¿Qué es un
Sistema de refrigeración?
Un vehículo normal y corriente, que circula por la carretera a unos 50
kilómetros por hora, produce aproximadamente 4.000 explosiones controladas por
minuto dentro del motor. Obviamente, estas explosiones producen una enorme
cantidad de calor que si no se controla,
destruye un motor en cuestión de pocos minutos. Controlar estas altas temperaturas
es el trabajo del Sistema de Refrigeración de nuestro coche.
El sistema de
refrigeración de los coches modernos moderna no ha cambiado mucho desde los sistemas
de refrigeración usados en el Ford modelo T en los años 20. Por supuesto
los sistemas se han vuelto infinitamente más fiables y eficientes, pero el sistema de refrigeración
básico todavía se compone de líquido refrigerante que circula a través del
motor, luego hacia el radiador para ser enfriado por el flujo de aire que entra
a través de la rejilla frontal del vehículo y una vez frío recorre nuevamente
el interior del motor atrapando calor.
Un sistema de refrigeración
debe ser capaz de mantener el motor a
una temperatura constante aunque la temperatura exterior sea de 10 grados bajo
cero o 40 grados sobre cero. Si la temperatura del motor es demasiado
baja, subirá el consumo de combustible y
aumentarán tanto el desgaste como las emisiones. Si el motor se calienta
demasiado durante demasiado tiempo, el motor se autodestruirá.
¿Cómo
funciona un sistema de refrigeración?
En realidad, en los coches hay dos sistemas de enfriamiento: Refrigeración líquida
y refrigeración por aire. Motores refrigerados por aire se encuentran en coches más antiguos, como el Volkswagen
escarabajo original, algunos modelos de Porsche, de Ford y algunos, pocos, más. Muchas
motocicletas modernas usan refrigeración por aire, pero en su mayor parte, los
automóviles y los camiones utilizan sistemas enfriados por líquidos. Nos
centraremos en esos sistemas.
El sistema de refrigeración
se compone de tuberías dentro del bloque y cabezas del motor, una bomba de agua
para hacer circular el líquido de refrigeración, un termostato para controlar
la temperatura del refrigerante, un radiador para enfriar el refrigerante, una
tapa del radiador para controlar la presión en el sistema, y algunos
elementos de fontanería como la interconexión de los manguitos para transferir
el líquido refrigerante desde el motor al radiador y también al sistema de
calefacción del coche, donde se utiliza refrigerante caliente para calentar el
interior del vehículo en un día frío.
Un sistema de
refrigeración funciona mediante el envío de un refrigerante líquido frío a
través de tuberías en el bloque del motor. A medida que el refrigerante
fluye a través de estas tuberías y pasadizos, recoge el calor del
motor. El fluido cuando está caliente va través de una manguera de caucho
al radiador, en la parte delantera del coche. A medida que fluye a través
de tubos delgados en el radiador, el líquido caliente se enfría por el flujo de
aire que entra por la parte delantera del coche. Una vez que el fluido se
enfría, vuelve al motor para absorber más calor. La bomba de agua tiene la
tarea de mantener el fluido en movimiento a través de este sistema de tuberías
y pasadizos.
Un termostato, que
está colocado entre el motor y el radiador, se asegura de que el refrigerante
se mantiene por encima de una cierta temperatura preestablecida. Si la
temperatura del refrigerante cae por debajo de esta temperatura, el termostato
hace que el flujo de refrigerante vaya directamente de vuelta al motor sin
pasar por el radiador. El refrigerante continuará circulando de esta manera
hasta que alcanza una temperatura preestablecida, en cuyo punto, el termostato
abre una válvula y permite que el refrigerante pase a través del radiador para
enfriarse.
Con el fin de evitar
que el refrigerante llegue a su punto de ebullición, el sistema de refrigeración
funciona presurizado. Bajo presión, el punto de ebullición del refrigerante se
eleva considerablemente. Sin embargo, demasiada presión hará que las
mangueras de caucho o las conexiones del circuito puedan estallar, por lo que
es necesario un sistema que alivie la presión si excede de cierto
punto. El trabajo de mantenimiento de la presión en el sistema de
refrigeración lo hace la tapa del radiador. La tapa está diseñada para
liberar la presión si se alcanza el límite superior establecido para el
sistema. Hasta hace unos 30 años, el sistema liberaba líquido,
generalmente convertido en vapor, directamente al exterior. Desde entonces,
se añadió un sistema para capturar cualquier fluido liberado y almacenarlo
temporalmente en un depósito conectado al sistema. Este líquido vuelve al
sistema de refrigeración cuando el motor se enfría.
Circulación del Refrigerante
El refrigerante sigue una trayectoria que comienza en la bomba de agua, desde
donde sale al motor, que recorre través de tuberías y pasadizos recogiendo el
calor producido por los cilindros. A continuación, fluye hacia arriba a la
cabeza del cilindro (o cabezas, si es un motor tipo “V”) donde recoge más calor
de las cámaras de combustión. Entonces fluye hacia fuera pasando por el
termostato (si se abre el termostato para permitir que el fluido pase), a
través del manguito superior del radiador y entra en el radiador. El refrigerante
fluye a través de los tubos aplanados y delgados que componen el núcleo del
radiador y es enfriado por el flujo de aire que entra por la parte delantera
del compartimento del motor.. A partir de ahí, fluye fuera del radiador, a
través del manguito inferior del radiador y de vuelta a la bomba de
agua. En este momento, el refrigerante está frío y listo para repetir el
ciclo recogiendo más calor del motor.
Cada sistema está
diseñado para el tipo y el tamaño del motor y la carga de trabajo que se espera
deba soportar. Obviamente, el sistema de refrigeración de un motor más
potente, por ejemplo un V8, es más grande que el de un coche compacto con un
pequeño motor de 4 cilindros. En un vehículo grande, el radiador es más
grande, con muchos más tuberías para que el refrigerante fluya y se enfríe. El
radiador es también más ancho y más alto para capturar más flujo de aire.
El anticongelante
El refrigerante que
corre por el motor y las tuberías asociadas, debe ser capaz de soportar
temperaturas bajo cero sin congelarse. También debe ser capaz de manejar
las temperaturas del motor, unos 250 grados, sin hervir. Una tarea difícil
para cualquier fluido, pero eso no es todo. El fluido también debe
contener inhibidores de óxido y un lubricante.
El refrigerante en los
vehículos de hoy en día es una mezcla de etilenglicol (anticongelante) y
agua. La proporción recomendada está relacionada con el clima en que se
usa el coche. Para España, un 30% o 40% de etilenglicol va bien. Este es
el mínimo recomendado para uso en motores de automóviles. Si pone menos
anticongelante, el punto de ebullición sería demasiado bajo. En ciertos
climas donde las temperaturas pueden ir muy por debajo de cero, es adecuado
tener hasta un 75% de anticongelante y 25% de agua, pero no más que eso. El
anticongelante puro no funcionaría correctamente y puede causar problemas.
El anticongelante es
venenoso y debe mantenerse alejado de las personas y los animales,
especialmente perros y gatos, que son atraídos por el sabor dulce. El
glicol de etileno, si se ingiere, se formará cristales de oxalato de calcio en
los riñones que pueden causar insuficiencia renal aguda y muerte.
Los componentes de un sistema de refrigeración
- · El radiador
- · Ventilador del Radiador
- · Tapa del Radiador
- · Bomba de agua
- · Termostato
- · Sistema de bypass
- · Sellos
- · Juntas
- · Calentador
- · Mangueras
El radiador
El radiador generalmente consta de tubos de aluminio aplastados, con
láminas de aluminio que zigzaguean entre los tubos. Estas láminas, o aletas
de transferencia de calor extraen el calor del refrigerante y lo expulsan
mediante el aire que traspasa el radiador. En cada extremo del núcleo del
radiador hay un depósito, por lo general hecho de plástico, que cubre los
extremos del radiador.
En la mayoría de los
radiadores modernos, los tubos corren horizontalmente, llevando depósitos de plástico a ambos
lados. En otros coches, los tubos corren en forma vertical con los
depósitos en la parte superior e inferior. En los vehículos más antiguos,
el núcleo era de cobre y los depósitos eran de bronce. El nuevo sistema de
aluminio-plástico es mucho más eficiente, y también más barato de
producir. En radiadores con tapas de plástico, hay juntas entre el cuerpo
de aluminio y los depósitos de plástico, para sellar el sistema y evitar que el
fluido se escape. En radiadores antiguos de cobre y latón, los depósitos
eran soldados con el fin de sellar el radiador.
Los depósitos, ya sean
de plástico o de latón, tienen cada uno una conexión. Una va montada en la
parte superior del radiador para permitir que el líquido refrigerante entre al
radiador. Otra conexión va en la parte inferior del radiador para permitir que
el líquido refrigerante vuelva al motor. En la parte superior suele haber
también una abertura adicional que se cierra con la tapa del radiador.
Los ventiladores del radiador
En la parte trasera del
radiador se monta una estructura compuesta por uno o dos ventiladores
eléctricos diseñada para ayudar a enfriar el radiador.
Estos ventiladores mantienen un flujo de aire que pasa a través de la
radiador cuando el vehículo va lento o se detiene con el motor en
marcha. Si estos ventiladores dejaran de trabajar, cada vez que el coche
se detenga o reduzca mucho su velocidad, la temperatura del motor aumentaría
mucho. En sistemas más antiguos, el ventilador va conectado a la parte
frontal de la bomba de agua y giraba cada vez que el motor estaba en marcha, ya
que era impulsado por una correa de ventilador en lugar de un motor
eléctrico.
Los ventiladores eléctricos son controlados actualmente
por el ordenador del vehículo. Un sensor controla la temperatura del motor y envía esta
información al ordenador. El equipo determina si el ventilador debe estar
encendido y acciona el relé correspondiente si es necesario flujo de aire
adicional a través del radiador.
Tapa de presión y depósito de reserva
Como todo líquido, cuando el refrigerante se calienta, se
expande. Dado que el sistema de refrigeración está sellado, esta expansión
produce un aumento de presión en el sistema de refrigeración, que es normal y
contemplado en el diseño. Cuando el refrigerante está bajo presión, la
temperatura en que el líquido comienza a hervir es considerablemente
mayor. Esta presión, junto con el punto de ebullición más alto del glicol
de etileno, permite que el refrigerante llegue sin problemas, de forma segura,
a temperaturas superiores a 250 grados.
La tapa de presión del
radiador es un dispositivo simple que mantiene la presión en el sistema de refrigeración
hasta el punto para el cual haya sido diseñada. Si la presión acumulada es
mayor que el punto de presión establecido, actúa una válvula de resorte para
liberar presión.
Cuando la presión del sistema de refrigeración alcanza el punto en que la tapa
tiene que liberar el exceso de presión, una pequeña cantidad de refrigerante se
purga. Podría suceder durante una parada en un día muy caliente, o si el
sistema de refrigeración no funciona correctamente. Si se libera presión
en estas condiciones, no hay un sistema para capturar el refrigerante liberado.
Puesto que ahora hay menos refrigerante en el sistema, se forma un vacío
parcial. La tapa del radiador en estos sistemas cerrados tiene una válvula
secundaria para permitir que el vacío en el sistema de enfriamiento extraiga refrigerante
desde el depósito de reserva (como tirar del émbolo hacia atrás en una aguja
hipodérmica). Por lo general hay marcas
en un costado del depósito de plástico marcado
Lleno-Caliente y Lleno-Frío. Dependiendo de la
temperatura del motor, el refrigerante debe estar en una de estas dos marcas.
Bomba de
agua
La bomba de agua es un dispositivo simple que mantiene el refrigerante en
movimiento mientras el motor está en marcha. Se monta normalmente en la
parte delantera del motor y gira siempre que el motor está en marcha. La
bomba de agua es impulsada por el motor a través de la correa de distribución o
de la correa de servicio.
La bomba de agua se
compone de una carcasa, por lo general, de hierro fundido o aluminio fundido y
un impulsor montado en un eje, con una polea unida al eje exterior del cuerpo
de la bomba. Un sello mantiene el líquido en el interior de la carcasa de la
bomba. El impulsor utiliza la fuerza centrífuga para extraer el
refrigerante desde el radiador y enviarlo a presión hacia el bloque del
motor. Hay una junta para sellar la bomba de agua al bloque del motor y
evitar que el refrigerante que fluye se escape.
Termostato
El termostato es simplemente una válvula que mide la temperatura del
refrigerante. S la temperatura es muy alta se abre para permitir que el
refrigerante fluya a través del radiador. Si el líquido refrigerante no
está suficientemente caliente, el flujo hacia el radiador está bloqueado y el
fluido se dirige a un sistema de derivación que permite que el refrigerante
para vuelva directamente al motor. El sistema de derivación permite que el
refrigerante se mantenga en movimiento a través del motor para equilibrar la
temperatura y evitar puntos calientes. Debido a que el flujo hacia el
radiador está bloqueado, el motor alcanza la temperatura de funcionamiento
antes y, en un día frío, permitirá que la calefacción comience a suministrar
aire caliente al interior más rápidamente.
Desde la década de 1970, los termostatos se han calibrado para mantener la
temperatura del refrigerante por encima de 192 a 195 grados. Antes de eso,
180 termostatos grado eran la norma. Esto porque se descubrió que si el
motor funciona a temperaturas más altas,
se reducen las emisiones, la condensación de humedad en el interior del motor
se quema rápidamente extendiendo la vida del motor, y la combustión es más
completa, lo que mejora la economía de combustible.
El corazón de un
termostato es una copa de sellado de cobre que contiene cera y una pastilla de
metal. Cuando el termostato se calienta, la cera caliente se expande,
empujando un pistón contra un muelle para abrir la válvula y permitir que el
refrigerante circule.
Hay una creencia
errónea por la cual algunas personas piensan que si quitan el termostato podrán
resolver problemas de sobrecalentamiento. Esto no podría estar más lejos
de la verdad. La extracción del termostato permitir la circulación no
controlada del refrigerante en todo el sistema. Es posible que el
refrigerante se mueva tan rápido, que no se enfríe correctamente cuando pase a
través del radiador, por lo que el motor puede funcionar incluso más caliente
que antes bajo ciertas condiciones. En los vehículos controlados por
ordenador, éste controla la temperatura del motor y regula el uso de combustible
en base a esa temperatura. Si el motor no alcanza la temperatura de
funcionamiento, no habrá economía de combustible.
Sistema de Bypass
Este es un pasaje que permite que el refrigerante se desvíe del radiador y
de regreso directamente de vuelta al motor. Generalmente se utiliza una
manguera de goma, o un tubo de acero. Cuando el termostato está cerrado,
el refrigerante se dirige a esta derivación y se canaliza de vuelta a la bomba
de agua, que envía el refrigerante de nuevo en el motor sin ser enfriado por el
radiador.
Sellos
Cuando se fabrica un bloque de motor, una arena especial se moldea con la forma
de los pasos del refrigerante en el interior del bloque del motor. Esta
escultura de arena se coloca dentro de un molde de hierro fundido o aluminio y
se vierte metal líquido para formar el bloque del motor. Cuando se enfría,
la arena se afloja y se elimina a través
de los agujeros del bloque del motor dejando abiertos los pasadizos por donde
fluirá el refrigerante. Obviamente, si no se tapan estos agujeros, el
refrigerante se perderá.
Estos agujeros se tapan con sellos. Estos sellos son discos de acero que se
ajustan a presión en los agujeros del
bloque del motor y normalmente duran toda la vida del motor sin
problemas. Mucha gente utiliza agua para enfriar el motor y muchas veces
esta agua se ha congelado dentro de motor. Cuando esto sucede, la presión del
agua congelada aumenta, y los sellos saltan para liberar presión y evitar que
el bloque del motor se agriete.
Juntas colector de admisión
Todos los motores de combustión interna tienen un bloque de motor y una o
dos cabezas de cilindros. Las superficies de contacto donde el bloque y la
cabeza se encuentran, lleva un ajuste de precisión, pero muchas veces, a pesar
del cuidado en ensamblarlas, no puede evitarse que líquido refrigerante o gases
de combustión escapen por la unión de
ambas piezas.
Con el fin de sellar
esta unión, utilizamos una junta de culata, que cumple varias
funciones. La principal es mantener la presión de combustión en cada cilindro. Aceite
y refrigerante debe fluir fácilmente entre el bloque y la cabeza, y es trabajo
de la junta mantener estos fluidos sin escapes.
Las juntas de culata generalmente fallan si el motor se recalienta durante
un período sostenido de tiempo. Esto es más común en los motores con
cabezas de aluminio fundido, que son ahora casi todos los motores
modernos.
Una vez que el
refrigerante o gases de combustión se escapan por la unión, el material de la
junta se daña hasta un punto en que ya no sellará. Esto provoca fugas en
varias áreas, por ejemplo:
·
Gases de combustión podrían filtrarse en el circuito del refrigerante
causando una presión excesiva en el sistema de refrigeración.
·
Líquido refrigerante podría filtrarse en la cámara de combustión, causando
a menudo una nube de humo blanco por el tubo de escape.
·
Otros problemas tales como mezcla de aceite y refrigerante.
Una forma de saber si
una junta de culata falla es con una prueba de fugas de gases de combustión en
el radiador. Esta es una prueba química que determina si hay gases de
combustión en el refrigerante del motor. Otra forma es quitar las bujías y
girar el motor mientras se ve por aspersión de agua a partir de uno o más
orificios de las bujías. Una vez que el técnico ha determinado que una
junta de culata debe ser reemplazado, una estimación se da para piezas y mano
de obra. El técnico después explicar que puede haber cargos adicionales
después de que el motor se abre si se encuentra más daño.
Calefacción
El refrigerante caliente también se utiliza para proporcionar calor al
interior del vehículo cuando sea necesario. Este es un sistema simple y
directo que incluye un núcleo, que se parece a una pequeña
versión de un radiador, conectado al sistema de refrigeración con un par de
manguitos de caucho. Un manguito trae refrigerante caliente de la bomba de
agua a la base del núcelo y el otro devuelve el refrigerante a la parte
superior del motor. Por lo general hay una válvula de control del
calentador en una de las mangueras para bloquear el flujo de refrigerante hacia
el núcleo del calentador cuando sea necesario. Un ventilador extrae el aire a
través del núcleo del calentador y la dirige a través de los conductos de
calefacción al interior del coche. La temperatura está regulada por una
compuerta que mezcla aire exterior fresco, o a veces l aire acondicionado, con
el aire caliente que viene desde el núcleo del calentador. Esta compuerta
de mezcla permite controlar la temperatura del aire que entra en el
interior. Otras puertas le permiten dirigir el aire caliente a través de
los diferentes conductos existentes en el interior del habitáculo del coche.
Manguitos
Hay varios manguitos, o mangueras de caucho que componen la instalación de
tuberías que conectan los componentes del sistema de refrigeración. Las
principales mangueras son las del radiador, superior e inferior. Estas dos
mangueras son de aproximadamente 2 pulgadas de diámetro y permiten que el
refrigerante se mueva directamente entre el motor y el radiador.
Dos mangueras adicionales, llamadas mangueras de calefacción, suministran
refrigerante caliente desde el motor a la base del calefactor. Estas
mangueras son de aproximadamente 1 pulgada de diámetro. Una de estas
mangueras puede tener una válvula de control para bloquear el paso del
refrigerante caliente cuando se ajusta el aire acondicionado. Una quinta
manguera, llamada de derivación, se utiliza para hacer circular el refrigerante
a través del motor, sin pasar por el radiador, cuando el termostato está cerrado. Algunos
motores llevan una manguera de goma y otros pueden utilizar un tubo de metal, o tener un paso integrado en el frontal de la
carcasa.
Estas mangueras están
diseñadas para soportar la presión del sistema de refrigeración. Debido a
esto, están sujetas a desgaste y, eventualmente, puede requerir la sustitución
como parte del mantenimiento del coche. Si la goma está empezando a
parecer seca y agrietada, o se vuelve suave y esponjosa, es hora de
reemplazarlas. Las principales mangueras del radiador suelen estar
diseñadas con una forma que permita sortear obstáculos sin retorcimientos. Al
comprar repuestos, asegúrese de que están diseñados para encajar en su vehículo.
Hay una manguera
pequeña de goma que se extiende desde el cuello del radiador a la botella de
reserva. Esto permite que el refrigerante que se libera por la tapa de
presión se envíe al depósito de reserva. Esta manguera de caucho es de
aproximadamente un cuarto de pulgada de diámetro y, normalmente, no es parte
del sistema presurizado. Una vez que el motor está frío, el líquido
refrigerante vuelve al radiador por la misma manguera.
Mantenimiento General
Un motor que se recalienta, rápidamente se autodestruye. Mantener el
sistema de refrigeración funcionando adecuadamente es muy importante para la
vida del motor.
La tarea más
importante de mantenimiento es reemplazar periódicamente el líquido
refrigerante. La razón es que anticongelante tiene una serie de aditivos
que están diseñados para prevenir la corrosión en el sistema de refrigeración,
y estos aditivos tienen una vida útil de unos dos años. La corrosión
tiende a aumentar cuando varios tipos de metales interactúan unos con otros. La
corrosión con el tiempo se acumula y empieza a obstruir los tubos delgados del
núcleo del radiador y del calentador, provocando el sobrecalentamiento del
motor.
Inspección visual
del Sistema:
Las mangueras del radiador y mangueras de calefacción se puedan
inspeccionar fácilmente con sólo abrir el capó. Usted debe revisar que las
mangueras no tienen grietas y que no hay ningún abultamiento o hinchazón en los
extremos. Si hay alguna señal de problemas, la manguera debe ser
reemplazada inmediatamente.
Las mangueras de
calefacción son generalmente tramos rectos y no están moldeados, por lo que una
manguera universal pude funcionar bien y muchas veces es lo único que hay
disponible. En este caso asegúrese de que utiliza el diámetro interior
correcto. Para cualquiera de las mangueras del radiador o las mangueras de
calefacción, asegúrese de pasar la manguera de reemplazo de la misma manera que
estaba la original. Coloque la manguera a distancia de cualquier obstrucción
que puede dañarla y utilice siempre nuevas abrazaderas. Después de
rellenar el sistema de refrigeración con refrigerante, hacer una prueba de
presión para asegurarse de que no hay fugas.
En los coches modernos,
la bomba de agua es a menudo impulsada por la correa de distribución. Esta
correa tiene generalmente una vida específica, y cuando llega a su fin debe ser
reemplazada para asegurarse de que no fallará. Dado que la mano de obra
para reemplazar esta correa puede ser cara, es una buena idea reemplazar la
bomba de agua al mismo tiempo que se sustituye la correa. Esto se debe a
que el 90 por ciento de la mano de obra para reemplazar una bomba de agua ya se
ha hecho para reemplazar la correa de distribución.
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