Base de conocimiento
Un motor convierte en trabajo aproximadamente un tercio de su combustible; el resto es calor, y el sistema de refrigeración existe para que ese calor no se quede en el metal. Lleva el calor de las paredes y las culatas de los cilindros, del aire de admisión comprimido, del aceite lubricante y a veces del combustible, lo bombea hasta un radiador y lo cede a la atmósfera. Esta guía explica las partes de un sistema de refrigeración de motor, lo que hace cada circuito y por qué el radiador se diseña con las cifras del fabricante del motor y no con una regla empírica.
De dónde viene el calor
La combustión calienta las camisas de los cilindros, las culatas y las válvulas de escape; el agua de camisas que circula a su alrededor se lleva ese calor y mantiene el metal dentro de sus límites - el circuito del agua de camisas es el más antiguo y sigue siendo el mayor. El turbocompresor comprime el aire de admisión y lo calienta hasta 150 °C y más; enfriarlo en el enfriador del aire de sobrealimentación lo hace más denso, lo que le da al motor su potencia nominal y mantiene bajas las temperaturas de combustión y los óxidos de nitrógeno. El aceite lubricante recoge calor de los cojinetes y de los pistones y se enfría en el enfriador de aceite. El combustible, en algunos motores, vuelve caliente de los inyectores y también se enfría.
En conjunto, el refrigerante se lleva aproximadamente tanta energía como la que el motor entrega en el eje: un motor de 1.000 kW cede a su refrigerante del orden de 400 a 700 kW según el motor, los circuitos y la potencia nominal. La hoja de datos del motor da las cifras exactas.
Uno o dos circuitos: HT y LT
Los motores pequeños y medianos usan un solo circuito. La bomba impulsa el refrigerante a través del motor; un termostato mantiene la salida entre 85 y 95 °C enviando más o menos caudal al radiador; el enfriador del aire de sobrealimentación es aire-aire delante del radiador o va en el mismo circuito de agua. Los motores grandes - desde unos pocos cientos de kilovatios - dividen la refrigeración en un circuito de alta temperatura (HT) para las camisas y la primera etapa del aire de sobrealimentación a 90-100 °C y un circuito de baja temperatura (LT) para la segunda etapa del aire de sobrealimentación y el enfriador de aceite a 45-60 °C, cada uno con su propia bomba, termostato y límites.
La división existe porque el aire de sobrealimentación debe acabar mucho más frío de lo que el agua de camisas puede dejarlo. La temperatura de retorno del circuito LT es, por tanto, cercana a la temperatura ambiente en un emplazamiento caluroso, y eso es lo que convierte a la batería LT en la crítica en el diseño de un radiador.
Bombas, termostatos, presión y refrigerante
La bomba accionada por el motor tiene una altura manométrica fija, y el fabricante del motor indica cuánta puede utilizarse fuera del motor: la pérdida de carga externa máxima. Los termostatos se abren con la temperatura y dirigen el refrigerante al radiador o de vuelta a la bomba; un motor frío se calienta rápido, uno caliente recibe todo el radiador. El sistema se presuriza con un tapón en el tanque de expansión, que eleva el punto de ebullición y cobra importancia en altitud. El refrigerante es una mezcla de agua y glicol con inhibidores, especificada por el fabricante del motor para la protección contra heladas, la corrosión y la cavitación; el porcentaje de glicol cambia la capacidad calorífica y la viscosidad y es un dato de entrada del diseño del radiador.
El radiador cierra el circuito
Haga lo que haga el motor con su calor internamente, este termina en el radiador: un intercambiador de calor refrigerado por aire con tubos aleteados y ventiladores, montado en el bastidor del grupo electrógeno con un ventilador accionado por correa o instalado de forma remota con ventiladores eléctricos. El radiador se diseña según la hoja de datos del motor - calor, caudal, temperaturas, pérdida de carga por circuito - para la temperatura ambiente y la altitud del emplazamiento, y un radiador LT/HT lleva ambos circuitos en una misma carcasa con la batería LT primera en el aire. TECS diseña y fabrica estos radiadores para motores de cualquier marca; envíe la hoja de datos del motor y las condiciones del emplazamiento y el diseño volverá como una propuesta.
En resumen
- Fuentes de calor: camisas de los cilindros, aire de sobrealimentación, aceite lubricante, a veces combustible
- Un circuito en los motores pequeños; circuitos HT y LT en los grandes
- HT en torno a 95 °C para las camisas, LT en torno a 50 °C para el aire de sobrealimentación y el aceite
- La altura de la bomba, los termostatos, el tapón de presión y la mezcla de glicol fijan los límites
- El radiador se diseña según la hoja de datos del motor para las condiciones del emplazamiento
- TECS fabrica radiadores montados en el motor y remotos, de circuito único o LT/HT
Qué incluir en la consulta
- Marca, modelo y potencia nominal del motor
- Hoja de datos de refrigeración: calor, caudal, temperaturas y límite de pérdida de carga por circuito
- Mezcla de refrigerante prescrita por el fabricante del motor
- Temperatura ambiente, altitud y humedad del emplazamiento
- Instalación: bastidor, sala de máquinas, contenedor, exterior
- Límite sonoro y la distancia a la que se aplica
Preguntas frecuentes
¿Por qué un motor grande tiene dos circuitos?
Porque el aire de sobrealimentación necesita enfriarse hasta unos 50 °C para la potencia nominal y las emisiones del motor, y el agua de camisas a 95 °C no puede hacerlo. El circuito LT hace el trabajo frío y el circuito HT el trabajo caliente.
¿Qué ocurre si el refrigerante se calienta demasiado?
La protección del motor reduce la carga y después lo para. Antes de eso, el aceite se adelgaza, el aire de sobrealimentación se calienta y la potencia cae. Un radiador demasiado pequeño para el emplazamiento se manifiesta así en el primer día caluroso.
¿Pueden los circuitos LT y HT compartir un radiador?
Sí - la disposición habitual es una carcasa con dos baterías separadas, la batería LT primero en la corriente de aire. El refrigerante de los dos circuitos nunca se mezcla.
¿Forma el radiador parte del paquete del motor?
Un radiador montado en el motor viene con el grupo electrógeno de su fabricante. Un radiador remoto se diseña por separado según la hoja de datos del motor, por un fabricante de radiadores como TECS, para la instalación.
¿Cuánto calor va al refrigerante?
Del orden del 40 al 70 % de la potencia en el eje, según el motor y los circuitos. La hoja de datos del motor da la cifra por circuito a la potencia nominal; es el primer dato de entrada del diseño del radiador.
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