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La energía, par, que genera el motor se logra mediante explosiones o combustiones en las que se alcanzan elevadas temperaturas.
Si no se enfrian los componentes del motor próximos se dilatan en exceso llegandose a agarrotar y destruir, es por lo tanto necesario un sistema de refrigeración.
Hay genéricamente dos formas de refrigerar el motor, por líquido que recoge el calor el motor y lo disipa al exterior, y por el aire de la marcha.
Hace años que la refrigeración del motor del automóvil se hace por líquido, pero también se utilizó el sistema de aire, que se desestimó por su menor capacidad de control y versatilidad.
En la refrigeración por aire se suele utilizar un radiador de aceite para que el lubricante colabore en la refrigeración, pues llega el aceite a las zonas térmicamente más críticas del motor.
El radiador de aceite también se implanta en motores prestacionales con sistemas de refrigeración por líquido.
Motor refrigerado por líquido
El funcionamiento del motor de explosión implica que genere calor.
Para evitar daños en sus componentes se ha de mantener la temperatura en el entorno de 90º a 95º lo que requiere un sistema de refrigeración.
El utilizado actualmente en el automóvil es el sistema de refrigeración por líquido, imagen 10.1.
- Una cámara de refrigeración rodea las zonas calientes del motor en el bloque y la culata y en su interior hay líquido de refrigeración, es agua destilada con aditivos y anticongelante.
- Mediante unos conductos, manguitos, se comunica la cámara de refrigeración del motor con el radiador, uno por la parte superior y otro por la inferior.
- Una bomba de agua movida por el motor adapta el caudal de circulación del líquido a las RPM del motor.
- Al calentarse el líquido aumenta de volumen por lo que se incorpora el vaso de expansión con válvulas de presión, las conexiones con otros elementos de refrigeración son mediante manguitos.
- Para reducir el tiempo de calentamiento se añade el termostato, es como un grifo que puede estar abierto o cerrado.
- El electroventilador induce el paso del aire por el radiador cuando no es suficiente el de la marcha, el termocontacto determina sus secuencias de actuación.
- Un testigo de sobrecalentamiento informa al conductor de incidente en la refrigeración que provoca sobrecalentamiento.
- Se puede disponer de indicador de temperatura.
Funcionamiento de la refrigeración por líquido
Al arrancar el motor en frío el termostato, que es como un grifo, impide la refrigeración hasta que el motor toma temperatura.
El motor se va calentando y el radiador enfría el líquido por el aire que le atraviesa, enviándolo a menor temperatura al motor.
Si es necesario el electroventilador entra en acción controlado por el termocontacto.
Al calentarse el líquido aumenta de volumen y se incrementa el nivel en el vaso de expansión.
Para que no se eleve en exceso la presión abre una válvula de alta presión en el tapón del vaso que la mantiene en los valores adecuados.
El indicador de temperatura ha subido y se ha de mantener en su valor óptimo.
La bomba de agua adapta el caudal de circulación del líquido de refrigeración a las RPM del motor.
Al parar el motor el líquido se va enfriando disminuyendo de volumen, entonces otra válvula de depresión en el tapón del vaso de expansión abre para permitir la entrada de aire exterior que compense la variación de presión.
En caso de que durante el funcionamiento suba en exceso la temperatura, el indicador informará del hecho y si se llega a un valor crítico se encenderá el testigo de sobrecalentamiento para que el conductor pare el motor.
Componentes del sistema de refrigeración por líquido
Se ven en la imagen 10.2 y estas son sus funciones.
Radiador
- Está formado por un conjunto de conductos transversales por los que circula el líquido de refrigeración, el aire de la marcha pasa entre estos conductos enfriando el líquido que transita por su interior.
Electroventilador
- Es un ventilador accionado por un motor eléctrico que fuerza el paso del aire por el radiador cuando el caudal de paso por la marcha del vehículo es insuficiente para enfriar el líquido.
Termocontacto
- Está en la salida del líquido del radiador al motor, cuando el líquido alcanza determinada temperatura pone en marcha el electroventilador para forzar el paso del aire por el radiador.
Manguitos
- Son tubos flexibles de goma que conectan los diferentes elementos del sistema de refrigeración.
Tapón con válvulas del vaso expansor
- El volumen del líquido varia con la temperatura, las válvulas abren y cierran para mantener la presión en valores predeterminados.
- Con algo más presión que la atmosférica en caliente se logra que el líquido de refrigeración no entre en ebullición hasta más de 120º, lo que mejora la capacidad de refrigeración.
Vaso de expansión
- Permite acumular el líquido al aumentar de volumen con el motor caliente.
- El nivel del líquido depende de la temperatura por lo que se ha de controlar con el motor frío.
- El líquido de refrigeración es una base de agua desmineralizada con aditivos para contrarrestar los desgastes por los cambios térmicos, acumulación de suciedad y anticongelante.
Termostato
- Es un grifo accionado por un controlador bimetálico sensible a la temperatura, con el motor frío está cerrado para reducir el periodo de calentamiento, es cuando más se desgasta el motor, al alcanzar la temperatura óptima abre y se establece la circulación del líquido.
Cámara de refrigeración
- Son cavidades alrededor de las zonas calientes del motor llenas con líquido de refrigeración.
Testigo de sobrecalentamiento
- Se enciende al superar el líquido de refrigeración la temperatura de funcionamiento más un margen de seguridad.
- Se ha de parar el motor inmediatamente.
Indicador de temperatura
- Informa en tiempo real de la temperatura del motor.
Sensor de temperatura
- Está colocado en la zona más caliente del motor e informa al testigo de sobrecalentamiento y al indicador de temperatura, puede haber uno para cada función.
Bomba de agua y correa de arrastre
- La bomba es accionada por el cigüeñal mediante una correa y adapta el caudal de circulación del líquido de refrigeración a las RPM.
Automóvil con refrigeración por líquido
Imagen 10.3
Al poner en marcha el motor en frío el termostato está cerrado y no circula el líquido de refrigeración, que se va calentando en la cámara de combustión del motor.
Al alcanzar la temperatura normal de funcionamiento, abre el termostato y el líquido comienza a circular impelido por la bomba de agua arrastrada mediante la correa por el motor.
El líquido caliente circula por los manguitos y al llegar al radiador se enfría por el aire de la marcha, o forzado por el electroventilador si así lo determina el termocontacto.
Según aumenta la temperatura del líquido de refrigeración también lo hace su volumen subiendo de nivel en el vaso de expansión.
Cuando la presión en su interior alcanza un valor determinado abre la válvula de sobrepresión manteniendo la presión interior por encima de la atmosférica.
Durante la marcha el indicador de temperatura informa al conductor por la señal recibida de su sensor.
En caso de que subiese en exceso la temperatura del líquido se encendería el testigo de sobrecalentamiento.
Tras parar el motor el líquido se va enfriando y reduciendo su volumen, lo que hace que se abra otra válvula en el tapón de vaso de expansión para permitir la entrada de aire que compensa la bajada de volumen.
Esta comunicación con el aire exterior, que aporta humedad, va degradando progresivamente el líquido de refrigeración, lo que unido a otros desgastes por cambios térmicos y suciedad hace que sea necesario sustituir periódicamente el líquido de refrigeración.
Accionamiento de la bomba de agua
Dos son las formas genéricas de mover la bomba de agua desde el motor del automóvil, mediante la correa exterior de accesorios o por la correa de distribución, hay otra forma de hacerlo que se explica después.
Por la correa exterior de accesorios, imagen 10.4
- Desde la polea exterior del cigüeñal una correa acciona otra polea que mueve la bomba de agua.
- En este motor hay dos correas exteriores de accesorios, la de la bomba de agua acciona también el alternador.
Por la correa de distribución, imagen 10.5
- El piñón interior del cigüeñal arrastra la correa de distribución y esta mueve el piñón de la bomba de agua.
- En este tipo de accionamiento de la bomba de agua, se debe sustituir con los demás elementos incluidos en el mantenimiento periódico de la correa de distribución.
Bomba de agua mecánica, eléctrica y desacoplable
Bomba mecánica
Imagen 10.6
La bomba de agua está movida por el motor, desde unas poleas exteriores de arrastre y correa o mediante la correa de distribución.
La bomba de agua resta par motor para su funcionamiento, y además su velocidad es proporcional a las RPM del motor, según la relación de los diámetros de las poleas de accionamiento.
Hay situaciones en que la bomba de agua no es necesaria, o al menos todo su caudal, y otras en las que sería útil que pudiese girar más rápido; subidas con carga y calor exterior.
Bomba de agua eléctrica
Imagen 10.7
Se sustituye el arrastre de la bomba de agua por un motor eléctrico para su funcionamiento.
Con el motor frío y descensos prolongados la bomba no gira, reduciendo el consumo del motor, y en subidas con exigencias térmicas puede girar más rápido para aportar el caudal adicional de líquido de refrigeración que permite mantener el motor en su equilibrio térmico.
Del control electrónico se encarga un calculador específico o el mismo que gestiona el motor.
Bomba de agua desacoplable
Imagen 10.8
Una solución intermedia entre la bomba de agua movida permanentemente por el motor y la eléctrica es la bomba desacoplable; un rodillo intermediario entre las poleas del cigüeñal y de la bomba de agua se puede desplazar por la acción de un motor eléctrico, haciendo que el rodillo acople o desacople las poleas de bomba de agua y cigüeñal.
El control de la actuación del motor eléctrico la suele hacer el calculador electrónico del motor.
