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Autor Tema: Termostato si, termostato no. Por el Ing. Garibaldi  (Leído 14078 veces)
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gaby
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« : Septiembre 26, 2011, 06:38:20 »

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Para no generar polemicas no voy a opinar al respecto, es por eso que acudo a la palabra autorizadisima del Ingeniero Garibaldi. Esta busqueda fue inspirada en el MP que me mando uno de los mas activos y comprometidos usuarios de este foro Comparto con Uds. esta informacion que encontre.
http://www.importracer.com.ar/vb/showthread.php?t=14192

Enfriamiento de un Motor. por el Ing. Garibaldi
Hoy tengo pensado aclararle algunos conceptos sobre como funciona el sistema de enfriamiento de un automotor, y para ello creo que antes de ponernos a hablar de fierros sería importante refrescar algunos conocimientos de física referentes al significado de calor y de temperatura. Solemos confundir uno con otro. El calor es una forma pura de energía en tránsito, y la manifestación del calor que perciben nuestros sentidos es la temperatura. Si a mi se me ocurre enfriar un alfiler calentado al rojo (750ºC) me bastará con soplarlo o con una simple gotita de agua, pero si quiero enfriar un lingote de acero calentado a 750ºC voy a necesitar bastante mas que soplar o echarle gotitas de agua. Ambos están a la misma temperatura pero evidentemente la cantidad de calor que contienen es muy diferente.

Aquí interviene el concepto de masa o de cantidad de material, del tipo que sea. No voy a necesitar la misma cantidad de calor para que hierva un vaso para preparar té, que 5 lts de agua para preparar los ravioles. En ambos casos se llegará a 100ºC pero la cantidad de calor requerida será totalmente diferente. Creo que ahora queda claro la diferencia entre calor y temperatura. Este concepto lo manejaremos frecuentemente y es bueno hablar con propiedad.

La manera de referirse formalmente a la familia de motores que impulsan nuestros automóviles, es llamarlos máquinas térmicas de combustión interna. Ello significa que son máquinas dentro de las cuales se genera y controla un proceso de combustión, con la consecuente generación de calor. Parte de ese calor es aprovechado para generar el trabajo que moverá nuestro motor y el vehículo que impulsa.

Para iniciar el estudio de como trabajan nuestros bien amados motores, comenzaremos de afuera hacia adentro, comenzando con el sistema de enfriamiento.

Tal como Vd. debe saber, una vez que arrancó, su motor comienza a calentarse. El asunto es hasta donde puede elevar su temperatura, quién la controla, y como. En nuestro anterior artículo mencionábamos que de la energía que le llega a un motor de encendido por chispa solo, y en el mejor de los casos el 35% se aprovecha, y para los diesel en el orden del 40%. El resto se elimina en calor transferido al medio ambiente. Porqué ocurre de esta manera, y se aprovecha tan poco en este tipo de motores, será tema para otro momento.

La pregunta de este tema es: ¿como se transfiere el calor al medio ambiente ? ¿Como se elimina ese 65% o 60% de calor que no utilizamos?.

Veamos primero como se distribuye: de un 30% a un 35% se va con los gases de escape, de un 15% al 20% se elimina por medio del radiador y del 10% al 15% se eliminará por radiación. Analicemos un poco esta distribución.

Lo que le estoy tratando de expresar es que por cada litro de nafta o gasoil que Vd. carga aprovechará un poco menos de medio litro en impulsar su vehículo, y el otro medio litro y pico restante se estará yendo alegremente con los gases calientes del escape y el aire que enfría al radiador y al motor. Los motores con turbo y los sistemas regenerativos de escape están tendiendo a mejorar esto, ya hablaremos de ello.

Veamos que se elimina por radiación un poco mas en detalle. El aceite caliente impregna el motor interiormente, a veces toma calor de las partes mas calientes, pero siempre trata de calentar las mas frías. Las partes de menor temperatura, lo son generalmente porque tienen posibilidades de transmitir calor, de eliminarlo, y es por ello que bajan su temperatura. Las paredes la superficie exterior del cárter y del block tienen esa particularidad. Al estar expuestas al aire eliminan calor por conducción del metal al aire, y por simple radiación al igual que una estufa de rayos infrarrojos.
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gaby
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« Respuesta #1 : Septiembre 26, 2011, 06:38:58 »

Todo el calor que el lubricante acumule, que no es poco, deberá transferirse al agua del circuito de enfriamiento a través de las paredes internas del block, o no tendrá otra alternativa que hacerlo por radiación a través del propio block o del cárter. En realidad es una combinación de ambas cosas, una porción menor va al circuito de agua y la mayor parte se irradiará. El famoso cárter no es mas que un depósito, situado en la parte mas baja del motor, y destinado a recibir todo el aceite que luego de haber lubricado y quitado calor en las partes lubricadas cae a el. Se deposita, y es tomado por el chupador de la bomba de aceite, filtrado, y nuevamente introducido en el circuito de lubricación. El asunto es que cuando el aceite cae al cárter, es el momento en que acumuló la máxima cantidad de calor, o sea cuando alcanza su máxima temperatura. Habitualmente por debajo del auto o del vehículo en general circula aire a velocidad. El cárter generalmente está expuesto a esta corriente de aire, por lo que esta en condiciones de cederle calor al aire.
Recordemos que una de las leyes mas elementales de la física es que el calor siempre pasa de los cuerpos a mayor temperatura a los de menor temperatura. En este caso el de mayor temperatura es el cárter (y su contenido: el aceite) y el de menor temperatura es el aire. De esta forma el aceite transfiere calor al cárter y este a la atmósfera.

Y fíjese que las cosas comienzan a tener sentido, porque el chupador de aceite de la bomba esta casi siempre pegado a la pared inferior del cárter, en la zona mas baja de este, y ello no solo se debe a que de esa forma se asegura tener siempre aceite para succionar, pese a las sacudidas propias del auto, sino que además lo esta tomando de la zona mas fría del cárter, la mas baja y próxima a la pared que intercambia calor con el aire. También se explican los cárteres con aletas externas, ya que estas lo que logran es presentar una mayor superficie al aire con la consecuente mejora en la disipación de calor. Es importante hasta el color del cárter, y no crea que los estoy cargando, ya va a ver.

Todo el resto del motor que internamente está en contacto con aceite caliente y exteriormente con el aire también contribuye a reducir la temperatura del lubricante. Y aquí viene lo del color. Como Vd. se habrá dado cuenta , sobre todo en verano, la ropa blanca resulta indudablemente mas fresca que la obscura, o en el auto claro se sienten menos los efectos del sol que en el negro. Esto se debe a que los cuerpos claros, en particular los metalizados y blancos, tienden a rechazar el calor, mientras que los obscuros, el negro en particular, tienden a absorberlo. Los astronautas no tienen esos maravillosos trajes plateados porque quedan lindos, si fueran de otro color, particularmente negros, se achicharrarían en pocos segundos. Los paneles solares que buscan captar calor son negros.

Para que le cuento todo esto: para que nunca se le cruce por la cabeza pintar un motor de plateado o de blanco, en particular con pintura para alta temperatura. Si lo hace no permitirá que el calor se transmita al aire, y casi con seguridad que le va a hervir todo. Gran parte del calor que se tendría que eliminar por radiación no lo podrá hacer y tratará de evacuarse por el sistema de enfriamiento de agua, sobrepasará la capacidad de este de eliminarlo, se comenzará a acumular y a elevar la temperatura del motor, ....y a otra cosa.

Los fabricantes no pintan sus motores de negro para estar a la moda o para disimular las pérdidas de aceite y suciedades. Lo hacen, entre otras razones, para favorecer la irradiación de calor al medio. ¿Me cree ahora lo del color del cárter?.

Que pasa cuando el motor recién arranca y tanto el agua como el aceite están fríos queda reservado para el momento en que hablemos del sistema de lubricación y del de inducción. Veamos ahora que sucede con el sistema de enfriamiento por líquido. Por el dijimos que deberá transferirse al aire del 15 al 20% del calor generado. ¿Como funciona?. Es simple. Las partes del motor que están mas expuestas al calor, las mas cercanas a la combustión y a los gases calientes, son la cámaras de combustión en la tapa de cilindros, los conductos de escape y los cilindros propiamente dichos del block de motor.

Estos componentes poseen cámaras a su alrededor, llamadas cámaras de agua, por las que circula el líquido refrigerante, que se ocupa de mantener las partes que baña dentro de valores de temperatura requeridos para el funcionamiento óptimo del motor. Para hacerlo debe captar calor, y transportarlo al radiador donde se producirá el intercambio con el aire. ¿Como circula el refrigerante dentro del motor? Para ello está nuestra vieja conocida la bomba de agua, ella se ocupa de hacerlo. Toma refrigerante de la parte inferior del radiador (zona de menor temperatura) y la introduce dentro del block obligándolo a recorrer todas las cámaras del block y la tapa. La distribución de liquido por dentro de las cámaras de agua debe ser cuidadosamente estudiada. Se debe lograr una temperatura de trabajo uniforme en todo el motor y evitar que existan zonas de estancamiento.

El líquido refrigerante al no poder circular se sobrecalentaría alcanzando la temperatura de ebullición, formando bolsas de vapor que provocarían el colapso de todo el sistema. Y vino bien la aclaración, porque no se si usted sabía que el sistema de enfriamiento por líquido trabaja presurizado, con un efecto parecido al de la olla a presión. Al presurizar el sistema se eleva la temperatura de ebullición en unos 15 a 20ºC, aumentando de esa forma la capacidad del sistema de transportar calor sin que el refrigerante comience a hervir. Por no conocer este fenómeno es que muchos se han quemado gravemente al retirar la tapa del radiador con el motor caliente. Al detener un motor cesa de trabajar la bomba de agua y disminuye casi totalmente la circulación de líquido por el motor y el radiador.
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« Respuesta #2 : Septiembre 26, 2011, 06:39:45 »

Al detener el motor y cesar la circulación de refrigerante impulsado por la bomba, por el radiador, se reduce al mínimo su posibilidad de evacuar calor, y dado que la masa metálica del motor está a temperaturas todavía altas sigue transfiriendo calor a dicho refrigerante. El refrigerante tiende a elevar su temperatura por encima de los 100ºC y allí es donde se requiere la presurización para evitar que hierva. Al retirar la tapa presurizada de un radiador que tiene refrigerante a mas de 100ºC, este queda expuesto a la presión atmosférica con lo cual inmediatamente hierve, con las terribles consecuencias que conocemos.

Y ahora llegamos a la vedette de todos los sistemas de enfriamiento: nuestro buen amigo el termostato.

Si alguien le recomienda que para mejorar el sistema de enfriamiento hay que eliminar el termostato, póngalo en la lista negra. Son contadísimos los casos en que se justifica extraerlo, en realidad solo es necesario cuando se rompe e impide definitivamente en paso del agua. Extraerlo porque si es algo parecido a que lo operen para sacarle un pulmón porque está resfriado. Si hay una elevación anormal de temperatura se deben buscar las causas de ello, y eventualmente reemplazar el termostato, jamás eliminarlo.

Ante todo: ¿sabe para que sirve el termostato?.

El sistema de enfriamiento maneja aproximadamente el 20%. El fluido refrigerante del circuito se ocupa de captar ese calor y llevarlo hasta el radiador, donde es eliminado por el aire que pasa a través de el. En el caso de los motores enfriados por aire, se evacua directamente a través del aletado de los cilindros, pero también tiene sus trampas, que ya veremos mas adelante. Hasta aquí todo muy fácil y sencillo, pero existen dos problemitas muy interesantes: ¿Como me las arreglo cuando arranco y el motor está frío, sobre todo en invierno, para que se caliente lo mas rápidamente posible.? ¿Como hago una vez que el motor tomó temperatura para que mantenga dicha temperatura constante, y en el entorno ideal.?

La cantidad de aire que pasa por el radiador es variable en función de la velocidad, lo cual varía su capacidad de disipar calor, y también es variable el calor generado por el motor, que depende de las vueltas a que esté girando y de la potencia que se le solicite.

Con dos variables que cambian constantemente cabe la segunda pregunta: ¿como hago para que el motor mantenga una temperatura constante en el entorno ideal.? Como en las series de televisión cuando la cosa se había puesto difícil llegó el muchachito: EL TERMOSTATO. De igual forma que el muchachito de muchas pelí-culas, el amigo termostato es un incomprendido al cual se le cargan culpas ajenas, y que en muchas ocasiones es condenado al destierro por los que no lo quieren y no lo comprenden.

Bajemos de Hollywood al motor de nuestro auto, hablemos un poco en serio y veamos para que sirve este aparatito: Se ocupa de que el motor se caliente lo mas rápidamente posible, y de mantener la temperatura del mismo dentro del rango ideal para su óptimo funcionamiento. ¿Como lo logra?. Para entenderlo vamos a ubi-carnos en el circuito de enfriamiento.

Como usted seguramente sabe, el circuito de enfriamiento está compuesto por las cámaras de agua del motor y la tapa de cilindros, que es donde el refrigerante capta el calor en exceso del motor, por la bomba de agua, por las cañerías para conducción de líquido y por el radiador.

Existe generalmente otro circuito anexado a este que es el de calefacción, pero no nos interesa por ahora y podemos prescindir de el. A todo esto se suma nuestro amigo el termostato, de ocupación misteriosa por ahora.

Volvamos a los dos problemas que mencionamos al principio y tratemos de usar el razonamiento. ¿Porque es necesario que el motor se caliente lo antes posible?, y ¿cual sería la manera mas rápida de lograrlo actuando sobre el sistema de enfriamiento? La respuesta a la primera parte de la pregunta es que:
Para lograr una buena combustión, el combustible en el interior del cilindro debe estar totalmente en forma de vapor, y para ello es necesario que el recinto donde se quema la mezcla esté previamente calentado.

La respuesta a la segunda pregunta es obvia: si pretendo que el motor se caliente lo mas rápidamente posible, debo limitar la acción del sistema del enfriamiento. Esto se podría lograr, por ejemplo, interrumpiendo el sumi-nistro de refrigerante desde el radiador al motor, y dejando que circule nada mas que el liquido que quedó dentro del motor hasta tanto alcance la temperatura adecuada. Muy sencillo. ¿Como puedo lograr además que una vez que el motor se calentó, se mantenga a temperatura mas o menos constante, independientemente de la velocidad a que se desplaza el automóvil y de la potencia que esté generando el motor?. Una forma muy fácil sería la de ir agregando agua fría al circuito del motor en la medida que haga falta, a la vez que le quito agua caliente, pero siempre en la medida de lo necesario para que la temperatura del motor se mantenga constante. De nuevo muy sencillo. Muy sencillo de decirlo, pero ¿quién se puede ocupar de cumplir estas funciones? ¡Quién otro que no sea nuestro buen amigo El Termostato!.
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« Respuesta #3 : Septiembre 26, 2011, 06:40:15 »

Tal como usted puede apreciar las funciones de este noble y castigado aparatito son de muchísima importancia, por eso cuando algún innumerable le sugiera eliminarlo elimine de su lista al innombrable.

El dichoso termostato no es ni mas ni menos que una válvula automática, que está sensando permanentemente la temperatura del agua que circula por el motor, y que se abre para dejar salir refrigerante caliente del circuito y hacia el radiador, cuando esa temperatura excede ciertos límites, que generalmente está en el orden de los 80 a 90ºC. El termostato está intercalado entre el circuito del motor y el del radiador.

Funcionalmente el líquido a alta temperatura liberado ingresa en la parte superior del radiador y circula a través de este, cediéndole calor al aire y bajando su temperatura hasta alcanzar la parte inferior del radiador, de don-de nuevamente ingresa al motor. Es así de fácil. En la medida que la temperatura del circuito del motor tienda a aumentar, el termostato libera refrigerante caliente y simultáneamente el radiador provee al circuito de la misma cantidad, pero ya enfriado. Y todos en paz funcionando correctamente.

Cuando usted observa que la temperatura de su motor se escapa por encima de los niveles habituales, en con-diciones de marcha ya conocidas, no acepte que se lo solucionen aumentando el flujo de refrigerante por medio de retirar el termostato, sino que deben buscarse las causas de esa elevación anormal de temperatura y elimi-narlas. Quitar el termostato para hacer descender la temperatura, sería algo así como bajarle la fiebre a un enfermo de neumonía sin atacar la enfermedad. No se trata de eliminar los síntomas sino de atacar el problema en sus orígenes. Todos los autos actuales están capacitados para trabajar sin inconvenientes en el orden de los 90 a 95ºC, y han sido ensayados para funcionar correctamente bajo condiciones particularmente severas de clima cálido, como también lo están para climas fríos. Mientras la aguja de temperatura no alcance la zona roja del indicador de temperatura la cosa está bajo control.

Solo condiciones muy excepcionales de uso pueden requerir alteraciones en el sistema de enfriamiento.

Veamos algunas de las bellezas que le suceden si elimina el termostato. En climas muy cálidos el asunto puede no ser tan grave, con excepción del tiempo de calentamiento, que se prolongará cinco a diez veces mas de lo normal. En climas normales y fríos las consecuencias serán desastrosas. Seguramente nunca se llegará a la temperatura de régimen, evidenciándose ello en un prematuro desgaste del motor, en excesivo consumo y el funcionamiento irregular, principalmente en las aceleraciones.

Lo anterior, como ya dijimos, se debe a que al estar fríos los cilindros y la cabeza de cilindros, dentro de la cámara de combustión no se dan las condiciones de temperatura necesarias para que se vaporice la mezcla, con la mala combustión consecuente y la mezcla sin quemar que se adhiere a los cilindros. Ese combustible sin quemar, prácticamente elimina las posibilidades de lubricación de aros, generándose un descontrolado desgaste de los mismos y de los cilindros.

Si suponemos que la relación de aire y nafta que ingresa a los cilindros está correctamente balanceada para el funcionamiento en caliente, pero que una parte del combustible se condensa y no esta en condiciones de que-marse, en realidad la mezcla que si puede quemarse se ha empobrecido por falta de combustible, dado que la cantidad de aire no se alteró. Como usted sabe las mezclas muy pobres queman muy lentamente o directamen-te no se inflaman, consecuentemente si usted intenta acelerar un motor frío sin enriquecer la mezcla seguramente se producirán fallas. Como si todo esto fuera poco, en el motor frío, el combustible no quemado o mal quemado se transforma en gases tóxicos emitidos por el escape, y en fluido que va a para al cárter diluyendo el aceite, pudiendo llegar a comprometer al mismo.

Y la cosa no termina allí, porque uno de los subproductos de la combustión de las naftas es el agua en forma de vapor. Cuando el motor está frío el sellado de los aros es malo, y como consecuencia de ello parte de los gases de la combustión pasan a través de ellos hacia el cárter. Si el motor está frío el vapor de agua se condensa y forma agua. Otro subproducto de la combustión son los óxidos de nitrógeno, y si hubiera algo de azufre los óxidos de azufre, y si usted disuelve óxidos de nitrógeno o de azufre en agua generalmente obtiene ácidos nítrico y sulfúrico, que tienen la pésima costumbre de corroer casi todo lo que se ponga a su alcance.

Moraleja: el motor debe funcionar cuanto antes en la temperatura adecuada, con el aceite en las proximidades de los 100ºC para que el agua no tenga posibilidades de condensarse. Además, a motor frío aceite frío, y aceite frío significa alta viscosidad o resistencia inútil al movimiento de las piezas internas del motor. Probablemente todo lo anterior esté tirando por la borda algunos conceptos que usted tenía como validos, pero créame que es como le digo. Y si no me cree piense porqué todos los fabricantes de automóviles diseñan sus circuitos de enfriamiento para que calienten lo mas rápidamente posible y funcionen siempre en el orden de los 90 a 95ºC.

Otra costumbre muy arraigada es a la mañana, cuando arranca el auto para irse a su trabajo, sacar el cebador, arrancar el motor y dejarlo acelerado para que caliente antes de salir, mientras se toma el cafecito o una pava de mate. Haciendo eso, todo lo que logra es que pasados los primeros segundos después del arranque, en los cuales fue necesario aplicar el cebador y enriquecer la mezcla lo suficiente como para que, pese a la condensación en las partes internas de la admisión y el cilindro, el motor pueda arrancar, usted esta regando el interior de los cilindros con nafta cruda inútilmente. Y con las consecuencia que ya hemos explicado. Moraleja: arranque el motor, verifique que la luz de presión de aceite se ha apagado y comience a rodar suavemente, sin acelera-ciones bruscas, eliminando el cebador lo antes posible. Imagínese lo que le puede llegar a suceder a su motor en invierno si no tiene termostato. El motor debe calentarse siempre con el vehículo en movimiento, porque además de los problemas que hemos mencionado para el motor, si no lo hace así saldrá con el motor caliente y todo el resto de los mecanismos móviles fríos, caja de velocidades, diferencial, rodamientos, etc., lo cual sin duda no es para nada bueno. Afortunadamente, los vehículos con motor de inyección electrónica ya tienen el tema del cebador resuelto, y controlan el enriquecimiento para el arranque el frío, y el correspondiente al período de calentamiento en forma automática, con cafecito o con pava de mate de por medio.
Por todo lo anterior le reitero un consejo, si tiene problemas de temperatura ( hablamos del motor por supuesto) busque el origen del problema u ocúpese de que gente idónea lo haga. Atención que una fuente de problemas puede ser que el propio termostato falle, cosa que es difícil pero puede suceder. En ese caso hay que reemplazar dicho termostato por uno similar, y de ninguna manera eliminarlo.

Alberto P. Garibaldi
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« Respuesta #4 : Septiembre 26, 2011, 06:57:34 »

Muy bueno tu aporte Gaby!!! Y con el Ing. Garibaldi, me saco el sombrero!!!
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Camilo - Admin Renault19.net
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« Respuesta #5 : Septiembre 27, 2011, 07:22:03 »

Genial!

TERMOSTATO SI! Por supu! ¿Alguna duda?

 thumbsup
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