SISTEMA DE REFRIGERACION
Las fuentes de calor en un motor diesel son: la compresión del aire de admisión en los cilindros, la combustión del combustible en las cámaras, y la fricción entre las superficies de deslizamiento. Este calor desarrollado por el motor ocasionará una temperatura mayor que la del ambiente del compartimiento del motor, motivando la transferencia al local.
La cantidad de calor a disipar: el problema consiste en transmitir este calor y el de los gases de escape al fluido refrigerante, a través de una pared metálica.
El calor pasa por convección de los gases a las paredes metálicas; por conducción, a través de esta, y otra vez por convección, al fluido refrigerante. La cantidad de calor que pasa a través de las paredes metálicas esta en razón directa del área correspondiente, de la diferencia de temperatura entre las dos superficies y de la conductividad del metal, es decir, al espesor.
Un 30% aproximadamente se pierde por el calor de los gases de escape; 30% en el agua del circuito de refrigeración, y un 10% en calor por fricción y radiación al exterior. El motor a explosión transforma en trabajo mecánico, sobre su eje, alrededor del 26 % del calor desarrollado por la combustión, mientras que el motor diésel transforma alrededor del 34 % del calor desarrollado.
El agua entra en el motor por la parte baja del cilindro y sale por la parte más alta, a fin de evitar la posible formación de bolsas de vapor en zonas que resultarían así deficientemente refrigeradas.
La misión de la refrigeración es mantener una temperatura estable y conveniente de funcionamiento del motor, con ello evitara:
-Inconvenientes debido al sobrecalentamiento del aceite lubricante, disminuyendo el espesor de la película de aceite. Mantener la película de lubricación entre pistón y el cilindro.
-Perdida de esfuerzos por el calentamiento del metal en los motores. Que las dimensiones de los órganos sometidos a la acción del calor no sufra variaciones exageradas.
-Que la estanqueidad entre pistón y cilindro sea lo más perfecta posible.
-Tensiones internas en los materiales del motor, por diferencias de temperaturas.
La cantidad de calor que debe extraer el líquido refrigerante depende de los siguientes factores:
-De la carga del motor.
-De la potencia desarrollada por unidad de cilindrada.
-Del tipo de motor.
-De la velocidad del pistón.
-Del tamaño del motor.
-De la forma de trabajar el motor, frío o caliente.
Requisitos que deben cumplir un buen liquido refrigerante:
-Proporcionar una adecuada transferencia de calor.
-Proporcionar protección a la corrosión dentro del sistema de enfriamiento.
-Evitar la formación de incrustaciones y lodo en el sistema de enfriamiento.
-Ser compatible con los materiales de los sellos y mangueras del sistema.
-Proporcionar una protección adecuada contra la congelación en climas fríos.
Los métodos de refrigeración más usados son:
-Por aire.
-Por agua.
La dificultad principal del sistema de refrigeración por aire es la de proveer un suministro de corriente adecuada de aire con un gasto de potencia razonable, es decir que la provisión de aire resulte económica y lograr, la distribución del aire de modo que este cubra toda la superficie del motor que debe ser refrigerado.
Comparando los motores enfriados por aire, con aquellos que utilizan liquido para ese fin, ofrecen las siguientes ventajas:
-Son más livianos, porque no requieren ningún elemento para transportar el líquido refrigerante.
-Al no ser refrigerado por agua no hay peligro de congelamiento.
-No hay que recurrir al empleo de refrigerante.
-No se producen incrustaciones.
-No hay peligro de que se introduzca agua en la cámara de combustión ni en el carter.
-La construcción del motor es más sencilla por no existir cámaras de agua.
-Puede cargarse el motor más rápidamente, pues alcanza la temperatura de trabajo en menor tiempo.
-La temperatura de la cámara de combustión se mantiene más elevada, entonces la combustión es más perfecta disminuyendo el consumo específico.
En los sistemas de refrigeración por agua son siempre con circulación de agua forzada, por medio de una bomba, accionada por el propio motor o en forma independiente. En este tipo de refrigeración se pueden encontrar dos sistemas:
-Sistemas abiertos.
-Sistemas cerrados
Refrigeración de circuito abierto.
La refrigeración por circuito abierto, se realiza aspirando agua de ríos o del mar del mar y haciéndola pasar por un filtro y después hacia el motor, siendo esta movida a través de una bomba accionada mediante el mismo giro del volante de inercia y con una correa de goma entre poleas.
El agua pasa por el interior del motor enfriando las camisas del mismo, el enfriador de aceite y finalmente por la envuelta del caño de escape descargando nuevamente al mar. Como por ejemplo en los motores fuera de borda y de embarcaciones menores.
El gran inconveniente de este sistema es que siempre circula por el agua nueva y la suciedad, salitre, restos que no ha recogido el filtro, etc... se van incrustando en las paredes del circuito interno de refrigeración del motor, y cada cierto tiempo ha de ser limpiado usando líquidos desincrustantes y corrosivos.
Este sistema usado en el mar no es conveniente además por la irregularidad de la temperatura del refrigerante .
Las fuentes de calor en un motor diesel son: la compresión del aire de admisión en los cilindros, la combustión del combustible en las cámaras, y la fricción entre las superficies de deslizamiento. Este calor desarrollado por el motor ocasionará una temperatura mayor que la del ambiente del compartimiento del motor, motivando la transferencia al local.
La cantidad de calor a disipar: el problema consiste en transmitir este calor y el de los gases de escape al fluido refrigerante, a través de una pared metálica.
El calor pasa por convección de los gases a las paredes metálicas; por conducción, a través de esta, y otra vez por convección, al fluido refrigerante. La cantidad de calor que pasa a través de las paredes metálicas esta en razón directa del área correspondiente, de la diferencia de temperatura entre las dos superficies y de la conductividad del metal, es decir, al espesor.
Un 30% aproximadamente se pierde por el calor de los gases de escape; 30% en el agua del circuito de refrigeración, y un 10% en calor por fricción y radiación al exterior. El motor a explosión transforma en trabajo mecánico, sobre su eje, alrededor del 26 % del calor desarrollado por la combustión, mientras que el motor diésel transforma alrededor del 34 % del calor desarrollado.
El agua entra en el motor por la parte baja del cilindro y sale por la parte más alta, a fin de evitar la posible formación de bolsas de vapor en zonas que resultarían así deficientemente refrigeradas.
La misión de la refrigeración es mantener una temperatura estable y conveniente de funcionamiento del motor, con ello evitara:
-Inconvenientes debido al sobrecalentamiento del aceite lubricante, disminuyendo el espesor de la película de aceite. Mantener la película de lubricación entre pistón y el cilindro.
-Perdida de esfuerzos por el calentamiento del metal en los motores. Que las dimensiones de los órganos sometidos a la acción del calor no sufra variaciones exageradas.
-Que la estanqueidad entre pistón y cilindro sea lo más perfecta posible.
-Tensiones internas en los materiales del motor, por diferencias de temperaturas.
La cantidad de calor que debe extraer el líquido refrigerante depende de los siguientes factores:
-De la carga del motor.
-De la potencia desarrollada por unidad de cilindrada.
-Del tipo de motor.
-De la velocidad del pistón.
-Del tamaño del motor.
-De la forma de trabajar el motor, frío o caliente.
Requisitos que deben cumplir un buen liquido refrigerante:
-Proporcionar una adecuada transferencia de calor.
-Proporcionar protección a la corrosión dentro del sistema de enfriamiento.
-Evitar la formación de incrustaciones y lodo en el sistema de enfriamiento.
-Ser compatible con los materiales de los sellos y mangueras del sistema.
-Proporcionar una protección adecuada contra la congelación en climas fríos.
Los métodos de refrigeración más usados son:
-Por aire.
-Por agua.
La dificultad principal del sistema de refrigeración por aire es la de proveer un suministro de corriente adecuada de aire con un gasto de potencia razonable, es decir que la provisión de aire resulte económica y lograr, la distribución del aire de modo que este cubra toda la superficie del motor que debe ser refrigerado.
Comparando los motores enfriados por aire, con aquellos que utilizan liquido para ese fin, ofrecen las siguientes ventajas:
-Son más livianos, porque no requieren ningún elemento para transportar el líquido refrigerante.
-Al no ser refrigerado por agua no hay peligro de congelamiento.
-No hay que recurrir al empleo de refrigerante.
-No se producen incrustaciones.
-No hay peligro de que se introduzca agua en la cámara de combustión ni en el carter.
-La construcción del motor es más sencilla por no existir cámaras de agua.
-Puede cargarse el motor más rápidamente, pues alcanza la temperatura de trabajo en menor tiempo.
-La temperatura de la cámara de combustión se mantiene más elevada, entonces la combustión es más perfecta disminuyendo el consumo específico.
En los sistemas de refrigeración por agua son siempre con circulación de agua forzada, por medio de una bomba, accionada por el propio motor o en forma independiente. En este tipo de refrigeración se pueden encontrar dos sistemas:
-Sistemas abiertos.
-Sistemas cerrados
Refrigeración de circuito abierto.
La refrigeración por circuito abierto, se realiza aspirando agua de ríos o del mar del mar y haciéndola pasar por un filtro y después hacia el motor, siendo esta movida a través de una bomba accionada mediante el mismo giro del volante de inercia y con una correa de goma entre poleas.
El agua pasa por el interior del motor enfriando las camisas del mismo, el enfriador de aceite y finalmente por la envuelta del caño de escape descargando nuevamente al mar. Como por ejemplo en los motores fuera de borda y de embarcaciones menores.
El gran inconveniente de este sistema es que siempre circula por el agua nueva y la suciedad, salitre, restos que no ha recogido el filtro, etc... se van incrustando en las paredes del circuito interno de refrigeración del motor, y cada cierto tiempo ha de ser limpiado usando líquidos desincrustantes y corrosivos.
Este sistema usado en el mar no es conveniente además por la irregularidad de la temperatura del refrigerante .
1_ Pasacascos de admisión de agua.
2_ Pasacascos de expulsión de agua.
3_ Grifos de fondo.
4_ Filtro.
5_ Línea de agua fría.
6_ Accionador de la bomba de agua.
7_ Motor Diesel.
8_ Línea de agua caliente.
9_ Bancada del motor.
10_ Plan de sentinas.
11_ Quilla.
La línea de salida de agua salada representada por el nº2, por norma general va acoplada al escape del barco, asi cuando vamos navegando se pueden ver humo blanco y chorros de agua saliendo del escape del motor, indicadores de que la refrigeración funciona correctamente.
En el diagrama se ha realizado de esta manera para que se comprenda mejor su funcionamiento.
Refrigeración de circuito cerrado.
En los sistemas cerrados la misma agua es la que se emplea continuamente circulándola a través del motor, en consecuencia está sometida a sucesivos ciclos de calentamientos y enfriamientos siendo este último de circuito simple o circuito doble.
Sistema de circuito simple: es sistema también es llamado de enfriamiento directo, el agua una vez que ha refrigerado el motor es enfriada en un radiador de aire. Este sistema presenta la ventaja de que no existiendo evaporación la perdida de agua es mínima, lo que es importante pues lo que se emplea es agua tratada.
Dicho sistema funciona de esta manera:
El sistema de agua salada circula desde el pasacascos de admisión, siendo succionada por una bomba independiente que la hace pasar por un intercambiador y saliendo por el otro extremo, refrigerando el agua dulce que va al circuito cerrado del motor. El agua salada, esta en todo momento aislada del agua dulce, y que es devuelta de nuevo al mar en cuanto sale del intercambiador.
Por su parte, el agua dulce, sale muy caliente del motor y es movida por el motor a traves de una correa entre poleas, que hace que dicha agua, circule hasta el intercambiador y se refrigere con el agua fria salada que ha entrado por el otro orificio del sistema. Al salir de dicho intercambiador, el agua dulce se habra enfriado lo suficiente como para refrigerar el motor y que este siga funcionando normalmente.
1_ Pasacascos de entrada de agua salada.
2_ Pasacascos de salida de agua salada.
3_ Grifos de fondo.
4_ Filtro de agua salada.
5_ Bomba independiente de agua salada.
6_ Línea de agua salada fría.
7_ Intercambiador de calor.
8_ Entrada de agua salada fría.
9_ Salida de agua salada caliente.
10_ Entrada de agua dulce caliente.
11_ Salida de agua dulce fría.
12_ Línea de agua salada caliente.
13_ Bomba y filtro de agua dulce.
14_ Llaves de paso de agua dulce.
15_ Línea de agua dulce fría.
16_ Línea de agua dulce caliente.
17_ Motor Diesel.
18_ Bancada del motor.
19_ Purgador de aire del intercambiador.
20_ Quilla.
21_ Plan de sentinas.
Las bombas de agua dulce son del tipo centrifugas, con lo cual permite la regulación del flujo sin elevación de la presión. Las bombas de agua de mar, generalmente son de tipo centrífugo o de desplazamiento positivo, de modo que el flujo a través del enfriador de agua sea mantenido constante para cualquier velocidad sin recurrir a válvulas de regulación en el circuito de agua de mar.
Circuito de refrigeración típico en una instalación naval
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BOMBAS DE AGUA:
En la actualidad se ha generalizado el uso de bombas centrifugas para la circulación en la gran mayoría de los motores diesel, tanto para el sistema de agua dulce como para el de agua de mar. Generalmente esta consiste en un impulsor centrífugo con paletas curvas de dirección opuesta a la que rota la bomba, y una envuelta en forma de espiral, con sección transversal con mayor tamaño en la descarga.
La figura muestra la entrada del agua en el centro y la descarga es tangencial. El giro del impulsor da al agua la fuerza centrifuga que origina la presión, ayudada por la velocidad tangencial en su pasaje del flujo a través del espiral de descarga.
Las bombas de agua son accionadas por el eje del cigüeñal a través de engranajes, correas o cadenas.
En motores pequeños y medianos se utilizan bombas de engranajes de desplazamiento positivo para la circulación del agua de mar.
Para evitar la corrosión, el cuerpo de la bomba y el impulsor de agua se construyen de bronce y los ejes de acero inoxidable.
BOMBAS DE AGUA DE MOTORES CHICOS O MEDIANOS
BOMBAS DE REFRIGERACIÓN TIPO "YACO" USADAS EN EMBARCACIONES MENORES Y MOTORES FUERA DE BORDA.
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
Sistema de enfriamiento en tiempo frío.
Cuando la temperatura ambiente sea inferior a 5°C en los motores fuera de servicio se vaciarán las cámaras de circulación y se soplarán con aire a baja presión.
En los motores en servicio se usará anticongelante.
Tratamiento del agua en los sistemas cerrados de enfriamiento.
a. Se utilizará bicromato de sodio en concentración entre 700 y 1700 p.p.m. Una concentración menor a la indicada puede dar lugar a una corrosión del circuito. La concentración máxima se indica para evitar consumos innecesarios.
El bicromato de sodio no provee protección si es usado solo, ya que por ser un compuesto ácido puede acelerar la corrosión.
Para convertir este compuesto en forma de cromato efectivamente alcalino, es necesario agregar un elemento alcalino, como el compuesto naval para calderas. De esta forma no solamente se inhibe la corrosión que producirá el oxígeno disuelto en el agua, sino que se evitará la que pueda producirse si productos ácidos provenientes de la combustión se introducen en el agua de refrigeración.
La concentración de cloruros en el agua de refrigeración, no debe ser mayor de 100 ppm., pues la efectividad del cromato alcalino disminuye a medida que aumenta la concentración de aquéllos.
Por otra parte, la presencia creciente de cloruros indica que existen pérdidas de agua de mar al sistema de enfriamiento y la entrada de sales que proveen incrustaciones duras; por ello, y con el fin de evitarlo, se controlar que los valores de dureza se mantengan en cero.
b. Antes de introducir el cromato y el compuesto de calderas, se inspeccionará el sistema de agua de las máquinas. Será limpiado como se indica en el Art. 22-91. Posteriormente, los sistemas será enjuagados con agua dulce y finalmente se los llenará con agua destilada y, de no contarse con ella, se utilizar agua cuyo contenido salino sea lo más bajo posible.
El dosaje de la solución se hará a razón de dos kilogramos de bicromato de sodio y cuatro kilogramos de compuesto naval para calderas por cada 1000 litros de capacidad del sistema, los que se disolverán inicialmente en 10 litros de agua destilada caliente. Esta misma proporción será utilizada cada vez que se haga necesario suplementar el circuito, de acuerdo a lo dispuesto en el inciso d de este artículo.
Se tomarán las precauciones para evitar la contaminación del agua potable del buque, por retroceso del agua de refrigeración inhibida con cromato, a través de la conexión de llenado del sistema.
c. Precauciones de seguridad. El bicromato de sodio será manipulado cuidadosamente, dado que está clasificado como peligroso para la salud. El personal evitará cualquier contacto de la piel o de los ojos con los cromatos cuando están en forma sólida o en soluciones; se evitará también que el personal respire polvo o soluciones pulverizadas del mismo. Se utilizará, para manipularlo, un equipo compuesto por: anteojos, delantales, guantes de goma y respiradores antipolvo, los que deberán estar de acuerdo con el tipo de trabajo y riesgo que el mismo entraña.
Cuando el personal ha tenido contacto con el cromato, inmediatamente se deberá lavar la parte que ha estado en contacto, con bastante jabón y agua.
d. Los suplementos de agua al circuito, en caso que se produzcan pérdidas, se hará con agua dulce, excepto cuando las mismas excedan el 50 % del total del circuito, en cuyo caso se harán con agua tratada con inhibidor en las proporciones establecidas en b.
e. Periódicamente y a intervalos no mayores de seis meses, se efectuará el vaciado del circuito e inspección de las superficies para determinar la eficiencia del tratamiento.
Precauciones con el uso de anticongelante.
En circuitos que trabajen con anticongelantes a base de glicol, no se podrán utilizar simultáneamente inhibidores de cromato. En esos casos y para prevenir cualquier mezcla de esos materiales, se hará un completo drenaje y baldeo del sistema, siempre que sea necesario cambiar un tratamiento del agua por otro.
Metales de protección anticorrosiva.
Deberán ser inspeccionados cada 500 horas de funcionamiento, o cada 90 días si el motor no funciona y se mantienen llenos de agua los conductos de circulación que protegen. Se limpiarán cuidadosamente teniendo la precaución, al armarlos, que hagan contacto metálico perfecto. Se renovarán cuando su superficie libre sea inferior al dos por mil (2 ‰) de la superficie refrigerante.
Limpieza de los sistemas cerrados de enfriamiento.
Como complemento de un tratamiento apropiado del agua para refrigeración, el mantenimiento de conductos limpios protegerá contra fallas a las camisas y cabezas de cilindros. Las incrustaciones dejadas por las aguas dulces sin tratar, causan desigual transmisión del calor; por lo tanto, tendrán lugar esfuerzos en las partes afectadas que se traducirán en roturas de camisas, cabezas y otros elementos.
a. Cuando el único depósito que se desee eliminar sea el óxido de hierro, se preparará una solución de agua dulce que contenga citrato de amonio al 10 % en peso, con la que se llenará el circuito de agua de refrigeración y se operará el motor durante dos horas.
El enjuague y alcalinización requeridos son similares a los empleados en la limpieza por ácido, indicada en b.
b. Cuando, además de óxido de hierro haya incrustaciones formadas por el agua y su eliminación por medios mecánicos sea dificultosa o no conveniente, se recurrirá al empleo de una, solución de ácido clorhídrico industrial de una densidad relativa 1,38 (20°Bé) el que se diluirá en agua dulce manteniendo 10 % de concentración, adicionándole, simultáneamente, inhibidor orgánico (Rodine 204 o similar autorizado), que impedirá el ataque del ácido al metal una, vez que incrustaciones y óxido han sido eliminados. Cada 1000 (mil) litros de ácido (concentrado) usar no, menos de 2 (dos) litros del inhibidor citado.
Esta solución se pondrá en contacto con las superficies incrustadas, teniendo especial precaución de eliminar del circuito los elementos que pueden ser fácilmente dañados por el ácido, tales como cines (ánodos) de protección, bombas susceptibles de ser atacadas, etc. Debe tenerse presente que cuanto mayor es la temperatura de la solución, más rápida y efectiva será la limpieza, pudiendo considerarse, a título de referencia, que la solución con temperatura de 80°C puede producir la desincrustación en no más de dos horas, dependiendo ello, de la magnitud de las incrustaciones.
Terminado el proceso se observará si ha sido satisfactorio su resultado, pudiéndose en caso contrario repetir la operación.
Precauciones.
a. La operación de desincrustado debe ser especialmente controlada por el Jefe de Cargo, ya que si la misma se efectúa con una intensidad y duración excesivas, el ácido puede dañar las superficies metálicas, con desprendimiento de hidrógeno, que es altamente explosivo. En consecuencia, se mantendrá ventilado el local y no se utilizarán luces descubiertas.
b. Una vez finalizada la operación de desincrustado, la solución ácida será descargada directamente al mar, lavándose el circuito tratado con agua dulce durante 15 minutos, la que ser descargada también al mar. Posteriormente, se hará un lavado con una solución de carbonato de sodio al 20 % haciéndola circular por el circuito tratado durante 30 minutos, después de los cuales se descargará directamente al mar.
Finalizada esta operación el circuito deberá ser cargado de inmediato con el agua de circulación, tratado con los inhibidores especificados.
Prueba hidrostática.
Posteriormente a la limpieza química y al procedimiento de neutralización, el sistema de enfriamiento será sometido a prueba hidrostática, aplicando una presión del mismo valor que la presión de régimen.
Juntas de las cabezas.
Son, por lo general, de cobre, por lo que se las debe recocer uniformemente verificando que quede, al armarse, un huelgo conveniente entre los diámetros de la junta y su alojamiento. Se colocarán siempre en seco. En juntas de metal con metal se tendrá especial cuidado en conservar las superficies en contacto, perfectamente asentadas.
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VÁLVULAS TERMOSTÁTICAS
La cera es sólida a temperaturas bajas, pero cuando el motor se calienta la cera se derrite y se expande. En el asiento del resorte tiene un sistema de expansión que hace desplazar un pistón que abre la válvula cuando se supera la temperatura de aplicación.
La temperatura de aplicación está predeterminada, y se determina por la composición específica de la cera, por lo que los termostatos de este tipo pueden mantener diferentes temperaturas de intervención, generalmente entre 70º y 90º.
El termostato cuando el motor esta frio, permanece cerrado, no permitiendo el paso del liquido refrigerante hacia el enfriador, pero cuando el motor llega a cierta temperatura ideal, se abre y permite que el fluido circule por el radiador o enfriador de agua del motor evitando que la temperatura se eleve. Muchos termostatos tienen un agujero de derivación pequeño para ventilar el aire que pudiera ser introducido en el circuito, por ejemplo, durante el intercambio del líquido refrigerante.
El termostato es una válvula que se abre y se cierra, dependiendo de la temperatura del líquido de refrigeración, para controlar la temperatura del motor.
Cuando el motor está frío, los componentes se desgastan más rápidamente, el motor es menos eficiente y emite más contaminación. Para evitar esto, el termostato impide la circulación del refrigerante entre el motor y el radiador o enfriador y permite que el motor alcance lo antes posible su temperatura de funcionamiento óptima.
Cuando el motor alcanza esta temperatura óptima y/o sube, el termostato se abre gradualmente y el líquido de refrigeración puede fluir hacia el radiador y enfriar el motor manteniendo la temperatura ideal.
Existen dos tipos de fallas para un termostato de este tipo:
• El termostato queda abierto: el líquido no se calienta a su debido tiempo, esto conduce a un exceso de consumo de combustible.
• El termostato queda cerrado: el líquido no circula hacia el radiador, esto conduce a un sobrecalentamiento del motor. El daño puede ser severo.
ENTRADAS RELACIONADAS:
- Chequeos y trabajos a efectuar en elementos del sistema de inyección a bordo (detección de fallas)
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- MTD UNIDAD 10: SISTEMAS DEL MOTOR. Parte 3
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FUENTES:
M.J.D
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 12 Sistemas del motor.
http://navegacioncostera.blogspot.com.ar/2012/02/refrigeracion-de-circuito-abierto.html
http://navegacioncostera.blogspot.com.ar/2012/02/refrigeracion-de-circuito-cerrado.html
http://www.fierrosclasicos.com/para-que-sirve-el-termostato/
