIRE.
• La efectividad del sistema x agua se eleva con el aumento de la circulación de
líquido, Tmáx y el calor disipado en el radiador por unidad de área.
• La efectividad del sistema por aire se caracteriza por la uniformidad de los
campos de temperatura en las paredes de los cilindros y culata.
• Con el sistema se mantiene estable el estado térmico del motor en sus
regímenes y se asegura una T adecuada.
• El agua entra al motor por la parte baja del bloque y sale por la alta, para evitar
la formación de bolsas de vapor.
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Circulación por termosifón
Aprovecha diferencia de peso entre
agua caliente del motor y fría del
radiador.
Al aumentar la temperatura, aumenta el
volumen del agua y disminuye su
densidad, subiendo el agua caliente
hacia arriba, y generando un movimiento
natural del líquido refrigerante.
El ventilador origina una corriente de aire
que enfría el refrigerante
El radiador se dispone un poco mas alto que el bloque, aumentando así el desnivel
entre salida al motor y entrada al radiador.
La diferencia de temperaturas oscila en torno a los 35ºC.
La principal ventaja es que es un sistema autorregulado, ya que el caudal aumenta
proporcionalmente a la temperatura del motor.
Se utiliza en motores de poca potencia donde se requiere poco caudal refrigerante.
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Circulación forzada
Mejor refrigeración, al aumentar rpm,
aumenta el caudal de refrigerante.
El radiador no es tan grande, pudiendo
colocarse mas bajo respecto al motor.
La circulación del agua se diseña de forma
que diferencia de T, no superior a 10ºC
(deseable 5ºC), y así disminuye diferencia
de T entre motor y radiador y aumentamos
la diferencia entre radiador y aire.
Para el funcionamiento equilibrado se necesita una regulación.
Se hace actuando sobre el caudal de agua en circulación, o actuando sobre el
caudal de aire que atraviesa el radiador.
Primero se alcanza la temperatura de régimen, entre 75° y 95ºC, y se mantiene.
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La regulación de la temperatura se
consigue :
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.
El conjunto radiador y ventilador se encarga 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 alcanza la
temperatura de régimen.
El termostato está constituido por una válvula que 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.
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Al alcanzar 85ºC el termostato comienza a abrirse y deja pasar refrigerante
hacia el radiador.
A los 95ºC el paso de refrigerante al radiador es máximo.
Se consigue mantener la temperatura del motor entre las temperaturas de
apertura y cierre del termostato.
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Radiador
Existen distintas disposiciones para la construcción de radiadores
Se construyen en acero, aluminio, cobre.
La disposición en panal es la que mejor rendimiento ofrece para
una misma superficie
La cantidad de calor disipada en el radiador es Q=k·T(t-t’)
k=coeficiente de transmisión del calor en Kcal/m2ºC.
A=superficie en m2.
Velocidad del líquido en el radiador : (0.7 – 0.9) m/s
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Bomba de agua Las bombas suministran caudales de 1m³/hora a 1000 rpm. Se apoya en cojinetes Se garantiza la hermeticidad con un reten de grafito. Velocidad del líquido en conductos de la bomba : (2.5 – 3) m/s Presión : 0.05 a 0.15 MPa
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Ventilador
Activa la circulación de aire
Son de tipo electromagnético.
Su superficie barre la mayor parte del radiador (70-80%), el caudal de aire
suministrado aumenta con el cuadrado del diámetro de las palas.
Velocidad media del aire : 4.5 a 5.5 m/s C=correa;
H=eje
N=cojinetes
P=cuerpo de bomba
D=bobina
B=anillo colector
A=escobilla
M=masa
E=ventilador
J=cojinetes
L=entrehierro
K=tornillo de reglaje
del entrehierro
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Termostato
Dispositivo encargado de la regulación de la temperatura de refrigeración. Su
función es controlar el paso de refrigerante hacia el radiador en dependencia de la
T motor, para mantener el rango adecuado.
Con el motor frío, la válvula está cerrada y se mantiene así hasta que el refrigerante dentro del
motor se acerque a T de trabajo (~70 °C). En ese momento comienza a abrirse, permitiendo el
paso al radiador y estará completamente abierta unos grados mas arriba (~90°C).
Siete Metales en los Sistemas
de Enfriamiento Modernos
Hierro Fundido
Acero
Cobre
Latón
Aluminio Fundido
Soldadura de plomo
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Exigencias sobre un Refrigerante Moderno
BOTELLA DE EXPANSIÓN
BOMBA DE AGUA
VENTILADOR
CILINDROS
BLOQUE DEL MOTOR RADIADOR
SOLUCION CALIENTE
SOLUCION FRIA
Requerimientos del Producto
Efectiva transferencia
de calor para el motor
Protección contra el
congelamiento y la
ebullición
Protección contra la
corrosión para el
sistema de enfriamiento
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Corrosión del Sistema de
Enfriamiento Corrosión General en Metales
Radiador, Calentador, Block
Cavitación en Camisas de Cilindros
Cavitación en la Bomba de Agua
Inyector de Combustible – Enfriador de Aceite
Erosión – Corrosión
Depósitos
Corrosión con Agrietamientos
Corrosión Galvánica - Electrólisis
Pitting
Cavitación
Erosión
SELLO DEPOSITO
PELICULA
PELICULA
Pitting
Cavitación
Erosión
SELLO DEPOSITO
PELICULA
PELICULA
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Terminología
Anticongelante ~92% etilen glycol (or propilen glycol) que
contiene un paquete de aditivos
Refrigerante de motor El líquido en un motor que permite la transferencia
de calor, por ejemplo 50% de anticongelante y 50% de agua
Aditivo Suplementario de Refrigeración (SCA) Un paquete químico que se agrega al refrigerante
de motor para mejorar y extender la vida del refrigerante
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Fabricación de Anticongelantes
Polietileno
(Plástico)
Poliéster
Resinas PET Anticongelante
Etilen Glycol
Oxido de
Etileno
Etileno
Petróleo/Gas Natural
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Agua
El agua es el fluido esencial para la
transferencia de calor, pero puede ser muy
corrosivo para el sistema de enfriamiento.
Existen 3 calidades de agua, clasificadas por
su contenido de calcio y magnesio:
Agua deionizada
Agua blanda
Agua dura
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Requerimientos sobre la
Calidad del Agua
Altos niveles de cloruros, sulfatos, magnesio y calcio disueltos en
el agua corriente causan depósitos o lodos y corrosión, lo que
puede traer como resultado fallas en la bomba de agua y
deficiente transferencia de calor, y sobrecalentamiento
Es preferible usar agua destilada o deionizada
Recomendaciones de ASTM par el agua:
Elementos: PPM Máx Granos por gl Máx
Cloruros 40 2.5
Sulfatos 100 5.8
Total Sólidos Disueltos 340 20
Total Dureza 170 10
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Ejemplo de Pitting en Camisas
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Ejemplo de Pitting en Camisas
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Tipos de Refrigerantes /
Anticongelantes
Refrigerante / Anticongelante Especificación
TMC Color Típico
Convencional de Bajos Silicatos RP 302A Verde
Etilen Glycol, Totalmente Formulado RP 329 Púrpura
Propilen Glycol, Totalmente Formulado RP 330 Azul
Tecnología de Acidos Orgánicos (OAT)
Según
Especificación del
OEM
Rojo
Tecnología Híbrida de Acidos
Orgánicos
Según
Especificación del
OEM
Amarillo –
Rojo
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Mantenimiento del Sistema de
Enfriamiento
Rellenar adecuadamente Revisar el nivel de refrigerante en cada
Mantenimiento Preventivo o al menos dos veces al año
Rellenar según lo que se requiera con el refrigerante adecuado
No contaminar el refrigerante en más del 15% con productos no equivalentes Si se sospecha de contaminación del ELC con
refrigerantes convencionales, usar uno de los Métodos de Ensayo disponibles para determinar si los niveles del inhibidor están dentro de los rangos seguros de operación
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Mantenimiento del Sistema de
Enfriamiento
Mantener el punto de congelamiento adecuado Revisar el punto de congelamiento al menos dos
veces al año usando un refractómetro y ajustar de acuerdo con las condiciones ambientales
Se recomienda –36°C (mezcla 50/50) Mantener entre -30°C y -50°C
El nivel adecuado del inhibidor carboxilato se mantiene cuando se mantiene el punto de congelamiento adecuado Los niveles de inhibidor en los refrigerantes convencionales
se mantiene agregando SCA’s
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Uso del Refractómetro Mide el punto de
congelamiento de la
solución del sistema de
enfriamiento
En combinación con una
tabla de punto de
congelamiento vs
concentración se puede
identificar si ésta se
encuentra en un nivel
adecuado
El principio de medición es
el de la refracción de la luz
según la concentración de
glycol
Herramienta para un rápido
monitoreo en el campo
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Cambio de Refrigerante
Sistema de enfriamiento: Método de drenaje y
limpieza
Dejar que el sistema se enfríe completamente
Drenar el refrigerante
Llenar el sistema con agua limpia y hacerla circular por 15 a
30 minutos después de que alcance su temperatura normal
de operación
Drenar el agua completamente. El agua que quede en el
sistema afectaré la temperatura de congelamiento del nuevo
refrigerante cuando se agregue éste
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Problemas Comunes de los
Sistemas de Enfriamiento Sobrecalentamiento
Pérdida de refrigerante
Evaporación, Fugas Internas, Fugas Externas
Aberturas en Juntas de Culata / Juntas de Múltiple de Admisión
Termostato defectuoso
Tapa de Radiador defectuosa
Mangueras, Abrazaderas y Sellos gastados
Falla eléctrica – mecánica del ventilador
Falla de la bomba de agua
Inadecuado enfriamiento del radiador
Depósitos internos - Obstrucciones externas
Herrumbre / Corrosión
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Tapa de Radiador Defectuosa
Problemas de la tapa del radiador
Abertura / cierre deficiente
Incapacidad para mantener la presión
Evaporación de refrigerante
Bajo nivel de refrigerante
Bolsones de aire
Sobrecalentamiento
Herrumbre – Corrosión
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Termostato Defectuoso
Problemas en el Termostato Si se queda cerrado
Sobrecalentamiento – puntos calientes
Corrosión
La causa puede ser aire – gas
Si se queda abierto Control deficiente
Aumento del consumo de combustible
Aumento del reflujo de gases
Desgaste de anillos y cilindros
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Fallas en Juntas de Culata
Problemas en Juntas de Culata
La contaminación con refrigerante en los cilindros produce nubes densas de humo blanco
Contaminación refrigerante – aceite
Gases de combustión en el refrigerante que lo empujan hacia fuera del reservorio creando un bajo nivel de refrigerante.
Burbujas de gas evitan la apertura del termostato
Pérdida de protección contra la corrosión
Sobrecalentamiento
Fallas en el motor MOTORES Y TRACTORES
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Juntas del Múltiple de Admisión
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Fallas en la Bomba de Agua
Problemas en la Bomba de Agua Fajas gastadas o
tensión incorrecta
Cojinetes / sellos gastados
Fugas de refrigerante por sellos internos
Corrosión / erosión del impulsor
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Mangueras Deterioradas /
Gastadas
Problemas en Mangueras - Abrazaderas Endurecimiento, agrietamiento, ablandamiento,
hinchamiento
Degradación electroquímica
Desajuste de abrazaderas
Consecuencias Partículas de caucho pueden bloquear radiadores, núcleos
de calentadores, termostatos
Mangueras debilitadas pueden colapsar y provocar la restricción del flujo de refrigerante
Fugas externas desde las mangueras – abrazaderas pueden causar un bajo nivel de refrigerante, pobre transferencia de calor y sobrecalentamiento
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Problemas Electro – Mecánicos en
el Ventilador y su Accionamiento Problemas en el Ventilador y su Accionamiento
Mal funcionamiento de los sistemas electrónicos, el sensor de temperatura o el motor del ventilador
Ventiladores mecánicos pueden perder 200 rpm por año
Alabes y / o cubiertas rotas o con fisuras
Fluido de silicona fugando desde el accionamiento
Falla del accionamiento del ventilador
Consecuencias
Insuficiente flujo de aire
Sobrecalentamiento – puntos calientes en el motor
Pérdida de refrigerante – bajo nivel de refrigerante
Fallas en el accionamiento del ventilador también pueden causar fallas en la bomba de agua
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Corrosión en el Radiador –
Agrietamiento de Soldaduras
Ataque corrosivo directo sobre los metales del radiador
Los conductos del radiador se obstruyen con los óxidos
Los radiadores obstruidos no pueden seguir disipando eficientemente el calor a la atmósfera provocando posiblemente el sobrecalentamiento del motor
Típicamente por efecto de una insuficiente inhibición de la corrosión MOTORES Y TRACTORES
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Problemas de Sedimentos
Los sedimentos se forman a partir de químicos en el
agua e inhibidores en el refrigerante
La formación de sedimentos depende de la dureza
del agua, sólidos disueltos totales, y aire atrapado
La formación de sedimentos puede destruir un motor:
abrazaderas y culatas agrietadas, blocks
deformados, líneas de refrigerante obstruidas, núcleo
del calentador bloqueado, alta temperatura del
aceite, y sobrecalentamiento
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Precipitación de Silicatos
Sólidos (silicatos) en refrigerantes con alto nivel de silicatos y/o refrigerantes pobremente formulados pueden precipitarse y dañar sellos
Los silicatos no son fácilmente solubles en concentraciones de refrigerantes por encima de 60%. Los silicatos reaccionan / se polimerizan y se vuelven insolubles
El gel de silicatos puede presentarse con refrigerantes con silicatos cuando las concentraciones de refrigerante exceden el 60%, los aditivos suplementarios de refrigeración están sobrecargados, se usa agua de alta dureza en el relleno, y/o electrólisis (corrientes parásitas) causan precipitación
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