Introducción a los sistemas de refrigeración.

Introducción a los sistemas de refrigeración.

Un motor proporciona energía mecánica a partir de una mezcla aire/combustible con una eficiencia entre el 20 y el 45%. El resto fluye en energía cinética y térmica en los gases de escape y en energía térmica a través de cuerpos metálicos debido a las fricciones. En este contexto, el sistema de refrigeración debe permitir que el motor rinda al máximo, asegurar la durabilidad de este rendimiento y asegurar la fiabilidad del motor garantizando un nivel aceptable de esfuerzos termomecánicos en cualquier punto del motor. Esto se hace gracias a la evacuación de las calorías sobrantes hacia la atmósfera exterior.

Tipos de sistemas de refrigeración.

Existen diferentes principios físicos para evacuar el calor:

  • Las calorías se pueden extraer por convección, conducción o radiación.
  • Se pueden usar varios fluidos intermedios para llevar las calorías al medio absorbente (esos fluidos se llaman refrigerante)
  • El refrigerante puede ser gaseoso, líquido o en cambio de fase

En la industria del automóvil, los principales sistemas de refrigeración son la refrigeración por aire por convección natural, la refrigeración por aire por convección forzada y la refrigeración por agua líquida. La convección natural significa que los cilindros y las culatas tienen aletas para garantizar una convección y una conducción eficientes, mientras que la convección forzada significa que se instala una turbina de aire y una carcasa de aire de refrigeración alrededor del motor. En ambos casos, el refrigerante es el aire que es el único fluido que evacua las calorías. La refrigeración líquida utiliza dos fluidos, aire y agua. El agua evacua las calorías del motor y las intercambia con el aire ambiente en un radiador que es hoy el sistema más utilizado en la industria automotriz.

Balance de calor

Los siguientes gráficos dan la división de potencia que proporciona el motor a tope carga para diferentes tipos de motor:



Comparación de balance de calor

Esto muestra un balance de calor promedio, pero el motor diésel actual puede alcanzar hasta un 40 % de eficiencia y el motor de gasolina de inyección directa ahora puede alcanzar un 30 % de eficiencia con pérdidas de calor de entre el 18 % y el 20 %.

Sin embargo, al reducir el intercambio de calor, se reduce el requisito de enfriamiento y no hay suficientes calorías en el agua para calentar la cabina en algunas situaciones como el calentamiento, el tráfico de la ciudad y los atascos. Los fabricantes trajeron varias respuestas para resolver este problema de comodidad:

Procedimientos de validación

Los procedimientos de validación de OEM (fabricantes de equipos originales) se basan en problemas críticos estimados en términos de estrés, ocurrencia y riesgo y según el clima. La validación tiene como objetivo cumplir con las condiciones limitantes de los fabricantes o proveedores, como la temperatura máxima del agua (118 °C), la temperatura máxima del aceite en una pendiente (150 °C) o la temperatura máxima del aceite a la velocidad máxima (135 °C). Los valores dados aquí son bastante similares para todos los fabricantes de automóviles y generalmente son consecuencia de la experiencia y el estudio estadístico.

Hasta los años 80, las pruebas de los fabricantes europeos se hacían en situación real en carreteras del Mont Ventoux (Francia) o Sierra Nevada (España) con remolque. Hoy en día se realizan mayoritariamente en cámara aeroclimática, en banco de pruebas de rodillos.

Las condiciones de prueba más utilizadas son las siguientes:

  • Velocidad máxima del vehículo
  • Subida de pendientes 1: pendiente de 10 a 12 %, segunda marcha, carga completa con remolque, 50 a 60 km/h
  • Escalada 2: pendiente de 8 a 10%, tercera marcha, carga completa, con y sin remolque
  • Pendiente de autopista 4%, 130 km/h, carga completa

Funciones secundarias de los sistemas de refrigeración.

El sistema de refrigeración líquida también se utiliza para garantizar la calefacción de los vehículos de pasajeros, para regular la temperatura del aceite del motor, para regular la temperatura del aceite de la transmisión automática y para enfriar la EGR.

En algunos casos particulares, también se puede utilizar para limitar la temperatura del alternador, para calentar el cuerpo del acelerador, para enfriar la dirección asistida, para extraer calorías de Sistema de escape , para enfriar los rodamientos del turbo...

En consecuencia, aumenta el número de situaciones críticas, así como dificultades de control y seguimiento o interferencias entre distintos requisitos.

Opinión de Romain:

Cada vez es más importante que un motor sea lo más eficiente posible. De hecho, todos los desperdicios deben reducirse para obtener una ventaja competitiva frente a los competidores. Para ello, el sistema de refrigeración es actualmente una solución potencial para recuperar la energía de escape como ejemplo. Por lo tanto, el sistema de refrigeración tiene cada vez más requisitos que hacen que su diseño sea complicado. ¿Cree que el sistema de refrigeración, tal como se implementa hoy en día, tiene el potencial para alcanzar los futuros requisitos adicionales o se necesita un avance tecnológico?