Refrigeración del Motor

El motor obtiene su potencia por la quema de combustible. Este combustible puede ser Gasolina, Diesel, GNC o GLP.

Al quemar el combustible, también se produce calor. Este calor se combina con el calor generado por fricción de las piezas en movimiento adentro del motor.

Para su buen funcionamiento, la temperatura del motor debería ser entre 80ºC y 100ºC. Solamente 30% del calor es aprovechado como energía. Todo lo demás del calor generado tiene que ser eliminado. 7% de este calor normalmente se disipa al medio ambiente, 33% pasa directo por el escape, y 30% tiene que ser eliminado por el aceite y el sistema de refrigeración.

Para eliminar este exceso de calor, hay dos sistemas de refrigeración en el vehículo.

Aceite: El aceite circula por el motor, absorbiendo lo que puede del calor de combustión, fricción y el turbo. El aceite tiene que poder absorber y disipar calor fácilmente. Esto requiere un buen aceite y superficies libres de material aislante como barniz y lodo en el motor.

Agua o Refrigerante: Agua es un buen líquido para transmitir calor de un punto a otro. Pero el agua tiene tres problemas:
  • Congela a cero grados Celsius.
  • Hierve a 100ºC a nivel de mar y 84ºC en el altiplano boliviano.
  • Causa corrosión y herrumbre.

Sistema de Refrigeración


El agua circula por un sistema separado del sistema de lubricación, pasando por conductos de la culata, el bloque, y el enfriador de aceite para recibir el calor de la combustión y llevarlo a través de la bomba de agua al radiador donde puede pasar este calor al ambiente.

Cuando este cerrado el termostato, el agua en el radiador (en verde) se queda allí sin circular y el agua caliente (en rojo)circula dentro del bloque hasta calentarse.

Cuando se abre el termostato, el agua caliente (en rojo) pasa al radiador.
(pase su mouse para ver la action)
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El Termostato

El termostato mantiene el agua dentro del bloque hasta que el motor llegue a una temperatura donde pueda funcionar eficientemente, sin mayor desgaste y consumo de combustible.

Al llegar a esta temperatura, se abre la válvula del termostato, permitiendo al agua circular por el radiador para enfriarse.

Si el motor empieza a enfriarse mucho, el termostato se cierra parcialmente para reducir el flujo y mantener la temperatura. (pase su mouse para ver la action)
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Protección contra el Frío

Proteccion del refrigerante
Después de probar muchos productos en los radiadores durante muchos años, se llego a formular refrigerantes que utilizan Glicol (Etilénglicol o Propilénglicol) que son efectivos para reducir los problemas de congelamiento y ebullición. Todos los anti-congelantes/refrigerantes en el mercado utilizan uno de estos dos glicoles. Normalmente se recomienda una concentración entre 30% y 60% de Glicol para cubrir las temperaturas frías. Una concentración de 33% provee protección anti-congelante hasta –20ºC. Al aumentar la concentración hasta 68% se aumenta la protección. Pasando 68% la temperatura de congelación empieza a subir de nuevo, reduciendo la protección.

La corrosión y el herrumbre en el motor se combate con varios aditivos anti-corrosivos.
Aditivos para Combatir la Corrosión
Aditivo

Protección / Propósito

Desventaja

Fosfatos (PO4)
Acero, hierro, aluminio
Inestable y s e desgaste rápido, depósitos (causados por agua dura)
Boratos (BO4)
Hierro
Corrosivo al aluminio a altas temperaturas
Nitratos NO3
Aluminio (picaduras), soldaduras
Se salen de suspensión y causan escamas
Nitritos NO2
Hierro (cavitación)
Se gastan
Silicatos SiO3
Aluminio, Hierro, general, alguna neutralización
Se gastan rápido, forman películas y en exceso produce "pasta verde" (gel)
Ácidos Carboxílicos
Aluminio, general, estables, neutralizadores
No hay
Los Refrigerantes Tradicionales

Los refrigerantes tradicionales contienen los primeros 5 aditivos de la lista (Fosfatos, Boratos, Nitratos, Silicatos y Aminas). Estos refrigerantes funcionan hasta un año, evitando congelamiento y corrosión, mientras aumentan el punto de ebullición. Pero, sus aditivos se gastan relativamente rápidos, salen de suspensión y forman depósitos y lodo. Por la formación de una capa protectora en toda la superficie del sistema, reducen la conducción de calor de las piezas al fluido. Su protección en alta temperatura es reducida y son tóxicos para el medio ambiente.
Aditivos utilizados en las formulaciones
Químico
Otros
AMERICAN
Fosfatos

Si

No

Boratos

Si

No

Nitratos

Si

No

Silicatos

Si

No

Aminas

Si

No

Carboxilatos

No


Si

Toliltriazol

Si

Si

Corrosión Electrolítica

En cualquier metal, al trabajarlo, al doblarlo, al ponerlo cerca de otro pedazo de metal, ya sea del mismo metal o diferente (especialmente uno que sea diferente, por ejemplo hierro junto al cobre) ocurre un diferencial de potencial. Podemos decir que ocurre una migración de electrones de una área, del sitio anódico a otra área, el área catódica. En la superficie del metal, que se encuentra en un ambiente donde tenemos agua, oxigeno y otros iones que lo hacen un ambiente electrolítico, ocurre una reacción química donde en el área anódica se desprenden iones del metal oxidado, mientras que en la área catódica, iones positivos se reducen
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La Protección Tradicional

Los aditivos en los refrigerantes de la tecnología tradicional cubren todas las superficies para aislarlas y evitar esta corrosión. Es un sistema efectivo, pero este aislante también reduce la transmisión eficiente de calor.
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La Protección Nueva

Los aditivos en los refrigerantes de la nueva generación con Ácidos Carboxílicos solamente actúan para prevenir corrosión en los lugares susceptibles a la misma. Esto deja la mayoría de la superficie libre de aislantes, proveyendo mayor transferencia térmica. El etilénglicol continúa proveyendo la protección requerida en el frío y el aumento de punto de ebullición.
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La Protección contra el picado (cavitación) de bombas y camisas
Bomba de agua CAT

La corrosión en el sistema empieza en los puntos que sufren de cavitación: La bomba de agua donde la ingestión de aire o burbujas por hervir causa cavitación en la entrada de la bomba y la camisa del cilindro en el lado opuesto a lo que recibe la fuerza de combustión.

Esta foto muestra los conductos de agua cubiertos de escamas de herrumbre. Estas escamas reducen la transferencia de calor por el motor, taponan ductos menores cuando se desprendan, y aumentan la turbulencia del refrigerantes causando espuma y cavitación.
Culata del motor CAT 3516 con escamas de herrumbre

Esta acumulación de escamas de herrumbre en la bomba de agua del CAT 3516 reduce la eficiencia de bombeo y causa espuma, turbulencia y cavitación.








Bomba de agua del CAT 3516 con escamas de herrumbre
En el proceso normal de combustión existe una pequeña deformación de la camisa cuando el pistón es forzado hacia abajo contra la pared del cilindro y el cigüeñal. Esta pequeña deformación permite la formación de burbujas en el vacío creado en el lado opuesto. La implosión disipa energía sobre la pared del cilindro removiendo la película de oxido. Esto causa la constante reposición de los aditivos en esta parte de la camisa hasta que se agotan. Cuando no hay suficientes aditivos para volver a pegarse a la camisa, continua esta cavitación, erosión y eventualmente la perforación de la camisa y LA entrada de agua al motor.
Bomba de agua corroída
Aquí tenemos una bomba bien corroída donde ya se gastaron sus aletas. Esta bomba ya no puede circular bastante agua para enfriar el motor. La bomba nueva vale $US 50 en los EEUU, para los que tengan acceso a piezas de allí. Sale más barato mantener el motor con refrigerante.

Picado de la camisa

Picado de la camisa

Dibujo del corte y entrada del refrigerante (rojo) por perforaciones previasDibujo de la entrada de agua por el picado

Entrada de agua por el picado

Vista de cerca del picado de la camisa

Esta foto muestra las escamas de herrumbre que forman en los conductos del motor, causando una restricción y turbulencia en la circulación del agua. Este motor no usaba refrigerante, solo agua.Conducto de agua en el motor del tractor
Aquí vemos de cerca algunos de los huecos en la camisa.Huecos formando en la camisa del tractor
Esta muestra la corrosión de una camisa. El agua paso por los huecos, causando una reparación total del motorHuecos y corrosión en la camisa.
La vida útil de los aditivos

Notamos anteriormente que los refrigerantes tradicionales pierden sus aditivos relativamente rápido, quedando sin fuerza. Notamos en esta tabla que los primeros en perder su efecto son los refrigerantes con Silicatos, seguidos por los con Nitratos. Antes de los 40,000 kilómetros los Silicatos y Nitratos se encuentran a menos que 10% de su capacidad inicial.
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Los Ácidos Carboxílicos que son la base de los refrigerantes de la nueva generación se mantiene cerca de 100% de su concentración inicial después de 160,000 kilómetros. El Toliltriazol, que forma parte de ambas formulaciones baja relativamente lento, llegando a 40% de su concentración inicial en 160,000 kilómetros.
Las Ventajas de la Nueva Generación de Refrigerantes

Mejor desempeño
Protección al aluminio contra la corrosión
Protección a la corrosión a alta temperatura
Mejora en la transferencia de calor
Lento desgaste de formulación
No necesita adición de aditivos suplementarios
Durabilidad de componentes del sistema
Protección superior a las camisas
Mejoras en la vida de sellos de bombas
Evita la cavitación y corrosión en bombas de agua
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Termostato de Motor Caterpillar después de 600,000 km con Extended Life Coolant de Ácidos Carboxílicos.

El producto que provee la máxima protección es:

AMERICAN Extended Life Coolant/Antifreeze:

Diseñado especialmente para equipo pesado. Puede ser usado en equipo liviano.

  • 6 años o 500,000 kilómetros en carretera.
  • 6 años o 6,000 horas en equipo pesado
  • Libre de Fosfatos para exigencias de los fabricantes de motores europeos.
  • Libre de Silicatos para exigencias de los fabricantes de motores asiáticos.
Aprobaciones de Fabricantes
Fabricante
Prueba
Descripción
Caterpillar®
EC-1
Vida Extendida
Cummins®
85T8-2
Norma de Bajo Silicatos
GM®
1899M
Norma para sistemas sin Aluminio
GM®
6038M
Cumplimento con 1899M
GM®
1825M
Norma para sistemas sin Aluminio
TMC de ATA
1983 RP302A
Servicio Pesad
Ford®
ESE M97B44A
Norma para sistemas sin Aluminio
GSA
A-A-870
Norma para Consumidores
ASTM
D3306
Norma para Consumidores
ASTM
D-4985
Norma para Consumidores
ASTM
RP 329
Norma para Consumidores