El documento describe los diferentes sistemas de refrigeración para motores, incluyendo refrigeración por agua, aire y aceite. Explica que la refrigeración por agua es la más común, usando una bomba para circular el agua a través del motor y radiador. También discute los tipos de refrigerante, análisis de refrigerante, y fenómenos como la cavitación que pueden dañar el motor.
2. Los sistemas de enfriamiento
están diseñados para mantener
al motor funcionando dentro de
la gama de temperaturas
deseada.
3. Existen diferentes denominaciones que hacen
referencia al sistema principal aunque en realidad
en todo motor participan, en diferente medida,
varios sistemas simultáneamente. Estos serían los
principales:
•Por agua : circulación termosifón y forzada
•Por aire
•Por aceite
SISTEMAS DE REFRIGERACION
4. Es el más empleado. La circulación del refrigerante, es
impulsada a través de una bomba centrífuga, pasa por los
cilindros del bloque motor, luego por la culata, y
finalmente por el radiador, donde tiene lugar el
enfriamiento. Al circular el refrigerante por el panel del
radiador, intercambia el calor con el aire de la marcha, o
forzado por un ventilador. El agua refrigerada regresa al
motor donde comienza nuevamente el ciclo
CIRCULACION FORZADA
5. VENTAJAS E DESVENTAJAS POR
REFRIGERACION POR AGUA
Las ventajas de la refrigeración por agua son: Excelente
regulación de la temperatura, refrigeración homogénea, motor
más silencioso, menor consumo de energía.
Las desventajas son: Mayor peso del motor y aumento en su
complejidad. Mayor mantenimiento y mayor coste. Una fallo
mínima en el sistema (por ejemplo, una pequeña pérdida de
agua) puede dejar el motor inutilizable. En caso de funcionar
el motor con poca agua o sin agua y no ser advertido por el
usuario, pueden producirse graves daños estructurales en
pistones, camisas y culata.
6. REFRIGERACION POR AIRE
En la refrigeración por aire el enfriamiento se obtiene mediante el
barrido de los cilindros por la corriente de aire efectuada por el
desplazamiento de la máquina (motos y aviones), o forzada
mecánicamente. Este sistema es muy utilizado en motores de
motocicletas, aviación de baja y alta potencia y turismos de escasa
potencia, debido a su menor peso, mayor fiabilidad y/o bajo coste.
Las ventajas de este sistema son: casi nulo mantenimiento,
seguridad al no tener casi partes móviles ni agua, rápido alcance del
equilibrio térmico, menor peso, y menor costo.
Las desventajas son: motor ruidoso, regulación delicada, y
absorción de energía por la turbina.
7. REFRIGERACION POR ACEITE
En algunos motores (ej. Suzuki GSX 750) se ha
empleado con éxito el propio aceite del motor como
elemento refrigerante principal. En estos sistemas se
aumenta la cantidad de aceite del Carter motor que se
hace circular a través de un radiador de dimensión
adecuada antes de pasar a lubricar y refrigerar el motor.
9. se enumeran otros componentes que transfieren calor al refrigerante:
Enfriadores de aceite de la transmisión
Enfriadores de aceite hidráulico
Posenfriadores
Múltiples de escape enfriados por agua
Cajas y blindajes del turbocompresor enfriados por
agua
Enfriadores de aceite de los engranajes marinos
Enfriadores del convertidor de par/retardador
10. El recalentamiento o el enfriamiento excesivo pueden ser el
resultado de alguno de los siguientes
problemas:
El sistema de enfriamiento no tiene el tamaño correcto.
El sistema de enfriamiento recibe un mantenimiento
deficiente.
El motor no opera correctamente.
11. Diagrama de presión/temperatura
Por ejemplo, a 1.800 metros (6.000 pies) sobre el nivel del mar, el agua
hierve a 93 °C (200 °F).
Pero, a 3.700 metros (12.000 pies), el agua hierve a tan solo 88 °C (190
°F).
12.
13. Diagrama del sistema de enfriamiento:
(1) Culata
(2) Caja del termostato del agua
(3) Manguera de derivación
(4) Bloque de motor
(5) Enfriador de aceite
(6) Bomba de agua
(7) Radiador
(8) Tanque de expansión
(9) Tubería de derivación (tanque de expansión a la bomba
de agua)
17. Se recomienda utilizar agua
destilada o desionizada en los
sistemas de enfriamiento del
motor.
NO utilice los siguientes tipos de
agua en los sistemas de
enfriamiento: agua dura, agua
blanda
acondicionada con sal y agua de
mar.
18. Aditivos :
Los aditivos contribuyen a proteger las superficies de metal del
sistema de enfriamiento. La falta de aditivos de refrigerante o las
cantidades insuficientes de aditivos permiten que se presenten las
siguientes condiciones:
Corrosión
Formación de depósitos minerales
Óxido
Incrustaciones
Picaduras y erosión debidas a cavitación
Formación de espuma en el refrigerante
19. Glicol :
El glicol en el refrigerante contribuye a proteger
contra las siguientes condiciones:
Ebullición
Congelación
Cavitación de la bomba de agua (motores
equipados con ATAAC)
20.
21. Con el ELC CAT, los
motores de carretera
pueden operar 600.000
millas o 6 años con sólo
un intervalo de servicio.
Las máquinas de obras y
los motores comerciales
pueden funcionar 12.000
horas o 6 años. Esto es
tres veces más el
rendimiento anterior con el
refrigerante estándar.
Refrigerante de Larga
Duración Cat (ELC)
22. El prolongador ELC Cat debe
añadirse a la mitad de la vida o a
483.000 km (300.000 millas) en los
motores de camión de carretera y
a 6.000 horas en las máquinas Cat
y en los motores comerciales. Esto
asegura que el ELC Cat obtendrá
su vida útil máxima de 965.000 km
(600.000 millas) en los motores de
camión y de 12.000 horas en los
motores comerciales y de las
máquinas Cat.
Prolongador ELC Cat
23. El DEAC Cat es un fluido alcalino,
de una sola fase, a base de glicol
etileno que contiene agentes
orgánicos e inorgánicos que
inhiben la corrosión y evitan la
formación de espuma.
El DEAC Cat es un concentrado
que requiere que se mezcle con
una cantidad igual de agua para
protección contra congelamiento
por debajo de - 37ºC (-34ºF). Se
recomienda usar agua destilada o
desionizada.
Refrigerante/Anticongelante
para motor diesel (DEAC)
Cat
24. Es importante realizar una prueba
del refrigerante para asegurar que
el motor está protegido de la
cavitación interna y la corrosión. El
S•O•S también prueba la capacidad
del refrigerante de proteger el
motor de temperaturas de
ebullición o congelamiento.
Análisis de Refrigerante
de los Servicios S•O•S
25. Análisis de Refrigerante de los
Servicios S•O•S - Nivel 1
Se prueban las siguientes propiedades del
refrigerante:
• Concentración de glicol para protección
contra congelación y ebullición
• Capacidad de protección contra erosión y
corrosión
• pH
• Conductividad
• Análisis visual
• Análisis de olor
• Dureza del agua
26. Análisis de Refrigerante de los
Servicios S•O•S - Nivel 2
Análisis de refrigerante de los Servicios S•O•S tiene las
siguientes características:
•Análisis de refrigerante completo de nivel 1
•Identificación de las fuentes de corrosión metálica y
de los contaminantes
•Identificación de acumulación de impurezas que
causan corrosión
•Identificación de acumulación de impurezas que
causan incrustaciones
•Determinación de las posibilidades de electrólisis en
el sistema de enfriamiento del motor
27. Burbujas formadas en el refrigerante
por la vibración de la camisa
Implosión de burbujas cerca de la pared
de la camisa
Picadura de la camisa causado por la
implosión de burbujas
Ejemplo de picadura de la camisa
28. Está formado por burbujas de aire que se producen en la
superficie de una pared metálica. La concentración de
burbujas aumenta cuando la presión esta baja en el sistema
de enfriamiento y al aumentar las vibraciones en un motor.
29. Se menciona como ejemplo la pared
externa de un cilindro y explota hacia
adentro o implosiona.
Se suelta suficiente energía para
atacar físicamente la pared del
cilindro y sacar la película de óxido, lo
cuál produce corrosión y picaduras
con gran rapidez.
Con el tiempo la picadura se vuelve
profunda y perfora la pared del
cilindro permitiendo fugas de
refrigerante dentro del mismo.
Consecuencias
Notas del editor
Durante la operación, todos los motores de combustión interna generan calor. Sólo cerca de 33% del calor se convierte en potencia en el cigüeñal. Otro 30% es expulsado a través del sistema de escape y el 7% es radiado directamente a la atmósfera a través de las superficies del motor. El restante 30% debe disiparse a través de un sistema de enfriamiento diseñado cuidadosamente.
Además del calor de la combustión, otros componentes transfieren calor al refrigerante. Estos incluyen los enfriadores de aceite, posenfriadores, múltiples, turbocompresores y convertidores de par.
El refrigerante entra por bombeo en la camisa de distribucion en el lateral del bloque del motor a traves de un tubo . La mayor parte del refrigerante es empujado hacia arriba entre las bridas del radiador de aceite . Una pequeña cantidad de refrigerante es introducido en las chaquetas refrigerantes inferiores de las camisas interiores de los cilindros . Despues del radiador de aceite , el refrigerante es distribuido a traves de orificios de tamaño adecuado hasta las chaquetas refrigerantes del cilindro superior y la culata . La culata tambien recibe refrigerante de retorno de las chaquetas de las camisas interiores . Esta parte del refrigerante entra en la culata a traves de boquillas que dirigen flujo de refrigerante hacia los canales de gases de escape y los manguitos del inyector .Todo el flujo del refrigerante regresa ala bomba o radiador a traves del termostato en el extremo delantero de la culata .El termostato es de tipo piston y esta instalado directamente en la culata .Durante el calentamiento del motor , el refrigerante es conducido a la bomba
Cuando el motor alcanza una temperatura de trabajo normal , el termostato se abre y el refrigerante es conducido al radiador
Los sistemas de enfriamiento se basan en el agua, ya que el agua absorbe fácilmente el calor y lo entrega eficazmente en el radiador. Para evitar que el agua hierva a las temperaturas de operación del motor o que se congele en ambientes muy fríos, se añade glicol etileno. La relación de porcentaje de glicol etileno en el agua es de importancia para determinar cuánta protección proporcionará el refrigerante.
Para combatir el problema de la concentración excesiva y, aún más importante, evitar la destrucción por cavitación, Caterpillar ha desarrollado Refrigerante de Larga Duración (ELC).
Con el ELC Cat, los motores de carretera pueden operar 600.000 millas o 6 años con sólo un intervalo de servicio. Las máquinas de obras y los motores comerciales pueden funcionar 12.000 horas o 6 años. Esto es tres veces más el rendimiento anterior con el refrigerante estándar.
ELC Cat prediluido contiene 50% de ELC Cat concentrado y 50% de agua desionizada. Esta fórmula asegura que la calidad del agua no compromete la vida útil del refrigerante del motor y no hay que hacer conjeturas acerca de la mezcla correcta de anticongelante-agua ni hay preocupación acerca de las incrustaciones debidas al agua dura.
El ELC Cat concentrado puede usarse para bajar más la temperatura del punto de congelamiento del refrigerante a un valor menor que el de la mezcla previa, el cual es -37ºC (-34ºF).
Caterpillar desarrolló el prolongador ELC Cat exclusivamente para uso con el ELC Cat. El ELC Cat excede los requisitos de rendimiento de la norma EC-1 y contiene nitritos y molibdatos que ayudan a proteger contra la picadura de la camisa y el bloque, así como contra la erosión por cavitación.
El prolongador ELC Cat debe añadirse a la mitad de la vida o a 483.000 km (300.000 millas) en los motores de camión de carretera y a 6.000 horas en las máquinas Cat y en los motores comerciales. Esto asegura que el ELC Cat obtendrá su vida útil máxima de 965.000 km (600.000 millas) en los motores de camión y de 12.000 horas en los motores comerciales y de las máquinas Cat.
El DEAC Cat (Refrigerante/Anticongelante para motor diesel) es un fluido para sistemas de enfriamiento para servicio pesado, que proporciona una protección superior contra el congelamiento, las picaduras y la corrosión de los motores diesel y de gas natural. El DEAC Cat es un fluido alcalino, de una sola fase, a base de glicol etileno que contiene agentes orgánicos e inorgánicos que inhiben la corrosión y evitan la formación de espuma.
El DEAC Cat es un concentrado que requiere que se mezcle con una cantidad igual de agua para protección contra congelamiento por debajo de - 37ºC (-34ºF). Se recomienda usar agua destilada o desionizada.
Es importante realizar una prueba del refrigerante para asegurar que el motor está protegido de la cavitación interna y la corrosión. El S•O•S también prueba la capacidad del refrigerante de proteger el motor de temperaturas de ebullición o congelamiento. El Análisis de Refrigerante de los Servicios S•O•S puede hacerse en el distribuidor Caterpillar. Éste es el mejor modo de hacer seguimiento a la condición del refrigerante y del sistema de enfriamiento. El Análisis de Refrigerante de los Servicios S•O•S es un programa basado en muestras periódicas.
NOTA: No use la misma bomba de muestreo de vacío usada para extraer muestras de refrigerante en muestras de aceite. Un residuo pequeño de cualquiera de las dos muestras puede quedar en la bomba y generar una análisis inapropiado de la muestra tomada.
Siempre use las bombas designadas para cada muestreo para evitar falsos análisis.
El Análisis de Refrigerante de los Servicios S•O•S (Nivel 1) es una prueba de las propiedades del refrigerante.
Se prueban las siguientes propiedades del refrigerante:
Concentración de glicol para protección contra congelación y ebullición
Capacidad de protección contra erosión y corrosión
pH
Conductividad
Análisis visual
Análisis de olor
Dureza del agua
Se informa de los resultados y las recomendaciones apropiadas
Un Análisis de refrigerante de los Servicios S•O•S (Nivel 2) es una evaluación química completa del refrigerante. El análisis de nivel 2 es también una revisión de la condición general interna del sistema de enfriamiento.
Análisis de refrigerante de los Servicios S•O•S tiene las siguientes características:
Análisis de refrigerante completo de nivel 1
Identificación de las fuentes de corrosión metálica y de los contaminantes
Identificación de acumulación de impurezas que causan corrosión
Identificación de acumulación de impurezas que causan incrustaciones
Determinación de las posibilidades de electrólisis en el sistema de enfriamiento del motor
Se informa de los resultados y las recomendaciones apropiadas.
NOTA: Consulte las "Recomendaciones de los Fluidos de la Máquina Caterpillar" (SSBU6250) o el Manual de Operación y Mantenimiento adecuado para la información de los intervalos recomendados de muestreo de refrigerante.
La cavitación es un fenómeno destructivo causado por la vibración de la camisa del cilindro. Esta vibración crea burbujas en el refrigerante.
Estas burbujas explotan violentamente contra la superficie de la camisa y pueden astillar la superficie del metal. Esta picadura puede terminar por profundizarse lo suficiente como para romper la pared del cilindro, y el refrigerante puede pasar a la cámara de combustión.
Los aditivos químicos en el refrigerante forman una película o barrera contra la cavitación, que evita que las burbujas alcancen el metal y dañen la superficie. Con el uso, estos químicos que forman la barrera, se agotan y exponen el metal.
Pueden añadirse aditivos suplementarios de refrigerante (SCA) para alargar la vida útil del refrigerante. Sin embargo, la cavitación y los ácidos neutralizantes finalmente agotan el SCA.
Para mantener una protección constante con el uso del refrigerante estándar, los SCA deben añadirse periódicamente. El mantenimiento inadecuado de SCA puede llevar a la precipitación de sílice u otros problemas del sistema de enfriamiento.