Objetivo de la Refrigeración del Motor

El objetivo principal de la refrigeración es mantener una temperatura óptima durante el funcionamiento del motor. Si el sistema de refrigeración no funciona correctamente, pueden ocurrir graves problemas:

  • El aceite se desgasta y se vuelve excesivamente fluido (a más de 300ºC), perdiendo sus propiedades lubricantes.
  • Se destruye la capa de lubricante en las paredes del cilindro, provocando que los segmentos y el pistón rocen directamente con la camisa del cilindro.
  • Los pistones, válvulas, etc., se calientan excesivamente por el rozamiento, perdiendo sus propiedades mecánicas.
  • El metal se dilata y las piezas pueden agarrotarse en movimiento.
  • Al estar la cámara de combustión al rojo vivo, se pueden producir autoencendidos y detonaciones incontroladas.

Límites de Temperatura en Componentes del Motor

Es crucial que los componentes del motor operen dentro de rangos de temperatura específicos para evitar daños. A continuación, se detallan los límites aproximados:

  • Paredes del cilindro: 150 a 200ºC
  • Pistón: 300 a 350ºC
  • Válvula de escape: 700 a 750ºC
  • Paredes de la cámara de combustión de la culata: 250 a 300ºC

Tipos de Sistemas de Refrigeración

Motor Adiabático (Concepto Teórico)

Un motor adiabático es un concepto teórico en el que no hay pérdidas de calor. Toda la energía generada por la combustión es transformada y aprovechada para realizar trabajo en el motor, sin disipación térmica al exterior.

Refrigeración Directa por Aire

En este sistema, una corriente de aire atraviesa directamente el motor, cediendo el calor a la atmósfera.

Tipos de Refrigeración por Aire:

  • 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 potente ventilador, movido por el propio motor, genera una corriente de aire que debe canalizarse hacia los cilindros para una refrigeración efectiva.

Ventajas de la Refrigeración por Aire:

  • Fabricación más sencilla.
  • Menos pesado, lo que contribuye a una mayor potencia específica.
  • Menor número de averías asociadas directamente al sistema de refrigeración.
  • Más rápido en alcanzar la temperatura de trabajo óptima.

Inconvenientes de la Refrigeración por Aire:

  • Las temperaturas alcanzadas en el motor son generalmente más altas.
  • Mayores holguras en frío debido a las dilataciones provocadas por las diferencias de temperaturas entre el trabajo en frío y caliente.
  • Limitado a motores con cilindros pequeños.
  • Aumenta el volumen total del motor.
  • Problemas con la acumulación de suciedad en las aletas de disipación.
  • Aumento de las emisiones de NOx y mayor tendencia al autoencendido.

Refrigeración Indirecta por Líquido

En este sistema, una corriente de líquido refrigerante circula por conducciones construidas en el interior del bloque del motor, alrededor de los cilindros, absorbiendo el calor.

Tipos de Circuitos de Refrigeración por Líquido:

  • Circuito Cerrado por Convección (Termosifón): Basa su funcionamiento en la diferencia de densidades existentes en un líquido dependiendo de su temperatura. El líquido caliente asciende y el frío desciende, creando una circulación natural.
  • Circuito Cerrado con Circulación Forzada de Líquido: Una bomba obliga al líquido a circular desde los conductos del motor hacia el radiador, garantizando un flujo constante y eficiente.

Refrigeración Mixta

Este sistema aprovecha las ventajas de la circulación forzada por bomba, incorporando además un ventilador para asistir en la refrigeración del líquido en el radiador, especialmente a bajos regímenes o cuando el vehículo está detenido.

Variantes de Refrigeración Mixta:

  • Mixta con Pérdidas al Exterior: Se comunica a través de la válvula del tapón del radiador con el exterior, lo que puede producir la salida de vapor del líquido e introducir aire en el radiador al enfriarse el líquido.
  • Refrigeración Mixta de Circuito Presurizado: Ofrece ventajas significativas respecto al sistema anterior. El vapor del líquido no se pierde, y al estar presurizado el sistema (generalmente de 100 a 150 kPa), el punto de ebullición del líquido aumenta, disminuyendo la tendencia a la ebullición hasta los 115 o 130ºC. Esto permite una mayor eficiencia de enfriamiento sin ebullición.

Componentes Clave del Sistema de Refrigeración

  • Radiador: Es el elemento principal del circuito de refrigeración que actúa como intercambiador de calor entre el líquido refrigerante y el aire de la atmósfera.
  • Manguitos: Son los tubos flexibles que unen el radiador con el motor y se encuentran sujetos a ambos mediante abrazaderas, permitiendo el flujo del refrigerante.
  • La Bomba de Agua: Fuerza la circulación del líquido refrigerante para garantizar la evacuación eficiente del calor desde el interior del motor hacia el radiador mediante conducción.
  • Conductos Internos: El líquido refrigerante procede del radiador, impulsado por la bomba hacia el interior del bloque del motor a través del conducto de fijación de la bomba, que comunica con las galerías internas de enfriamiento.
  • Termostato: La temperatura del motor es regulada por el líquido de refrigeración, y su flujo es controlado por el termostato, que abre o cierra el paso del líquido al radiador según la necesidad.
  • Depósito de Expansión: El circuito de refrigeración se conecta con un depósito auxiliar o de reserva, que permite la expansión y contracción del líquido refrigerante debido a los cambios de temperatura, evitando sobrepresiones.
  • Ventilador: Es el elemento encargado de crear una corriente de aire que pasa, a través del radiador, hacia el motor, refrigerando ambos componentes.

Tipos de Ventiladores

  • Ventiladores de Accionamiento Directo: Van montados sobre un eje al que se le acopla una polea movida por una correa trapezoidal tensada, funcionando constantemente con el motor.
  • Electroventiladores: Son los más utilizados actualmente. Están constituidos por un motor eléctrico de corriente continua, el cual mueve el ventilador solidario a su eje. Su activación es controlada electrónicamente.
  • Con Regulación Termostática: Se acoplan en función de las necesidades de refrigeración del motor, activándose solo cuando la temperatura alcanza un umbral.
  • Con Acoplamiento Electromagnético: Se une a la bomba de líquido por medio de un embrague cuando la temperatura del motor alcanza aproximadamente los 85ºC.
  • Accionamiento Hidrostático: Emplean la energía del motor al mover una bomba hidráulica en tándem, proporcionando un control preciso del flujo de aire.

Poleas y Correas

Poleas

Las poleas son las ruedas conductoras o conducidas, montadas sobre un eje, encargadas de accionar un accesorio del motor (como la bomba de agua, el alternador, etc.).

Tipos de Poleas:

  • Poleas planas
  • Poleas trapezoidales
  • Poleas acanaladas

Correas

Las correas transmiten el movimiento entre las poleas.

Tipos de Correas:

  • Trapezoidales: Son correas con sección trapezoidal, ideales para transmitir potencia.
  • Acanaladas: Con múltiples canales en forma de V, ofrecen mayor superficie de contacto y flexibilidad.
  • Elásticas: No necesitan tensor, ya que su propia elasticidad mantiene la tensión adecuada.

Ventajas de los Tensores Automáticos

Los tensores automáticos son componentes cruciales para el correcto funcionamiento y la durabilidad de las correas del motor. Sus ventajas incluyen:

  • Mantiene la tensión óptima durante toda la vida útil de la correa.
  • Reduce significativamente el mantenimiento requerido.
  • Aumenta la duración de la correa al evitar tensiones excesivas o insuficientes.
  • Elimina la necesidad de aplicar una tensión inicialmente muy elevada durante la instalación.