SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE UN MOTOR ALTERNATIVO EQUIPO 5: CARLOS ALVAREZ CORTÉS DAVID DA VID ORTIZ OR TIZ ESCAMILLA EDUARDO JAVIER GUEVARA MARTÍNEZ MAGDALENA GARDUÑO AVENDAÑO DANIEL OHTOKANI LÓPEZ OSORNIO ISAAC OMAR REYES TLATELPA EDGAR BARAJAS CARNEIRO
Sistemas de Motores 6AM2
ÍNDICE •
Evolución del Sistema de Enfriamiento Enfriamien to
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Sistema de Enfriamiento Enfriamiento por Agua Funcionamiento Ventajas y Desventajas •
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Sistema de Enfriamiento Enfriamiento por Aire Aire Funcionamiento Ventajas y Desventajas
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Servicio y Mantenimiento del Sistema de Enfriamiento.
ÍNDICE •
Evolución del Sistema de Enfriamiento Enfriamien to
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Sistema de Enfriamiento Enfriamiento por Agua Funcionamiento Ventajas y Desventajas •
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Sistema de Enfriamiento Enfriamiento por Aire Aire Funcionamiento Ventajas y Desventajas
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Servicio y Mantenimiento del Sistema de Enfriamiento.
Evolución Ev olución del Sistema de Enfriamiento
Energia de un Motor
12% 31%
51%
6%
Tipos de Sistema de Enfriamiento •
Sistema por Liquido
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Sistema por Aire
Water Cooling
El sistema de enfriamiento por agua fue el primero en utilizarse y fue el más popular en los años de 1920’s durante la primera guerra mundial. Los motores que utilizaban este sistema se componían de intercambiadores de calor muy largos, muchos conductos y mangueras, por lo que este sistema además de aumentarle el peso a la aeronave se volvió muy molesto. Los intercambiadores de calor por ser muy largos generaban mucha resistencia al avance en las aeronaves. Pero en aeronaves de baja velocidad era tolerable esta resistencia.
Skin Radiator
Después de ver la problemática del intercambiador de calor, los ingenieros se esforzaron en realizar un sistema más práctico para aeronaves de alta velocidad, para ello experimentaron con intercambiadores de piel. Estos intercambiadores usaban doble lámina de latón delgada sobre toda la superficie del ala y fuselaje o en los flotadores de los hidroaviones, los conductos del sistema de enfriamiento por agua pasaban entre las láminas para disipar el calor, estas láminas se encontraban refrigeradas debido al flujo de aire externo que pasaba a través de estas.
Steam Cooling Además de estos métodos utilizados los ingenieros experimentaron con refrigeración por vapor o refrigeración de evaporación. Este consistía en hervir el agua y entonces se producía vapor que después era condensado en liquido, este método era capaz de liberar mucho más cantidad de calor que el agua caliente que pasaba a través del intercambiador de calor.
Air Cooling
El sistema de refrigeración por aire tiene muchas más ventajas que el de refrigeración por agua, una de las ventajas era que no se necesitaba de un intercambiador de calor y no se requería de plomería complicada. Hasta que se introdujo la idea de maquinar los cilindros con aletas. Pero este sistema tenia una complicación en vuelos de baja velocidad no existía el suficiente flujo de aire alrededor del motor que fuera capaz de extraer el calor fuera. El desarrollo potencial de este sistema se vio reflejado en los motores radiales rotativos, en estos motores los cilindros por si mismos giraban alrededor del cigüeñal a unas 1200 rpm por lo que su rotación producía el suficiente flujo de aire para remover el calor innecesario.
Refrigeración de motores alternativos para Aviación •
Relevar a los motores de las altas temperaturas desarrolladas durante el ciclo
Con el objeto de mantener al motor en las condiciones óptimas de funcionamiento
Las dos fuentes de calor son las combustión y los rozamientos. Los sistemas de refrigeración deberán atender la disminución de temperatura en los cilindros y en el aceite de lubricación.
Los aceites empleados se descomponen o queman antes de los 350°
Dando lugar a que los segmentos se adhieran al émbolo que termina por agarrotarse
Originando rotura de la biela
Es necesario refrigerar
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Refrigerar los asiento de válvula para que no sufran deformaciones. Alojamiento de las bujías y las guías de válvulas Si se dilatan demasiado dejan pasar los gases entre las guías y los vástagos de las valvulas
Enfriamiento por aire
Los cilindros están provisto de aletas para evacuar el calor estando sometidos a la acción de la corriente de aire canalizada a través de tabiques desviadores y deflectores
El mayor o menor efecto se consigue por la apertura de las persianas de capots (cowling flaps).
Las aletas normalmente son de aleación ligera a base de aluminio en la zona de la culata. Esto para favorecer la rápida evacuación de calor por su elevada conductibilidad En la parte del cilindro normalmente son de acero
Ventajas y desventajas del sistema de enfriamiento por aire
VENTAJAS
Sencillez del motor.
Fácil mantenimiento.
Ocupa menos espacio.
Mayor rendimiento térmico.
Menor peso del motor.
Funciona a mayor temperatura. Estética, mercadotecnia.
DESVENTAJAS Bajas revoluciones del cigüeñal. Velocidad de limitada Potencia limitada. Calentamiento excesivo a altas RPM. Mala disipación de calor. Cambios de aceite en mas frecuentes. Mas ruidoso.
Sistema de enfriamiento por líquido
Partes del sistema de enfriamiento por líquido
Durante la segunda guerra mundial el sistema de enfriamiento liquido en motores radiales favoreció a los bombarderos y aeronaves de transporte. Dicho sistema fue bastante utilizado para aeronaves de combate como el Lockheed Lightning y el Mustang.
Refrigeración por agua Este sistema consiste en un circuito de agua, en contacto directo con las paredes de las camisas y cámaras de combustión del motor, que absorbe el calor radiado y lo transporta a un depósito refrigerante donde el líquido se enfría y vuelve al circuito para cumplir nuevamente su misión.
Circulación del agua por termosifón El sistema esta basado en la diferencia de peso entre el agua fría y caliente, de forma que el agua caliente en contacto con los cilindros y cámaras de combustión pesa menos que el agua fría del radiador, con lo cual se establece una circulación de agua del motor al radiador.
Funcionamiento El agua caliente entra por la parte alta del radiador donde se enfría a su paso por los tubos y aletas refrigerantes en contacto con el aire de desplazamiento. El agua fría, por el aumento de peso, baja al depósito inferior del radiador, donde al irse calentando va ascendiendo por el circuito interno para salir otra vez al radiador. La circulación del agua en el sistema es autorregulable, ya que al aumentar la temperatura del motor, aumenta también la velocidad de circulación por su circuito interno, independientemente de la velocidad de régimen del motor.
Circulación de agua por bomba Este es el sistema mayormente utilizado desde hace muchos años, ofrece una refrigeración más eficaz con menor volumen de agua, ya que, debido a las grandes revoluciones que alcanzan hoy día los motores, necesitan una evacuación más rápida de calor, lo cual se consigue forzando la circulación de agua por el interior de los mismos.
Funcionamiento En su funcionamiento, la bomba aspira el agua refrigerada de la parte baja del radiador y la impulsa al interior del bloque a través de los huecos que rodean las camisas y cámaras de combustión. El refrigerante sale por la parte superior de la culata y se dirige otra vez al intercambiador de calor por su parte alta, donde es enfriada nuevamente a su paso por los paneles de refrigeración. Con esta circulación forzada, el agua se mantiene en el circuito a una temperatura de 80 a 85 °C, con una diferencia entre la entrada y la salida de 8 a 10 °C, controlada por medio de una válvula de paso (termostato) que mantiene la temperatura ideal de funcionamiento sin grandes cambios bruscos en el interior de los cilindros, que podría dar lugar a
El ventilador, además de forzar el paso del aire a través del radiador para obtener una refrigeración mas eficaz del agua sobre todo a marcha lenta, también suministra una corriente de aire al motor para refrigerar los elementos externos adosados al mismo, como son: el alternador, bujías, colectores de escape, etc. Debido a la utilización del agua y del aire para refrigerar el motor, se le denomina también a este sistema como una refrigeración "mixta".
La temperatura es controlada por un termostato en la línea de agua, el cual esta ubicado entre la bomba de agua y el intercambiador de calor.
En su mayoría los motores de aviación usan un sistema de enfriamiento por aire, pero la serie Teledyne-Continental Voyager, fijo su interés por el sistema de enfriamiento por agua.
Ventajas y Desventajas del sistema de enfriamiento por líquido
Ventajas
El agua puede absorber una gran cantidad de calor y sin una exagerada elevación de su temperatura, pues su capacidad calorífica es muy elevada, alrededor de seis veces más que la del aire.
Mejorar la refrigeración
La distribución uniforme del refrigerante entre todas las cabezas de los cilindros reduce las diferencias de temperatura que son característicos de los motores enfriados por aire. No causa el sobrecalentamiento del motor.
Reducir la resistencia de refrigeración
Un pequeño radiador de agua / glicol bien diseñado se puede colocar en cualquier lugar en la aeronave, con el aire de enfriamiento canalizado a través de él.
Menor consumo de combustible
Un enfriamiento uniforme y eficiente permite que el motor sea operado en todo momento con una relación de mezcla económico en lugar de tener que utilizar una mezcla demasiado rica para eliminar el calor para las operaciones de alta potencia.
Mejores características de desgaste
Incluso la refrigeración permite componentes que se construirán con espacios más pequeños que mejoran su vida. Las culatas son enfriadas por un flujo de alta velocidad del líquido refrigerante mientras pistones y camisas de los cilindros son enfriados por un spray de alto volumen de aceite.
Capacidad en grandes altitudes
El avión puede estar a una gran altura por un período más largo de tiempo y luego puede tener una fuerte bajada sin someter los cilindros para el choque térmico que causa tanto daño a los cilindros refrigerados por aire
Desventajas
El sistema es sencillo y económico, pero, debido a la pequeña velocidad del agua en el circuito, se requiere un gran caudal, un gran volumen de líquido y mucha superficie radiante en el radiador. Esto hace que el sistema requiera piezas muy voluminosas, que ocupan gran espacio muerto en el motor, solución que no es posible en los automóviles actuales.
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Su complicada instalación es origen de innumerables averías. El agua puede contener suciedades que lleguen a obstruir las tuberías la bomba de agua o el radiador. El agua puede llegar a hervir cuando se exija demasiado del motor. Cuando la temperatura exterior es muy baja el agua puede llegar a helarse y como al solidificarse aumenta de volumen .
Inspección y Mantenimiento
Los motores refrigerados por aire modernos están diseñados para extraer la máxima cantidad de energía (en forma de calor) de combustible quemado.
Para ello, el sistema de refrigeración debe funcionar como fue diseñado. Cualquier daño, como deflectores o aletas rotas, sellos que faltan o limpieza; pueden causar una pérdida de enfriamiento que crea puntos calientes en un cilindro y provoca la detonación, que puede destruir el motor.
PASO 1 Inspección visual, de modo que hay que inspeccionar los sistemas de refrigeración, retirar el carenado y examinar cuidadosamente todos los cilindros para identificar cualquier signo de pintura quemada. Esto podría indicar un punto caliente local que podrían causar o ser el resultado de la detonación.
PASO 2
Compruebe el estado y posición del deflector vertical posterior y los deflectores horizontales para averiguar si faltan secciones, hay grietas, o sellar tiras que no se pliegan hacia arriba o hacia adelante.
IMPORTANTE
Los flaps de refrigeración deben operar libremente a través de su eje completa de movimiento. No debe haber ninguna pieza floja causada por pasadores de las bisagras desgastadas o bisagra entre paréntesis.
PASO 3 Inspección de aletas En cualquier cilindro refrigerado por aire es extremadamente importante. grietas se pueden encontrar, y si éstas no se Pequeñas extienden en la cabeza del cilindro, se puede hacer una reparación provisional que consiste en dejar perforados en su extremo para evitar un mayor agrietamiento.
Los bordes ásperos en una aleta se pueden quitar con una superficie de aleta de presentación, ya que este procedimiento se le llama PROFILING (consulte el manual de servicio del motor para determinar la cantidad máxima de la zona de daño a las aletas)
NOTA
Aletas de aluminio fundido doblados que no impidan el flujo de aire alcanza el cilindro no deben ser enderezados, ya que hay demasiado peligro de romper la aleta frágil.
CONCLUSIÓN El sistema de refrigeración es muy importante para el correcto funcionamiento del motor y evitando que este de deteriore por el efecto de la temperatura.