Sistema de Enfriamiento del Automovil
Sistema de enfriamiento
Cuando el motor de combustión funciona, solo una parte de la energía calorífica del combustible se convierte en trabajo mecánico a la salida del cigüeñal, el resto se pierde en calor. Una parte del calor perdido sale en los gases de escape pero otra se transfiere a las paredes del cilindro, a la culata o tapa y a los pistones, por lo que la temperatura de trabajo de estas piezas se incrementa notablemente y será necesario refrigerarlos para mantener este incremento dentro de límites seguros que no los afecten. Además las pérdidas por rozamiento calientan las piezas en movimiento, especialmente las rápidas, como cojinetes de biela y puntos de apoyo del cigüeñal.
Para refrigerar las piezas involucradas se usan dos vías:
Cuando el motor de combustión funciona, solo una parte de la energía calorífica del combustible se convierte en trabajo mecánico a la salida del cigüeñal, el resto se pierde en calor. Una parte del calor perdido sale en los gases de escape pero otra se transfiere a las paredes del cilindro, a la culata o tapa y a los pistones, por lo que la temperatura de trabajo de estas piezas se incrementa notablemente y será necesario refrigerarlos para mantener este incremento dentro de límites seguros que no los afecten. Además las pérdidas por rozamiento calientan las piezas en movimiento, especialmente las rápidas, como cojinetes de biela y puntos de apoyo del cigüeñal.
Para refrigerar las piezas involucradas se usan dos vías:
El aceite lubricante para las piezas en movimiento y la cabeza de los pistones.
Un sistema especialmente construido que usa un fluido en movimiento para refrigerar camisas de cilindros y culata. Este fluido puede ser aire, o líquido.
La función refrigerante del aceite lubricante se tratará cuando se describa el sistema de lubricación, ahora nos ocuparemos del sistema de enfriamiento por fluido.
Temperatura del motor
El motor no debe trabajar demasiado frío, ni demasiado caliente, múltiples estudios realizados desde hace muchos años demuestran que hay cierta temperatura óptima de trabajo para la cual el rendimiento del motor es bueno y su durabilidad mayor.
Existen un grupo de factores relacionados con esto, veamos:
Un sistema especialmente construido que usa un fluido en movimiento para refrigerar camisas de cilindros y culata. Este fluido puede ser aire, o líquido.
La función refrigerante del aceite lubricante se tratará cuando se describa el sistema de lubricación, ahora nos ocuparemos del sistema de enfriamiento por fluido.
Temperatura del motor
El motor no debe trabajar demasiado frío, ni demasiado caliente, múltiples estudios realizados desde hace muchos años demuestran que hay cierta temperatura óptima de trabajo para la cual el rendimiento del motor es bueno y su durabilidad mayor.
Existen un grupo de factores relacionados con esto, veamos:
Dimensiones de la piezas: La inmensa mayoría de las piezas sometidas a cargas en el motor son metálicas, y estos se dilatan con el incremento de la temperatura. Esta condición exige que entre todas las partes con movimiento relativo, exista un holgura que permita la dilatación sin que se produzca fuerte rozamiento, o atrancamiento de la unión cuando se calienten durante el trabajo después de un arranque frío. Estas holguras se establecen por los fabricantes de manera que sean óptimas cuando el motor trabaja a la temperatura óptima de funcionamiento, en este sentido la hermeticidad entre los anillos de pistón y los cilindros, cojinetes de biela y de puntos de apoyo de cigüeñal etc. se optimizan, elevando el rendimiento del motor y reduciendo las pérdidas por rozamiento y el desgaste entre las partes con movimiento relativo.
Viscosidad del lubricante: Los lubricantes generalmente son aceites derivados del petróleo con ciertos aditivos, estos aceites disminuyen su viscosidad a medida que se calientan, durante el arranque frío el lubricante está muy viscoso y aunque garantiza una lubricación suficiente de las piezas en movimiento, produce mayores resistencias al movimiento que cuando está caliente y fluido. Esta resistencia adicional reduce el rendimiento del motor y empeora la función lubricante y por lo tanto aumenta el desgaste. La temperatura del aceite tiene un límite, si se calienta mas, la viscosidad se reduce en demasía y perjudica la lubricación, además de que se oxida y deteriora mas rápido.
Viscosidad del lubricante: Los lubricantes generalmente son aceites derivados del petróleo con ciertos aditivos, estos aceites disminuyen su viscosidad a medida que se calientan, durante el arranque frío el lubricante está muy viscoso y aunque garantiza una lubricación suficiente de las piezas en movimiento, produce mayores resistencias al movimiento que cuando está caliente y fluido. Esta resistencia adicional reduce el rendimiento del motor y empeora la función lubricante y por lo tanto aumenta el desgaste. La temperatura del aceite tiene un límite, si se calienta mas, la viscosidad se reduce en demasía y perjudica la lubricación, además de que se oxida y deteriora mas rápido.
Pérdidas de calor: La transferencia de calor entre dos medios a diferente temperatura depende (además de otras cosas) de la diferencia de temperatura entre los medios. Cuando el motor está frío, las perdidas de calor desde los gases de la combustión a las paredes del cilindro y a la culata son mucho mayores que cuando estas piezas están calientes. Un motor trabajando frío por tanto tiene menor rendimiento mecánico que uno caliente. Desde este punto de vista mientras mas caliente mejor, pero un incremento indefinido de esta temperatura puede poner en peligro la estabilidad de los materiales de las piezas involucradas y hará que el aceite se deteriore rápidamente al caer en superficies muy calientes.
Del cumplimento de estas exigencias surge la primera condición que debe cumplir el sistema de enfriamiento:
Del cumplimento de estas exigencias surge la primera condición que debe cumplir el sistema de enfriamiento:
Condición 1: El sistema de enfriamiento debe mantener estable la temperatura del motor entre ciertos límites en todo el rango de trabajo de este.
Consumo de potencia
La potencia utilizada por el sistema de refrigeración en su objetivo de eliminar el calor sobrante de las piezas del motor, forma parte de las pérdidas internas de funcionamiento del motor y se deduce de la energía final disponible en las ruedas del vehículo, lo deseable es que estas pérdidas sean lo menor posible. Un sistema sobre dimensionado resultará muy seguro teniendo en cuenta la ineficiencia creciente con el uso y las posibilidades de mantenimiento inadecuado por parte del conductor, pero al mismo tiempo produce mayores consumos de potencia afectando el rendimiento.
La potencia consumida para hacer circular de manera forzada un fluido, está en relación directa con su viscosidad por lo que un agente muy fluido es deseable para poco gasto en este sentido. De aquí la segunda condición:
Consumo de potencia
La potencia utilizada por el sistema de refrigeración en su objetivo de eliminar el calor sobrante de las piezas del motor, forma parte de las pérdidas internas de funcionamiento del motor y se deduce de la energía final disponible en las ruedas del vehículo, lo deseable es que estas pérdidas sean lo menor posible. Un sistema sobre dimensionado resultará muy seguro teniendo en cuenta la ineficiencia creciente con el uso y las posibilidades de mantenimiento inadecuado por parte del conductor, pero al mismo tiempo produce mayores consumos de potencia afectando el rendimiento.
La potencia consumida para hacer circular de manera forzada un fluido, está en relación directa con su viscosidad por lo que un agente muy fluido es deseable para poco gasto en este sentido. De aquí la segunda condición:
Condición 2: El sistema de enfriamiento debe cumplimentar de manera eficiente el compromiso entre seguridad de funcionamiento y su consumo de potencia, garantizando un enfriamiento seguro con el mínimo consumo de esta.
