sistema de refrigeraciÓn del motor

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Mario De Simone Capítulo V - SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTORMario De Simone

Capítulo V

INTRODUCCIÓN

La eficiencia termodinámica de un mo-tor de combustión interna se relaciona directamente con la temperatura de fun-cionamiento. Sin embargo, los valores de temperatura que puede alcanzarse dentro de la cámara de combustión podrían con facilidad provocar la fusión de muchas de sus partes metálicas o provocar fallas de lubricación.

Por ello la temperatura a la que funcione un motor resulta de equilibrar estos crite-rios, es decir trabajar a los valores más altos posibles sin afectar la lubricación ni permitir el recalentamiento de las partes más expues-tas. El calor debe ser disipado a través del sistema de refrigeración a fin de mantener la temperatura a los valores previamente establecidos por el diseñador; por lo tanto su eficacia incide directamente sobre la vida útil del motor y sobre su rendimiento.

Los motores endotérmicos transforman entre el 35-40 % de la energía química del combustible, en energía mecánica de rota-ción; el resto de la energía liberada luego de la combustión se disipa: un 25% con los gases de escape, un 5-6% con el sistema de lubricación, un 5% como pérdidas mecánicas y el 25-27% restante a través del sistema de

Figura V.1: distribución típica

de temperaturas en un pistón en ºC

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La bomba de agua debe ser lo suficien-temente grande como para manejar el flujo requerido y, usualmente, suele ser del tipo centrifuga. Normalmente descarga el agua dentro de las camisas de los cilindros y conforme se va calentando asciende hacia las camisas de la tapa de cilindros y la zona vecina a las válvulas.

Luego este refrigerante es conducido hacia la parte superior del radiador, dentro del cual es sometido a un flujo descendente originado en la transferencia de calor hacia el exterior y, luego de atravesarlo sale por la parte baja del radiador en dirección hacia la bomba de agua.

Esta circulación natural del agua asiste a la bomba de agua en su tarea de impulsar nuevamente el refrigerante hacia el interior de las camisas y vencer la resistencia deriva-da de pasar por las distintas zonas incluido el termostato, el radiador y las mangueras que lo conectan con éste.

Por lo tanto, la zona de más baja presión en el sistema se ubica en la admisión de la bomba y debe ser muy cercana o igual a la presión a fin de evitar evaporación y cavita-ción en la bomba de agua.

Los parámetros de diseño que ayudan a mantener alta la presión en la admisión son: minimizar la restricción al flujo dentro del radiador y presurizar el sistema.

En síntesis, la circulación del fluido refri-gerante se asegura por la concurrencia de:• termosifónoriginadoenelpesodiferente

que tienen el agua fría y la caliente; luego de calentarse se hace más ligera ingresa

refrigeración.El sistema de refrigeración debe ser capaz

de disipar el calor a una tasa suficiente para mantener las partes más críticas del motor a temperatura de seguridad. En el caso de la pared interior de los cilindros si la tempe-ratura se mantiene por debajo de 220 ºC se previene el deterioro de la capa de aceite lubricante.

El calor puede ser disipado por medio dos diseños básicos de este sistema: refri-geración por agua y refrigeración por aire.

REFRIGERACIÓN POR AGUA

Se emplea como fluido refrigerante al agua que circula por una envoltura hueca (camisas de agua) en el interior del motor que rodea la tapa de cilindros, el block y otras piezas relacionadas como pistones, válvulas y árbol de levas. El agua se enfría en el radiador y en seguida vuelve a pasar por el interior del motor, al calentarse nuevamente regresa al radiador para repetir el ciclo.

Los parámetros que determinan la capa-cidad de un sistema de refrigeración son: el caudal de refrigerante que circula, el flujo de aire que atraviesa el panel del radiador y su capacidad para intercambiar calor. Estos tres parámetros deben estar equilibrados para prevenir el sobrecalentamiento.

Caudal de refrigerante

El flujo de agua dentro del sistema de refrigeración debe ser suficiente para trans-portar el calor desde las partes calientes del motor hasta el radiador. La capacidad de transportar esta energía en la unidad de tiempo o su potencia Ėaexpresada en kilovatios puede calcularse con la ecuación 4.1 como sigue: (V.1)

Donde el flujo de agua (Qa) se expresa en l/min., su densidad (ρa) en kg/l., su calor especí-fico (Ca) en kJ/kg.ºC y el salto de temperatura que el agua debe dar en el radiador (∆Ta) en ºC; dividido por el factor de unidades 60. Por lo general se logra un salto de temperatura de 3 a 8 ºC y el flujo suele ser de 1,3 a 2,5 l/min por cada kW del motor.

Figura V.3: circulación del agua

en las camisas

Figura V.2: corte de

un motor refrigerado

por agua

Ėa =Qa . ρa . Ca . ∆Ta

60

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por la parte alta del radiador, desciende a través de éste mientras se refrigera, llega a la parte inferior vuelve a las camisas y cilindros ocupando el sitio del agua que sube por haberse ya calentado.

• bombeo del flujo producido por unabomba intercalada en el circuito entre la parte baja más fría del radiador y las camisas del block.

Capacidad del radiador

El radiador debe ser capaz de transferir el calor desde el líquido refrigerante a una masa de aire que lo atraviesa, a una tasa suficiente para producir el salto térmico (∆Ta) previsto al diseñar el sistema de refri-geración.

La velocidad del agua dentro del radiador debe ser inferior al rango de saturación, definida como la velocidad por encima de la cual el incremento de la transferencia de calor es muy pequeño o nulo. Por lo general, ésta alcanza una magnitud aproximada a 1,4 kg/min. por cada tubo del radiador. Por lo tanto, una vez que se ha calculado Qa en base a la ec. V.1 se puede entonces calcular el número necesario de tubos.

La sección transversal de estos tubos suele ser rectangular, con una relación 4:1 ancho-largo. El eje mayor coincidirá con la dirección del flujo de aire que atraviesa al radiador, a fin de facilitar la transferencia de calor y minimizar la restricción al paso del aire. La separación entre estos tubos, a lo ancho del radiador, varía entre 1 y 1,6 cm. En los casos que el ancho del radiador es limitado, pueden disponerse los tubos en 2 a 6 filas.

Los tubos normalmente van equipados con aletas a fin de acelerar la transferencia de calor hacia el aire. Con 3,5 aletas/cm. se logra una buena tasa de transferencia, aunque en casos como los motores de co-sechadoras se colocan 1,5 aletas/cm. a fin

de prevenir la oclusión con el abundante material (paja, chala, etc.) en suspensión.

El área frontal del radiador debe ser lo suficientemente ancha como para transferir el calor desde el agua hasta el aire, usual-mente un radiador tiene 20 a 30 cm2 por cada kilovatio de potencia al freno.

La potencia consumida por el ventilador se incrementa en forma exponencial con-forme crece la restricción al pasaje impuesta por el radiador, por ello si no existen limita-ciones de espacio se construyen radiadores anchos con panel delgado con pocas filas de tubos.

La transferencia de calor será mayor con-forme la diferencia de temperatura o "salto térmico" entre el agua y el aire también lo sea. Este se define restando a la tempera-tura con que sale el agua del radiador, la temperatura con que sale el aire luego de atravesarlo. Por ejemplo: si el agua ingresa al radiador con 98 ºC luego de refrigerarse en la salida tendrá 90 ºC o sea un salto de 8 ºC, mientras que si el aire en día caluroso está a 40 ºC y alcanza 55 ºC luego de pasar a través del radiador, el "salto térmico" del sistema sería de 35 ºC.

Un diseño presentado por Caterpillar es el sistema modular de doble paso del refri-gerante dentro del radiador. En dispositivo está integrado por módulos individuales conectados a un depósito inferior dividido en dos secciones, una pintada de rojo y otra de azul en la Fig. V.5.

El refrigerante caliente que sale del motor ingresa a la sección pintada de rojo y sube por cada uno de los módulos hasta llegar a la parte superior, desde donde con-tinúa según un flujo descendente hacia la sección pintada de azul, para regresar desde allí a las camisas del motor. El doble paso resulta en mayor superficie de exposición y capacidad de enfriado.Figura V.4:

sección del cuerpo de un

radiador.

Figura V.5: sección de un radiador mo-

dular de doble paso.

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Los tractores más modernos de John Deere presentan el sistema de refrigeración con dos circuitos o "split cooler". Uno es de alta temperatura y alto caudal (300 l/min.) que se ocupa de refrigerar el motor y el otro es de baja temperatura y bajo caudal (15 l/min.) que se ocupa de refrigerar el in-tercooler, el aceite hidráulico y el aceite de la transmisión.

La tapa del radiador

En aquellos casos que el fabricante desee diseñar un sistema con un salto térmico alto, el agua refrigerante deberá trabajar a una temperatura superior al punto de ebullición razón por la cual el sistema será presurizado para evitar que el agua hierva dentro del circuito.

Como el agua y las partes del motor al calentarse se expanden hasta un 5 %, es necesario que una porción del agua salga del radiador y así prevenir que pueda ex-plotar. En estos casos la tapa del radiador actúa como una válvula y permite que, una vez alcanzada una determinada presión, el agua fluya hacia un depósito accesorio (ver A en la Fig. V.6).

Cuando el agua y las camisas del motor bajen su temperatura, será necesario que ingrese agua desde el depósito accesorio a fin de evitar la implosión en el radiador. Para permitirlo la tapa dispone de una segunda válvula que permite el ingreso del refrige-rante (ver B en la Fig. V.7).

Estas válvulas permiten también eliminar aire o gas que puede pasar en ocasiones desde las cámaras de combustión de los cilindros, ingresar por succión de la bomba de agua o producirse por turbulencia dentro del radiador. Los cambios de volumen pue-den sucederse hasta 200 veces por minuto y por lo tanto el trabajo de la tapa del radia-dor es más intenso del que podría pensarse.

Un sistema de refrigeración podría pre-surizarse hasta 100 kPa y así incrementar el punto de ebullición del agua en 1 ºC por cada 4 kPa, aunque por lo general la sobre presión sólo alcanza 50 kPa.

El sistema debe ser diseñado para evitar el calentamiento cuando el motor funciona en condiciones extremas, esto es a máximas cargas mientras la temperatura ambiente está muy alta. Si por el contrario, cuando el motor funciona con baja exigencia de carga y/o la temperatura ambiente es moderada, no será necesario emplear toda la capacidad de refrigeración del sistema pues la tempe-ratura de funcionamiento sería más fría que la óptima.

Termostato

A fin de regular las oscilaciones aludidas, el sistema de refrigeración posee un termos-tato con la función de evitar el refrigerante pase por el radiador cuando su temperatura sea baja y permitir que ingrese al radiador para enfriarse cuando sea muy alta.

Normalmente está ubicado en el lugar por donde el refrigerante caliente sale de las camisas del motor para dirigirse hacia el radiador, punto en el que actúa como una válvula de "by pass" (ver Fig. V.2).

En los motores modernos se aplican ter-mostatos para alta temperatura, es decir aquellos que abren cuando el refrigerante alcanza más de 82 ºC. En estos casos se recomienda utilizar líquido refrigerante anticongelante sin metanol y sin alcoholes con bajo punto de ebullición.

Figura V.6: la tapa del radiador permite la salida del agua.

Figura V.7: la tapa del radiador permite el reingreso del agua.

Figura V.8: esquema de la conexión del depósito

accesorio.

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Si la apertura del termostato es inco-rrecta el motor trabajará muy frío o muy caliente, con consecuencias negativas en ambos casos. Razón por la cual es necesario utilizar el termostato recomendado por el fabricante y controlar periódica mente su estado.

Flujo de aire

El flujo de aire que atraviesa el radiador debe ser capaz de transportar hacia fuera el calor transferido desde el líquido refrigeran-te. La capacidad de transportar esta energía en la unidad de tiempo o su potencia Ėra expresada en kilovatios puede calcularse con la ecuación V.2 como sigue:

(V.2)

Donde el flujo de aire (Qra) se expresa m3/s., su densidad (ρra) en kg/m3., su calor específico (Cra) en kJ/kg. ºC y el salto de tem-peratura que el aire debe dar luego de pasar por el radiador (∆Tra) en ºC. Por lo general se logra un salto de temperatura de 15 a 20 ºC.

Como ya se hiciera mención en el apar-tado precedente, la separación entre los caños del radiador y el número de aletas por unidad de superficie a ellos adosadas, son los parámetros de diseño y construcción que más influyen sobre la restricción al pasaje del aire.

Es bien conocido que esta restricción se incrementa conforme el flujo es mayor (m3/s.), la temperatura del aire es menor y cuando la presión atmosférica es más alta. Si bien el flujo se puede calcular fácilmente con la ecuación V.2 siempre y cuando la densi-dad del aire (ρra) no varíe, está claro que ello no es así pues sobre su evolución influyen definitivamente la presión atmosférica y la temperatura ambiente.

En consecuencia, los diseñadores deben tener en cuenta la compleja relación en-

tre estos parámetros con la eficiencia del sistema de refrigeración y la energía que consume el ventilador para impulsar el flujo necesario, en una amplia gama de condicio-nes ambientales.

Así por ejemplo un diseñador deberá considerar que si el aire está mucho más frío que lo asumido en el momento de realizar los cálculos de diseño, el ∆Tra será mayor y por lo tanto habrá que adecuar el caudal de aire a fin de no enfriar demasiado el motor y optimizar el consumo de energía en el ventilador; por el contrario si el motor trabaja a 2000 m. sobre el nivel del mar, como la presión atmosférica puede reducirse un 25%, será necesario incrementar el flujo impulsado por el ventilador.

El accionamiento del ventilador se reali-za a través de una correa que transmite el movimiento desde el cigüeñal del motor. Usualmente el ventilador se ubica entre el radiador y el motor, con dos tipos de accio-namiento: succión y soplado.

El ventilador que succiona se aplica cuan-do el movimiento del vehículo ayuda al in-greso del aire que se dirige desde adelante, pasa a través del radiador en dirección al motor y el consumo de energía es menor. El ventilador que sopla arrastra el aire desde el motor y lo impulsa, a través del radiador, ha-cia delante; consume más energía y previene la acumulación de partículas en suspensión dentro del panel.

A fin de aproximar el flujo que se impulsa y optimizar la refrigeración, con el mismo criterio con que se aplica el termostato, en este caso se implementan diferentes me-canismos para variar la velocidad de giro del ventilador o desacoplarlo cuando sea necesario.

El más conocido y muy usado en automó-viles es el electro ventilador, mientras que en la motorización de los tractores modernos se aplica el sistema de conducción viscosa del ventilador.

Figura V.9: aper-tura y cierre del

termostato

Figura V.10: ventilador aspirante (der) y soplante (izq)

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Éste último sistema consta de una uni-dad de mando modulada que contiene un líquido de viscosidad variable que sirve de ensamble entre el ventilador y el eje de man-do accionado por la correa del ventilador. La viscosidad del líquido se incrementa confor-me lo hace la temperatura y como resultado la velocidad angular del ventilador aumenta para aproximarse a la del eje de mando; si por el contrario la temperatura disminuye también lo hace la viscosidad del líquido y resulta en velocidades angulares inferiores a las del eje de mando.

Como resultado la velocidad del ventila-dor se ajusta a la necesidad de refrigeración del motor, se optimiza su consumo de ener-gía y se mantiene al motor dentro del rango óptimo de temperatura.

Líquidos refrigerantes

El alto calor específico y la fácil disponi-bilidad hacen del agua la elección natural como líquido refrigerante. Sin embargo, el agua pura tiene algunas limitaciones importantes derivadas del ambiente donde funcionan los motores. Los ejemplos más conocidos son las roturas en el radiador o en el block como producto de la expansión del volumen ocupado por el agua al congelarse y la acumulación de óxidos en las superficies metálicas del motor.

Por ello se utiliza el agua mezclada con otros líquidos con el objetivo de solucionar algunos problemas. El más usado ha sido el etilen glicol por sus propiedades anticon-gelantes que en mezclas al 50 % reduce el punto de congelación e incrementa el punto de ebullición. Si bien la adición de etilen gli-col conlleva la desventaja de reducir el calor específico del agua, sus ventajas señaladas lo compensan ampliamente.

Son añadidos a la mezcla refrigerante químicos de base alcalina a fin de neutrali-zar el efecto negativo que causan algunos ácidos provenientes de los gases de la com-bustión.

También se utilizan aditivos que impiden la formación de espuma, burbujas y así el fenómeno de cavitación. Éste ocurre cuando la bomba aspira más líquido del que recibe, se producen vacíos ocupados por el líquido que se evapora y el aire que pueda estar disuelto.

Luego de pasar a través de la bomba el refrigerante se comprime y las burbujas vuel-ven súbitamente al estado líquido. Si éstas se encuentran cerca o en contacto con una pared, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastarlas dan lugar a presiones localizadas muy altas que ocasionan picaduras sobre el metal.

Otro tipo de aditivo son los inhibidores de las incrustaciones de óxido y sales qué, de acumularse retardan la transferencia de calor entre las paredes metálicas y el refri-gerante.

Por lo general los fabricantes recomien-dan el refrigerante que debe usarse en sus motores haciendo, en algunos, distinciones de acuerdo a las regiones donde están fun-cionando.

REFRIGERACIÓN POR AIRE

Como fluido refrigerante se emplea una gran corriente de aire del ambiente exterior que circula por entre las paredes exteriores de los cilindros recubiertas de aletas metálicas.

El aire es impulsado por una turbina, accionada a través de una correa por el cigüeñal del motor, y conducido de manera uniforme por una guía de aire hacia cada uno de los cilindros.

Sus ventajas son la simplicidad ya que se eliminan el agua, la bomba de agua, el ter-mostato, radiador, cañerías y no es necesario preocuparse por las heladas.

Sin embargo, sus inconvenientes son el calentamiento repentino, el nivel mayor de ruido y la irregularidad del enfriamiento ya que depende mucho de la temperatura exterior del aire.

Capacidad del sistema

Si se considera que el aire cuando aban-dona el motor refrigerado con este sistema está mucho más caliente que en la refrigera-

Figura V.11: corte de un

motor refrigerado

por aire

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ción por agua, es lógico pensar que alcanzar un salto térmico (∆T) mayor es sin duda una ventaja comparativa.

Sin embargo, la capacidad de este siste-ma se ve limitada por una tasa de transmi-sión de calor entre las paredes externas del motor y el aire que las barre, casi 100 veces más baja que entre las paredes y el agua que fluye en contacto con ellas a través de las camisas (ver Fig. V.3). Esta razón hace más complicado refrigerar un motor con este sistema. En los siguientes párrafos se hará referencia a los principios fundamen-tales del sistema.

La cantidad de calor (C) transmitido des-de la pared del motor al aire que la barre expresado en kilovatios se puede calcular con la ecuación V.3: (V.3)

Donde el coeficiente de transmisión entre la pared y el aire (k) se expresa en kJ/s.ºC.m2, el salto térmico (∆T) en ºC y la superficie de la pared (Sρ) en m2. Así queda claro el pa-rámetro principal posible de variar cuando se diseña es Sρ. Por ello para aumentarla se recurre a la construcción de aletas sobre las paredes externas de los cilindros y las culatas.

Sin embargo, es necesario tener presente que ninguna aleta tendrá la misma tempe-ratura en toda su longitud, ya que es lógico pensar que disminuye en forma gradual desde la zona de contacto con el cilindro hacia su extremo distal y por lo tanto, su capacidad de transferir calor decrece en el mismo sentido. Por esta razón en la litera-tura se refiere a ello como eficiencia (η) de las aletas y varía de 0 a 1.

Se la define como la relación entre el calor transmitido efectivamente por la aleta y el que transmitiría si toda su superficie tu-viese la misma temperatura que en la zona donde se apoya sobre la pared del cilindro.

La eficiencia de la aleta es útil para calcular la superficie de la pared con la siguiente ecuación:

Sp = η . Sra (V.4)

Donde Sra es la superficie real de la aleta. En términos generales puede decirse que la eficiencia de la aleta para transmitir calor es proporcional a su espesor y a la conduc-tividad térmica del material con que está construida; mientras que es inversamente proporcional a su longitud.

Por otra parte el k introducido con la ecuación V.3 se incrementa conforme la ve-locidad del aire que barre las aletas también lo hace. Por esta razón al diseñar la guía de aire se busca mantener la misma velocidad en todos los cilindros reduciendo su sección desde la turbina hacia el último cilindro y colocando deflectores para subdividir el flujo de aire, obligarlo a pasar entre todos los cilindros, aumentar la velocidad y la tur-bulencia. De todas maneras se asume que el último cilindro trabajará más caliente que el resto y por ello se ubica sobre él, el sensor de temperatura del motor.

Luego de haber analizado la capacidad del sistema para transmitir calor, puede em-plearse la ecuación V.2 para calcular el flujo de aire necesario para refrigerar este tipo de motor una vez definida su potencia al freno y las condiciones de funcionamiento.

Las limitaciones de este sistema son ma-yores en motores de alta potencia mientras trabajan en climas cálidos. Por ello los di-señadores le adjudican al aceite lubricante como una de sus principales funciones re-frigerar el tercio inferior de cada cilindro y ubican dentro de la guía de aire un radiador de aceite.

Figura V.12: detalle de una culata con aletas

Figura V.13: esquema de la guía de aire, aletas y flujo teórico de este sistema

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Dada la importancia del aceite como refrigerante y que un aceite muy caliente reduce su capacidad lubricante, en este tipo de motores se incluye en el tablero un termómetro para controlar su temperatura.

REFRIGERACIÓN DEL TURBO COMPRESOR

Las temperaturas de funcionamiento en un turbo son muy diferentes, parte de los componentes que están en contacto con los gases de escape pueden alcanzar tempera-turas muy altas (650 ºC), mientras que los que esta en contacto con el aire de admisión sólo alcanzan 80 ºC.

Estas diferencias de temperatura concen-trada en una misma pieza, como puede ser el eje común, determinan valores de dila-tación también diferentes; ello deriva en algunas dificultades a la hora del diseño de un turbo y de la elección de los materiales que soporten estas condiciones de trabajo adversas.

El turbo compresor se refrigera en parte por el aceite lubricante, por el aire de aspi-ración al que cede una determinada parte de su calor mientras pasa por el estator del compresor (Fig. III.23).

Este calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor, ya que no solo dilata el aire de admisión, le resta densidad y con ello riqueza en oxigeno sino que, además, un aire demasiado ca-liente en el interior del cilindro dificulta la refrigeración de la cámara de combustión

durante el barrido al entrar el aire a una temperatura superior a la del propio refri-gerante líquido.

En algunos motores suelen ir equipados con estatores refrigerados por agua. Cuando el motor está en funcionamiento el estator central se integra en el circuito de refri-geración del motor. Tras pararse el motor, el calor que queda se expulsa utilizando un pequeño circuito de refrigeración que funciona mediante una bomba eléctrica de agua controlada por un termostato.

MANTENIMIENTO DEL SISTEMA

Las consecuencias principales del sobre-calentamiento de un motor endotérmico son:• fundicióndelaspartesmáscercanasala

cámara de combustión, por ejemplo las válvulas de escape.

• deficientelubricación,formacióndede-pósitos carbonosos.

• desgastemetálico originado en la de-gradación prematura del lubricante por oxidación.

• disminucióndelaviscosidaddelapelículalubricante.

• dañodela juntadetapadecilindrosypaso de compresión y/o aceite al refrige-rante.

• otro tipode fallas comopicadurasporcorrosión, cavitación, erosión, agrieta-miento de culatas, agarre de aros en los pistones o taponamiento de radiadores.En razón de ello el mantenimiento de

este sistema demanda especial atención en:- evitar pérdidas de fluido refrigerante.- mantener las correas que impulsan la

turbina, el ventilador y la bomba de agua.- controlar la bomba de agua y mangueras.- controlar el funcionamiento de la tapa

del radiador y del termostato.

Figura V.14: ubicación del

radiador de aceite

Figura V.15: temperaturas de un turbo compresor en funcionamiento

Figura V.16: corte de un

turbo refrigerado

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- reemplazar y elegir el refrigerante.- evitar el taponado de las aletas por donde

circula el aire.- evitar el ingreso de material en suspen-

sión desde el ambiente exterior.- limpiar periódicamente sus partes.- mantener en correcto funcionamiento el

instrumental indicador.- controlar la temperatura y presión del

aceite lubricante.

Prueba y servicio del radiador

Como los motores modernos tienen presurizado su sistema de refrigeración por agua, para que el funcionamiento sea correcto es necesario que todas sus cone-xiones y componentes tengan un cierre hermético.

En caso contrario no se alcanza el salto térmico previsto por el diseñador, el refrige-rante hierve, ocurren pérdidas y el motor se sobrecalienta.

Para realizar el control del radiador se coloca un manómetro en lugar de la tapa de radiador y conforme se incrementa la pre-sión dentro del sistema se puede verificar su estado. En particular y con cuidado se revisa la estanqueidad del radiador, de la bomba de agua, mangueras, grifos de descarga y en la tapa de cilindros, en búsqueda de pérdidas que pudieren ocurrir.

En el radiador también se buscan aletas dobladas, caños rotos o aplastados. En caso que no pueda detectarse con claridad el origen de la pérdida conviene recurrir a un especialista.

Servicio de las correas

Consiste en examinar las correas en toda su longitud, a fin de verificar que no haya zonas aplastadas, cortadas, agrietadas o con desgaste general. Ante la duda conviene montar una correa nueva.

Luego de asegurarse de que la correa quede bien montada en cada una de las po-leas, se comprueba que el tensor funcione correctamente. La tensión se dará en función de lo que el fabricante indique en su manual.

En cualquier caso la correa no debe que-dar muy tirante pues así se acelera su des-gaste y resultan dañados los cojinetes sobre los que van montadas las poleas.

Si por el contrario está muy floja, patinará se acelera su desgaste y el flujo de aire será más bajo del necesario con la consecuencia de sobrecalentamiento del motor.

En términos generales, una vez que ha sido ajustada cuando se la presiona sobre una tramo recto, está no debe ceder más de 1,5 cm. hacia adentro.

Control de la bomba de agua y mangueras

Cuando se revisa la bomba de agua se buscan grietas en su cuerpo, pérdidas de líquido refrigerante a través de su empaque-tadura, deterioro del rotor impulsor y de sus rodamientos. Éstos son blindados a fin de evitar que el refrigerante tome contacto con las bolillas, cuando ello ocurre el deterioro ocurre muy rápido.

Es normal que las mangueras se dete-rioren por su contacto permanente con el aire, el agua caliente. Ello se manifiesta por endurecimiento, agrietado interior o por tornarse blandas.

En el primer caso pierden flexibilidad, producen pérdidas de liquido y se desprende su interior pedazos de goma que obstruyen el radiador. En el segundo caso luego de des-prenderse la capa interior, que también obs-truye el radiador, terminan por romperse.

En muchos casos están agrietadas en su cara interna sin manifestarse el daño en el exterior. Por ello conviene revisarlas un par de veces al año o cuando sea necesario des-montarlas por algún otro motivo y reapretar sus abrazaderas.

Figura V.17: prueba de presión

Figura V.18: correa y

disposición de las poleas

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Control de la tapa del radiador

Una tapa (Fig. V.6 y V.7) que funciona mal conlleva dos riesgos, por un lado el calentamiento del motor con pérdida de líquido debido a su incapacidad de mante-ner la presión y por el otro la sobre presión con riesgo de roturas y/o explosión. Por ello corresponde revisarlas regularmente y reemplazarlas ante la menor duda.

Para hacerlo se emplea la misma herra-mienta aludida para probar el radiador (Fig.V.17) y se procede de manera similar.

Control del termostato

Es recomendable controlar el funciona-miento del termostato al menos cada vez que se recambie el líquido refrigerante. Esta operación es muy sencilla y consiste en des-montarlo para sumergirlo en un recipiente que contenga agua limpia. Se incrementa la temperatura de ésta por medio de un calentador y con un termómetro se controla a cuantos grados centrígados se produce la apertura. Ésta debe iniciarse a 5 ºC por encima o por debajo de la especificación que lleva grabada y estar completamente abierta (12 mm) a 12 ºC por encima de ella.

Luego se lo retira del recipiente y se co-rrobora que se produzca el cierre; en caso de estar averiado no conviene dudar sobre la necesidad de reemplazarlo.

Elección del aditivo

Muchos de los problemas y fallas del sistema de refrigeración se originan en la elección o el uso incorrecto de los aditivos. Los más comunes son:• eltaponamientodelsistemaporacumu-

lación de óxido.• eltaponamientodelaspartesdelsiste-

ma e incrustación en áreas de alta tem-

peratura de sales, en particular calcio y magnesio, presentes en el agua reduce la transferencia de calor y origina puntos calientes en el motor.

• lacorrosióndelhierro,aceroyaluminiooriginada en la reacción de glicol con el oxígeno o el agua para formar ácido y el ingreso al refrigerante de gases de la combustión para formar ácido sulfúrico.

• lavibracióndelascamisas,laformaciónde espuma y el flujo turbulento en el impulsor de la bomba dar origen al fenó-meno de cavitación en diferentes partes del motor.En razón de ello, es necesario analizar

cuales de estos problemas pueden ocurrir en cada caso particular. Y la solución es usar aditivos suplementarios que: inhiban la corrosión, que mantengan en suspensión a las sales, que regulen el pH del refrige-rante, sean agentes antiespumantes en un amplio rango de temperatura o que formen una delgada película sobre las superficies metálicas para evitar el efecto dañino de la cavitación.

Conviene destacar que mientras exista aceite en el anticongelante, el óxido puede aparecer aún en sistemas químicamente protegidos. Por ello cuando se observe óxido a pesar del uso de antioxidantes, corresponde revisar el enfriador de aceite para verificar que no se produzcan fugas de lubricante.

El anticongelante se descompone en ácidos corrosivos debido a los ciclos de temperatura en el sistema de refrigeración, también se contamina con suciedad, aceite, gases de combustión e inhibidores agotados. Aunque el tractor posea un filtro de refri-gerante sólo removerá los contaminantes sólidos, no removerá el aceite o los gases de combustión.

Debido a la descomposición del anticon-gelante, todos los fabricantes de motores recomiendan el drenado y lavado periódico. Algunos como Caterpillar y Detroit Diesel recomiendan que éste sea anual mientras que otros como Cummins recomiendan un máximo de dos años.

La concentración del anticongelante debe ser mantenida alrededor del 40% de anticongelante y 60% de anticongelante; una mezcla de 50% es ideal.

Algunos problemas en los sistemas de

Figura V.19: conviene revisar el

termostato.

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enfriamiento de hoy están relacionados con el anticongelante, el más notorio y en aumento desde los años 80 deriva del gelado de silicatos que responde a dos causas: anti-congelante con alto contenido de silicatos y alta concentración de anticongelante y/o de aditivos.

Otro problema causado por la alta con-centración son las fugas en la bomba de agua. En un estudio hecho por Cummins Engine Company el 54% de las fallas de las bombas de agua se originaban en la alta concentración de aditivos. El 78% de las bombas examinadas mostraban alta con-centración independientemente de la causa de la falla.

Por ello conviene poner especial atención en mantener los niveles de concentración adecuados y utilizar agua con el menor contenido posible de sales qué a modo in-dicativo se incluyen las recomendaciones de algunos fabricantes:

Limpieza del sistema

El control del nivel de líquido refrigerante debe realizarse cada de 10 hora de trabajo y con el motor frío.

Si fuese necesario controlar el nivel del líquido cuando el motor está caliente hay que tener presente que pueden producirse fugas a presión y ocasionarse quemaduras. Así conviene para el motor, aflojar el tapón

hasta su primera posición, dejar salir el va-por y retirarlo únicamente cuando pueda sujetarse con la mano.

Si el sistema funciona correctamente no debe haber consumo, sin embargo en oca-siones es necesario agregar líquido. Si ello fuera necesario se hará con hacerlo el motor aún caliente, sólo deberá rellenarse mientras el motor funciona pues en caso contrario pueden ocurrir graves daños; el más común es la producción de rajaduras en la tapa de cilindros o en el bloque del motor que lo inutilizan totalmente.

Antes de cambiar el refrigerante, el sis-tema debe ser lavado completamente para remover cualquier contaminación. Un siste-ma limpio debe estar libre de contaminantes sólidos y líquidos, incluido el aceite.

Cuando se observa un calentamiento excesivo del motor o se pase de agua pura a solución anticongelante, viceversa y, de todas formas, cada 1.200 horas de servicio conviene realizar un lavado del circuito de refrigeración. El fin de esta operación es eliminar las incrustaciones de caliza que se forman en el interior de los conductos de refrigeración, impiden la libre circulación del agua y el intercambio de calor.

Para efectuar un lavado correcto pri-mero se hace funcionar el motor hasta que se estabilice su temperatura interior, se lo vacía y rellena con una solución de bicarbonato de sodio (300 g. en 10 l. de agua). Seguidamente se hace funcionar el motor durante una hora, se vuelve a vaciar el circuito de refrigeración y con el motor tibio se lava con abundante agua limpia. Por último se cierran los grifos y se rellena con la solución nueva escogida según sus propiedades y condiciones ambientales de la época del año próxima. Otra alternativa es emplear desincrustantes comerciales,

Figura V.20: el nivel se mantendrá entre el mínimo y el máximo

Caterpillar CumminsDureza 100 ppm 300 ppmCloruros 40 ppm 100 ppmSulfatos 100 ppm 100 ppmSólidos Disueltos 340 ppm 500 ppm

ppm: partes por millón

Figura V.21: uno de los

accidentes más frecuentes

99


cuyo resultado es aceptable si se elige un producto confiable.

Limpieza de las aletasEl correcto funcionamiento del sistema

de refrigeración por aire está relacionado con su limpieza.

Como se expresó previamente la transmi-sión del calor entre las aletas metálicas y el aire, se restringe si el aire no puede pasar a través de ellas o si el metal está cubierto de suciedad.

Este aspecto es el principal problema que ocurre con los motores que llevan este tipo de refrigeración. Como el aire que ingresa desde el exterior mientras se trabaja en el campo, está cargado de partículas en sus-pensión (polvo y restos vegetales) una vez que ingresaron por la guía de aire (Fig. V.13) tienden a acumularse entre las aletas.

Ello se agrava muy seriamente si el mo-tor tiene pérdidas, aún las más pequeñas, de combustible o lubricante ya que sirven de aglutinante de partículas que ingresan. Como resultado, es normal observar zonas donde la acumulación es tan copiosa que llega a impedir el paso del aire.

De ello surge que el origen de este pro-blema es la suma de dos aspectos: el ingreso de partículas y las pérdidas gas oil o aceite.

La solución resulta obvia, por un lado mantener intactos los laterales y frente del tractor donde van montadas las mallas en-cargadas de impedir el ingreso de partículas.

Por el otro poner especial atención para evitar cualquier tipo de pérdidas de líquidos que aglutinen el fino polvo que nos puede ser retenido por las mallas filtrantes.

Ello se complementa exitosamente con el lavado periódico de todo el sistema. Para ello corresponde desmontar la guía de aire y los deflectores para realizar la limpieza de las aletas. A efectos de evitar daños de las partes corresponde hacerlo una vez que el motor está frío; de lo contrario el uso de agua fría a presión suele provocar rajaduras en las piezas muy calientes.

En relación con los motores refrigerados por agua suele presentarse un problema similar, agravado por la menor distancia entre las aletas del radiador (Fig. V.4) don-de resulta más fácil que las partículas finas queden retenidas.

En estos casos es recomendable mantener intactos el frente y laterales del capot del tractor y controlar las pérdidas de agua en el panel del radiador.

Figura V.22: las aletas deben trabajar limpias

Figura V.23: frente y laterales del capot

100

Mario De Simone y Jorge Hilbert Capítulo VI - SISTEMA DE LUBRICACIÓN DEL MOTOR

INTRODUCCIÓN

Los motores endotérmicos se caracterizan por presentar numerosas partes metálicas en movimiento continuo. No obstante que el pulido de sus superficies permite suponer, a primera vista, que el desplazamiento entre ellas ocurrirá sin rozamiento, una mi-rada con aumento resalta claramente que su rugosidad es considerable (figura VI.2 derecha).

Si a ello se añaden las presiones que ellas soportan, resulta claro que la fricción entre sus superficies es intensa y es la causa del consumo de energía o del desgaste de las piezas.

La lubricación consiste en interponer una película muy fina de lubricante entre las superficies metálicas en contacto a fin de facilitar el deslizamiento o "patinaje" mu-tuo y reducir considerablemente la fricción.

Al mismo tiempo el lubricante contribuye

a disipar el calor, sellar algunas partes como son los aros del pistón y la pared del cilindro, limpiar los residuos y reducir la producción de ruidos (ver figura II.7).

PRINCIPIOS DE LA LUBRICACIÓN

Para explicar la teoría de lubricación se toma como ejemplo dos partes en desplaza-miento relativo: un aro de pistón y la pared del cilindro contigua.

SISTEMA DE LUBRICACIÓN DEL MOTORMario De Simone y Jorge Hilbert

Capítulo VI

Figura VI.1: las partes

metálicas en movimiento

requieren de lubricación

101


El aro del pistón se mueve hacia abajo con una velocidad (V) y los gases de la com-presión sumada la tensión del aro generan una fuerza normal (FN) que aprieta el aro contra la pared del cilindro.

Como resultado aparece una fuerza de roce (Fr) cuya dirección se opone a la direc-ción del movimiento y su magnitud resulta del producto entre FN y el coeficiente (µ) de roce, entre ambas superficies metálicas (ecuación VI.1).

Fr = µ . FN (VI.1)

El coeficiente depende de las carac-terísticas de las superficies metálicas en contacto y del movimiento; ello significa que si las partes no se mueven se denomina "estático", mientras que si están en movi-miento se denomina "dinámico". Siempre la magnitud del primero es mayor que la del segundo y el menor coeficiente posible, aparece cuando ambas superficies son del mismo material.

La fuerza de roce se origina en dos fe-nómenos: la atracción entre las moléculas y la rugosidad de las superficies (figura VI.2, derecha). Al interponer una película de lubricante entre ellas se logra reducir considerablemente esta fricción mecánica.

Cuando se interpone una capa completa de lubricante entre las partes se denomina "lubricación hidrodinámica" (LH) mientras que si se interpone una simple capa de moléculas se habla de "lubricación límite" (LL). Sin embargo, en la mayoría de los casos ocurre una "lubricación intermedia", vale decir se alterna entre hidrodinámica y límite de manera continua.

Entre las causas que modifican el espesor de la capa de lubricante se destaca la velo-cidad relativa entre las piezas en cuestión, mientras que la FN tiende siempre a llevar el espesor de la capa a cero.

Para explicar como y porque se pasa de lubricación hidrodinámica a límite y vice-

versa se analiza un cojinete del árbol de levas, donde el movimiento relativo tiende a arrastrar el lubricante dentro del espacio libre entre las partes en contacto.

Cuando el cojinete del árbol de levas comienza a moverse tiene LL y una vez que alcanza su movimiento normal, ésta pasa a LH. Para el caso del aro de un pistón tiene LH a la mitad de su carrera y pasa a LL al final de ella.

Por ello, en general se acepta que el ma-yor desgaste de las piezas ocurre durante el inicio del movimiento (arranque) y cuando comienza a detenerse.

Sólo en aquellos casos que siempre ocurre "lubricación hidrodinámica" no se produce desgaste pues las superficies nunca toman contacto entre sí.

Viscosidad del lubricante

Sin duda es la propiedad más importante pues con ella se relaciona la integridad con que se mantiene la película de lubricante sobre la superficie metálica.

Cuando se interpone una capa de lubri-cante entre dos superficies, la fuerza de roce (Fr) de la figura VI.2 desaparece y es reemplazada por una fuerza viscosa (Fv) originada en la deformación del fluido. El problema de la deformación y movimiento de un fluido viscoso (lubricante) es similar al esfuerzo cortante y deformación por cizalla.

Para su explicación se asume que el lu-bricante se comporta como un fluido new-toniano y su movimiento tiene lugar entre la pared del cilindro que se encuentra en reposo y el aro del pistón que se mueve con velocidad constante (V).

Se comprueba que el fluido se mueve con la misma rapidez que ambas superficies; así en la superficie del aro la velocidad del fluido es V, mientras que el fluido adyacente al cilindro permanece en reposo. Las velo-

Figura VI.2: aro de pistón

y pared del cilindro en

corte

Figura VI.3: en (a) no hay movimiento, en (b) lubricación intermedia y

en (c) lubricación hidrodinámica.

102


cidades de las capas intermedias aumentan uniformemente desde la superficie del cilindro hacia la superficie de contacto del aro con el fluido (V2 y V1) como se señala en la figura VI.4.

El flujo es laminar pues las capas del lubricante se deslizan una sobre otra y en consecuencia el lubricante se deforma por cizalla conforme continúa el movimiento. Para mantener ese movimiento es necesario ejercer una fuerza constante (F) hacia abajo que se opone a la fuerza viscosa y tiende a arrastrar el lubricante.

La razón entre F y la superficie del aro (A) en contacto con el fluido sobre la que se aplica, se denomina esfuerzo cortante (F/A) ejercido sobre el fluido.

Newton dedujo que la fuerza (F) o esfuer-zo cortante necesario para vencer a Fv para este caso, se expresa:

(VI.2)

dónde:η es el coeficiente de viscosidad del lubrican-te y, h es el espesor de la capa de lubricante entre el cilindro y el aro.

En consecuencia, conforme la viscosidad del aceite es mayor, mayor deberá ser el es-fuerzo cortante (F) y, su magnitud depende fuertemente de la temperatura; razón por la cual el valor de la viscosidad, para un aceite dado, será menor conforme aumente su temperatura y viceversa.

Para aclarar a los usuarios sobre las ca-racterísticas de los lubricantes, la Sociedad Americana de Ingenieros (SAE) ha adopta-

do un sistema para clasificar los aceites de acuerdo con su viscosidad.

A las diferentes viscosidades se les asigna un valor numérico; cuando a este valor se lo acompaña de una letra "W" significa que ese aceite ha sido clasificado en función de su comportamiento a bajas temperaturas. Mientras que en aquellos aceites que llevan el número sin la letra "W" su viscosidad ha sido clasificada a 100 grados centígrados.

Uno de los principales objetivos en la fa-bricación de aceites lubricantes, es reducir la variación de viscosidad con cambios de temperatura.

Los cambios amplios en la viscosidad de un aceite provocados por la temperatura son indeseables, por ejemplo: para un aceite dado un alto valor de viscosidad dificulta el arranque del motor en frío durante el invierno, mientras que un valor bajo podrá solucionar este problema pero una vez que el motor alcance la temperatura normal, será más difícil alcanzar la "lubricación hi-drodinámica".

Los aceites multigrado se desarrollan para mantener alto su índice de viscosidad; así un aceite SAE 10W-40 mantiene el mismo límite máximo de viscosidad que un aceite SAE 10W a 20 grados bajo cero, mientras que su límite inferior de viscosidad será igual al de un aceite SAE 40 a 100 grados centígrados.

Esto se logra luego de agregar a un aceite SAE 10 W, un polímero que se activa con la temperatura. Así cuando el aceite comienza a calentarse, el polímero vincula a las pe-queñas moléculas de aceite en unidades de mayor tamaño para impedir que el aceite resulte más "delgado".

Aditivos del aceite

En los motores modernos se han incre-mentado las temperaturas, las presiones de trabajo y sus partes se mueven a mayores velocidades; todo ello ha resultado en ma-yores exigencias para los lubricantes que no pueden satisfacer enteramente los aceites minerales.

En razón de ello los fabricantes agregan aditivos que permiten dar respuesta a las mayores exigencias. Los más comunes son:• detergentes y dispersantes queman-

tienen en suspensión el carbón y otros precursores.

Figura VI.4: fuerza que

debe aplicarse a un aro de pistón para

moverse.

103


• inhibidores deóxidos queprevienen ycontrolan la oxidación del aceite.

• compuestosalcalinosqueneutralizanlosácidos y previenen la corrosión.

• compuestosparaantidesgasteyantifric-ción que forman capas protectoras de las partes sujetas a desgaste.

• inhibidoresdeóxidosqueprevienenlafor-mación de herrumbre sobre los metales.

• mejoradoresdelíndicedeviscosidadquehacen más fácil el arranque en frío.

• polímeros de siliconas que reducen laformación de gomas.

SISTEMAS DE LUBRICACIÓN

En los motores diesel que equipan los tractores agrícolas se distinguen 3 sistemas de lubricación que, desde los motores más antiguos hasta los más modernos el aceite es distribuido dentro del motor por: salpi-cado, presión y salpicado, totalmente por presión.

Lubricación por salpicado

Sobre una bandeja ubicada justo abajo del cigüeñal se manda aceite por medio de una bomba. Las tapas de las bielas poseen cucharas que mientras giran ingresan dentro de la bandeja se cargan con aceite y salpican el aceite hacia arriba.

Algunas piezas se lubrican por el aceite que les llega directamente, otras se lubrican por gravedad a través de canales que con-ducen el aceite desde pequeñas tazas que previamente se llenaron por el salpicado; las más alejadas como la parte superior de los cilindros y pistones por el lado de aden-tro, se lubrican con el aceite que finamente pulverizan las bielas.

Este sistema requiere que: la bomba funcione permanentemente, la bandeja esté siempre llena de aceite, que éste no sea denso para así facilitar el salpicado y escurrido.

Lubricación por presión y salpicado

Este sistema combinado envía por medio de una bomba el aceite a una canalización principal tallada dentro del bloque del motor.

Desde ella se redistribuye en una serie de canalizaciones secundarias para llevar el aceite finalmente a los cojinetes de bancadas, árbol de levas, de bielas y eje de balancines.

Parte del aceite que escapa de los balan-cines es finamente pulverizado para formar una suerte de niebla que lubrica la cabeza de los cilindros y pistones.

Lubricación totalmente por presión

Este sistema además de llevar el aceite con presión hasta las piezas mencionadas también lo lleva con presión a los muñones del cigüeñal, el eje de balancines y hasta el perno de los pistones, a través de canales tallados dentro del mismo cigüeñal y las bielas. Los pistones y la parte superior de los cilindros se lubrican con el aceite sale de los pernos de pistón.

En este sistema se plantea la exigencia de conducir, filtrar totalmente el aceite e impul-sarlo con alta presión a todos estos sitios; por ello requiere de bombas que lo impulsen a 200 kPa ó a presiones aún mayores.

Figura VI.5: canal principal de lubricación

Figura VI.6: canalización

secundaria en un

balancín de válvulas.

Figura VI.7: canales de lubricación dentro del

cigüeñal.

104


CIRCUITO DE LUBRICACIÓN

El circuito de lubricación típico incluye al menos los siguientes componentes: canales de conducción de aceite, depósito o cárter, bomba, filtros, válvulas, enfriadores de aceite e indicadores de presión (figura VI.8).

Depósito o cárter

El cárter tiene como función principal almacenar el lubricante. Se ubica en la parte más baja del motor y además aloja la bomba, el chupador y, en ocasiones, el enfriador de aceite.

El nivel de aceite debe coincidir con el recorrido de los muñones del cigüeñal a fin de que éstos puedan producir el salpicado en los dos primeros sistemas de lubricación aludidos. Mientras que para el sistema de lubricación totalmente a presión el nivel en el cárter debe permanecer por debajo de la trayectoria de los muñones del cigüeñal para evitar, en este único caso, el salpicado de aceite.

Esta es una de las razones por la cual los fabricantes definen el nivel óptimo de aceite en el depósito y para controlarlo se incluye una varilla para acceder desde el exterior y medirlo (figura VI.17).

Bombas

Las bombas usadas en el sistema de lu-bricación vienen accionadas por el motor mismo y son por lo general de dos tipos: de engranajes y de rotor.

Bomba de engranajesEs la más comúnmente aplicada y consta

de dos engranajes de engrane constante.Uno de ellos, el conductor es accionado

por el árbol de levas, mientras que el con-

ducido gira a expensas del movimiento que le transmite el primero.

Ambos engranajes quedan encerrados dentro de una carcasa o "cartridge" cuya superficie interior y tapas laterales se me-canizan para asegurar el cierre hermético de los dientes en contacto con ellas y evitar la fuga de aceite. Sólo se separan de la car-casa en la entrada y salida del aceite para permitir el flujo.

El aceite queda atrapado entre los dien-tes y es forzado a moverse hacia la salida; mientras el ajuste entre los dientes en la zona central impide que el aceite pueda retroceder.

Bomba de rotorConsta de 3 elementos: un anillo exterior

que permanece estático, un rotor externo con 7 lóbulos y un rotor interno con 6 ló-bulos. Los dos rotores giran solidarios en el interior del anillo.

Como sólo pueden engranar uno de los 7 lóbulos externos con uno de los 6 lóbulos internos, allí se produce el cierre hermético y comienza la admisión o ingreso del aceite a la bomba. Conforme se completa el giro el aceite es arrastrado, comprimido y obligado a salir del cuerpo de la bomba. Este diseño es accionado, generalmente, por el cigüeñal.

Filtros

En razón de que el lubricante al tomar contacto con las piezas móviles del motor, se contamina con carbón, virutas metálicas,

Figura VI.8: partes de un

sistema de lubricación

Figura VI.10: corte de una

bomba de rotor

Figura VI.9: corte de una bomba de engranajes

105


etc., todas partículas que se mantienen en suspensión a fin de ser transportadas, en algún momento será necesario filtrarlo y así mantener su vida útil.

Tal como se ha referido en el capítulo IV a los filtros de combustible (figura IV.4) los métodos de filtrado aplicados para filtrar aceite responden a dos principios: filtrado en superficie y filtrado en profundidad de la unidad filtrante.

Filtrado en superficieSe construye a los cartuchos filtrantes

con diferentes materiales: malla de alam-bre, capas de papel o metal superpuestos, alambre bobinado de tal manera que forme un cilindro, con celulosa y papel plegado.

Su principio de funcionamiento consiste en retener todas las partículas en suspensión cuyo tamaño sea mayor al de los poros de la superficie filtrante. Las partículas así de-tenidas caen al fondo del cuerpo del filtro o quedan incrustadas en sus poros. En este ambos casos comienza la reducción de su vida útil.

En cambio las partículas más finas pasan y permanecen en suspensión dentro del aceite y es la causa de la reducción de la vida útil del lubricante.

Filtrado en profundidadSu principio de operación consiste en ha-

cer pasar al aceite a través de un cuerpo con mayor espesor, mientras se obliga al flujo de aceite a cambiar de dirección varias veces. La masa porosa de la unidad filtrante suele construirse con: fibra de algodón, pulpa de madera, lana, papel y en ocasiones con arena.

Su capacidad de retener impurezas es mayor pues tiene capacidad de filtrar agua o impurezas disueltas en esa agua. Pueden retener por absorción y por adsorción.

En el primer caso las impurezas son atrapadas mecánicamente; en ocasiones el material filtrante tiene tratamiento químico para fijar y separar otros contaminantes. Contienen en su cuerpo arcillas grasas, car-bón activado, etc.

Mientras que los que filtran por adsorción retienen además, productos de la oxidación y envejecimiento del lubricante. Sin em-bargo, algunos presentan el inconveniente de retener también los aditivos del aceite, razón por la cual su aplicación ha sido res-tringida.

Sistemas de filtrado

De acuerdo con lo discutido hasta aquí queda claro que conforme el aceite es filtrado, la retención de partículas dentro de los filtros restringe progresivamente el flujo, lo que deriva en reducción de la presión y del caudal, mientras se atraviesa los cartuchos.

Así se visualizan claramente los dos in-convenientes principales, por un lado la vida útil de los filtros es limitada y una vez que ha llegado a su fin aparece el riesgo cierto de que impida al aceite llegar a las partes móviles del motor.

Por ello los fabricantes construyen distin-tos sistemas de filtrado del aceite, adecuados a los diferentes sistemas de lubricación antes aludidos, que permiten salvar el segundo inconveniente por ser el más grave.

Si bien los diseños aplicados son varios, de acuerdo a sus principios se distinguen dos tipos principales: con paso en derivación y con paso total.

Filtrado con paso en derivaciónConcretamente se refiere al paso del acei-

te a través del filtro. En este caso el aceite luego de ser impulsado por la bomba llega a los cojinetes directamente y sólo un 15 a 20 % pasa por el filtro.

Figura VI.11: esquema del

filtrado en superficie (izq.)

y en profundidad(-der.)

Figura VI.12: esquema de

paso en derivación

106


Como sólo una parte del aceite es filtrado se prolonga la vida útil del filtro y se asegura que, en caso de obstruirse el cartucho, siem-pre llegará aceite a los movimientos.

Además ofrece la ventaja de que el flujo de aceite impulsado por la bomba es mucho mayor que el filtrado, por ello no se res-tringirá en ningún momento la presión de lubricación, aún cuando esté tapado.

Su principal desventaja reside en la nece-sidad de cambiarlo estricta y periódicamente para evitar que deje de filtrar.

Obviamente este sistema de filtrado se adaptará al sistema de lubricación por sal-picado y el combinado.

Filtrado con paso totalTambién en este caso su nombre se refiere

al paso del aceite a través del cartucho. En este sistema el circuito de lubricación es uno solo pues la bomba envía todo el aceite pri-mero al filtro y desde allí a los movimientos de motor.

Mientras el filtro es nuevo, la caída de presión al atravesarlo es mínima. Conforme comienza a acumular partículas y obstruir-se, la caída de presión aumenta y crece la restricción que impone al paso del aceite.

Para salvar este inconveniente el fabri-cante coloca una válvula que dejará pasar aceite, cuando se obstruya, sin filtrar hacia los movimientos y así salvar el riesgo de daños por falta de lubricación. La válvula puede estar ubicada dentro del filtro (figura VI.13) o puede estar montada en la base que soporta el filtro (figura VI.15).

Su ventaja reside en que todo el aceite es filtrado y por ello se adapta bien a las exigencias del sistema de lubricación total-mente por presión.

Su desventaja deriva de la necesidad de emplear filtros más caros cuya válvula funcione sin problemas o sino la exigencia de mantener la válvula en correcto funcio-namiento.

Válvulas

Las aplicaciones principales de las válvu-las en un sistema en el que circula aceite a presión son dos: limitar la presión y derivar el aceite en los filtros, radiadores, etc.

Válvulas limitadoras de presiónSu finalidad es mantener constante la

presión dentro del circuito, en particular cuando la bomba pueda sobrepasar los lí-mites máximos definidos por el fabricante. Ello puede ocurrir cuando el motor acciona a la bomba a alto régimen de giro o en casos que ocurra alguna oclusión en el sistema.

Su principio de funcionamiento es sen-cillo, presenta una bolilla o un cono que se apoya, trámite un resorte, sobre el orificio de paso de fluido e impide su circulación (figura VI.14 izquierda). Cuando la presión de éste supera a la que ejerce el resorte la bolilla se retira y deja el paso libre al lubri-cante (figura VI.14 derecha).

En el mantenimiento del sistema se inclu-ye el control de su regulación a efectos de asegurarse su correcto funcionamiento, es decir que trabaje a la presión definida por el fabricante. Esta tarea debe ser realizada por un mecánico especializado y requiere del empleo de un manómetro.

Válvulas de derivaciónSu utilidad ya fue aludida cuando se trató

los sistemas de filtrado (figura VI.13).

Su principal función es ofrecer seguridad al sistema, toda vez que los filtros pueden

Figura VI.13: esquema de

paso total

Figura VI.14: esquema de una

válvula limitadora cerrada (izq.) y

abierta (der.)

Figura VI.15: válvula de de-rivación ubica-da dentro del filtro o sobre

su cabezal.

107


taparse. Es común aplicarlas también en los radiadores de aceite por idénticos motivos.

Radiadores de aceite

En la actualidad es común montar radia-dores de aceite en los motores a fin mante-ner la temperatura del lubricante dentro de los parámetros normales.

Los motores de baja cilindrada refrige-rados por agua suelen ubicarlo dentro del cárter de aceite, mientras que los de mayor cilindrada lo ubican junto al block del mo-tor. En cualquiera de los dos casos el aceite intercambia calor con el líquido refrigerante del motor a través de un radiador, dentro del cual éste circula para luego dirigirse al radiador del sistema de refrigeración (figura V.2).

En el caso particular de los motores re-frigerados por aire el aceite cumple un rol fundamental en la refrigeración de sus par-tes. Como se mencionara en el capítulo V, el lubricante se encarga de refrigerar el tercio inferior de los cilindros y en razón de ello eleva su temperatura muy por encima de lo que llega en un motor refrigerado por agua.

Tan es así que en ocasiones se llega a comprometer la viscosidad del aceite y por lo tanto su capacidad de alcanzar la "lu-bricación hidrodinámica". Esta es la causa por la cual los fabricantes de estos motores montan un radiador de aceite dentro de la guía de aire del sistema de refrigeración (figura V.14).

MANTENIMIENTO DEL SISTEMA

Sustitución del aceite del motor

Es esta una operación que debe llevarse a cabo según las indicaciones del fabricante del motor o bien, si faltan datos, en gene-ral cada 150 horas de funcionamiento del motor.

Para los motores Diesel deben ser utiliza-dos aceites del tipo H.D. - Heavy Duty (para trabajos pesados) de alto poder detergente que tenga el grado de viscosidad SAE indi-cada por el fabricante del motor.

Conviene tener en cuenta como criterio general que en los motores nuevos o que han sido reparados corresponde utilizar el

grado fluido (SAE 20) o semifluido (SAE 30) tanto en verano como en invierno. Y pasar a la adopción de los grados viscosos (SAE 40) recién cuando a raíz del desgaste por funcionamiento, aumenten los juegos entre los órganos del motor y al solo efecto de reducir el consumo de aceite.

Sustitución del filtro de aceite del motor

Esta es una operación muy sencilla y debe ser efectuada cada 300 horas de trabajo.

En general, la sustitución del filtro se realiza cada dos cambios de aceite.

Una vez retirado el cartucho (2 figura VI.16) debe limpiarse el cabezal (3 figura VI.16) sobre el que se ajustará el cartucho; antes de montarlo conviene mojar con aceite limpio su sello de goma (1 figura VI.16) a fin de asegurar un asiento hermético.

Una vez terminada la operación de cam-bio del filtro, corresponde, poner en marcha el motor por un período de tiempo breve; luego de pararlo, se controlará el nivel de aceite con la varilla correspondiente (1 fi-gura VI.17) se añadirá el faltante entre el mínimo (3 figura VI.17) y el máximo (4 figura VI.17) de la misma varilla. Esta operación es necesaria porque, al montar un filtro nuevo, el mismo necesita llenarse con aceite junto con los canales de lubricación (figuras VI.5 y VI.6).

Se recomienda desmontar y lavar con solvente el tubo de respiración del cárter (1 en la figura VI.18) del motor una vez al año. En caso de descuidarse esta labor se corre

Figura VI.16: montaje

correcto del cartucho filtrante

Figura VI.17: boca de llenado

y varilla para controlar el

nivel de aceite

108


el riesgo ante su eventual oclusión, que la compresión que pasa al cárter desde los cilindros, ocasione daños al tener impedida su salida al exterior del cárter.

Resulta muy conveniente revisar a las vál-vulas al menos una vez por año. Esta tarea implica revisar la tensión de sus resortes, limpiar los orificios, revisar el estado de las bolillas o conos y controlar la presión de fun-cionamiento por medio de un manómetro.

Por último, un aspecto que no deberá descuidarse es la limpieza exterior del radia-dor de aceite, a fin de que no se interrumpa el paso del aire y se limite su capacidad de refrigeración.

Depósito y manejo de lubricantes

Los tambores y recipientes deben ser mantenidos bajo techo a cubierto de las inclemencias climáticas.

Se procurará mantener los tambores sobre listones en posición horizontal de modo que el lubricante selle los tapones de salida y así:• evitarlaacumulacióndeaguadelluviay

polvo sobre los cabezales.• evitarqueporlasdiferenciasdetempe-

ratura y presión que los recipientes "res-piren" al desalojar aire durante el día y aspirar a la noche con bajas temperaturas introduciendo humedad.Debe evitarse el contacto con substancias

corrosivas como fertilizantes o agroquímicos y revisar el estado de los tambores periódi-camente para asegurarse de:• extremarloscuidadosconlasgrasasque

suelen ser mas sensibles a las altas tempe-raturas con separación de aceites, razón

por la cual estos envases nunca deberían quedar expuestos al sol.

• que los envasesmaspequeñospara elfraccionamiento y transporte en pocas cantidades estén limpios y tapados para evitar su contaminación con agentes externos como agua y polvo. Para su lim-pieza deben usarse trapos que no dejen fibras ni pelusas.

RECOMENDACIONES

¿Qué indica la presión de aceite?La presión de aceite sirve como un medio

de control de su circulación por el motor. Debe verificarse que se sobrepase un valor mínimo a fin de garantizar la llegada del lubricante a todas las partes en movimiento. Por este motivo los fabricantes de motores incluyen una luz testigo que se enciende cuando la presión no alcanza el valor mí-nimo.

Por el contrario un valor muy alto de presión no significa, necesariamente, que la lubricación se cumpla adecuadamente, ya que en ocasiones se produce al usar aceites muy pesados, válvulas limitadoras con desempeño incorrecto, etc. Por ello se recomienda incluir en el tablero del tractor un manómetro para medir la presión en todo momento.

¿Un aceite más viscoso mejora la lubri-cación?

La utilización de aceites de mayor visco-sidad como por ejemplo un SAE 50 en lugar de uno SAE 30 producirá una mayor presión en el manómetro indicador. Sin embargo en el momento de arranque con el motor frío el aceite tardará más tiempo en pasar de lubricación límite a hidrodinámica, con los desgastes consecuentes. Conviene recordar que durante el arranque se produce un des-gaste equivalente a muchas horas de trabajo continuo del motor.

¿Se pueden mezclar los aceites?Según las recomendaciones e indicacio-

nes dadas por los fabricantes de lubricantes se puede agregar, sólo en caso de necesidad, un aceite diferente al usado. En ese caso deberá elegirse un aceite de tipo común sin aditivos.

Figura VI.18: respiradero del cárter

sistema de refrigeraciÓn del motor

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