Cómo funcionan los sistemas de refrigeración de automóviles

Diagrama de un sistema de refrigeración: cómo está conectada la fontanería. ¿Querer aprender más? Mira estas imágenes de motores de automóviles. HSW

-Aunque los motores de gasolina han mejorado mucho, todavía no son muy eficientes para convertir la energía química en energía mecánica. La mayor parte de la energía de la gasolina (quizás un 7-0%) se convierte en calor, y es el trabajo del sistema de refrigeración para cuidar ese calor. De hecho, el sistema de enfriamiento de un automóvil que circula por la autopista disipa suficiente calor para calentar dos casas de tamaño medio. El trabajo principal del sistema de enfriamiento es evitar que el motor se sobrecaliente transfiriendo este calor al aire, pero el sistema de enfriamiento también tiene otros trabajos importantes..

El motor de su automóvil funciona mejor a una temperatura bastante alta. Cuando el motor está frío, los componentes se desgastan más rápido y el motor es menos eficiente y emite más contaminación. Entonces, otro trabajo importante del sistema de enfriamiento es permitir que el motor se caliente lo más rápido posible y luego mantener el motor a una temperatura constante..

En este artículo, aprenderemos sobre las partes del sistema de enfriamiento de un automóvil y cómo funcionan. Primero, veamos algunos conceptos básicos.

-Dentro del motor de su automóvil, el combustible se quema constantemente. Gran parte del calor de esta combustión sale directamente del sistema de escape, pero parte del calor penetra en el motor y lo calienta. El motor funciona mejor cuando su refrigerante está a unos 200 grados Fahrenheit (93 grados Celsius). A esta temperatura:

• La cámara de combustión está lo suficientemente caliente como para vaporizar completamente el combustible, proporcionando una mejor combustión y reduciendo las emisiones..
• El aceite usado para lubricar el motor tiene una viscosidad más baja (es más delgado), por lo que las partes del motor se mueven más libremente y el motor desperdicia menos energía moviendo sus propios componentes alrededor..
• Las piezas metálicas se desgastan menos.

Hay dos tipos de sistemas de enfriamiento que se encuentran en los automóviles: refrigerados por líquido y refrigerados por aire.

Refrigeración líquida

El sistema de refrigeración de los coches refrigerados por líquido hace circular un fluido a través de las tuberías y los conductos del motor. A medida que este líquido pasa a través del motor caliente, absorbe calor y enfría el motor. Una vez que el fluido sale del motor, pasa a través de un intercambiador de calor, o radiador, que transfiere el calor del fluido al aire que sopla a través del intercambiador..

Aire acondicionado

Algunos automóviles más antiguos y muy pocos automóviles modernos tienen refrigeración por aire. En lugar de hacer circular fluido a través del motor, el bloque del motor está cubierto de aletas de aluminio que conducen el calor lejos del cilindro. Un potente ventilador fuerza el aire sobre estas aletas, que enfría el motor transfiriendo el calor al aire..

Dado que la mayoría de los automóviles están refrigerados por líquido, nos centraremos en ese sistema en este artículo..

Haga clic en "Inicio" para ver el flujo de líquido a través del motor a medida que el motor se calienta..

-El sistema de enfriamiento de su automóvil tiene muchas tuberías. Comenzaremos en la bomba y avanzaremos a través del sistema, y ​​en las siguientes secciones hablaremos de cada parte del sistema con más detalle..

los bomba envía el fluido al bloque de motor, donde se abre paso a través de pasajes en el motor alrededor de los cilindros. Luego vuelve a través del cabeza de cilindro del motor. los termostato se encuentra donde el fluido sale del motor. La tubería alrededor del termostato envía el fluido de regreso a la bomba directamente si el termostato está cerrado. Si está abierto, el líquido pasa por el radiador primero y luego de regreso a la bomba.

También hay un circuito separado para el sistema de calefacción. Este circuito toma fluido de la culata y lo pasa a través de un núcleo calefactor y luego de regreso a la bomba..

Este contenido no es compatible con este dispositivo.

En los automóviles con transmisión automática, normalmente también hay un circuito separado para enfriar el líquido de la transmisión integrado en el radiador. El aceite de la transmisión es bombeado por la transmisión a través de un segundo intercambiador de calor dentro del radiador..

-Los automóviles operan en una amplia variedad de temperaturas, desde muy por debajo del punto de congelación hasta más de 100 F (38 C). Por lo tanto, cualquier fluido que se use para enfriar el motor debe tener un punto de congelación muy bajo, un punto de ebullición alto y debe tener la capacidad de contener mucho calor..

El agua es uno de los fluidos más efectivos para retener el calor, pero el agua se congela a una temperatura demasiado alta para usarse en motores de automóviles. El fluido que utilizan la mayoría de los automóviles es una mezcla de agua y etilenglicol (C₂H₆O₂), también conocido como anticongelante. Al agregar etilenglicol al agua, los puntos de ebullición y congelación se mejoran significativamente.

Fluido - Punto de congelación - Punto de ebullición

• Agua pura: 0 C / 32 F - 100 C / 212 F
• 50/50 mezcla de C₂H₆O₂/ Agua: -37 C / -35 F - 106 C / 223 F
• 70/30 mezcla de C₂H₆O₂/ Agua: -55 C / -67 F - 113 C / 235 F

La temperatura del refrigerante a veces puede llegar a 250 a 275 F (121 a 135 C). Incluso con etilenglicol agregado, estas temperaturas hervirían el refrigerante, por lo que se debe hacer algo adicional para elevar su punto de ebullición..

El sistema de enfriamiento utiliza presión para aumentar aún más el punto de ebullición del refrigerante. Así como la temperatura de ebullición del agua es más alta en una olla a presión, la temperatura de ebullición del refrigerante es más alta si presuriza el sistema. La mayoría de los automóviles tienen un límite de presión de 14 a 15 libras por pulgada cuadrada (psi), lo que eleva el punto de ebullición otros 45 F (25 C) para que el refrigerante pueda soportar las altas temperaturas..

El anticongelante también contiene aditivos para resistir la corrosión..

Este contenido no es compatible con este dispositivo.

Una bomba centrífuga como la que usa en su automóvil.

-La bomba de agua es una bomba centrífuga simple accionada por una correa conectada al cigüeñal del motor. La bomba hace circular fluido cuando el motor está en marcha.

La bomba de agua utiliza fuerza centrífuga para enviar líquido al exterior mientras gira, lo que hace que el líquido se extraiga del centro continuamente. La entrada a la bomba está ubicada cerca del centro para que el fluido que regresa del radiador golpee las paletas de la bomba. Las paletas de la bomba arrojan el fluido al exterior de la bomba, donde puede ingresar al motor..

El fluido que sale de la bomba fluye primero a través del bloque del motor y la culata, luego al radiador y finalmente de regreso a la bomba..

Tenga en cuenta que las paredes del cilindro son bastante delgadas y que el bloque del motor es en su mayoría hueco..

-El bloque del motor y la culata de cilindros tienen muchos conductos fundidos o maquinados para permitir el flujo de fluido. Estos pasajes dirigen el refrigerante a las áreas más críticas del motor..

Las temperaturas en la cámara de combustión del motor pueden alcanzar los 4500 F (2500 C), por lo que enfriar el área alrededor de los cilindros es fundamental. Las áreas alrededor de las válvulas de escape son especialmente cruciales, y casi todo el espacio dentro de la culata alrededor de las válvulas que no se necesita para la estructura está lleno de refrigerante. Si el motor no se enfría durante mucho tiempo, puede bloquearse. Cuando esto sucede, el metal se ha calentado lo suficiente como para que el pistón se suelde al cilindro. Esto generalmente significa la destrucción completa del motor..

La cabeza del motor también tiene grandes conductos de refrigerante..

Una forma interesante de reducir las demandas del sistema de refrigeración es reducir la cantidad de calor que se transfiere desde la cámara de combustión a las partes metálicas del motor. Algunos motores hacen esto cubriendo el interior de la parte superior de la culata con una capa delgada de cerámico. La cerámica es un mal conductor del calor, por lo que se conduce menos calor al metal y sale más por el escape..

Imagen del radiador que muestra el tanque lateral con enfriador.

-Un radiador es un tipo de intercambiador de calor. Está diseñado para transferir calor del refrigerante caliente que fluye a través de él al aire que lo atraviesa el ventilador..

La mayoría de los coches modernos utilizan radiadores de aluminio. Estos radiadores se fabrican soldando aletas de aluminio delgadas a tubos de aluminio aplanados. El refrigerante fluye desde la entrada hasta la salida a través de muchos tubos montados en paralelo. Las aletas conducen el calor de los tubos y lo transfieren al aire que fluye a través del radiador..

Los tubos a veces tienen un tipo de aleta insertada en ellos llamada turbulador, lo que aumenta la turbulencia del fluido que fluye a través de los tubos. Si el fluido fluye muy suavemente a través de los tubos, solo el fluido que realmente toca los tubos se enfría directamente. La cantidad de calor transferida a los tubos desde el fluido que los atraviesa depende de la diferencia de temperatura entre el tubo y el fluido que lo toca. Entonces, si el fluido que está en contacto con el tubo se enfría rápidamente, se transferirá menos calor. Al crear turbulencias dentro del tubo, todo el fluido se mezcla, manteniendo la temperatura del fluido tocando los tubos hacia arriba para que se pueda extraer más calor y todo el fluido dentro del tubo se use de manera efectiva..

Los radiadores generalmente tienen un tanque a cada lado y dentro del tanque hay un enfriador de transmisión. En la imagen de arriba, puede ver la entrada y la salida donde el aceite de la transmisión ingresa al enfriador. El enfriador de la transmisión es como un radiador dentro de un radiador, excepto que en lugar de intercambiar calor con el aire, el aceite intercambia calor con el refrigerante en el radiador..

Este contenido no es compatible con este dispositivo.

Corte de la tapa del radiador y el depósito.

-La tapa del radiador en realidad aumenta el punto de ebullición del refrigerante en aproximadamente 45 F (25 C). ¿Cómo hace esto este simple gorro? De la misma manera que una olla a presión aumenta la temperatura de ebullición del agua. La tapa es en realidad una válvula de liberación de presión y, en los automóviles, generalmente se establece en 15 psi. El punto de ebullición del agua aumenta cuando el agua se coloca a presión..

Cuando el fluido del sistema de enfriamiento se calienta, se expande y hace que se acumule la presión. La tapa es el único lugar donde puede escapar esta presión, por lo que el ajuste del resorte en la tapa determina la presión máxima en el sistema de enfriamiento. Cuando la presión alcanza los 15 psi, la presión empuja la válvula para abrirla, permitiendo que el refrigerante escape del sistema de enfriamiento. Este refrigerante fluye a través del tubo de desbordamiento hacia el fondo del tanque de desbordamiento. Esta disposición mantiene el aire fuera del sistema. Cuando el radiador se enfría nuevamente, se crea un vacío en el sistema de enfriamiento que abre otra válvula cargada por resorte, succionando agua desde el fondo del tanque de desbordamiento para reemplazar el agua que fue expulsada.

Las posiciones abierta y cerrada de un termostato. HSW

-El trabajo principal del termostato es permitir que el motor se caliente rápidamente y luego mantener el motor a una temperatura constante. Lo hace regulando la cantidad de agua que pasa por el radiador. A bajas temperaturas, la salida al radiador está completamente bloqueada: todo el refrigerante se recircula a través del motor..

Una vez que la temperatura del refrigerante se eleva entre 180 y 195 F (82 - 91 C), el termostato comienza a abrirse, permitiendo que el líquido fluya a través del radiador. Para cuando el refrigerante alcanza 200 a 218 F (93-103 C), el termostato está completamente abierto.

Si alguna vez tienes la oportunidad de probar uno, un termostato es algo asombroso de ver porque lo que hace parece imposible. Puedes poner uno en una olla con agua hirviendo en la estufa. A medida que se calienta, su válvula se abre aproximadamente una pulgada, ¡aparentemente por arte de magia! Si desea probar esto usted mismo, vaya a una tienda de repuestos para automóviles y compre uno por un par de dólares..

El secreto del termostato radica en el pequeño cilindro ubicado en el lado del motor del dispositivo. Este cilindro está lleno de una cera que comienza a derretirse a alrededor de 180 F (diferentes termostatos se abren a diferentes temperaturas, pero 180 F es uno común). Una varilla conectada a la válvula presiona esta cera. Cuando la cera se derrite, se expande significativamente, empujando la varilla fuera del cilindro y abriendo la válvula. Si leyó Cómo funcionan los termómetros y realizó el experimento con la botella y la pajita, habrá visto este proceso en acción: la cera se expande un poco más porque está cambiando de sólido a líquido además de expandirse de el calor.

Esta misma técnica se utiliza en abridores automáticos para respiraderos y claraboyas de invernaderos. En estos dispositivos, la cera se derrite a una temperatura más baja..

Ventilador

-Al igual que el termostato, el ventilador de refrigeración debe controlarse para que permita que el motor mantenga una temperatura constante..

Los coches con tracción delantera tienen ventiladores eléctricos porque el motor generalmente está montado transversalmente, lo que significa que la salida del motor apunta hacia el costado del automóvil. Los ventiladores se controlan con un interruptor termostático o mediante la computadora del motor, y se encienden cuando la temperatura del refrigerante supera un punto de ajuste. Se apagan cuando la temperatura desciende por debajo de ese punto..

Los coches de tracción trasera con motores longitudinales suelen tener ventiladores de refrigeración accionados por motor. Estos ventiladores tienen un embrague viscoso controlado termostáticamente. Este embrague se coloca en el eje del ventilador, en el flujo de aire que entra por el radiador. Este embrague viscoso especial es muy parecido al acoplamiento viscoso que a veces se encuentra en los coches con tracción total..

Fontanería del calentador

-Es posible que haya escuchado el consejo de que si su automóvil se sobrecalienta, abra todas las ventanas y encienda el calentador con el ventilador a tope. Esto se debe a que el sistema de calefacción es en realidad un sistema de enfriamiento secundario que refleja el sistema de enfriamiento principal de su automóvil..

El núcleo del calentador, que se encuentra en el tablero de su automóvil, es en realidad un pequeño radiador. El ventilador del calefactor sopla aire a través del núcleo del calefactor hacia el compartimiento de pasajeros de su automóvil.

El núcleo de un calentador parece un pequeño radiador.

El núcleo del calentador extrae su refrigerante caliente de la culata y lo devuelve a la bomba, por lo que el calentador funciona independientemente de si el termostato está abierto o cerrado..

Para obtener más información sobre los sistemas de refrigeración del automóvil y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente..

Artículos relacionados

• Cómo funcionan los motores de automóvil
• Cómo funcionan las computadoras para automóviles
• Cómo funcionan los acondicionadores de aire
• Cómo funcionan los termómetros
• ¿Cómo funciona el termostato en el sistema de enfriamiento de un automóvil??
• ¿Cómo ayuda el óxido nitroso a un motor a funcionar mejor??
• ¿Cómo te hacen sentir mejor los fans??
• Cómo funciona el Aptera Hybrid

Más enlaces geniales

• Servicio del sistema de enfriamiento
• Patente US4452758: Composiciones y proceso para inhibir la corrosión del aluminio - patente para anticongelante
• Componentes principales de su sistema de enfriamiento - ilustrado!
• About.com: sistemas de refrigeración
• Vídeos de GM Goodwrench