Universidad Internacional del Ecuador

Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz

Tesis de grado para la obtención del Título de Ingeniería Mecánica Automotriz

Estudio de la factibilidad para la fabricación local de refrigerante en los motores

de combustión interna

Autores:

Mario Fernando Scacco Morales

Kevin David Vargas Castro

Director:

MBA Juan Carlos Rubio MSC

Quito, noviembre 2016

ii

Dedicatoria

La presente tesis la dedico a toda mi familia, principalmente a mi madre y hermanos que dia

a dia me brindaron su apoyo incondicional, ustedes han sido un pilar fundamental para poder

cumplir con esta meta tan importante en mi vida que es mi formación profesional, gracias por

confiar en mí, por sus consejos y recursos para lograrlo.

Fernando Scacco.

iv

Dedicatoria

A Dios por permitirme cumplir esta meta tan importante en mi vida. A mi abuelita por ser la

persona que me ha acompañado durante todo mi trayecto estudiantil. A mi madre que ha

sabido formarme con buenos sentimientos, hábitos y valores lo cual me ayudado en los

momentos difíciles. A mi hermano que ha velado por mí durante este arduo camino para

convertirme en un profesional. A mi padre por brindarme sus consejos la confianza y sus

recursos para lograrlo, a mi novia gracias por estar siempre en esos momentos difíciles

brindándome su amor y comprensión.

Kevin Vargas.

v

Agradecimiento

En primer lugar quiero agradecer a Dios por su amor y bondad que me han permitido sonreír

ante todos mis logros que son el resultado de su ayuda.

Quiero agradecer a la Universidad Internacional del Ecuador por abrirme sus puertas y poder

estudiar mi carrera, a todos los directivos de esta noble Universidad, así como también a los

diferentes docentes que me brindaron sus conocimientos día a día.

Agradezco de una manera muy especial a mi Director de Tesis el Ing. Juan Carlos Rubio por

haberme dado la oportunidad de recurrir a su capacidad y conocimiento científico.

Finalmente y no menos importante quiero agradecer a mi familia, que han sabido apoyarme,

aconsejarme y guiarme durante todo este proceso maravilloso del saber.

Fernando Scacco.

vi

Agradecimiento

Este presente proyecto agradezco a mis padres y familiares porque me brindaron su apoyo

tanto moral como económicamente para estudiar y lograr el objetivo trazado para un futuro

mejor y ser el orgullo para ellos y de toda la familia.

A la Universidad Internacional del Ecuador, Facultad de Mecánica Automotriz porque nos ha

formando para un futuro como ingenieros en mecánica automotriz.

De igual manera a mis queridos formadores en especial al docente Ing. Juan Carlos Rubio

pues él fue quien nos guio para hacer el presente proyecto.

Kevin Vargas.

vii

Índice General

Certificación ....................................................................................................................... iii

Dedicatoria ..........................................................................................................................iv

Dedicatoria ...........................................................................................................................v

Agradecimiento...................................................................................................................vi

Agradecimiento................................................................................................................. vii

RESUMEN ........................................................................................................................xiv

ABSTRACT .......................................................................................................................xv

CAPITULO I .......................................................................................................................1

Introducción .........................................................................................................................1

1.1 Situación Actual.............................................................................................................3

1.2 Marcas Actuales ............................................................................................................4

1.2.1 Abro .............................................................................................................................4

1.2.2 Prestone .......................................................................................................................5

1.2.3 Freezetone ...................................................................................................................6

1.2.4 Acdelco ........................................................................................................................6

1.3 Objetivo general ............................................................................................................7

1.3.1 Objetivos específicos ..................................................................................................7

1.4 Justificación ...................................................................................................................8

CAPITULO II ......................................................................................................................9

2.1 Marco teórico .................................................................................................................9

2.2 Anticorrosivos ..............................................................................................................10

2.3Dureza del agua base....................................................................................................10

2.4 Generalidades ..............................................................................................................11

2.5 Historia .........................................................................................................................11

viii

2.6 Matriz Productiva .......................................................................................................18

2.7 Composición .................................................................................................................22

2.8 Causas de la mala calidad de los refrigerantes .........................................................26

2.8.1 Baja dureza del agua base .......................................................................................26

2.8.2 Bajo punto de congelación del agua........................................................................27

2.8.3 Insuficiente resistencia a altas temperaturas .........................................................28

2.8.4 Baja capacidad de lubricación ................................................................................28

2.9 Refrigeración en motores de combustión Interna ....................................................28

2.9.1 Razones para refrigerar el motor ...........................................................................29

2.9.2 Sistema de refrigeración ..........................................................................................30

2.9.3 Sistema de refrigeración por líquido ......................................................................30

CAPITULO III ..................................................................................................................45

3.1 Análisis FODA .............................................................................................................45

3.2 Matriz de evaluación del factor interno ....................................................................48

3.3 Matriz Interna-Externa ..............................................................................................54

3.4 Filosofía actual de la empresa ....................................................................................55

3.5 Visión ............................................................................................................................55

3.6 Misión ...........................................................................................................................55

3.7 Valores Corporativos ..................................................................................................56

3.7.1 Lealtad .......................................................................................................................56

3.7.2 Transparencia ...........................................................................................................56

3.7.3 Respeto ......................................................................................................................56

3.8 Estrategias ....................................................................................................................56

3.8.1 Administrativas ........................................................................................................57

3.8.2 Financieras ................................................................................................................57

ix

3.8.3 Producción ................................................................................................................57

CAPITULO IV ..................................................................................................................59

4.1 Finalidad ......................................................................................................................59

4.1.1 Alcance ......................................................................................................................59

4.2 Procedimiento de calidad............................................................................................59

4.2.1 Objetivos ...................................................................................................................59

4.2.2 Alcance empresarial .................................................................................................60

4.2.3 Aprobación de materias primas ..............................................................................60

4.2.4 Aprobación de materias primas, etiquetado, arranque y envasado ....................61

4.3 Proceso de calibración de los equipos ........................................................................62

4.4 Procedimiento productivo ..........................................................................................62

4.4.1 Fabricación de refrigerante .....................................................................................62

4.4.2 Generación de las órdenes de producción (OP).....................................................63

4.4.3 Mezclado ...................................................................................................................66

4.4.4 Codificado y etiquetado ...........................................................................................68

4.4.5 Envasado y empacado ..............................................................................................69

4.5 Procedimiento de logística ..........................................................................................70

4.5.1 Procedimiento de recepción del producto ..............................................................70

4.5.2 Procedimiento de entrega de producto...................................................................72

4.5.3 Procedimiento de entrega de producto al cliente ..................................................72

4.5.4 Pruebas ......................................................................................................................83

Prueba realizada a camioneta Chevrolet Dmax 2015 el 10 de abril del 2016 ..............89

Prueba realizada a camión Hino Dutro 616 el 27 de abril 2016 ...................................95

Prueba realizada a camión Chevrolet NPR 2012 el 12 de mayo del 2016 ..................102

Análisis de la industria automotriz proyectada ............................................................108

x

Conclusiones ....................................................................................................................109

Recomendaciones ............................................................................................................110

Anexos ..............................................................................................................................112

Referencias y bibliografía ...............................................................................................167

xi

Índice de tablas

Tabla 3.1 Matriz FODA "Clean Solutions" ............................................................................46

Tabla 3.2 Matriz de evaluación de factores internos "Clean Solutions" .................................49

Tabla 3.3 Matriz de evaluación de factores externos “Clean Solutions" ................................52

Tabla 3.4 Matriz Interna-Externa "Clean Solutions" ..............................................................54

xii

Índice de Figuras

Figura 1.1 Esquema interno del motor y su refrigeración ........................................................4

Figura 1.2 Abro .........................................................................................................................5

Figura 1.3 Prestone ...................................................................................................................5

Figura 1.4 Freezetone ...............................................................................................................6

Figura 2.1 Sistema de enfriamiento de un motor a diesel………………………………….....9

Figura 2.2 Fórmulas estructurales del R10, R-50, R-11 y R-12……………………………..14

Figura 2.3 Fabricación del Freón 12 y Freón 11……………………………………………. 15

Figura 2.4 Sistemas de Refrigeración por Líquido………………………………………… 36

Figura 4.1 Orden de producción de producto terminado ........................................................64

Figura 4.2 Orden de Producción de la Base............................................................................65

Figura 4.3 Reactor en el ingreso de materia prima .................................................................66

Figura 4.4 Reactor con la base mezcla antes del reposo .........................................................67

Figura 4.5 Reactor con la base en reposo antes e envasar ......................................................67

Figura 4.6 Proceso de codificado ............................................................................................68

Figura 4.7 Proceso de codificado ............................................................................................69

Figura 4.8 Envasado de producto ...........................................................................................70

Figura 4. 9 Hoja de recepción de materias primas ..................................................................71

Figura 4.10 Limpieza Tanque .................................................................................................74

Figura 4.11 Limpieza Tanque Reactor ...................................................................................77

Figura 4.12 Tanque exterior limpio ........................................................................................77

Figura 4.13 Hilux ....................................................................................................................83

Figura 4.14 aplicación refrigerante .........................................................................................83

Figura 4.15. Dmax prueba ......................................................................................................89

Figura 4.16. Refrigerante motor Dmax ...................................................................................89

Figura 4.17. Hino Dutro ..........................................................................................................95

Figura 4.18. Aplicación Hino Dutro .......................................................................................95

Figura 4.19. Motor Hino Dutro ...............................................................................................96

Figura 4.20. Aplicación refrigerante .......................................................................................96

Figura 4.21. Chevrolet NPR .................................................................................................102

Figura 4.22. Aplicación NPR refrigerante ............................................................................102

xiii

RESUMEN

En este estudio se examina la necesidad de la creación de un refrigerante para motores hecho

en Ecuador, analizando los principales requerimientos de los ensambladores automotrices y

autopartistas del país, los refrigerantes existentes en el mercado al no cumplir con las normas

requeridas permiten que los ensambladores automotrices importen este insumo. Si sumamos

los daños ocasionados en los vehículos, las condiciones geográficas como la altitud y el

clima, determina que las condiciones de los refrigerantes que están en el mercado local

apuntan para condiciones climáticas distintas, permitiendo de esta manera satisfacer las

necesidades mediante una fórmula de refrigerante idóneo para la topografía y clima exigentes

en el medio. Interviniendo con normas, técnicas, herramientas e instrumentos de laboratorio

instalados en una pequeña industria llegar a comprobar las características físicas-químicas de

un refrigerante de producción local, los componentes que lo hacen idóneo y la forma de

fabricación, cubriendo las necesidades de los vehículos y las exigencias de calidad de los

ensambladores automotrices con el objetivo de aportar a la matriz productiva ayudando a

bajar el número de importaciones en este segmento y colaborando con mano de obra

ecuatoriana.

Palabras Clave

Ensambladores automotrices, fabricación local y matriz productiva

xiv

ABSTRACT

This study, we examine the need about the creation of a new kind of coolant for engines

made in Ecuador. Analyzing the main requirements of the automotive assemblers and local

part-makers, the coolants that already exist in the market do not perform according to the

required norms so the assemblers import this consumption for their own built products.

Ifweadd the damage a vehicle suffers plus. Geographical conditions such as altitude and

climate it allows us to conclude that actual coolants in the market are made for different

conditions shown before. So we shall build a new one to solve the need of a coolant that can

make through those points mentioned. Using techniques, laboratory instruments installed in a

little factory to test physical-chemical components that will make this a proper coolant on its

way to production, covering the needs of this vehicles so we can be competitive with quality

levels of the vehicle assemblers to change the productive matrix helping to low the level of

importations and contributing to the country development.

Key words

Automotive assemblers, local manufacturing and productive matrix

xv

CAPITULO I

Introducción

El actual gobierno al inicio de sus actividades propone cambios en la actual matriz

productiva lo cual consistirá en cambiar el patrón de especialización de la producción local la

que permita al Ecuador generar un valor agregado a sus productos eliminando a la

importación e intermediarios, esto nos impulsa a la posibilidad de fabricar productos locales y

entre estos un refrigerante asociado con las necesidades de las distintas ensambladoras

automotrices del país, la clase media ecuatoriana ha pasado del 14% al 27% en los últimos

diez años lo que propicia un dato efectivo con la necesidad de más vehículos en el país.

Sobre este estudio de fabricación local de un refrigerante, las ensambladoras automotrices

han ascendido para su producción a las importaciones de artículos automotrices y en nuestro

caso el refrigerante necesarios para el producto final, las diferentes condiciones que ofrece la

movilización de bienes y personas sobre las vías, constituyen uno de los principales aspectos

relacionados con la productividad de una ciudad, de una región y de la misma nación,

actualmente las políticas del gobierno sostienen el cambio de matriz productiva apoyando

totalmente hacia nuestro estudio.

Los productos importados como el refrigerante son de gran importancia y estos no ofrecen

la oportunidad de la fabricación local cumpliendo todos los parámetros exigibles por los

ensambladores de vehículos y autopartistas del país.

Un refrigerante es el líquido que permite al sistema de refrigeración transmitir la

temperatura generada en exceso hacía el radiador, el calor es retenido y viaja por el sistema 1

de refrigeración para ser disipado por los medios mecánicos en el intercambiador de calor

(radiador). El correcto enfriamiento de los sistemas es crítico en el sentido que actúa

severamente sobre el fluido, calentándose rápidamente al entrar en contacto con las paredes

exteriores de la cámara de combustión.

El refrigerante debe ser sin anticongelantes ya que el Ecuador no posee zonas frías

congelantes, para lo cual emprendemos el desarrollo de un refrigerante adecuado con una

fórmula para las temperaturas y necesidades de nuestra localidad.

En el país se encuentran 3 empresas ensambladoras de autos como Aymesa, Ciauto y

General Motors Ómnibus del Ecuador, los mismos que importan el refrigerante, ya que no

hay una producción local que cumpla con los estándares del fabricante, por ello la necesidad

de fabricar un producto que cumplan con los requerimientos de los ensambladores generando

una nueva propuesta al consumo local apoyando la gestión gubernamental de mejorar la

producción interna y aportando a la matriz productiva del país.

Al hablar de líquidos refrigerantes en el campo automotriz hay varias marcas extranjeras

con varias características para el cuidado del motor de los vehículos, todos estos productos

son importados y enfocados a climas con temperaturas muy bajas es decir cumpliendo

características anticongelantes inexistentes en nuestro país.

Este análisis crea un campo abierto para la investigación de la fabricación y formulación

de acuerdo a nuestras características climáticas y topográficas de este tipo de productos de

uso automotriz cumpliendo con todas las normas necesarias para un buen funcionamiento.

2

En el país existen gran cantidad de vehículos que prestan servicios particulares como por

ejemplo: taxis, buses, vehículos de alquiler, camiones, etc., que necesitan de un refrigerante

que cumpla las características de los fabricantes de vehículos.

El mercado actual se ha visto influenciado por la incursión de productos importados,

muchos de ellos con características y normas que nuestra localidad no lo requiere. La

durabilidad del refrigerante en los automóviles y la composición química que exigen las

empresas ensambladoras son puntos importantes de decisión al momento de realizar la

compra de refrigerante.

Con las razones antes expuestas, es importante realizar esta investigación para determinar

la factibilidad de la fabricación local de un refrigerante en los motores de combustión interna

cumpliendo con los requerimientos, normas, geografía y clima de nuestro país.

1.1 Situación Actual

La situación actual del mercado obliga a los dueños de vehículos a tener preferencia por

productos económicos que no son de buena calidad y no cumplen con las normas ni

requerimientos de los fabricantes de automotores, es por ello que resultan económicos, esto

nos lleva a 2 características muy importantes que se va tomar en cuenta la calidad y buen

precio.

Actualmente en el Ecuador se distribuyen marcas de refrigerantes como: Abro, Prestone,

Freezetone, Bosch, Simonize, Bardahl, Motorex, Acdelco, Frioxide; son importados y

reconocidas en el mercado donde los consumidores se inclinan por la marca al momento de

decidir que refrigerante poner en sus vehículos no optando por la calidad y los requerimientos

3

que la topografía y el clima solicitan en el Ecuador y sin ser ninguna de estas óptimas para

los consumidores de acuerdo a nuestras condiciones locales, por altura o por temperatura.

Figura 1.1 Esquema interno del motor y su refrigeración

Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.com/refrigeracion-motor.htm

1.2 Marcas Actuales

Entre las marcas que se comercializan en el mercado local y como las más importantes y

representativas tenemos que son:

1.2.1 Abro

La marca Abro, es de origen americano y productor de insumos automotrices así como

productos de consumo industrial, con relación a los refrigerantes que expenden tiene una

variedad que la distinguen según aplicación por el color, rojo para reponer y acondicionar el

antiguo anticongelante, el verde restaura, fortalece y acondiciona el anticongelante, posee

aditivos contra el óxido y previene el recalentamiento, estos productos son aditivos para los

refrigerantes que están en uso dentro del vehículo.

4

Figura 1.2 Abro

Fuente: http://www.abro.com/

1.2.2 Prestone

La marca Prestone, es una empresa de origen americano dedicada a la fabricación de

anticongelantes y líquidos para uso automotriz, los refrigerantes pueden ser miscibles con

cualquier otro tipo de productos refrigerante en los vehículos pesados y para livianos.

Figura 1.3 Prestone

Fuente: www.prestone.com/

5

http://www.abro.com/

1.2.3 Freezetone

La marca Freezetone, es una empresa de origen americano que se dedica a la fabricación

de aditivos y refrigerantes para motores de combustión interna, su principal actividad es

realizar fórmulas amigables con el medio ambiente y que cubra las necesidades de exigencia

de un motor, sus refrigerantes se caracterizan por los colores rojo para automotores diesel y

verde para motores a gasolina.

Figura 1.4 Freezetone

Fuente: http://www.freezetone-usa.com/#/

1.2.4 Acdelco

La marca Acdelco, es una empresa de origen americana con varias plantas en otros países

como Brasil, Colombia, México que es el proveedor para sur América, las características de

su refrigerante para la identificación es que es un solo producto para los vehículos diésel

como para los a gasolina, tiene una coloración verde fosforescente.

6

1.3 Objetivo general

Comprobar la factibilidad de fabricación de un refrigerante para motores de combustión

interna en el Ecuador que cumplan las especificaciones de los fabricantes de autos para

apoyar la matriz productiva, generando fuentes de trabajo y el compromiso de manufacturar

productos locales de calidad.

1.3.1 Objetivos específicos

Realizar la fundamentación teórica, conceptual e investigación de campo sobre el

desarrollo, temática y los ensayos de fabricación para la obtención del refrigerante

de producción local.

Verificar que las características de líquido refrigerante cumplan con los estándares

establecidos por los fabricantes de autos.

Validar las características químicas, físicas de refrigerante que cumplan con los

estándares establecidos.

Analizar si es factible la fabricación de un refrigerante para motores de combustión

interna con el fin de reemplazar la importación por la fabricación local aportando a

la matriz productiva del país.

7

1.4 Justificación

Desde el 2014 se fortalece el sector automotriz por el cambio de la Matriz productiva, se

habla de restricciones específicas de importación, capital extranjero e industria del exterior

esto abre una oportunidad interesante a las ideas encaminadas con la producción y desarrollo

industrial ecuatoriano, eliminando importaciones para proyectarse a distribuidores nacionales

de refrigerantes.

La factibilidad de una fabricación de producción local de refrigerantes para motores de

combustión interna permite un beneficio en el campo automotriz favoreciendo a:

La mano de obra y materia prima ecuatoriana (industria del

exterior) Buenas prácticas empresariales y de calidad

El emprendimiento (hacia el desarrollo de soluciones favorables

tecnológicas) Los procesos de sustitución de importación.

Se generan varias industrias en esta matriz productiva como son: Química, transporte

y logística, mercadeo, entre otras que forman parte de este grupo.

La matriz productiva y el plan de buen vivir conlleva en una de las metas específicas de

alcanzar el 20% de participación de mano de obra calificada en la industria, no superar el

25% de componente importado, aumentar en un 14,5% la industria manufacturera

ecuatoriana y mantener un régimen de calidad con normas internacionales que aseguren el

producto terminado.

8

CAPITULO II

2.1 Marco teórico

El sistema de refrigeración de un motor de combustión requiere del continuo flujo de

líquidos que tengan una temperatura menor a aquella absorbida por transferencia a los

componentes metálicos que rodean la cámara de combustión, donde se producen las

temperaturas más altas del sistema en el proceso de la combustión.

Figura 2.1 Sistema de enfriamiento de un motor a diésel

Fuente: http://www.lubrilandia.com.ar

Es el sistema de enfriamiento el encargado de mantener al motor en una temperatura

óptima de funcionamiento ya que esta no puede ser ni muy alta ni muy baja para que los

componentes internos del motor puedan alcanzar las dilataciones apropiadas para un buen

rendimiento y desgaste progresivo normal, además es el sistema de enfriamiento el encargado

de permitir por medio de un termostato que las altas temperaturas se transfieran por medio

mecánicos al medio ambiente y así también evitar en lo posible que motor trabaje con

temperaturas muy bajas, esto lo hace evitando que el líquido refrigerante pase al

intercambiador de calor, lo mantenga sin circulación y tome temperatura lo antes posible.

9

2.2 Anticorrosivos

Para reducir la tendencia corrosiva del agua en el sistema de enfriamiento se utilizan

ciertos aditivos que reducen este efecto, hay muchas variantes de anticorrosivos de base de

fosfatos, nitratos, boratos o silicatos, pero la mayoría de ellos tienen una vida limitada a partir

de la cual se convierten en perjudiciales al formar lodo sobre las partes internas del sistema

de refrigeración. Por lo que su utilización está condicionada al cambio periódico del

refrigerante del motor. Otros aditivos se basan en el uso de ácidos orgánicos de tipo

carboxílicos, estos proporcionan una vida más prolongada de igual manera se los debe

remplazar luego de cumplir con su vida útil de funcionamiento. Nunca deben excederse las

proporciones recomendadas por los fabricantes o su efecto será negativo para el sistema de

refrigeración del motor. (G.Fieldson, 2016)

2.3Dureza del agua base

El agua base para la utilización como refrigerante del motor no debe contener dureza

temporal, el agua natural siempre tiene en mayor o menor proporción de dureza en su

composición, por lo que lo mejor es usar agua destilada, o agua tratada por métodos de

intercambio de cationes, donde el agua se hace circular por ciertas sales que intercambian

cationes metálicos por lo que producen la dureza temporal, y así se elimina el calcio y

magnesio presentes en el componente. En caso de no disponer de ninguna de estas

posibilidades se puede hervir el agua durante una media hora y luego dejarla en reposo para

que se produzca la sedimentación de las sales presentes, antes de usarla en el motor.

(G.Fieldson, 2016)

10

Hay zonas geográficas donde las aguas naturales tienen muy poca o ninguna dureza

temporal y pueden usarse directamente, sin embargo, hay otras zonas donde las aguas son

muy duras y su uso provocará sedimentos aislantes dentro del motor en poco tiempo.

2.4 Generalidades

“De manera general, el refrigerante es cualquier cuerpo o substancia que actúe como

agente de enfriamiento, absorbiendo calor de otro cuerpo o substancia” (Plazas, 2012) para

luego transferirlo a otro elemento por medios normales o forzados como el aire.

Los refrigerantes son los fluidos vitales en cualquier sistema de refrigeración mecánica.

Cualquier substancia que cambie de líquido a vapor y viceversa, puede funcionar cómo

refrigerante, y dependiendo del rango de presiones y temperaturas a que se haga estos

cambios. (EcuRed, 2016)

2.5 Historia

La práctica de la refrigeración, probablemente ha existido desde la época de las cavernas.

Con frecuencia, en la historia se menciona el uso de hielo y nieve natural para fines de

enfriamiento. Los romanos los usaban para enfriar sus bebidas. En algunos lugares donde

sólo tienen hielo en el invierno, lo almacenaban en fosos para usarlo en el verano, en lugares

desérticos donde no disponían de hielo o nieve en ninguna época del año como en Egipto, se

utilizaba la evaporación del agua para el enfriamiento de bebidas, y hasta algunos

dispositivos ingeniosos para hacer la estancia más confortable. (Plazas, 2012)

El agua fue el primer refrigerante, con una larga historia de uso, continuando hasta nuestra

11

época. Con el paso del tiempo, se han hecho mejoras en cuanto a su manejo y

almacenamiento, pero aún se utiliza el hielo natural por todo el mundo. El uso histórico y

fundamental del hielo, ha sido reconocido en una unidad de refrigeración: la tonelada de

refrigeración, la cual se define como la cantidad de calor que se requiere para fundir dos mil

libras de hielo en 24 horas. (Plazas, 2012)

En refrigeración se dio un gran paso adelante, cuando se descubrió que una mezcla de

hielo con sal, producía temperaturas más bajas que el hielo solo. En cierta manera, ésta fue la

primera mejora sobre la naturaleza en el campo de la refrigeración. (Plazas, 2012)

Hacia finales del siglo XVIII, la inventiva del hombre se había dirigido hacia la

producción de frío en el momento y tiempo que se deseara. Se desarrollaron máquinas para

disminuir la presión del vapor del agua y acelerar su evaporación. También recibió

considerable atención el arte de producir frío por la liberación de aire comprimido. Durante la

primera parte del siglo XIX, se desarrollaron máquinas para la compresión de vapor y se

probaron muchos fluidos como refrigerantes, entre los que sobresalieron el amoníaco,

bióxido de carbono, bióxido de azufre, cloruro de metilo y en cierta medida, algunos

hidrocarburos. A finales del siglo, la refrigeración mecánica estaba firmemente establecida.

(Plazas, 2012)

Por muchos años (desde 1876), al amoníaco se le han encontrado excelentes propiedades

como refrigerante, y desde entonces, ha sido el refrigerante más utilizado comúnmente. Aún

en la actualidad, ha demostrado ser satisfactorio, sobre todo en refrigeración industrial en

grandes plantas. (Plazas, 2012)

12

En las décadas siguientes, la atención fue orientada hacia el mejoramiento del diseño

mecánico y la operación de los equipos. A principios del siglo XX, se desarrollaron las

unidades domésticas y los refrigerantes en uso en ese tiempo, padecían de una o más

propiedades riesgosas. Algunos eran tóxicos, otros inflamables, y otros más operaban a muy

altas presiones; por lo que para estos equipos más pequeños, los ingenieros se enfocaron al

refrigerante de más baja presión de operación: el bióxido de azufre. Este refrigerante tiene

algunas fallas serias, como la formación de ácido sulfuroso cuando se combina con el agua;

es muy corrosivo y ataca las partes del sistema. Estas cualidades indeseables, obligaron a los

fabricantes a hacer las unidades menos propensas a fugas y a tener precaución de secarlas,

logrando reducir los requerimientos de servicio hasta un punto, donde las desventajas del

refrigerante no eran tan grandes. Literalmente, se construyeron millones de esas unidades que

utilizaban bióxido de azufre, las cuales operaban satisfactoriamente. (Plazas, 2012)

En 1928, el vicepresidente de una importante compañía de automóviles, C.F. Kettering,

decidió que la industria de la refrigeración, si quería llegar a alguna parte, necesitaba un

nuevo refrigerante seguro y estable, que no fuera tóxico, corrosivo ni inflamable, y que

tuviera las características necesarias para poder usarse en equipos compactos. (Plazas, 2012)

Kettering solicitó a Thomas Midgely que explorara la posibilidad de desarrollar dicho

producto. Un grupo de químicos se pusieron manos a la obra e iniciaron la búsqueda de tal

refrigerante. Sabían que las combinaciones de flúor eran muy estables, así que,

experimentaron con algunos de los compuestos químicos comunes de carbono, cloro e

hidrógeno, sustituyendo átomos de cloro e hidrógeno por átomos de flúor, y en poco tiempo,

lograron sintetizar el diclorodifluorometano. Demostraron que no era inflamable y que tenía

una toxicidad inusualmente baja. (Plazas, 2012)

13

Figura 2.2 Fórmulas estructurales del R10, R-50, R-11 y R-12

Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.com/refrigeracion-motor.htm

Los experimentos consistieron en reordenar la molécula de tetracloruro de carbono. En la

figura 2.2-A, se muestra la fórmula estructural de la molécula de tetracloruro de carbono,

usada para fabricar algunos de los refrigerantes halogenados. Comparándola con la molécula

de metano en la figura 2.2-B, se ve que las dos son similares, excepto que el metano tiene 4

átomos de hidrógeno y el tetracloruro tiene 4 átomos de cloro. Reemplazando un átomo de

cloro por un átomo de flúor, se tiene otro compuesto más estable llamado

tricloromonofluorometano o R-11, como se muestra en la figura 2.2-C. Si se reemplazan dos

átomos de cloro por dos de flúor, se obtiene el diclorodifluorometano o R-12, como se

muestra en la figura 2.2-D. (Plazas, 2012)

En 1929 se le solicitó a una compañía química, que ayudara a desarrollar un proceso

comercial práctico para la fabricación del nuevo refrigerante. Con este desarrollo nació la

industria de los refrigerantes halogenados, ninguno de los cuales existía antes. El primero de

ellos fue el Freón 12, que, durante muchos años, fue el más popular, de allí siguieron el Freón

14

11, el Freón 21, el Freón 114, y el Freón 22, cada uno con sus características especiales.

(Plazas, 2012)

Sin embargo, el desarrollo de los refrigerantes Freón no tuvo una recepción entusiasta. Las

comisiones de seguridad eran prudentes en sus sanciones; los técnicos de servicio estaban

inconformes respecto a las fugas, porque no los podían detectar con el olfato; los contratistas

los rechazaban porque costaban más que el bióxido de azufre, y algunos de los fabricantes

líderes, se rehusaban a diseñar el equipo de refrigeración que se ajustara a las propiedades

termodinámicas de estos refrigerantes. (Plazas, 2012)

Gradualmente, surgieron diseños que usaban pequeñas cantidades de estos refrigerantes

costosos. Se utilizaron nuevos materiales que no podían ser utilizados con seguridad con los

antiguos refrigerantes, los técnicos se volvieron expertos en la detección de fugas, y el Freón

arribó como un refrigerante aceptado. El resultado fue que los freones eran virtualmente la

base de todas las unidades pequeñas. (Plazas, 2012)

Figura 2.3 Fabricación del Freón 12 y Freón 11

Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.com/refrigeracion-motor.htm

15

Con el tiempo, se fueron desarrollando otros compuestos halogenados y creció la familia

de los freones. Además de refrigerantes, se les encontraron otras aplicaciones, tales como,

solventes, extinguidores de fuego, agentes espumantes y otros. Algunos años más tarde, otras

compañías comenzaron a fabricar los compuestos halogenados con otros nombres

comerciales. (Plazas, 2012)

Para la década de los setenta, ya había sospechas de que estos compuestos afectaban la

capa de ozono de la atmósfera, pero no se podía demostrar, y tal aseveración no era aceptado

por los fabricantes. Al principio de los ochenta, estudios hechos por científicos de la NASA

por medio de satélites, descubrieron un "adelgazamiento" de la capa de ozono en la Antártida,

y estudios posteriores, comprobaron que el deterioro del ozono estratosférico era debido a la

emisión de compuestos halogenados, principalmente los que contienen bromo y cloro.

(Plazas, 2012)

Después de varios años de negociaciones, se llevó a cabo un acuerdo internacional en

1989 en la ciudad de Montreal, Canadá, por lo que se le conoce como el Protocolo de

Montreal. Este protocolo es un esfuerzo unido de gobiernos, científicos, industrias y grupos

ecologistas coordinados por la UNEP (Programa Ambiental de las Naciones Unidas). Este

acuerdo consistió en regular la producción y uso de los clorofluorocarbonos (CFC) de manera

gradual, hasta su total desfasamiento antes del año 2000, partiendo de la base de los niveles

de producción mundial que había en 1986. (Plazas, 2012)

Mientras tanto, los fabricantes de refrigerantes trabajaban en la búsqueda de productos

nuevos para substituir los que iban a desaparecer. Rápidamente desarrollaron compuestos

para substituir al R-11 y al R-12, que tienen propiedades termodinámicas muy similares, pero

16

que no afectan la capa de ozono. Estos refrigerantes son el R-123 y el R-134a, que en la

actualidad ya se están produciendo comercialmente, y algunos fabricantes de equipo original

ya los están incluyendo en sus unidades. Dichos productos pueden utilizarse también en

equipos usados que actualmente funcionan con R-11 o R-12, haciendo algunas

modificaciones al compresor, tales como utilizar aceite sintético en lugar de aceite mineral y

cambiar algunos sellos o empaques, por otros de diferente material. (Plazas, 2012)

Se desarrollaron también refrigerantes cómo el R-124 y el R-125, para substituir al R114 y

algunas aplicaciones del R-502, respectivamente. Otras alternativas aceptables para

reemplazar al R-12 y al R-502 durante el período de transición, hasta el desfasamiento total,

son las mezclas ternarias. Las mezclas ternarias, son mezclas isotrópicas de tres diferentes

refrigerantes de entre los siguientes: 22, 124, 125, 134a, 152a y propano. Estas mezclas tienen

características muy similares a los clorofluorocarbonos, pero con un impacto ambiental

grandemente reducido y que requieren un mínimo de cambios en los equipos, comparados

con otros refrigerantes alternos. (Plazas, 2012)

La historia se repite de manera similar, cómo a principios de la década de los años treinta,

cuando se introdujo comercialmente el R-12. La introducción de los nuevos refrigerantes va a

requerir de información y capacitación tanto de técnicos, contratistas y fabricantes de equipo

original. Su costo actualmente es entre 2.5 y 4 veces más, pero a diferencia de la primera vez,

en esta ocasión son la única alternativa, y además, existe la conciencia ecológica, lo que hace

que tengan que aceptarse estos nuevos productos. (Plazas, 2012)

Para poder utilizar en los sistemas que actualmente están trabajando, va a ser necesario

rehabilitar el compresor del sistema en lo que se refiere a cambiar algunos materiales como

17

sellos o empaques, ya que los que son compatibles con el R-11 y el R-12, no lo son con el R-

123 y el R-134a. Además, para estos refrigerantes sustitutos se tiene que utilizar aceites

sintéticos a base de polialquilenglicol (PAG), de poliol-éster (POE), o de Alquil Benceno.

(Plazas, 2012)

Cuando comenzaron las preocupaciones por la capa de ozono, los refrigerantes más usados

eran los clorofluorocarbonosR-12 y R22. El primero era empleado principalmente para aire

acondicionado de vehículos y para pequeños refrigeradores; el segundo para aire

acondicionado, refrigeradores, y congeladores comerciales, residenciales y ligeros. Algunos

de los primeros sistemas emplearon el R-11 por su bajo punto de ebullición, lo que permitía

construir sistemas de baja presión. (Plazas, 2012)

La producción de R-12 cesó en Estados Unidos en 1995, y el R-22 fue eliminado

posteriormente. Se está empleando el R-134a y ciertas mezclas (que no atentan contra la capa

de ozono) en remplazo de los compuestos clorados. El R-410A es una popular mezcla 50/50

de R-32 y R-125 que comienza a sustituir al R-22, todos estos cambios como podemos ver

son direccionados a la protección del medio ambiente es más estos tipos de refrigerantes para

los sistemas acondicionados hoy en día tiene que cumplir normas ambientales para poder ser

fabricados. (Plazas, 2012)

2.6 Matriz Productiva

La Estrategia Nacional para el Cambio de la Matriz Productiva ha sido planteada con la

visión de impulsar la transición del país de una economía basada en recursos primarios y

sobre todo petroleros a una economía post-petrolera basada en el conocimiento. (Sanches,

2015)

18

https://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_ozonohttps://es.wikipedia.org/wiki/Clorofluorocarbonohttps://es.wikipedia.org/wiki/R22https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Triclorofluorometano&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=1,1,1,2-Tetrafluoroetano&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/R-410Ahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=R-32&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=R-125&action=edit&redlink=1

La estrategia es un proceso en construcción, incorporará cadenas productivas que

sustituyan importaciones, promuevan exportaciones, generen empleo, innoven, diversifiquen,

y articulen más actores económicos y se implementa mediante herramientas de planificación,

acciones públicas y por acciones privadas. (Fedesoft, 2016)

La Estrategia Nacional para el Cambio de la Matriz Productiva donde las cadenas

productivas responden a un enfoque metodológico integral que permite complementar

esfuerzos en industrias, productos y servicios para aprovechar las capacidades y

potencialidades identificadas en el territorio. (Sanches, 2015)

El Ecuador vive uno de los mejores momentos de su historia, porque se ha construido un

modelo de desarrollo que privilegia al ser humano por encima del capital. Tenemos un

Ecuador con más acceso a la salud y la educación, con más empleo y salario digno, más y

mejores carreteras, un país con soberanía energética como nunca antes existió (Sanches,

2015).

Cambiar la Matriz Productiva significa generar empleos de calidad, erradicar

definitivamente la pobreza y alcanzar el Buen Vivir para todos los ecuatorianos y

ecuatorianas. (Sanches, 2015)

Asimismo, enfatiza que se está sentando las bases para el cambio de la Matriz Productiva,

llevando la economía de recursos finitos hacia una economía de recursos infinitos, y se

destaca el fortalecimiento en el sector productivo, sobre todo el acceso que tienen ahora los

pequeños y medianos empresarios al programa Progresar, el cual contempla una línea de

19

crédito hasta por 25 millones de dólares, con 6.9% de interés y 15 años plazo. (Sanches,

2015)

Gracias al cambio de la matriz productiva la banca privada debe apostar por el Ecuador,

debe dedicarse a generar productos e ideas financieras para el desarrollo, además que se está

facilitando los procesos de constitución y la obtención de permisos para su operación.

Casi 500 empresas han comprometido su esfuerzo, para ajustarse a las nuevas normas de

calidad, produciendo más y mejor. Estas empresas invertirán en sus industrias más de 270

millones de dólares adicionales, lo cual no hubieran hecho sin las normas de calidad, durante

el primer trimestre de este año se concluyó con la elaboración del Plan de Industrias Básicas,

donde se identificó las que actuarán como detonantes de otras industrias, las que se ha

denominado Industrias. (Sanches, 2015)

Las industrias básicas están pensadas en una lógica de integración productiva regional

para la toma de conciencia y que los países de la región en lugar de competir entre nosotros,

se debería establecer estrategias complementarias que permitan fortalecer nuestras economías

planteando incrementar las exportaciones de los productos ecuatorianos más representativos,

pero añadiendo valor agregado, es decir, procesándolos. (Sanches, 2015)

La economía ecuatoriana ha crecido en los últimos años gracias a la exportación del

petróleo y a la venta de productos primarios como el banano, cacao, camarón, rosas, entre

otros. Sin embargo, el gobierno busca generar más riqueza, lograr un desarrollo más

sostenible e impulsar actividades ligadas al talento humano, a la tecnología y el

conocimiento, a través del cambio de la matriz productiva. (Cayes, 2015)

20

Desde hace varios años las autoridades han buscado sustituir importaciones y aumentar la

producción local ya que el crecimiento de la economía no se ha sostenido con un aumento de

producción nacional sino con más importaciones, ese consumo representa mayor salida de

dólares y es por eso que se debe aumentar la capacidad productiva nacional para esto se

realizara un aporte de 5.200 millones de dólares al año más al PIB en industrias básicas como

petroquímica, siderúrgica, aluminio, astilleros, refinación de cobre, entre otras., 6.100

millones de dólares más al PIB en agroindustrias como cacao, biocombustibles, ganadería,

maricultura, forestal, 800 millones de dólares a través de la reducción de importaciones no

petroleras (conservas, cosméticos, ensamblaje, ropa y calzado) a través del fortalecimiento de

la industria nacional y esto dará como resultado 2.300 millones de dólares anuales como

aporte positivo a la balanza comercial (industrias básicas). (Cayes, 2015)

Uno de los ejemplos de empresas que el cambio de la matriz productiva está aportando al

mejoramiento es Abroadesivos del Ecuador que es la filial nacional de la estadounidense

Abro Industrias, fabricante de refrigerantes para motor y adhesivos de uso automotriz con

materias primas importadas, bajo los más altos estándares de calidad cumpliendo las normas

establecidas por la casa matriz. (Cayes, 2015)

Esta planta se inauguró hace pocos meses y se encuentra en fase de pruebas previa a la

fabricación de nuevos productos tales como siliconas y aerosoles, bajo la supervisión de Abro

Industrias. Celso Cepeda, gerente de Mercadeo y Ventas de Abro Ecuador, la planta fue

construida con una importante inversión de capital ecuatoriano. (Cayes, 2015)

La empresa apuesta con ella cumplir satisfactoriamente los requerimientos del mercado

local, además de exportar una parte de su producción a los mercados de la región y de esa

21

manera mejorar la competitividad en relación con otros productos similares importados,

además de generar plazas de trabajo. Esto no se hubiera dado si no se hubiera recibido el

impulso gubernamental al sector automotriz y esto sienta las bases para que se realicen otros

emprendimientos por parte de los empresarios ecuatorianos ya que constituye una

oportunidad de diversificación y crecimiento. (Cayes, 2015)

2.7 Composición

El sistema de enfriamiento de un motor diésel debe ser capaz de remover de manera

continua aproximadamente el 30% del calor generado por la combustión de su combustible

sin recalentarse. Asumiendo que se cuenta con un sistema de enfriamiento razonablemente

limpio, esto normalmente no es un problema. (Hartford, 2002)

El refrigerante de motores por lo general es una mezcla de etileno o de anticongelante con

base de glicol propileno y agua. El punto de congelación de la mezcla dependerá de la

cantidad relativa de glicol usada. Es importante usar la mejor agua disponible mezclada con

no más de un 60% de anticongelante con base de glicol etileno, o no más de un 50% de

anticongelante con base de glicol propileno. (Hartford, 2002)

Es importante nunca usar exclusivamente agua como refrigerante del motor, el agua posee

temperaturas de ebullición muy altas por lo que las piezas internas se forzarían y no duraría

mucho tiempo en que el aceite pierda sus cualidades de lubricante. (El agua es corrosiva a las

temperaturas de operación del motor), la calidad del agua es importante.

Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cuál

alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, 22

respectivamente, para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo antes

mencionado, debe poseer ciertas propiedades físicas, químicas y termodinámicas que lo

hagan seguro durante su uso. (Refrigeraciòn y Climatizaciòn, 2012)

No existe un refrigerante “ideal” ni que pueda ser universalmente adaptable a todas las

aplicaciones. Entonces, un refrigerante se aproximará al “ideal”, solo en tanto que sus

propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para la que va a ser

utilizado. (Refrigeraciòn y Climatizaciòn, 2012), para tener uso apropiado como refrigerante,

se busca que los fluidos cumplan con la mayoría de las siguientes características:

Baja temperatura de ebullición: Un punto de ebullición por debajo de la temperatura

ambiente, a presión atmosférica.

Fácilmente manejable en estado líquido: El punto de ebullición debe ser controlable con

facilidad de modo que su capacidad de absorber calor sea controlable también.

Alto calor latente de vaporización: Cuanto mayor sea el calor latente de vaporización,

mayor será el calor absorbido por kilogramo de refrigerante en circulación.

Químicamente estable: A fin de tolerar años de repetidos cambios de estado.

No corrosivo: Para asegurar que en la construcción del sistema puedan usarse materiales

comunes y la larga vida de todos los componentes.

Moderadas presiones de trabajo: Las elevadas presiones de condensación (mayor a 25-

28kg/cm3) requieren un equipo extra pesado. La operación en vacío (menor a 0kg/cm3)

23

introduce la posibilidad de penetración de aire en el sistema.

Fácil detección y localización de pérdidas: Las pérdidas producen la disminución del

refrigerante y la contaminación del sistema.

Inocuo para los aceites lubricantes: La acción del refrigerante en los aceites lubricantes

no debe alterar la acción de lubricación.

Bajo punto de congelación: La temperatura de congelación tiene que estar muy por

debajo de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador.

Alta temperatura crítica: Un vapor que no se condense a temperatura mayor que su

valor crítico, sin importar cuál elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen

críticas superiores a los 93°C

Moderado volumen específico de vapor: Para reducir al mínimo el tamaño del

compresor.

Bajo costo: A fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurarle

servicio adecuado cuando sea necesario. (Gases Refrigerantes, 2010)

Las propiedades más importantes del refrigerante que influyen en su capacidad y

eficiencia son: el calor latente de Evaporación, la relación de compresión, el calor específico

del refrigerante tanto en estado líquido como de vapor, excepto para sistemas muy pequeños,

es deseable tener un valor alto de calor latente para que sea mínimo el peso del refrigerante

24

circulando por unidad de capacidad. Cuando se tiene un valor alto del calor latente y un

volumen específico bajo en la condición de vapor, se tendrá un gran aumento en la capacidad

y eficiencia del compresor, lo que disminuye el consumo de potencia. Y permite el uso de un

equipo pequeño y más compacto. En los sistemas pequeños, si el valor del calor latente del

refrigerante es muy alto, la cantidad de refrigerante en circulación será insuficiente como

para tener un control exacto del líquido. (Gases Refrigerantes, 2010)

Es mejor tener un calor específico bajo en el líquido y un valor alto en el vapor en tanto

que ambos tiendan a aumentar el efecto refrigerante por unidad de peso, el primero se logra

aumentando el efecto de su enfriamiento y el último disminuyendo el efecto de

sobrecalentamiento. Cuando se cumplen estas condiciones en un fluido simple, se logrará

mejorar la eficiencia del cambiador de calor líquido-succión. (Gases Refrigerantes, 2010)

Con relaciones de compresión bajas se tendrá un consumo menor de potencia y alta

eficiencia volumétrica, siendo esto último más importante en sistemas pequeños ya que esto

permitirá usar compresores pequeños. (Gases Refrigerantes, 2010)

Con un coeficiente de conductancia alto, pueden mejorarse las relaciones de transferencia

de calor, sobre todo en caso de enfriamiento de líquidos y de esta forme se pueden reducir el

tamaño y el costo del equipo de transferencia. La relación presión-temperatura del

refrigerante debe ser tal que la presión en el evaporador siempre esté por arriba de la

atmosférica. En el caso de tener una fuga en el lado de menor presión del sistema, si la

presión es menor a la atmosférica, se introducirá una considerable cantidad de aire y humedad

en el sistema, mientras que si la presión vaporizarte es mayor a la atmosférica, se minimiza la

posibilidad de introducción de aire y humedad al sistema al tenerse una fuga.

25

La presión condensante debe ser baja, ya que esto permite usar materiales de peso ligero

en la construcción del equipo para condensación, reduciéndose así el tamaño y el costo.

2.8 Causas de la mala calidad de los refrigerantes

La causa de la mala calidad de los refrigerantes comúnmente suele ser la calidad de agua

que se utiliza para mezclar el líquido refrigerante, ya que esta no cumple con las propiedades

necesarias, a continuación, se describe las causas por la cual la calidad del agua es muy

importante y es el principal problema ya que repercute significativamente en la calidad del

lubricante:

2.8.1 Baja dureza del agua base

El agua natural puede contener dureza temporal, esta dureza se refiere a ciertas sales

principalmente de calcio y magnesio que se depositan como sedimentos pétreos en las

paredes de la cámara de enfriamiento reduciendo notablemente la transferencia de calor.

El agua natural como característica principal contiene sales y minerales que dependiendo

de su origen aumenta o disminuyen en cantidad el porcentaje esto al momento de producir un

refrigerante se refleja con la calidad por ello para este estudio se utiliza agua base destilada y

no desarrolla cambios con los demás componentes químicos, el agua tratada por métodos y

cambios de estructura se realizan por medio de conductos que circulan por ciertas sales que

eliminan minerales como el magnesio y calcio perjudiciales para los componentes mecánicos

que intervienen en el motor.

26

http://www.sabelotodo.org/sustancias/aguadura.htmlhttp://www.sabelotodo.org/elementosquimicos/calcio.htmlhttp://www.sabelotodo.org/elementosquimicos/magnesio.html

2.8.2 Bajo punto de congelación del agua

El agua se congela a temperatura alrededor de los 0 grados Celsius, estas temperaturas son

posibles y hasta frecuentes en las zonas frías del planeta, resulta evidente entonces, que la

posibilidad de congelación del refrigerante existe, y que representa una causa segura de fallo

para la bomba de circulación si se intenta arrancar un motor con el refrigerante sólido.

Este problema se agrava por el hecho de que el agua es una de las pocas sustancias que se

dilata al solidificar, por lo que aun sin intentar el arranque y durante la congelación puede

producirse la rotura de las cámaras donde el agua está confinada. Cuando se vive en zonas

con peligro de congelación, o cuando se viaja a ellas con él automóvil resulta imprescindible

la utilización de un aditivo anticongelante para el agua utilizada en el motor. (Liqui Moly,

2016)

Si este requisito no se cumple y la temperatura ambiente baja lo suficiente, la congelación

del agua dentro del motor y especialmente en el radiador demerita el enfriamiento en función

de la viscosidad que provoca disminución en el flujo del líquido, el objetivo del líquido

refrigerante para un motor es mantener la temperatura óptima de funcionamiento en la

cámara de combustión. Si la cámara se encuentra muy fría puede provocar baja eficiencia del

motor, y si la cámara está muy caliente puede provocar que el motor sufra desgaste de sus

partes móviles, e incluso que no funciones por daño de sus componentes. (Liqui Moly, 2016)

27

2.8.3 Insuficiente resistencia a altas temperaturas

La temperatura de trabajo óptima de los motores de combustión interna está en el orden de

los 80-90 grados Celsius, y para condiciones críticas de empleo puede llegar hasta los 105-

115 grados. El agua natural a la presión normal atmosférica hierve a 100 grados Celsius, esto

representa un serio inconveniente ya que pueden producirse vapores dentro de las cámaras de

enfriamiento y reducir notablemente la eficiencia de la refrigeración. Además, estos vapores

cuando son absorbidos por la bomba de circulación producen el fenómeno conocido como

cavitación que desgasta rápidamente el impelente de la bomba. Si se utiliza agua natural y de

acuerdo a su diagrama de fases, la presión dentro del sistema debe ser muy alta para evitar su

evaporación masiva cuando la temperatura sube por encima de los 100 grados.

2.8.4 Baja capacidad de lubricación

Las pérdidas de refrigerante durante la operación de un motor pueden estar siempre

presentes, especialmente en las averías del sistema y durante las reparaciones por lo que

pensar en líquidos refrigerantes especiales cuyo costo es elevado y en muchos casos

contaminantes al medio no parece ser una solución viable. Lo que se hace normalmente es

utilizar al agua tratada y con ciertos aditivos para resolver los inconvenientes que tienen.

2.9 Refrigeración en motores de combustión Interna

La refrigeración en motores de combustión interna es necesaria para disminuir el calor

generado por la quema del combustible (superior a 2000ºC) y no transformado en energía

mecánica, durante el funcionamiento de estos. La principal función de la refrigeración es

28

http://www.sabelotodo.org/termicos/cavitacion.htmlhttp://www.sabelotodo.org/termicos/diagramadefases.htmlhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calor

mantener todos los componentes dentro del rango de temperaturas de diseño del motor

evitando su destrucción por deformación y agarrotamiento. (Dande, 2016)

2.9.1 Razones para refrigerar el motor

Durante la combustión, parte de la energía generada no es convertida en energía mecánica

y se disipa en forma de calor. Según el diseño del motor alrededor del 33% de la energía

potencial del combustible se transforma en trabajo mecánico, y el resto se transforma en calor

que es necesario disipar para evitar comprometer la integridad mecánica del motor. (Dande,

2016)

El sistema no solo debe limitar la temperatura máxima del motor para evitar daños al

mismo, sino también mantener la temperatura óptima de funcionamiento que, dependiendo

del diseño del motor, se encuentra en el rango de 80 a 100°C. De su buen funcionamiento

depende en buena medida el rendimiento térmico del motor. (Dande, 2016)

Si el motor trabaja por encima de su temperatura óptima, se corre el riesgo de disminuir la

viscosidad del aceite y aumentar el desgaste del motor, se produce un recalentamiento de las

piezas y una mayor fricción entre estas. También puede producirse detonaciones al

encenderse la mezcla combustible antes de tiempo. (Dande, 2016)

Si el motor trabaja por debajo de su temperatura óptima, se aumenta el consumo de aceite

y el desgaste de las piezas, ya que éstas están diseñadas para dilatarse por efecto del calor a

un tamaño determinado, se reduce la potencia por falta de temperatura para una combustión

eficiente, se producen incrustaciones de carbón en válvulas, bujías y pistones. (Dande, 2016)

29

https://es.wikipedia.org/wiki/Grados_Celsius

2.9.2 Sistema de refrigeración

Existen diferentes denominaciones que hacen referencia al sistema principal aunque en

realidad en todo motor participan varios sistemas simultáneamente. Estos serían los

principales: Por agua (por termosifón o por circulación forzada), por aire (el de la marcha o

forzado con ventilador), mixta y por aceite. (Dande, 2016)

2.9.3 Sistema de refrigeración por líquido

El sistema de refrigeración líquido (de agua u otro tipo de líquido) es el más utilizado en

los vehículos actualmente. Tiene un funcionamiento similar al sistema Termosifón, por lo

que necesita una bomba de agua para enfriar el motor, los autos que disponen de este sistema

de refrigeración necesitan tener un nivel de líquido adecuado para evitar sobrecalentamientos

y que la bomba de agua esté en perfectas condiciones. (Dande, 2016)

La parte frontal del ventilador también requiere que esté libre y que la transmisión para el

ventilador se cambie con regularidad, el componente primario del refrigerante en los motores

es el agua. Por sus buenas propiedades de transferencia de calor, y por no ser tóxica, no

inflamable y barata, probablemente seguirá siendo clave en los sistemas de enfriamiento de

motores por largo tiempo. (Dande, 2016)

Circulación por termosifón.

Su funcionamiento está basado en la diferencia de densidad existente, entre el refrigerante

caliente que está en el bloque y la culata, y el agua fría que se encuentra en el radiador. Para

esto se requiere poca resistencia a la circulación del refrigerante. El depósito superior debe

30

https://es.wikipedia.org/wiki/Termosif%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

ser de gran capacidad para evitar que el nivel del líquido en caso de evaporación no descienda por

debajo del nivel del orificio de llegada al radiador. Este sistema ya no se utiliza debido a las

restricciones de capacidad térmica, posicionamiento y volumen. (G.Fieldson, 2016)

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 depósito 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. (Dande, 2016)

Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por agua

Las ventajas de la refrigeración por agua son:

Excelente regulación de la temperatura, refrigeración homogénea, motor más silencioso,

menor consumo de energía.

31

https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfugahttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfugahttps://es.wikipedia.org/wiki/Correahttps://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ventiladorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Termocontacto

Las desventajas de la refrigeración por agua son:

Mayor peso del motor y aumento en su complejidad. Mayor mantenimiento y mayor coste.

En caso de pérdida de líquido refrigerante se puede destruir el motor si no se detiene a

tiempo.

Elementos constitutivos del sistema de refrigeración por agua

Radiador

Situado generalmente en la parte delantera del vehículo, de forma que reciba directamente

el paso de aire a través de sus paneles y aletas refrigerantes durante el desplazamiento del

mismo y donde se enfría el agua procedente del motor.

Este elemento está formado por dos depósitos, uno superior y otro inferior, unidos entre sí

por una serie de tubos finos rodeados por numerosas aletas de refrigeración, o por una serie

de paletas 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 generalmente de latón,

facilitando, con su mayor conductibilidad térmica, la rápida evacuación de calor a la

atmósfera.

El depósito superior lleva una boca de entrada lateral que se comunica por medio de un

manguito de goma con la salida de agua caliente de la culata o tapa de cilindros. En el

depósito inferior va instalada la boca de salida del agua refrigerada, unida por otro manguito

de goma a la entrada de la bomba (Dande, 2016)

32

https://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Conductibilidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Manguitohttps://es.wikipedia.org/wiki/Gomahttps://es.wikipedia.org/wiki/Culata_(motor)

Diseños más utilizados

Nido de abejas: El agua circula por la parte externa, y el aire por el interior de los

orificios. Alto costo de fabricación.

De laminillas: Muy poco utilizado debido a su fragilidad

De tubos y aletas: El agua circula por el interior de los tubos, estos se encuentran

soldados en su periferia con láminas, siendo ambos barridos por la corriente de

aire. Es el más utilizado actualmente.

La tapa del radiador o tapa presostática tiene como función el cierre del tanque superior, y

al mismo tiempo limita la presión de trabajo del circuito mediante una válvula, con lo cual se

logran circuitos presurizados, aumentando la temperatura de régimen sin que se produzca la

ebullición del agua. En esta tapa se integra habitualmente la válvula de seguridad mencionada

que permite la salida de refrigerante a partir de cierta presión para proteger el circuito y otra

que permite la entrada de aire exterior evitando que se produzca el vacío en el circuito en

caso de perdidas evitando averías graves en ambos casos. (Dande, 2016)

Bomba centrífuga: Se halla instalada en el bloque del motor y es movida directamente por

la polea del cigüeñal, a través de una transmisión por correa trapezoidal. Dicha bomba aspira

el agua del radiador y la hace circular por el interior del bloque y la culata para refrigerar los

cilindros y la cámara de combustión.

33

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvulahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%BCe%C3%B1alhttps://es.wikipedia.org/wiki/Trapecio_(geometr%C3%ADa)

La bomba está formada por una carcasa de aleación ligera o de fundición (en los motores

más antiguos), unida al bloque del motor con interposición de una junta de cartón para sella

la unión. En el interior de la misma se mueve una turbina de aletas unida al árbol de mando

de la bomba, el cual se apoya sobre la carcasa por medio de uno o dos cojinetes de bolas, con

un sello mecánico 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, y el ventilador.

(Dande, 2016)

Sensor de temperatura

Es el encargado de medir la temperatura del refrigerante del motor, y según la temperatura

del refrigerante así mismo es el funcionamiento del sistema de refrigeración o enfriamiento

del motor que actuará en consecuencia para mantener la temperatura estable. El sensor de

temperatura es un elemento esencial pues de otra manera no es posible determinar la

temperatura del motor y mantenerla regulada en condiciones ideales. (Dande, 2016)

Mangueras

El sistema de refrigeración está provisto de dos mangueras de caucho que resisten altas

temperaturas y alta presión. La manguera de la parte superior es por donde transita el agua

caliente y la ubicada en la parte inferior es por donde circula el agua fría. (Dande, 2016)

Ventilador

Adosado generalmente a la polea de la bomba, que activa el paso de aire a través del

radiador. El rotor tiene cuatro o seis aspas inclinadas convenientemente para la aspiración del

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https://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cojinete

aire y está fabricado en chapa o plástico duro. En muchos diseños el ventilador es movido por

un motor eléctrico. Éste motor es comandando por un termostato que se encuentra en el

bloque de cilindro o en la culata en contacto con el agua, de tal manera que al alcanzar ésta

una temperatura determinada, cierra el circuito eléctrico poniendo en marcha el motor y el

ventilador.

La válvula termostática cumple la función de limitar el paso del agua desde el motor hacia

el radiador, en función de la temperatura del mismo. Lo que significa que si la temperatura

del motor no supera la temperatura de régimen permanece cerrada, recirculando el agua

solamente por el motor, de superar la temperatura de régimen la válvula se abre y permite la

circulación del agua a través del radiador. Su construcción está basada en elementos

deformables en función de la temperatura de régimen.

Se pueden utilizar termostatos de fuelle o termostatos de cera, los cuales funcionan por el

principio de dilatación o contracción a diversas temperaturas, para la apertura o cierre de la

válvula. Actualmente se utilizan válvulas con cápsula de resina.

El líquido refrigerante se utiliza para evitar incrustaciones debido a bicarbonatos y

silicatos, el líquido deberá ser agua pura (destilada). A su vez, se agregan inhibidores para

evitar el efecto oxidante y también para disminuir el punto de congelación. Para esto último

se agrega alcohol o glicerina, llegando a temperaturas de –9 C a –23 C. (Dande, 2016)

Vaso o depósito de expansión

El depósito de expansión es parte del sistema de refrigeración. Para los vehículos

modernos se utiliza un sistema de refrigeración que funciona con líquido anticongelante.

Cuando se enfría, el líquido vuelve o fluye al sistema de circulación del refrigerante.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Dilataci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Bicarbonatohttps://es.wikipedia.org/wiki/Silicatohttps://es.wikipedia.org/wiki/Alcoholhttps://es.wikipedia.org/wiki/Glicerina

Habitualmente, el depósito de expansión está situado encima del motor debajo del capó y es

fácil detectarlo. (Dande, 2016)

Figura 2.4 Sistemas de Refrigeración por Líquido

Fuente: www.almuro.net

Mezclada con el agua puede estar presente una de las tres siguientes bases refrigerantes:

Etilenglicol (EG), que es la base más común. Propilenglicol (PG), que es utilizada por su bajo

nivel tóxico y contaminante. Y por último el Metanol que es la tercera alternativa y la menos

efectiva, utilizada mucho en Gran Bretaña, casi sólo por costumbre histórica. Sin ninguna

mezcla, el agua se mantiene líquida entre 0ºC y 100ºC. La función de la base refrigerante es

extender ese rango. En una mezcla al 50%, los glicoles van a bajar el punto de congelamiento

a -45ºC y subir el de ebullición a 118ºC.A la mezcla de agua y base refrigerante se le agregan

inhibidores químicos que controlan la corrosión y la cavitación. Además se agregan otros

aditivos con el fin de estabilizar los inhibidores y las sales metálicas. Otro componente

utilizado es el colorante. (G.Fieldson, 2016)

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Los refrigerantes más comunes están compuestos de:

Agua Destilada o Desmineralizada: Es la misma que ocupan las planchas a vapor, y

significa agua sin minerales. Ayuda bastante en el momento de rellenar el sistema cuando el

nivel está bajo.

Agua Verde: Es agua con aditivos y colorantes que protegen el motor. Es más

recomendada para motores antiguos que ya presentan corrosión.

Amoníaco: Aunque el amoníaco es tóxico, algo inflamable y explosivo bajo ciertas

condiciones, sus excelentes propiedades térmicas lo hacen ser un refrigerante ideal para

fábricas de hielo, para grandes almacenes de enfriamiento, etc., donde se cuenta con los

servicios de personal experimentado y donde su naturaleza tóxica es de poca consecuencia, el

amoníaco es el refrigerante que tiene más alto efecto refrigerante por unidad de peso, el punto

de ebullición del amoníaco bajo la presión atmosférica estándar es de -2,22°C, las presiones

en el evaporador y el condensador en las condiciones de tonelada estándar es de-15°C y 30°C

son 34,27 libras por pulgada y 169,2 libras por pulgada. , respectivamente, pueden usarse

materiales de peso ligero en la construcción del equipo refrigerante. La temperatura

adiabática en la descarga es relativamente alta, siendo de 98,89°C para las condiciones de

tonelada estándar. (EcuRed, 2016)

En la presencia de la humedad el amoníaco se vuelve corrosivo para los materiales no

ferrosos, el amoníaco no es miscible con el aceite y por lo mismo no se diluye con el aceite

del cárter del cigüeñal del compresor. Deberá usarse un separador de aceite en el tubo de

descarga de los sistemas de amoníaco.

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El amoníaco es fácil de conseguir y es el más barato de los refrigerantes, su estabilidad

química, afinidad por el agua y no-miscibilidad con el aceite, hacen al amoníaco un

refrigerante ideal pare ser usado en sistemas muy grandes donde la toxicidad no es un factor

importante.

Glicol: La mezcla glicol/agua se mantiene liquida desde temperaturas por debajo de 0°C y

hasta por encima de 100°C, evitando así: a) la congelación del fluido refrigerante a bajas

temperaturas y b) la formación de burbujas de vapor a altas temperaturas. Estas

características posibilitan la máxima capacidad de enfriamiento del sistema, en un rango de

temperaturas más amplio. Mantiene el régimen de transferencia de calor aún en las

condiciones más exigidas. En sistemas presurizados (15 psi.) su temperatura de ebullición

supera los 130°C. (EcuRed, 2016)

Los clorofluorocarbonos: Como su nombre lo indica, los clorofluorocarbonos (CFC)

consisten en cloro, flúor y carbono. Como no contienen hidrógeno, los refrigerantes CFC son

químicamente muy estables, inclusive cuando son liberados a la atmósfera. Pero debido a que

contienen cloro en su composición, se utilizó extensamente en los acondicionadores de aire

de automóviles, de donde eran liberados a la atmósfera durante su uso y servicio.

Actualmente no se utiliza este ya que se ha demostrado claramente la correlación entre los

CFC y la disminución del ozono, especialmente la pérdida de ozono polar (agujero) en la

Antártida ya que permanecen en la atmósfera de 60 a 1700 años. (EcuRed, 2016)

Los hidroclorofluorocarbonos: Son la segunda categoría de refrigerantes que están

vigentes actualmente. Aunque contienen cloro, que daña la capa de ozono, los refrigerantes

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HCFC también contienen hidrógeno, que los hace químicamente menos estables una vez que

suben a la atmósfera, el radical hidroxilo, presentes en la troposfera, degradan con facilidad

los enlaces C--H de estos compuestos. Al mismo tiempo, la presencia de estos compuestos de

sustituyentes de Cl y Br les confiere algunas de las ventajosas propiedades de los CFC: baja

reactividad y supresión de fuego, buenos aislantes y disolventes y puntos de ebullición

adecuados para su empleo en ciclos de refrigeración. Algunos de los CFC han sido ya

sustituidos por estos compuestos. El CHF2Cl (HCFC-22) es un refrigerante que puede

sustituir al CCl2F2 (CFC-12) en los compresores de sistemas de aire acondicionados.

(EcuRed, 2016)

Los Hidrofluorocarbonos: Son sustancias que contienen hidrógeno, flúor y carbono. No

contienen cloro y por consiguiente no dañan la capa de ozono.

Hidrocarburos directos: Los hidrocarburos directos son un grupo de fluidos compuestos

en varias proporciones de los dos elementos hidrógeno y carbono. Algunos son el Metano,

etano, butano, etileno e isobutano. Todos son extremadamente inflamables y explosivos.

Aunque ninguno de éstos compuestos absorbe humedad en forma considerable, todos son

extremadamente miscibles en aceite para todas las condiciones. Su uso ordinariamente está

limitado a aplicaciones especiales donde se requieren los servicios de personal especializado.

(EcuRed, 2016)

Mezclas zeotrópicas: Están formadas por dos o más sustancias simples o puras, que al

mezclarse en las cantidades preestablecidas generan una nueva sustancia, la cual tiene

temperaturas de ebullición y condensación variables, las mezclas de fluido con diferente

punto de evaporación de tal manera que cuando un fluido empieza a evaporarse el otro

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https://es.wikipedia.org/wiki/Troposferahttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTES

necesita un incremento de temperatura para empezar la evaporación, por lo tanto en una

instalación frigorífica que se emplee este tipo de refrigerante la temperatura de ebullición no

será constante. (EcuRed, 2016)

Mezcla azeotrópicas: Está formada por dos o más sustancias simples o puras que tienen

un punto de ebullición constante y se comportan como una sustancia pura, logrando mejores

características de desempeño con altas temperaturas, además que son mezclas de fluido con

igual punto de evaporación de manera que el fluido empieza y acaba de evaporarse en el

mismo momento. De este modo, se pueden encontrar fluidos refrigerantes con mezcla de dos

o más refrigerantes que se comportan como una sustancia única y comportamiento estable.

Las mezclas de refrigerantes azeotrópicas, por dar lugar a un nuevo refrigerante se nombran

como: R-5. (EcuRed, 2016)

Un claro ejemplo utilizado en la industria de la refrigeración de este tipo de mezclas es el

R-507 que está compuesto por R-125 y 134a siendo el sustituto natural del R-502

empleándose en instalaciones de baja y media temperatura con una toxicidad