Transfer

1. TRANSFERENCIA DE
CALOR
COMPONENTES AUTOMOTRICES

2. OBJETIVOS:
- Comprobar de que manera esta presente la transferencia de calor en el sistema automotriz
- Ver la influencia de los principios de calor y transferencia de calor al ahora de realizar el diseño
y dimensionamiento de motores de combustión interna
- Estudiar los distintos sistemas de refrigeración existentes en los motores de combustión interna
- Analizar la interacción de los componentes automotrices y sus materiales a la hora de transmitir
calor

3. Materiales en motores de combustión interna
 Bloque del motor: Hierro fundido o aluminio, principalmente aluminio para reducir el peso del motor
 Culata:
 Aluminio: La culata, que cubre la parte superior del bloque del motor, suele estar hecha de aleaciones de aluminio
para reducir el peso y mejorar la conductividad térmica.
 Pistones:
 Aleaciones de aluminio: Los pistones, que se desplazan hacia arriba y hacia abajo en los cilindros, suelen estar
hechos de aleaciones de aluminio para ser ligeros y tener una buena conductividad térmica.
 Cigüeñal:
 Aleación de acero: El cigüeñal, que convierte el movimiento lineal de los pistones en un movimiento rotativo,
generalmente está hecho de aleaciones de acero de alta resistencia.

4.  Árboles de levas:
 Aleación de acero: Los árboles de levas controlan la apertura y cierre de las válvulas y suelen estar hechos de aleaciones de
acero endurecido.
 Válvulas:
 Acero inoxidable o aleaciones de níquel: Las válvulas que controlan la entrada y salida de gases en los cilindros
suelen estar hechas de acero inoxidable o aleaciones de níquel para resistir altas temperaturas y corrosión.
 Juntas y sellos:
 Materiales compuestos, gomas y metales: Se utilizan diferentes materiales para juntas y sellos, como compuestos de
goma, materiales metálicos y otras aleaciones, para garantizar la estanqueidad y resistir temperaturas y presiones
extremas.

5.  Aleaciones de aluminio
 La conductividad térmica del aluminio es relativamente alta en comparación con otros materiales
comúnmente utilizados en la fabricación de motores. El valor típico de la conductividad térmica del
aluminio es de aproximadamente 205-235 vatios por metro-kelvin (W/(m·K)). Este alto valor
significa que el aluminio es muy eficiente para conducir el calor a través de su estructura.
 La buena conductividad térmica del aluminio es una de las razones por las cuales se utiliza en
aplicaciones donde es crucial la disipación efectiva del calor, como en los pistones de motores de
combustión interna. La capacidad de los pistones para transferir rápidamente el calor generado
durante la combustión ayuda a mantener las temperaturas bajo control y contribuye al rendimiento y
la eficiencia del motor.

6.  Transmisión de calor en componentes automotrices
La temperatura pico de los gases de combustión en el cilindro de una máquina de combustión interna es
del orden de los 2500 K. (2227 ºc) . De manera instantánea.
las aleaciones de aluminio esta temperatura no debe
La temperatura de la pared interna del cilindro debe mantenerse por debajo de los 180°C para evitar la
degradación de la película de lubricante. Las bujías y las válvulas deben mantenerse frías también para
evitar problemas de pre-ignición y "cascabeleo"

7. Modos de transferencia de calor en máquinas de combustión interna
 Conducción: Este es el mecanismo predominante en la transferencia a través de la cabeza,
las paredes de los cilindros y el pistón, de los anillos de este último al monobloque y a los
múltiples de escape.
 Convección: En este mecanismo, el calor se transmite a través de los fluidos en
movimiento y entre un fluido y una superficie sólida con movimiento relativo. Cuando este
movimiento se produce por una fuerza distinta a la gravedad, se utiliza el término
convección forzada. El calor se transfiere por convección forzada entre los gases en la
cámara de combustión y la cabeza del motor, válvulas, paredes del cilindro y pistón durante
los ciclos de inducción, compresión, expansión y durante la salida de los mismos por los
ductos de escape. Este calor se transfiere por convección forzada a los fluidos refrigerantes
(que pueden ser un líquido o un gas), y de los pistones al lubricante. Por último, este calor
es transferido también por convección del motor al ambiente

8.  Radiación: La transferencia de calor por radiación ocurre desde los gases de combustión a alta
temperatura y la región de la flama hacia las paredes de la cámara de combustión (sin embargo, la
magnitud de la transferencia por radiación es, en comparación con la convección, insignificante.

9. SISTEMA DE REFRIGERACION DEL MOTOR
 El objeto de la refrigeración, es mantener el motor a una temperatura de funcionamiento de 90°C
aproximadamente. Los elementos que precisan de refrigeración son: por medio del lubricante
(pistones, árbol de levas, cabezas de biela y apoyos del cigüeñal), y por aire o agua (Cilindros, culata,
guiais de válvulas, válvulas y asientos)
 Una buena refrigeración posibilita un aumento de potencia porque con ello mejora la carga de los
cilindros y porque en los motores Otto la mezcla combustible- aire puede comprimirse más
fuertemente sin que se inflame por si misma. Se distingue entre refrigeración por aire y refrigeración
por agua.

10. Refrigeración por aire
 Por medio de la refrigeración por ventilador o turbina de aire pueden refrigerarse suficientemente
los motores tapados. Por esta razón son apropiados para automóviles y moto scooters.
 Un ventilador aspira el aire axialmente y lo expulsa hacia el exterior por medio de un rotor de
paletas. El aire se lleva desde la caja del ventilador, a través de conductos y chapas conductoras,
hasta los cilindros entre los que se reparte uniformemente. El rotor de aletas puede montarse
directamente en el cigüeñal o accionarse por medio de correas trapeciales. Un termostato puede
regular el caudal de aire, por ejemplo, por medio de un anillo estrangulador.
 Ventajas de la refrigeración por aire:
1. La refrigeración por aire es de funcionamiento más seguro y casi no necesita cuidados.
2. El motor alcanza más rápidamente su temperatura de servicio.
 Inconvenientes de la refrigeración por aire:
1. Se tienen ruidos más fuertes como consecuencia de haber desaparecido la envolvente de agua

12. Refrigeración por liquido
 En la refrigeración por líquido, tanto los cilindros como la culata tienen doble pared. La cámara
intermedia está llena de líquido, por ejemplo, agua, y conformada de modo que se forme un
circuito de refrigeración por líquido.
 La refrigeración por circulación forzada (circuito de refrigeración con bomba,) es la más
utilizada. Una bomba hace circular con gran velocidad de circulación al líquido de refrigeración,
a través de un circuito de refrigeración por lo general de tipo circuito cerrado.
 Con el motor frío, la bomba de agua impulsa el líquido refrigerante por la envolvente de los
cilindros, la baña y llega a la culata a través de los orificios de paso. De ahí pasa a través del
termostato, que aún cierra el paso al radiador, y vuelve a la bomba. Si está conectada la
calefacción del coche, una parte del líquido refrigerante vuelve a la bomba pasando por el
intercambiador de calor

14. Ventilador
 El ventilador tiene la misión de hacer pasar por el radiador la cantidad de aire suficiente para la
refrigeración cuando no basta el viento de la marcha, por ejemplo, cuando el vehículo circula
lentamente o está parado con el motor en marcha.
 En muchos motores se utiliza un ventilador de conexión automática. Este ventilador no empieza
a funcionar hasta que se llega al límite superior de la temperatura de régimen. Deja de funcionar
cuando el viento de la marcha basta para la refrigeración.
 De esta manera se ahorra gasolina o se gana potencia en el motor, se reduce el ruido del
ventilador y la temperatura de régimen se alcanza con mayor rapidez y se mantiene constante.

15. El refrigerador o radiador
 Tiene la misión de ceder al aire el calor que ha sustraído al motor el agua de refrigeración.
 Está constituido por una caja superior y otra inferior. Entre una y otra está dispuesto el
panal o parrilla.
 Las cajas de agua están hechas generalmente con chapa de latón, metal ligero o plástico.

16. Radiadores de tubo de agua
 Las cajas de agua están unidas entre sí por tubos metálicos de paredes delgadas a través de los
cuales fluye el agua de refrigeración. Para aumentar la superficie de refrigeración, dichos tubos
están unidos entre sí por medio de finas chapas de cobre o de aluminio, que forman las laminillas o
aletas de refrigeración. Forman la parrilla o panal de refrigeración

17. Radiador de laminas
 En los radiadores de láminas el agua de refrigeración es conducida a lo largo de muchos canales
planos. Los canales se forman mediante la unión por soldadura de tiras delgadas (láminas) de cobre o
de latón. El radiador de láminas tiene para las mismas dimensiones que uno de tubos un efecto
refrigerador más potente pero su resistencia no es tan grande. Además, los canales planos de paso se
pueden obstruir con más facilidad.

18. Liquido refrigerante
 Los refrigerantes de automóviles son sustancias diseñadas para absorber y disipar el calor del
motor, evitando el sobrecalentamiento del sistema. El refrigerante circula a través del motor y el
sistema de enfriamiento, absorbe el calor generado por la combustión y lo transporta hacia el
radiador, donde se disipa en el aire.
 Punto de ebullición elevado: Los refrigerantes deben tener un punto de ebullición lo
suficientemente alto como para operar efectivamente en condiciones de funcionamiento normales
del motor sin vaporizarse prematuramente. Esto ayuda a mantener el líquido en estado líquido
mientras absorbe el calor.
 Punto de congelación bajo: Para evitar la congelación en climas fríos, los refrigerantes deben
tener un punto de congelación suficientemente bajo. Esto asegura que el líquido no se solidifique
y dañe el sistema de enfriamiento.
 Buena conductividad térmica: Los refrigerantes deben tener una buena capacidad para transferir
el calor. Esto significa que deben ser eficientes para absorber el calor del motor y transportarlo al
radiador para su disipación.
 Compatibilidad con materiales: Los refrigerantes deben ser compatibles con los materiales
presentes en el sistema de enfriamiento, como los metales y las gomas utilizadas en sellos y
mangueras. Además, deben ser no corrosivos para evitar dañar los componentes del motor.

19.  Estabilidad química: Los refrigerantes deben ser químicamente estables a lo largo del tiempo para
mantener su eficacia y evitar la formación de depósitos o sedimentos que puedan obstruir el sistema
de enfriamiento.
 Baja viscosidad: Una baja viscosidad facilita el flujo del refrigerante a través del sistema de
enfriamiento, permitiendo una transferencia de calor eficiente.
 Compatibilidad ambiental: Muchos refrigerantes modernos están diseñados para ser más
amigables con el medio ambiente. Por ejemplo, algunos refrigerantes más recientes no contienen
clorofluorocarbonos (CFC) ni compuestos que agoten la capa de ozono.
 Estabilidad de la presión: Los refrigerantes deben ser capaces de manejar las variaciones de
presión en el sistema de enfriamiento sin cambiar significativamente sus propiedades físicas.
 El refrigerante más comúnmente utilizado en los automóviles en la actualidad es el etilenglicol
mezclado con agua, a menudo con aditivos para mejorar sus propiedades. Además, es importante
seguir las recomendaciones del fabricante del vehículo en cuanto al tipo y mezcla de refrigerante
que se debe utilizar en un vehículo específico.

20.  El etilenglicol tiene un alto punto de ebullición (197ᵒC) y un bajo peso molecular. Esto se
debe a la fuerte asociación de moléculas en la fase líquida, provocada por la formación de
puentes de hidrógeno. En su forma pura, el etilenglicol se congela a unos -13 °C, mientras
que la mezcla de etilenglicol y agua puede permanecer líquida a temperaturas mucho más
bajas. Una mezcla de 40 %de agua y 60 %de glicol, por ejemplo, puede soportar
temperaturas de hasta -37ᵒC.