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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA MECÁNICA - ELÉCTRICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
CURSO DE: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
LABORATORIO N° 5
TEMA: SISTEMA DE REFRIGERACION
REALIZADO POR: POLANCO VERA DANNY LUIS
DOCENTE: M. Sc. Ing. JUAN DAVID CHAVEZ CUELLAR
fecha de realización: fecha de entrega: nota:
08 de JULIO del 2015 14 de JULIO del 2015
AREQUIPA - PERU
2015
I. OBJETIVOS:
1. conocer la estructura y el principio de funcionamiento del sistema de refrigeración.
2. destacar la importancia que tiene el sistema de refrigeración y sus diversos
componentes.
II. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN:
1.- sistema de refrigeración
La refrigeración en motores de combustión interna es necesaria para eliminar el calor
generado por la quema del combustible (superior a 2000ºC), y no transformado en energía
mecánica, durante el funcionamiento de éstos. La principal función de la refrigeración es
mantener todos los componentes dentro del rango de temperaturas de diseño del motor
evitando su destrucción por deformación y agarrotamiento.
I. sistema de refrigeración por aire
II. sistema de refrigeración por agua
De los dos sistemas mencionados mayor aplicación tiene el de refrigeración por agua ya
que el este sistema se consigue el funcionamiento en condiciones más severas de
temperatura.
El sistema de refrigeración de los motores de combustión interna consta de los siguientes
elementos:
a) para motores refrigerados por aire:
- ventilador
- concentrador
- aletas de refrigeración
- termostato
b) para motores refrigerados por agua:
- bomba de agua ventilador
- radiador
- tuberías de agua
- termostato
Esquema de un sistema de refrigeración por aire.
Esquema de un sistema de refrigeración por agua.
1.- Refrigeración por aireEste sistema consiste en evacuar directamente el calor del motor a la atmósfera a través del aire que lo rodea. Para mejorar la conductibilidad térmica o la manera en que el motor transmite el calor a la atmósfera, estos motores se fabrican de aleación ligera y disponen sobre la carcasa exterior de unas aletas que permiten aumentar la superficie radiante de calor. La longitud de estas aletas es proporcional a la temperatura alcanzada en las diferentes zonas del cilindro, siendo, por tanto, de mayor longitud las que están más próximas a la cámara de combustión.La refrigeración por aire a su vez puede ser:
Directa
Forzada
Refrigeración directaSe emplea este sistema en motocicletas, donde el motor va situado expuesto completamente al aire, efectuándose la refrigeración por el aire que hace impacto sobre las aletas durante la marcha del vehículo, siendo por tanto más eficaz la refrigeración cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento. En la figura inferior se puede ver un motor de motocicleta de la marca BMW, con dos cilindros horizontales refrigerados por aire.
Refrigeración forzadaEl sistema de refrigeración forzada por aire es utilizado en vehículos donde el motor va encerrado en la carrocería y, por tanto, con menor contacto con el aire durante su desplazamiento. Consiste en un potente ventilador movido por el propio motor, el cual crea una fuerte corriente de aire que canalizada convenientemente hacia los cilindros para obtener una eficaz refrigeración aun cuando el vehículo se desplace a marcha lenta. Este sistema de refrigeración fue utilizado por la marca Volkswagen en su mítico escarabajo, también lo utilizo Citroën en su no menos mítico 2CV y GSA.
Ventajas de este sistema:
La sencillez del sistema. Se obtiene un menor peso muerto del motor al eliminar los elementos de refrigeración
Menor entretenimiento del sistema. Se consigue al eliminar posibles averías en los elementos auxiliares de refrigeración.
El motor ocupa menor espacio. Factor importante, a tener en cuenta en vehículos pequeños y sobre todo en motocicletas, donde el espacio destinado al motor es reducido.
No está sometido a temperaturas criticas del elemento refrigerante, como ocurre en los motores que emplean el sistema de refrigeración por agua, en el que se puede producir la ebullición o congelación del agua. En este sistema se puede dimensionar las aletas o canalizar el aire convenientemente para que el caudal de aire, que atraviesa el motor, asegure una eficaz refrigeración y mantenga una temperatura optima en el motor.
Disminuye las pérdidas de calor por refrigeración. Estas pérdidas suelen ser un 18% menor que en la refrigeración por agua, obteniéndose, por tanto, un mayor rendimiento térmico.
Inconvenientes:
Los motores refrigerados por aire son más ruidosos que los refrigerados por agua. Esto es debido a que el paso del aire por las aletas de refrigeración origina un pequeño amplificador sonoro. En los refrigerados por agua, la capa líquida que circunda las camisas hace de amortiguador de los ruidos internos.
La refrigeración es irregular. Esto es debido a la influencia de la temperatura ambiente que produce un mayor calentamiento al ralentí, cuando el vehículo no se mueve o circula muy lento. Están sometidos, por lo tanto, a un mayor peligro de gripaje lo que obliga a un mayor juego de montaje entre sus elementos.
Debido a la mayor temperatura en los cilindros, la mezcla o aire aspirado se dilata. Con esto se reduce el llenado y, por tanto, la potencia útil del motor en un 6% aproximadamente.
2.- Refrigeración por agua
Este sistema consiste en un circuito de agua, en contacto directo con las paredes de las
camisas y cámaras de combustión del motor, que absorbe el calor radiado y lo transporta
a un depósito refrigerante donde el líquido se enfría y vuelve al circuito para cumplir
nuevamente su misión refrigerante donde el líquido se enfría y vuelve al circuito para
cumplir su misión refrigerante. El circuito se establece por el interior del bloque y culata,
para lo cual estas piezas se fabrican huecas, de forma que el líquido refrigerante circunde
las camisas y cámaras de combustión circulando alrededor de ellas.
La circulación del agua por el circuito de refrigeración puede realizarse por "termosifón"
(apenas se ha utilizado) o con circulación forzada por bomba centrífuga.
a) Radiador
El radiador sirve para enfriar el líquido de refrigeración. El líquido se enfría por medio del
aire que choca contra la superficie metálica del radiador.
El radiador está formado por dos depósitos, uno superior y otro inferior, también pueden
estar en los laterales. Ambos están unidos entre sí por una serie de tubos finos rodeados
por numerosas aletas de refrigeración, o por una serie de paneles en forma de nidos de
abeja que aumentan la superficie radiante de calor. Tanto los tubos y aletas como los
paneles se fabrican en aleación ligera (actualmente sobre todo de aluminio), facilitando,
con su mayor conductibilidad térmica, la rápida evacuación de color a la atmósfera.
b) Bomba de agua
La bomba de agua se intercala en el circuito de refrigeración del motor, y tiene la misión
de hacer circular el agua en el circuito de refrigeración del motor, y tiene la misión de
hacer circular el agua en el circuito para que el transporte y evacuación de calor sea más
rápido. Cuanto más deprisa gire el motor, mayor será la temperatura alcanzada en el
mismo, pero como la bomba funciona sincronizada con él, mayor será la velocidad con que
circula el agua por su interior y, por tanto, la evacuación de calor.
Las bombas utilizadas en automoción son de funcionamiento centrífugo, y están formadas
por una carcasa de aleación ligera, unida al bloque motor con interposición de una junta
unión. En el interior de la misma se mueve una turbina de aletas unida al árbol de mando
de bomba, el cual se apoya sobre la carcasa por medio de uno o dos cojinetes de bolas,
con un retén acoplado al árbol para evitar fugas de agua a través del mismo. En el otro
extremo del árbol va montado un cubo al cual se une la polea de mando.
c) Termostato
Hay que tener en cuenta que la temperatura interna del motor debe mantenerse dentro
de unos límites establecidos (alrededor de 85ºC) para obtener un perfecto funcionamiento
y un rendimiento máximo, debiendo mantener esa temperatura tanto en verano como en
invierno.
La temperatura de funcionamiento en el motor incide directamente sobre la lubricación y
la alimentación ya que, si está frío, el aceite se hace más denso dificultando el movimiento
de sus órganos con pérdida de potencia en el motor.
Por otra parte, a bajas temperaturas la mezcla de combustible se realiza en peores
condiciones, no obteniendo toda su potencia calorífica en la combustión, con un mayor
consumo para una potencia dada.
Si la temperatura, por el contrario, es elevada, el aceite se hace más fluido, perdiendo
parte de sus propiedades lubricantes, con lo cual las partes móviles del motor pueden
sufrir dilataciones y agarrotamientos, dificultando el movimiento se sus órganos móviles y
absorbiendo una mayor potencia que reduce el rendimiento útil del motor.
El termostato se utilizara para mantener la temperatura de funcionamiento del motor
entre unos límites preestablecidos. El termostato va situado frecuentemente en la boca de
salida de la culata del motor. Cuando la temperatura del agua es inferior a la prevista, el
termostato cierra la válvula de paso impidiendo la salida del agua hacia el radiador, con lo
cual la circulación se establece directamente desde la bomba, que al aspirar el agua
caliente y mandarla al circuito interno sin refrigerar, hace que el agua ya caliente alcance
pronto mayor temperatura. Cuando el agua ha alcanzado la temperatura adecuada, el
termostato abre la válvula dejando libre la circulación hacia el radiador, con lo cual se
establece el funcionamiento normal del circuito de refrigeración.
Existen varios tipos de termostatos. Hay termostatos denominados de "fuelle" y los más
utilizados actualmente, los termostatos de "cera".
d) Ventilador
El ventilador sirve para impulsar el aire a través del radiador para obtener una mejor y más
eficaz refrigeración, pero ello no siempre es imprescindible cuando la velocidad del
vehículo es suficiente para producir la refrigeración por el simple desplazamiento rápido
del mismo. En estos casos se puede desconectar el ventilador consiguiendo así una marcha
más silenciosa del automóvil y un menor consumo de combustible.
El ventilador puede ser accionado por:
el motor térmico,
un motor eléctrico, específico para este cometido.
El accionamiento del ventilador por el motor térmico puede ser de forma directa o
mediante una correa de accionamiento. En este caso el ventilador se moverá
continuamente mientras lo haga el motor térmico.
Para poder conectar y desconectar el giro del ventilador cuando es accionado por el motor
térmico, necesitamos de un sistema que pueda acoplar y desacoplar el ventilador,
teniendo en cuenta la temperatura del motor. Existen varios sistemas de acoplamiento del
ventilador al motor térmico.
Líquidos refrigerantes y anticongelantesComo líquido refrigerante se emplea generalmente el agua por ser el líquido más estable y económico, pero se sabe que tiene grandes inconvenientes, ya que a temperaturas de ebullición el agua es muy oxidante y ataca a las partes metálicas en contacto con ella. Por otra parte, y debido a la dureza de las aguas (mucha cal) precipita gran cantidad de sales calcáreas que pueden obstruir las canalizaciones y el radiador. Otro de los inconvenientes del agua es que a temperaturas por debajo de 0 ºC se solidifica, aumentado de volumen, lo cual podría reventar los conductos por los que circula.Para evitar estos inconvenientes del agua se emplean los anticongelantes, que son unos productos químicos preparados para mezclar con el agua de refrigeración de los motores y conseguir los siguientes fines:
Disminuir el punto de congelación del líquido refrigerante, el cual, en proporciones adecuadas, hace descender el punto de congelación entre 5 y 35 ºC; por tanto, la proporción de mezcla estará en función de las condiciones climatológicas de la zona o país donde circule el vehículo.
Aumentar la temperatura de ebullición del agua, para evitar pérdidas en los circuitos que trabajen por encima de los 100 ºC.
Evitar la corrosión de las partes metálicas por donde circula el agua.
El principal aditivo del anticongelante es el compuesto por glicerina o alcohol, el producto más utilizado es "etilenglicol". El punto de congelación se determina según el porcentaje de este elemento. El anticongelante puro se mezcla, a poder ser, con agua destilada en distintas proporciones, que determinaran un punto de congelación más bajo.
Anticongelante puro (%) Punto de congelación (º C)
20 - 10
33 - 18
44 - 30
50 - 36
III. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR:
Se utilizó ya las partes desarmadas del motor en forma individual.
IV. PROCEDIMIENTO DE DESARMADO:
No se realizó desarme de motor; las partes se presentaron de forma individual.
V. PROCEDIMIENTO DE ARMADO:
No hubo procedimiento de armado
VI. CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál es la finalidad del sistema de refrigeración?
La finalidad del sistema de refrigeración es mantener el motor a la temperatura de
funcionamiento más eficiente a todas las velocidades y en condiciones de conducción.
2.- ¿Cuáles son los dos tipos generales del sistema de refrigeración?
El de refrigeración por aire.
El de refrigeración por líquido.
3.-Enunciar tres ejemplos de motores refrigerados por aire.
- Algunos aeroplanos
–motocicletas
– cegadoras de césped.
4.- ¿Qué son las camisetas de agua?
Son cavidades que rodean el cilindro y están destinadas a mantener frio el cilindro, y están
fundidas en los bloques y en las culatas de los cilindros.
5.- ¿Cuál es la finalidad de los tubos distribuidores de agua?
Estos tubos tienen la finalidad de dirigir el agua de refrigeración a las superficies críticas para una
refrigeración adecuada.
6.- ¿Qué función realiza la bomba de agua?
Tiene la finalidad de mantener en circulación el agua, a través de todo el motor.
7.- ¿Dónde están montadas ordinariamente las bombas de agua?
Están montadas en el extremo anterior del monoblock entre el bloque y el radiador .La bomba es
accionada por una correa y una polea conductora montada en el extremo anterior del cigüeñal
de motor.
8.- ¿Cuál es la finalidad del ventilador del motor?¿Donde esta colocado y donde suele ser
accionado?
La finalidad del ventilador es producir una potente corriente de aire a través del radiador para
refrigerar el agua .El ventilador usualmente esta montado sobre el eje de la bomba de agua y es
conducido por la misma correa.
9.- ¿Qué es una correa en v o trapezoidal?
Es aquella correa o faja que tiene una sección transversal en forma de trapecio, estas correas
tienen mayor superficie de contacto que las correas planas y pueden transmitir mayor potencia.
10.-Describir un radiador y explicar como funciona.
El núcleo del radiador esta dividido en dos compartimientos intricados; el agua pasa a través de
uno y el aire pasa a través del otro. Son dos los tipos de radiadores mas usados.
-El de tubos y aletas.
- y el celular.
- El de tipo tubos y aletas, se compone de una serie de tubos largos que se extiende desde la
parte superior a la inferior del radiador.
- Las aletas están colocadas alrededor de los tubos para mejorar la trasferencia del calor.
- El radiador de tipo celular de cinta esta constituido por un gran numero de pasajes estrechos
de agua formados por pares de cintas metálicas delgadas y soldadas en sus bordes y que van
desde el depósito superior al inferior. Los pasajes de agua están separados por aletas de cinta
metálica, las cuales proporcionan el paso de aire entre los pasajes del agua. El aire absorbe
el calor del agua que baja por los pasos de la guía
11.- ¿Cuál es la finalidad del termostato y como funciona?
Su finalidad es cerrar el paso cuando el motor esta frio, de modo que quede restringida la
circulación de agua, haciendo que el motor alcance la temperatura de funcionamiento más
rápidamente. El termostato se compone de un dispositivo termostatito y una válvula. El tipo de
fuelle contiene un líquido que se evapora cuando aumenta la temperatura de modo que la
presión interna hace que el fuelle se expanda y levante la válvula de su asiento.
12.- ¿Cuál es la finalidad del tapón de radiador del tipo de presión?
Tiene la finalidad de aumentar la presión del aire en el sistema de refrigeración varias
libras por pulgada cuadrada. Así el agua puede circular a temperaturas más altas sin hervir. Por
consiguiente el agua entra en el radiador a temperaturas mas altas y la diferencia de
temperatura entre el agua y el aire es mayor por lo tanto hay una mejor transferencia de calor.
13.- ¿Por qué se utilizan soluciones anticongelantes? explicar las características de una buena
solución anticongelante.
Las soluciones anticongelantes son necesarias para evitar la congelación del agua cuando la
temperatura desciende por debajo de los ºC Cuando el agua se hiela en el motor, la fuerza de
dilatación resultante puede ser suficiente para agrietar el bloque de cilindros y el radiador.
-Un buen material anticongelante debe mezclarse fácilmente con el agua.
-No debe atacar al sistema de refrigeración por acción corrosiva ni perder sus propiedades
anticongelantes después del uso prolongado.
14.- ¿Qué dos clasificaciones se hace de las soluciones anticongelantes mas comúnmente
utilizadas?
-el alcohol o un compuesto a base de alcohol-el glicol de etileno; llamados de tipos permanentes
15.- Enumerar los dos tipos generales de indicadores de temperatura del motor
Indicador de presión de vapor Indicador eléctrico
16.- describir como funciona el indicador de temperatura por presión de vapor.
Consiste en un bulbo indicador y un tubo que conecta al bulbo con la unidad limitadora. Esta
contiene un tubo de bourdon, uno de cuyos extremos esta acoplado mecánicamente a la aguja
del indicador. El otro extremo esta abierto y conectado al bulbo a través de un tubo. El bulbo del
indicador colocado ordinariamente en la camisa de agua del motor, esta lleno de un líquido que
se evapora a temperatura bastante baja. Cuando aumenta la temperatura del motor, el líquido
del bulbo comienza a evaporarse, generando una presión que se transmite a través del tubo de
conexión hasta el tubo de bourdon.
17.- describir como funciona el indicador de temperatura de tipo de bobinas equilibradas.
El indicador de presión de aceite de bobinas equilibradas, el indicador de combustible y el
indicador de temperatura funciona de manera análoga. Las unidades instaladas en el tablero se
componen de dos bobinas y una armadura en la cual hay fijada una aguja indicadora.
El indicador de temperatura del tipo termostato bimetálico es análogo al indicador de
combustible de termostato bimetálico.
18.- describir como funciona un tapón de radiador de tipo de presión.
El tapón de presión se adapta al tubo de llenado del radiador y cierra herméticamente
alrededor de los bordes, y tiene dos válvulas la de desvaporización o escape y la válvula de vació.
La primera esta apretada sobre su asiento por un muelle calibrado que mantiene cerrada la
válvula de modo que se produce presión en el sistema de refrigeración.
VII. CONCLUSIONES
*El sistema de refrigeración es muy importante ya que sin ello existir la fundición del
cilindro y otras partes este sometidas a altas temperaturas.
*Para poder medir la temperatura en el sistema de refrigeración es necesario el uso de un
calorímetro.
*Existen termostatos de acuerdo a las condiciones climatológicas; hay termostatos para
verano y para invierno; por ejemplo para verano el termostato se abre a los 82 °C y para
invierno se abre a los 78 °C.
* Existe camisetas húmedas generalmente usadas en volvos, buses; y camisetas secas usadas en los autos y combis. La camiseta húmeda esta contacto directo con el agua por el cual tiende a oxidarse mientras que en las secas está en contacto indirecto con el agua por la cual no sufre oxidación.*El sistema de refrigeración falla por falta de agua; la falta agua es debido a la ruptura del
eje de la bomba de agua; este eje puede romperse por fatiga debido a los constantes
movimientos vibratorios.
*Con respecto al ventilador para una refrigeración por líquido debe tener a lo mucho 8
aspas, en cambio por refrigeración por aire hasta 30 aspas para tener un mayor caudal de
aire; además este último en la parte de su culata posee múltiples aletas para enfriar.
*Cuando el sistema de refrigeración falla lo primero en sufrir daños es el cilindro que se
funde con las camisetas; luego se produce la sopladura de empaque y deformación de la
culata.