Refrigeració en motors de combustió interna

Archiu:Jupiter.engine.arp.750pix.jpg

Motor aeronàutic Bristol Jupiter gelat per aire. Són clarament visibles les aletes de refrigeració dels cilindres, utilisades per a aumentar la superfície de malbarat.

La refrigeració en motors de combustió interna és necessària per a disminuir la calor generada per la crema del combustible superior a i no transformat en energia mecànica, durant el funcionament d'estos. La principal funció de la refrigeració és mantindre tots els components dins del ranc de temperatures de disseny del motor evitant la seua destrucció per deformació i agarrotamiento.

Raons per a refrigerar el motor

Durant la combustió, part de l'energia generada no és convertida en energia mecànica i es dissipa en forma de calor. Depenent del motor, al voltant del 33 % de l'energia potencial del combustible es transforma en treball mecànic, i el restant es transforma en calor que és necessari dissipar per a evitar comprometre l'integritat mecànica del motor.

El sistema no solament deu llimitar la temperatura màxima del motor per a evitar danys al mateix, sino també mantindre la temperatura òptima de funcionament que, depenent del disseny del motor, es troba en el ranc de . Del seu bon funcionament depén en bona mida el rendiment tèrmic del motor.

Si el motor treballa per damunt de la seua temperatura òptima, es corre el risc de disminuir la viscosidad de l'oli i aumentar el desgast del motor, es produïx una recalfada de les peces i una major fricció entre estes. També pot produir-se detonació en encendre's la mescla combustible abans d'hora.

Si el motor treballa per baix de la seua temperatura òptima, s'aumenta el consum d'oli i el desgast de les peces, ya que estes estan dissenyades per a dilatar-se per efecte de la calor a un tamany determinat, es reduïx la potència per falta de temperatura per a una combustió eficient, es produïxen incrustaciones de carbó en vàlvules, bugias i pistones.

Sistemes de refrigeració

Existixen diferents denominacions que fan referència al sistema principal encara que en realitat en tot motor participen, en diferent mida, varis sistemes simultàneament. Estos serien els principals:
Per aigua (per termosifón o per circulació forçada), per aire (el de la marcha o forçat en ventilador), mixta i per oli.

Per aigua

Artícul principal → Motor refrigerat per aigua.

Archiu:Renault 190 CAPS 3 cooling fig9.es.png

Diagrama de la refrigeració per aigua d'un motor Renault de .

En realitat lo que cridem refrigeració per aigua són els sistemes que usen un líquit diferent de l'oli com refrigerante principal. Lo més usual és una mescla d'etilenglicol i aigua en diferents proporcions, segons la temperatura ambiente.

Circulació per termosifón

Artícul principal → Termosifón.

El seu funcionament està basat en la diferència de densitat existent, entre el refrigerante calent que està en el bloc i la culata, i l'aigua freda que es troba en el radiador. Per a açò es requerix poca resistència a la circulació del refrigerante. El depòsit superior deu ser de gran capacitat per a evitar que el nivell del líquit en cas d'evaporament no descendixca per baix del nivell de l'orifici d'arribada al radiador. Este sistema ya no s'utilisa per les restriccions de capacitat tèrmica, posicionament i volum.

Circulació forçada

És casi el més amprat. La circulació del refrigerante, és impulsada a través d'una bomba centrífuga, pansa pels cilindres del bloc del motor, després per la vàlvula i, finalment, pel radiador, a on té lloc el refredat. En circular el refrigerante pel panel del radiador, intercanvia la calor en l'aire de la marcha, o forçat per un ventilador. El líquit refrigerat retorna al motor a on comença novament el cicle. La bomba és accionada generalment per mig de correges i poleas, que, en alguns casos, també fan girar el ventilador. En els sistemes més moderns, el ventilador és mogut per un motor elèctric comandado per un termocontacto i entra en funcionament solament quan la temperatura del líquit ho requerix. El sistema consta d'un depòsit que servix per a almagasenar el refrigerante i com a eventual got d'expansió. També és habitual trobar un circuit paralel utilisat per a la calefacció del vehícul.

Ventages i inconvenients de la refrigeració per aigua

Les ventages de la refrigeració per aigua són: Excelent regulació de la temperatura, refrigeració homogénea, motor més silenciós, menor consum d'energia.

Les desventages són: Major pes del motor i aument en la seua complexitat. Major manteniment i major cost. En cas de perduda de líquit refrigerante es pot destruir el motor si no es deté a temps.

Elements constitutius del sistema de refrigeració per aigua

Radiador

Situat generalment en la part davantera del vehícul, de manera que reba directament el pas d'aire a través dels seus panels i aletes refrigerantes durant el desplaçament del mateix i a on es gela l'aigua procedent del motor.

Este element està format per dos depòsits, un de superior i un atre inferior, units entre sí per una série de tubos fins rodejats per numeroses aletes de refrigeració, o per una série de paleta en forma de nius d'abella que aumenten la superfície radiant de calor. Tant els tubos i aletes com els panels es fabriquen en aleació llaugera generalment de latón, facilitant, en el seu major conductibilidad tèrmica, la ràpida evacuació de calor a l'atmòsfera.

El depòsit superior du una boca d'entrada lateral que es comunica per mig d'un manegueta de goma en l'eixida d'aigua calenta de la culata o tapa de cilindres. En el depòsit inferior va instalada la boca d'eixida de l'aigua refrigerada, unida per un atre manegueta de goma a l'entrada de la bomba.

Dissenys més utilisats

• Niu d'abelles: L'aigua circula per la part externa, i l'aire per l'interior dels orificis. Alt cost de fabricació.
• De laminillas: Molt poc utilisat per la seua fragilitat
• De tubos i aletes: L'aigua circula per l'interior dels tubos, estos es troben soldats en la seua perifèria en làmines, sent abdós agranada per la corrent d'aire. És el més utilisat actualment.

La tapa del radiador o tapa presostática té com a funció el tancament del tanc superior, i al mateix temps llimita la pressió de treball del circuit per mig d'una vàlvula, en la qual cosa es conseguixen circuits presurizados, aumentant la temperatura de règim sense que es produïxca l'ebullició de l'aigua. En esta tapa s'integra habitualment la vàlvula de seguritat mencionada que permet l'eixida de refrigerante a partir de certa pressió per a protegir el circuit i una atra que permet l'entrada d'aire exterior evitant que es produïxca el buit en el circuit en cas de perdudes evitant averies greus en abdós casos.

Bomba centrífuga

Es troba instalada en el bloc del motor i és moguda directament per la polea del cigonyal, a través d'una correja de transmissió trapezoidal. Dita bomba succiona l'aigua del radiador i la fa circular per l'interior del bloc i la culata per a refrigerar els cilindres i la cámara.

La bomba està formada per una carcassa d'aleació llaugera o de fundició en els motors més antics, unida al bloc del motor en interposició d'una junta de cartó amiant per a fer estanca l'unió. En l'interior de la mateixa es mou una turbina d'aletes unida a l'arbre de mando de la bomba, el qual es recolza sobre la carcassa per mig d'un o dos cojinetes de boles, en un sagell mecànic acoplat a l'arbre per a evitar fugues d'aigua a través del mateix. En l'atre extrem de l'arbre va montat una gaveta al com s'unix la polea de mando, i el ventilador.

Sensor de temperatura

És l'encarregat de medir la temperatura del refrigerante del motor i segons la temperatura del refrigerante. Aixina mateix, és el funcionament del sistema de refrigeració o refredat del motor que actuarà en conseqüència per a mantindre la temperatura estable. El sensor de temperatura és un element essencial puix d'una atra manera no és possible determinar la temperatura del motor i mantindre-la regulada en condicions ideals.

Mànegues

El sistema de refrigeració està proveït de dos mànegues de caucho que resistixen altes temperatures i alta pressió. La mànega de la part superior és per a on transita l'aigua calenta i l'ubicada en la part inferior és per a on circula l'aigua freda.

Ventilador

Archiu:Motor Porsche Carrera 3 2 l.jpg

Ventilador del sistema de refrigeració en un motor d'un Porsche Carrera 3.2 L.

Adossat generalment a la polea de la bomba, que activa el pas d'aire a través del radiador. El rotor té quatre o sis aspes inclinades convenientment per a l'aspiració de l'aire i està fabricat en chapa o plàstic dur. En molts dissenys el ventilador és mogut per un motor elèctric. Este motor és comandando per un termostat que es troba en el bloc de cilindre o en la culata en contacte en l'aigua, de tal manera que en alcançar esta una temperatura determinada, tanca el circuit elèctric posant en marcha el motor i el ventilador.

La vàlvula termostática complix la funció de llimitar el passage de l'aigua des del motor cap al radiador, en funció de la temperatura del mateix. Lo que significa que si la temperatura del motor no supera la temperatura de règim permaneix tancada, recirculando l'aigua solament pel motor, de superar la temperatura de règim la vàlvula obri i permet la circulació de l'aigua a través del radiador, cal destacar que està termovalvula també permet que la bomba realise pressió de refrigerante al sistema la qual és proporcional a la força eixercida segons l'acceleració lo que permet un bon refredat en zones càlides és per açò que eliminar-ho no és recomanable perque el motor sense pressió de refrigerante no gela correctament . La seua construcció està basada en elements deformables en funció de la temperatura de règim.

Es poden utilisar termostats de mancha o termostats de cera, els quals funcionen pel principi de dilatació o contracció a diverses temperatures, per a l'obertura o tancament de la vàlvula. Actualment s'utilisen vàlvules en càpsula de resina.

El líquit refrigerante s'utilisa per a evitar incrustaciones per bicarbonats i silicats, el líquit deurà ser aigua pura destilada. A la seua volta, s'agreguen inhibidors per a evitar l'efecte oxidant i també per a disminuir el punt de congelació. Per a açò últim s'agrega alcohol o glicerina, aplegant a temperatures de .

Got o depòsit d'expansió

És el sistema més utilisat en els motors actuals. En este depòsit, el radiador no du tapó d'omplit i es comunica per mig d'un tubo en un chicotet depòsit auxiliar cridat "depòsit d'expansió". El depòsit d'expansió conté líquit refrigerante i rep a través del tubo d'unió en el radiador, els gasos procedents de l'evaporament, els quals al contacte en el líquit es licuan. Quan es produïx el buit intern, el líquit procedent del depòsit d'expansió passa al radiador, en la qual cosa es restablix el circuit sense perduda de líquit en el mateix per condensació. El depòsit d'expansió conta en un tapó, que té unes vàlvules, que com en el cas anterior, servixen per a eliminar la sobre pressió i la depressió que es produïx en el radiador i que es transmeten al depòsit d'expansió. Habitualment, el depòsit d'expansió està situat damunt del motor baix del cofre i és fàcil detectar-ho.