• Author / Uploaded
• PaoloJunior

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE MECÁNICA

MATEMATICA BASICA

Trabajo monográfico: SISTEMA DE REFRIGERACIÓN EN LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

Docente: ROGELIO CERNA REYES

Integrantes del grupo: CERNA HUAMAN PAOLO JUNIOR RETAMOZO RIVEROS PABLO CAQUI PIZARRO ANTONY

Bellavista – Callao 2014

DEDICATORIA

Primeramente a dios por haber permitido llegar hasta este punto y habernos dado salud, ser el manantial de vida y darnos lo necesario para seguir adelante día a día para lograr nuestros objetivos, además de su infinita bondad y amor.

INDICE 1.

INTRODUCCIÓN...........................................................................................................1

2.

RESUMEN......................................................................................................................2

3.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.................................................................................3

4.

REFRIGERACIÓN.........................................................................................................3 4.1.

REFRIGERACION POR AIRE...............................................................................3

4.2.

REFRIGERACIÓN POR AGUA.............................................................................5

4.2.1.

CIRCULACIÓN POR TERMOSIFÓN............................................................5

4.2.2.

CIRCULACIÓN FORZADA...........................................................................6

4.3. ESTUDIO DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN.............................................................................................................7 4.3.1.

EL RADIADOR................................................................................................7

4.3.2.

LA BOMBA DE AGUA...................................................................................9

4.3.3.

EL VENTILADOR.........................................................................................10

4.3.4.

EL TERMOSTATO.........................................................................................10

4.4.

ANTICONGELANTES.........................................................................................12

4.5.

FALLAS.................................................................................................................13

4.5.1.

FUGAS............................................................................................................13

4.5.2. DAÑOS CAUSADOS POR LÍQUIDOS REFRIGERANTES INAPROPIADOS..........................................................................................................13 4.5.3.

DAÑOS POR CAVITACIÓN.........................................................................14

4.5.4.

DAÑOS POR SOBRECALENTAMIENTO..................................................14

4.5.5.

DAÑOS POR CONTAMINACIÓN DE CUERPOS EXTRAÑOS................15

4.5.6.

DAÑOS MECÁNICOS..................................................................................16

4.5.7.

DAÑOS POR CORROSIÓN..........................................................................16

5.

CONCLUSIONES.........................................................................................................17

6.

BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................18

ILUSTRACIONES Figura 1. Refrigeración por aire...............................................4 Figura 2. Agua caliente y fría (termosifón)...............................5 Figura 3. Refrigeración por bomba..........................................6 Figura 4. Funcionamiento del sistema de refrigeración............7 Figura 5. Función de un radiador.............................................8 Figura 6. Tipos de Radiador.....................................................8 Figura 7. Bomba de agua.........................................................9 Figura 8. Termostato y sus partes..........................................11 Figura 9. Líquido refrigerante................................................12 Figura 10. Bomba de agua con cavitación.............................14 Figura 11. Tuberías con quemaduras.....................................15 Figura 12. Bomba de agua con huecos producido por los cuerpos extraños...................................................................15 Figura 13. Bomba de agua con rastros de corrosión..............16

1. INTRODUCCIÓN La refrigeración es una técnica que se ha desarrollado con el transcurso del tiempo y el avance de la civilización; como resultado de las necesidades que la misma sociedad presenta a medida que avanza la tecnología y la invención en diferentes campos, contribuyendo a elevar el nivel de vida de las personas. La base sobre la que se fabrican nuevas sustancias y materiales la suministra la ciencia, siendo un tema muy interesante la selección de los refrigerantes, por dos razones principales: en primer lugar, los parámetros de operación que alcanza cada uno de ellos, esto es: presión y temperatura de evaporación y condensación y en segundo lugar la contribución a la destrucción de la capa de Ozono logrando aumentar el calentamiento global. Las aplicaciones de la Refrigeración son muy numerosas, siendo una de las más comunes la conservación de alimento, acondicionamiento ambiental, enfriamiento de equipos y últimamente en los desarrollos tecnológicos de avanzada en el área de los ordenadores. La diversidad de equipos empleados para refrigeración y acondicionamiento de aire es muy grande, y su funcionamiento se ajusta, en términos generales, a ciertos procesos termodinámicos tales como: evaporación, compresión, condensación, y expansión. Cada sistema tienes sus características particulares. Cada tipo de compresor opera según distintos mecanismos de compresión (alternativos, rotativos, helicoidales, entre otros). Cada dispositivo de control está diseñado para mantener algún parámetro de funcionamiento de un equipo entre determinados límites, principalmente: temperaturas, presiones, acumulación de hielo, entre otros fenómenos que se desea controlar. Algunos sistemas logran eliminar el uso de compresores valiéndose de procesos de absorción, pero a su vez requieren de fuentes externas directas e indirecta, como por ejemplo energía eléctrica, gas natural, vapor de agua o calor residual. Así pues, la selección de sistemas de Refrigeración, dependen en gran medida de cuanta carga térmica se desea extraer, del tipo de instalación que se requiere y del costo tanto inicial como de mantenimiento.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

1

2. RESUMEN Por refrigeración entendemos el acto de evacuar el calor de un cuerpo, o moderar su temperatura, hasta dejarla en un valor determinado o constante. La temperatura que se alcanza en los cilindros, es muy elevada, por lo que es necesario refrigerarlos. La refrigeración es el conjunto de elementos, que tienen como misión eliminar el exceso de calor acumulado en el motor, debido a las altas temperaturas, que alcanza con las explosiones y llevarlo a través del medio empleado, al exterior. La temperatura normal de funcionamiento oscila entre los 75º y los 90º. El exceso de calor produciría dilatación y como consecuencia agarrotaría las piezas móviles. Por otro lado, estropearía la capa aceitosa del engrase, por lo que el motor se giraría al no ser adecuado el engrase y sufrirían las piezas vitales del motor. A continuación se presentarán conceptos básicos y los aspectos más destacados de los Diferentes sistemas de Refrigeración que existen.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

2

3. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN El sistema de refrigeración de un motor es el encargado de mantener la temperatura óptima en todo momento y circunstancia de funcionamiento, sin importar si la temperatura ambiental es alta o baja.

4. REFRIGERACIÓN Para soportar altas temperaturas de la combustión, el motor tiene que evacuar constantemente calor y se

va refrigerando para evitar que sus piezas terminen por

deformarse, y fundirse. No obstante, el motor debe trabajar a una temperatura alta, la misma que se tiene que tratar de mantener para optimizar su rendimiento, pues en la dilatación de las piezas se alcanzan las dimensiones normales de funcionamiento. Actualmente, los motores son fabricados con distintos materiales con comportamientos y dilatación diferentes, como lo son las aleaciones de aluminio o el hierro fundido, lo hace más complejo el control de temperatura del sistema de refrigeración. Hace años, el circuito de refrigeración era mucho más simple; bastaba abrir la tapa del radiador y, si faltaba nivel, había que llenar con agua, de caño nomás. Hoy en día, la performance de los vehículos es otra, las condiciones de circulación también cambiaron la carga de sistemas embarcaciones se hizo mayor y, por consiguiente, cambió el sistema de refrigeración que ahora utiliza un líquido especial llamado líquido refrigerante, también existe refrigeración por aire que detallaremos más adelante . El sistema empleado por la refrigeración de los motores, son: refrigeración por aire, por agua y mixta. 4.1.

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 FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

3

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.

Figura 1. Refrigeración por aire

a) Ventajas:      

Mayor sencillez de motor. Fácil mantenimiento al reducirse el número de averías. Ocupa menos espacio. Menor peso. Menor costo. Seguridad al no tener partes móviles ni agua.

b) Desventajas: 

El principal inconveniente es que el motor resulta muy ruidoso al

   

exterior. Regulación delicada Tendencia al recalentamiento a bajas velocidades. Irregularidad en el enfriamiento. Tiene menor potencia útil.

4.2.

REFRIGERACIÓN POR AGUA

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

4

El procedimiento generalmente empleado es el de refrigeración por agua. la culata, válvulas y cilindros están rodeados por una envoltura hueca llena de agua(camisas de agua). En los motores de los barcos el agua se regenera continuamente, ya que se toma del mar y se vierte a el mismo, de forma cíclica, una vez que se a calentado al circular por las camisas. En los automóviles no puede hacerse esto, por lo que el agua se aprovecha enfriándola en con una corriente de aire en un radiador. La circulación del agua del sistema de refrigeración puede asegurarse de por dos procedimientos: por termosifón o forzada. 4.2.1.

CIRCULACIÓN POR TERMOSIFÓN

Sistema de refrigeración en el que la circulación del líquido se realiza por gravedad sin el auxilio de ninguna bomba gracias a las variaciones de densidad, y por tanto de peso específico, que experimenta el líquido al variar la temperatura. En efecto, el agua se dilata al aumentar la temperatura y, por ello, la parte motores térmicos. Por ejemplo, un motor de explosión corriente no es más que un ingenio termodinámico realizado de manera que retiene parte de la energía térmica producida por la combustión de la gasolina y la restituye en forma de energía motriz.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

5

Figura 2. Agua caliente y fría (termosifón)

4.2.2. CIRCULACIÓN FORZADA 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 líquido refrigerado regresa al motor donde comienza nuevamente el ciclo. La bomba es accionada generalmente mediante correas y poleas, que, en algunos casos, también hacen girar el ventilador. En los sistemas más modernos, el ventilador es movido por un motor eléctrico comandado por un termo contacto, y entra en funcionamiento sólo cuando la temperatura del líquido lo requiere. El sistema consta de un deposito que sirve para almacenar el refrigerante y como eventual vaso de expansión. También es habitual encontrar un circuito paralelo utilizado para la calefacción del vehículo.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

6

Figura 3. Refrigeración por bomba

4.3.

ESTUDIO DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

El circuito de refrigeración de los motores está formado principalmente por los siguientes elementos.    

El radiador La bomba Termostato Ventilador

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

7

Figura 4. Funcionamiento del sistema de refrigeración

4.3.1. EL RADIADOR Se conoce por radiador al dispositivo que permite intercambiar calor entre dos medios. Sirve para disipar calor de un objeto o aparato para evitar su sobrecalentamiento o para calentar un espacio o un objeto. Generalmente trabaja por convección, pero también por radiación, a lo que debe su nombre. Se entiende por este nombre al intercambiador de calor que cede o, en ciertos casos, recibe, el calor al o del aire ambiente. Su funcionamiento consiste en ampliar la superficie de intercambio por medio de aletas, normalmente, de modo que el calor encuentre suficiente superficie de intercambio. Efectivamente, el intercambio de calor depende de la diferencia de temperaturas entre los medios que intercambian calor, en este caso el radiador y el aire ambiente, y de la superficie de intercambio. Además, el aire que se ha calentado en la superficie, tiende, por efecto película, a permanecer en las proximidades, reduciendo la diferencia de temperaturas, por lo que a menudo se recambia por aire fresco, por medio de un ventilador.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

8

Figura 5. Función de un radiador

 TIPOS DE RADIADOR

Figura 6. Tipos de Radiador 4.3.2. LA BOMBA DE AGUA El modelo más usado es del tipo centrífugo, cuya parte móvil está compuesta por un plato con paletas; el agua llega por el tubo a la parte central de la bomba: las paletas, al girar, impulsan el agua con fuerza hacia fuera, obligándola a pasar a las camisas del bloque de cilindros.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

9

El movimiento para la bomba se envía desde el cigüeñal por la correa a la polea que acciona el ventilador, teniendo el mismo eje bomba y ventilador. Para que no haya fugas de agua por este eje, se rodea de una empaquetadura o prensa-estopas hecho de materia plástica y resbaladiza que por medio de la tuerca se oprime contra el eje, impidiendo escapes de agua. El eje de la bomba leva muchas veces un engrasador que debe atenderse con frecuencia, haciéndolo funcionar diariamente (cada diez horas). Modernamente se montan las bombas con engrase interno, para toda su vida, y con un resorte que aprieta automáticamente la empaquetadura, por lo que no necesitan ocuparse de engrase ni apriete. Las paletas dejan entre ellas bastante espacio para que el agua circule por termosifón aunque deje de funcionar la bomba, claro que de modo insuficiente, pero dando tiempo a que el tractorista se percate de la avería por el calentamiento progresivo del motor. Este tipo de bomba se llama también impulsor, que a veces tiene forma de hélice sencilla.

Figura 7. Bomba de agua 4.3.3. EL VENTILADOR Tiene por objeto activar la corriente de aire que pasa a través del radiador durante la marcha del tractor y también produce esa corriente cuando el vehículo está parado, con el motor funcionando. Es una pequeña hélice de varias palas; se mueve, casi siempre, por medio de una correa que recibe su giro desde una polea montada en el extremo delantero del cigüeñal. FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

10

Como la correa se afloja el uso, es necesario disponer de un medio para templarla y que no patine. La disposición más corriente es en la que la correa, mandada por la polea del cigüeñal, mueve el eje del ventilador y de la bomba de agua que está detrás, y pasa por una tercera polea que hace girar el generador. Éste va montado sobre un soporte que puede bascular alrededor de la tuerca-pivote, fijándose con la tuerca-pivote, fijándose con la tuerca en la posición que deje suavemente atirantada la correa. El ventilador aspira la corriente de aire a través del radiador, la hace circular alrededor del motor y, para que su circulación sea fácil y quede bien canalizada, ha de tener salida al exterior; esto se consigue por las aberturas laterales del capo que cubre y encierra el motor, protegiéndole de la intemperie. 4.3.4. EL TERMOSTATO Un termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico en función de la temperatura. Su versión más simple consiste en una lámina metálica como la que utilizan los equipos de aire acondicionado para apagar o encender el compresor. Otro ejemplo lo podemos encontrar en los motores de combustión interna, donde controlan el flujo del líquido refrigerante que regresa al radiador dependiendo de la temperatura del motor.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

11

Figura 8. Termostato y sus partes  FUNCIÓN DEL TERMOSTATO

Esta parte tan importante del motor es una válvula metálica con un resorte que al calentarse con el refrigerante se abre dejando pasar flujo de este líquido al radiador. El termostato tiene indicado en su parte exterior a la temperatura que se abre y en caso de cambiarse debe ser reemplazado por uno de igual temperatura de funcionamiento. El termostato pieza tiene mucha importancia en lo que respecta al trabajo del motor, de la inyección del combustible y emisiones contaminantes, las fallas de esta pieza pueden ser dos: la primera es que se quede cerrada y eleve la temperatura del motor; y la segunda, que se quede abierta y baje la temperatura. En caso que se quede pegado en posición cerrada no habrá flujo hacia el radiador y se puede recalentar el motor hasta fundirlo. En el caso contrario, que se quede pegado en posición abierta, el motor se enfriará, lo que podría desgastar el motor por fricción, ya que los metales se contraen por la temperatura. También el sensor de temperatura del refrigerante al medir una baja temperatura inyectará más combustible para compensar y, por consiguiente, las emisiones contaminantes se elevarán y el rendimiento de la gasolina disminuirá de manera evidente. 4.4.

ANTICONGELANTES

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

12

Los anticongelantes son compuestos que se añaden a los líquidos para reducir su punto de solidificación, logrando de esta forma que la mezcla resultante se congele a una temperatura más baja. Una aplicación típica es añadirlos a la gasolina y el diésel para evitar su solidificación en invierno, así como al agua del circuito de refrigeración de los motores para que funcionen expuestos a temperaturas extremas. Otra aplicación es inhibir la corrosión de los sistemas de refrigeración que a menudo contienen una gama de metales electroquímicamente incompatibles

(aluminio, hierro

fundido, cobre,

soldaduras de plomo, etcétera). En ocasiones se prefiere el término «agente coligativo» para aludir tanto a los anticongelantes como a los «anti ebullición» que también se emplean en climas cálidos para aumentar el punto de ebullición.

Figura 9. Líquido refrigerante

Lo más conveniente es usar los preparados anticongelantes que se venden en el comercio. Si son de una marca solvente, llevaran incorporados inhibidores que impiden la formación de óxido y depósitos calcáreos en los conductos de radiador y camisas.

4.5.

FALLAS

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

13

Al momento del mantenimiento del sistema de refrigeración podemos encontrar fallas muy comunes como es el caso de: 4.5.1. FUGAS Por el transcurso del tiempo bajo las condiciones normales de funcionamiento, es posible que la junta del anillo deslizante aparezca pequeñas cantidades de líquido o de vapor. En las bombas de agua también hay fugas, ello es causado por diferentes factores, por ejemplo: 

Desgaste normal, dependiendo en las condiciones de funcionamiento después de



aproximadamente de 50000km a 100000km. Suciedad en el sistema de refrigeración, por ejemplo, por herrumbre, sedimentaciones, partículas de goma o plástico, que puedan penetrar en la junta de



anillo deslizante. Utilización de líquidos inapropiados para llenar el sistema de refrigeración o un líquido con una proporción de mezcla equivocada, mayoritariamente con una



proporción excesiva de agua del grifo (calcificación). Sobrepresión en el sistema de refrigeración debido a defectos en las válvulas de



sobrepresión, situadas en la tapa del radiador. Juntas de culatas defectuosas, por las cuales pueden llegar gases de combustión a presión hasta el sistema de refrigeración

4.5.2. DAÑOS

CAUSADOS

POR

LÍQUIDOS

REFRIGERANTES

INAPROPIADOS Aparte de las fugas, existen daños causados por la utilización de líquidos refrigerantes inapropiados, en las cuales encontramos:

4.5.3. DAÑOS POR CAVITACIÓN FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

14

La cavitación es un efecto físico que es originado por el flujo de líquidos y los cambios de presión resultante. Los flujos intensos de líquido pueden originar burbujas de vacío, las cuales se estrellaran luego, por ejemplo contra la pared de una carcasa. Como consecuencia de ello, el líquido será lanzado a gran velocidad contra la pared de la carcasa. El impacto continuado erosionara con el tiempo el material de la pared de la carcasa.

Figura 10. Bomba de agua con cavitación

4.5.4. DAÑOS POR SOBRECALENTAMIENTO La mayoría de los daños por sobrecalentamiento se producen como consecuencia de defectos en los termostatos o ventiladores de los radiadores, y en los vehículos que tienes más años a causa también de acoplamientos hidrodinámicos defectuosos. Un acoplamiento hidrodinámico defectuoso hace que el radiador se disipe muy poco calor, debido al deficiente flujo del aire.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

15

Figura 11. Tuberías con quemaduras 4.5.5. DAÑOS POR CONTAMINACIÓN DE CUERPOS EXTRAÑOS La contaminación de cuerpos extraños es una de las causas más frecuentes de los daños que se producen en el circuito de refrigeración. Este tipo de contaminación se produce por la acción de sustancias abrasivas tales como la herrumbre, la cal o la pasta de pulir. Cuando se realizan determinadas reparaciones en los motores, o cuando se usa agua sucia, por ejemplo, partículas o granos abrasivos pueden llegar a la corriente del líquido refrigerante y causar daños notables.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

16

Figura 12. Bomba de agua con huecos producido por los cuerpos extraños 4.5.6. DAÑOS MECÁNICOS En la bomba se pueden producir graves daños si no se respetan los pares de apriete adecuados o se tensa demasiado la correa. En las reparaciones es imprescindible utilizar las herramientas y medios auxiliares apropiados. Los cojinetes de bolas y de rodillos son muy sensibles a los golpes. Las pistas de los rodamientos de los cojinetes no deben ser sometidos a cargas durante los trabajos de montaje.

4.5.7. DAÑOS POR CORROSIÓN Los daños por corrosión y por calcificación se producen sobre todo cuando el líquido refrigerante contiene mucha agua mineralizada.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

17

Figura 13. Bomba de agua con rastros de corrosión

5. CONCLUSIONES El sistema de refrigeración es uno de los sistemas más importantes ya que si ello el sistema motor o principal puede fallar y causar daños graves. Siempre hay que tener en cuenta que si no le hacemos el respectivo mantenimiento al sistema de refrigeración para su temperatura adecuada los elementos mecánicos fallan como el termostato, los tubos metálicos, la bombilla de agua, el radiador, etc.

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

18

6. BIBLIOGRAFIA

    

http://www.aficionadosalamecanica.com/refrigeracion-motor.html http://www.ecured.cu/index.php/ http://megadiesel.blogspot.com/ http://www.guioteca.com/mecanica http://www.ruville.com/fileadmin/user_upload/redaktion/pdfs/Technikbr oschueren/ESP/Kuehlsystem_spanisch.pdf

FIME | SISTEMA DE REFRIERACION EN LOS MOTORES DE COMUSION INTERNA

19