Sistema de refrigeración por agua en el motor | Tipos de sistemas de refrigeración por agua.

El motor de un automóvil es una máquina compleja que produce una gran cantidad de calor durante su funcionamiento. Para evitar que se sobrecaliente y se dañe, es necesario contar con un sistema de refrigeración eficiente. Una de las opciones más populares y efectivas es el sistema de refrigeración por agua. En este artículo, exploraremos los diferentes tipos de sistemas de refrigeración por agua que existen en el mercado y cómo funcionan para mantener el motor fresco y en buen estado. Si eres un apasionado de los automóviles y te interesa conocer más sobre este tema, ¡sigue leyendo!

Sistema de refrigeración por agua en el motor | Tipos de sistemas de refrigeración por agua.

Sistema de refrigeración por agua:
Se proporcionan camisas de agua de refrigeración alrededor del cilindro, la culata, los asientos de las válvulas, etc. A medida que el agua circula a través de las camisas, absorbe calor de combustión. Luego, esta agua caliente se enfría en el radiador en parte mediante un ventilador y en parte mediante el flujo creado por el movimiento hacia adelante del vehículo. El agua enfriada se recircula a través de las camisas de agua.

Mezcla anticongelante
En los países occidentales, cuando el agua utilizada en el radiador se congela debido al clima frío, el hielo que se forma tiene más volumen y provoca grietas en los bloques de cilindros, tuberías y radiador. Para evitar la congelación, se añaden mezclas o soluciones anticongelantes al agua de refrigeración.

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Las siguientes se utilizan comúnmente como soluciones anticongelantes:
i) Alcoholes metílicos, etílicos e isopropílicos
(ii) Una solución de alcohol y agua.
(iii) El etilenglicol aumenta significativamente la temperatura de ebullición y, por tanto, la disipación de calor.
(iv) Una solución de agua y etilenglicol.
(v) Glicerina junto con agua, etc.
(vi) Los cromatos se utilizan para evitar depósitos.

El sistema de refrigeración por agua se compone principalmente de:
-Enfriador
-Válvula termostática
-Bomba de agua
-Admirador
-Chaquetas de agua
-Mezclas anticongelantes

Existen diferentes tipos de sistemas de refrigeración por agua:
(a) Enfriamiento por termosifón
(b) Enfriamiento forzado o por bomba
(c) Refrigeración con controlador de termostato
(d) Sistema de refrigeración por agua a presión
(e) Enfriamiento evaporativo

(a) Enfriamiento por termosifón:
Este sistema se basa en el principio de que el agua caliente, que es más ligera, sube y el agua fría, que es más pesada, baja. Con este sistema, el radiador está montado más alto que el motor para permitir que el agua fluya más fácilmente hacia el motor. El calor se conduce a las camisas de agua, de donde se elimina por convección del agua en circulación. A medida que la camisa de agua se calienta, sube hasta la parte superior del radiador. El agua fría del radiador reemplaza el agua caliente que sube y esto crea la circulación de agua en el sistema. Esto ayuda a mantener el motor a la temperatura de funcionamiento.

Sistema de refrigeración por agua en el motor | Tipos de sistemas de refrigeración por agua.
Refrigeración por termosifón

Desventajas del sistema termosifón,
-La velocidad de circulación es demasiado lenta.
-La circulación sólo comienza cuando hay una clara diferencia de temperatura.
-La circulación se detiene cuando el nivel del agua cae por debajo de la parte superior del tubo de entrada del radiador. Por estos motivos, este sistema está obsoleto y ya no se utiliza.

(b) Refrigeración forzada o por bomba:
-Este sistema se utiliza en una variedad de vehículos como automóviles, autobuses, camiones y otros vehículos pesados. Aquí la circulación del agua se realiza mediante corrientes de convección mediante una bomba.
-El agua o refrigerante circula a través de camisas alrededor de las partes del motor a enfriar y se mantiene en movimiento mediante una bomba centrífuga accionada por el motor mediante una correa trapezoidal.

Limitación
-El enfriamiento es independiente de la temperatura.
-El motor está subenfriado (a un rango de temperatura de 75-900°C)
-Se puede solucionar usando un termostato.

(c) Refrigeración con controlador de termostato:

– Cada vez que se arranca el motor en frío, es necesario llevar la temperatura del líquido refrigerante al tiempo de calentamiento deseado para evitar daños por corrosión causados ​​por la condensación de ácidos y facilitar el arranque del motor. Esto se puede hacer utilizando un dispositivo termostato o un termostato.
-Es un tipo de válvula de retención que se abre y cierra bajo la influencia de la temperatura. Está montado en la salida de agua del motor. Durante la fase de calentamiento, el termostato está cerrado y la bomba de agua hace circular el agua sólo en el bloque de cilindros y en la culata. Cuando se alcanza la temperatura normal de funcionamiento, la válvula termostática se abre y permite que el agua caliente fluya hacia el radiador. Los termostatos estándar están diseñados para abrirse entre 70 y 75 °C y abrirse completamente a 82 °C. Los termostatos de alta temperatura con soluciones anticongelantes permanentes (Prestine, Zerex, etc.) comienzan a abrirse entre 80 y 90°C y se abren completamente a 92°C.

– Existen tres tipos de termostatos:

(i) tipo de fuelle,

(ii) tipo bimetálico y

(iii) Tipo de cera.

Válvula de fuelle:

Los fuelles flexibles se llenan de alcohol o éter. Cuando se calienta el fuelle, el líquido se evapora, creando suficiente presión para expandir el fuelle. Cuando el dispositivo se enfría, el gas se condensa. La presión disminuye y el fuelle colapsa para cerrar la válvula.

Válvula bimetálica:

Consiste en una tira bimetálica. La expansión desigual de dos tiras de metal hace que la válvula se abra y el agua fluya hacia el radiador.

Válvula de cera:
-Puede funcionar de manera confiable dentro del rango de temperatura especificado
– El calor se transfiere a la cera, que tiene un alto coeficiente de expansión térmica.
– Cuando se calienta, la cera se expande y el tapón de goma presiona el émbolo, obligándolo a moverse verticalmente hacia arriba.

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Termostato de fuelle

(d) Sistema de refrigeración por agua a presión:
En un sistema típico de enfriamiento de agua donde el agua de enfriamiento está expuesta a la presión atmosférica, el agua hierve a 212 °F. Sin embargo, cuando el agua se calienta a alta presión en un radiador cerrado, la temperatura de ebullición del agua aumenta. La temperatura más alta del agua garantiza un rendimiento más eficiente del motor y proporciona protección adicional en condiciones tropicales y de gran altitud para tiempos de conducción largos y duros. Por lo tanto, se utiliza una tapa de radiador a presión en el sistema de enfriamiento de circulación forzada. La tapa se fija herméticamente al cuello del radiador. La válvula de alivio de presión o válvula de seguridad está configurada para abrirse a una presión entre 4 y 13 psi. Con este aumento de presión, la temperatura de ebullición del agua aumenta a 243 °F (a una temperatura de ebullición de 4 psi, 225 °F y una temperatura de ebullición de 13 psi, 243 °F). Cualquier aumento de presión se libera a la atmósfera a través de la válvula de alivio de presión o la válvula de seguridad. A medida que se enfrían, los vapores se condensan y se crea un vacío parcial, lo que provoca el colapso de mangueras y tuberías. Para resolver este problema, la válvula de alivio de presión está conectada a una válvula de vacío que abre el enfriador a la atmósfera.

Sistema de refrigeración por agua en el motor | Tipos de sistemas de refrigeración por agua.
sistema de impresión

(e) Sistema de enfriamiento evaporativo:
-En este sistema, el motor se enfría hasta convertirlo en vapor mediante la evaporación del agua en las camisas de los cilindros.
-La ventaja es utilizar el alto calor latente de vaporización del agua permitiendo que se evapore en las camisas del cilindro. Este sistema se utiliza para enfriar muchos tipos de motores industriales.

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Sistema de refrigeración por agua en el motor | tipos de sistemas de refrigeración por agua

El sistema de refrigeración por agua es un componente fundamental en el motor de un vehículo. Consiste en la circulación de agua alrededor del cilindro, cabeza del cilindro, asientos de válvula, etc. El agua, al circular por estos conductos, absorbe el calor de la combustión. Esta agua caliente se enfría parcialmente en el radiador, gracias a un ventilador y al flujo generado por el movimiento del vehículo. El agua enfriada se recircula nuevamente a través de los conductos de agua.

Mezcla anticongelante
En los países occidentales, si el agua utilizada en el radiador se congela debido a climas fríos, el hielo formado tiene un mayor volumen y puede provocar grietas en los cilindros, tuberías y radiador. Para evitar la congelación, se agregan mezclas o soluciones anticongelantes al agua de refrigeración.

Normalmente se utilizan las siguientes soluciones anticongelantes:
(i) Metanol, etanol e isopropanol.
(ii) Solución de alcohol y agua.
(iii) El etilenglicol aumenta la temperatura de ebullición sustancialmente y, por lo tanto, disipa más calor.
(iv) Solución de agua y etilenglicol.
(v) Glicerina junto con agua, etc.
(vi) Cromatos se utilizan para prevenir depósitos.

El sistema de refrigeración por agua consta principalmente de:
-Radiador
-Válvula de termostato
-Bomba de agua
-Ventilador
-Conductos de agua
-Mezclas anticongelantes

Diversos tipos de sistemas de refrigeración por agua se presentan a continuación:
(a) Refrigeración por termosifón
(b) Refrigeración forzada o por bomba
(c) Refrigeración con regulador termostático
(d) Sistema de refrigeración por agua a presión
(e) Refrigeración evaporativa

(a) Refrigeración por termosifón:
Este sistema funciona según el principio de que el agua caliente, al ser más ligera, se eleva y el agua fría, al ser más pesada, desciende. En este sistema, el radiador se coloca a un nivel más alto que el motor para facilitar el flujo del agua hacia el motor. El calor se conduce a los conductos de agua, de donde se elimina por convección mediante el agua en circulación. A medida que los conductos de agua se calientan, el agua sube hacia la parte superior del radiador. El agua fría del radiador ocupa el lugar del agua caliente en ascenso, y de esta manera se establece una circulación de agua en el sistema. Esto ayuda a mantener el motor a la temperatura de trabajo.

Desventajas del sistema de termosifón:
-La velocidad de circulación es demasiado lenta.
-La circulación comienza solo cuando hay una marcada diferencia de temperatura.
-La circulación se detiene cuando el nivel de agua cae por debajo de la parte superior del conducto de salida del radiador. Por estas razones, este sistema se ha vuelto obsoleto y ya no se utiliza.

(b) Refrigeración forzada o por bomba:
Este sistema se utiliza en una gran cantidad de vehículos, como automóviles, autobuses, camiones y otros vehículos pesados. Aquí, la circulación de agua se realiza con corrientes de convección ayudadas por una bomba. El agua o refrigerante circula a través de conductos alrededor de las partes del motor que deben enfriarse, y se mantiene en movimiento mediante una bomba centrífuga, impulsada desde el motor mediante una correa en V.

Limitación:
-El enfriamiento es independiente de la temperatura.
-El motor se enfría en exceso (cuando el rango de temperatura es de 75-90°C).
-Esto se puede superar utilizando un termostato.

(c) Refrigeración con regulador termostático:
Cuando se arranca el motor en frío, la temperatura del refrigerante debe alcanzar el tiempo de calentamiento deseado para evitar daños por corrosión debido a la condensación de ácidos, así como para facilitar el arranque del motor. Esto se puede lograr mediante el uso de un dispositivo termostático o termostato. Es una especie de válvula de retención que se abre y se cierra con el efecto de la temperatura. Se instala en la salida de agua del motor. Durante el período de calentamiento, el termostato está cerrado y la bomba de agua circula el agua solo a través del bloque de cilindros y la cabeza del cilindro. Cuando se alcanza la temperatura de funcionamiento normal, la válvula del termostato se abre y permite que el agua caliente fluya hacia el radiador. Los termostatos estándar están diseñados para comenzar a abrirse a 70-75°C y se abren completamente a 82°C. Los termostatos de alta temperatura, con soluciones anticongelantes permanentes (Prestine, Zerex, etc.), comienzan a abrirse a 80-90°C y se abren completamente a 92°C.

Existen tres tipos de termostatos:
(i) Tipo fuelle,
(ii) Tipo bimetálico y
(iii) Tipo cera.

Válvula tipo fuelle:
Los fuelles flexibles están llenos de alcohol o éter. Cuando el fuelle se calienta, el líquido se vaporiza, creando suficiente presión para expandir el fuelle. Cuando la unidad se enfría, el gas se condensa. La presión se reduce y el fuelle se colapsa para cerrar la válvula.

Válvula tipo bimetálico:
Consiste en una tira bimetálica. La expansión desigual de dos tiras metálicas hace que la válvula se abra y permita el flujo de agua hacia el radiador.

Válvula tipo cera:
-Puede operar de manera confiable dentro del rango de temperatura especificado.
-El calor se transmite a la cera, que tiene un coeficiente de expansión térmica alto.
-Cuando se calienta, la cera se expande y el tapón de goma presiona el émbolo, obligándolo a moverse verticalmente hacia arriba.

(d) Sistema de refrigeración por agua a presión:
En el caso del sistema de refrigeración por agua ordinario, donde el agua de refrigeración está sujeta a presión atmosférica, el agua hierve a 212°F. Sin embargo, cuando el agua se calienta en un radiador cerrado a alta presión, la temperatura de ebullición del agua aumenta. La mayor temperatura del agua proporciona un rendimiento más eficiente del motor y protección adicional en condiciones de altitud y tropicales para períodos de conducción intensa y prolongada. Por lo tanto, se utiliza una tapa de radiador de tipo presurizado con el sistema de refrigeración por circulación forzada. La tapa se coloca en el cuello del radiador con un sellado hermético al aire. La válvula de liberación de presión o válvula de seguridad se configura para abrirse a una presión entre 4 y 13 psi. Con este aumento de presión, la temperatura de ebullición del agua aumenta a 243°F (a 4 psi, la temperatura de ebullición es de 225°F y a 13 psi, la temperatura de ebullición es de 243°F). Cualquier aumento de presión se libera a la atmósfera a través de la válvula de liberación de presión o válvula de seguridad. Al enfriarse, los vapores se condensarán y se creará un vacío parcial que resultará en el colapso de las mangueras y tubos. Para superar este problema, la válvula de liberación de presión se asocia con una válvula de vacío que abre el radiador a la atmósfera.

(e) Sistema de refrigeración por evaporación:
En este sistema, el motor se enfría debido a la evaporación del agua en los conductos del cilindro. Se aprovecha la alta cantidad de calor latente de evaporación del agua permitiéndole evaporarse en los conductos del cilindro. Este sistema se utiliza para enfriar muchos tipos de motores industriales.

Espero que este artículo haya sido útil para comprender los diferentes tipos de sistemas de refrigeración por agua utilizados en los motores. Si tienes alguna pregunta o inquietud, no dudes en dejarme un comentario a continuación. Estaré encantado de responderte.

Fuentes:
– https://learnmech.com/water-cooling-system-in-engine-types-of-water-cooling-system/

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