Temperatura y Líquidos Refrigerantes

Algo sobre la temperatura del motor
Por Eduardo Tucci (Extracto de la lista del club lada4x4)

Hasta donde yo aprendí, la temperatura de operación de un motor es parte de su diseño básico, un parámetro no alterable.

Todos sabemos las consecuencias de andar con el motor frío (los del sur) y con el motor sobrecalentado (los ecuatoriales)
 
Las primeras son falta de lubricación adecuada, riesgo de clavar un pistón, falta de potencia, consumo excesivo, fundamentalmente producidos por un exceso de viscosidad de los lubricantes, y falta de dilatación adecuada de los materiales.
 
Las segundas, más conocidas, como fundir el motor, rayar camisas hasta "engripar" el motor se producen por causas opuestas: los lubricantes están demasiado poco viscosos, y la dilatación es tan grande que se producen deformaciones en las piezas sujetas a tensión (tapa de cilindros, p.ej) y rozamiento en las móviles (pistones, cigueñal, etc.)
 
Todas las modificaciones que yo he visto en el sistema de refrigeración están orientadas a que sea más eficiente el enfriamiento: mayores y mejores radiadores, radiadores de aceite, etc. O sea, que el sistema sea capaz de disipar más eficientemente la energía térmica generada en el motor.
 
La válvula termostática, o termostato se pone en el sistema justamente para que el motor alcance más rápidamente (o en algunos casos mantenga) la temperatura de operación.
 
Creo que todos han visto uno, pero en esencia es una válvula de resorte que normalmente está cerrada, y por la acción de una termocupla, cuando llega a determinada temperatura, se abre, y se mantiene abierta mientras no descienda (la temp.) por debajo de predeterminado valor.
 
Ahora ¿es bueno sacarle el termostato? En los países tropicales, aparentemente es costumbre.
Desde el templado o frío Sur, no veo la razón, pues, como bien dice Mauricio, una vez que se abre, no vuelve a cerrarse mientras la temp. se mantenga por encima. Por lo tanto, si el clima es tan caluroso, ni siquiera debería cerrarse. Ergo, es como si no existiera.
 
En los motores bien diseñados, la resistencia a la circulación que introduce el termostato en el sistema está compensada, por lo que su ausencia puede producir que el líquido circule demasiado rápidamente en el radiador, sin tiempo a enfriarse, por lo que el efecto es contrario al buscado: más temperatura.
 
El riesgo es que el termostato se trabe en la posición "cerrado". Nunca me pasó, pero si he oído casos. Tal vez sea una buena idea para travesías o viajes largos, tener un repuesto, como tenemos una correa de ventilador de repuesto.
 
En el caso particular del Niva, eliminarlo es -por lo menos- riesgoso, porque este no está colocado "en serie" con el flujo de líquido refrigerante. Si simplemente se saca el termostato, parte del flujo que va a la tapa de válvulas se interrumpe, quedando esta sin refrigeración.
 
Después de tanta cháchara, ¿cuáles serían las recomendaciones?
 
- Determinar documentadamente la temperatura de régimen del motor. Para el Niva, 90º en los carburados y 100º en los de inyección.
 
- Revisar si el termómetro está dando información correcta.
 
- Si la temperatura es excesiva, aumentar el tamaño del radiador (más superficie radiante=más rápida disipación de calor)
 
- Colocarle electroventiladores con o sin sensor automático. Esto ayuda mucho con viento a favor, o con el vehículo detenido o a baja velocidad
 
Si con todo esto la temperatura no se mantiene dentro del rango normal, hay algo que está mal. Revisar el radiador, la bomba de agua, correa, o alguna obstrucción o burbuja en el cirucuito de refrigeración (calefacción incluída)


Uff! Me cansé yo mismo del mensaje! :) Perdón por la extensión

Un abrazo, Eduardo Tucci

 

Tengo un galloper corto TDI del 99, con suspension +4, winch, faros y alguna cosilla mas, a por cierto ahora lleva 90.000 km. El coche me ha ido perfecto hasta q le instale el winch que es cuando empezo a calentarse a veces en verano, unas veces si otras veces no, me trae de cabeza. Aqui te añado un articulo que encontré por la red. Un buen análisis del tema refrigeración y su importancia. Bunkerubbi

He coleccionado gran cantidad de información acerca de líquidos refrigerantes y la corrosión que causan en los motores de los automóviles. La información que sigue no esta basada en experiencia personal sino en experiencias realizadas para un simposio titulado "Engine Coolant Testing".

El documento esta organizado en cuatro secciones: Corrosión, Metales, Refrigerantes y Conclusiones.

-Corrosión-

Hay 2 modos diferentes por los que la corrosión puede hacer fallar el sistema de refrigeración. El primero es la oxidación y eliminación de metal suficiente para causar una falla mecánica. Esto conduce a perdidas u otros problemas con el flujo del liquido. El segundo es la formación en escala que bloquea el paso del liquido. Esto conduce a la reducción del flujo de liquido y a una pobre transferencia de calor.

El primero de estos modos de falla ocurre mas frecuentemente en los radiadores y las bombas de agua. En los radiadores la perforación no es tan común como la gran corrosión que puede ocurrir porque la corrosión generalmente tapa los agujeros que se crean. En las bombas de agua, la corrosión causa la reducción de flujo de liquido, perdidas cerca de la bomba misma y, en casos extremos, la fractura de la bomba.

El segundo modo de falla ocurre comúnmente cuando una sal de metales se disuelve en la parte caliente del sistema y se precipita en la mas fría, usualmente el radiador. Alternativamente, algunos metales en el radiador pueden formar una barrera dura e insoluble que bloquea a los tubos o mangueras.

Otra consideración importante para el entendimiento de la corrosión en motores de combustión interna es el flujo de calor. El metal que esta rechazando calor tiene una tasa de corrosión mas alta que la del metal

que lo esta absorbiendo. El metal que rechaza el calor es cuando por ejemplo el metal transfiere su calor al liquido refrigerante, en nuestro caso seria block del motor. Citando una frase favorita de ingenieros, físicos y biólogos, la combinación de hervir, transferir calor y corrosión no es algo que no esta completamente entendido pero las observaciones demuestran claramente que los metales que rechazan el calor muestran un notable incremento en la corrosión.

-Metales-

Existe un numero de metales presentes en los sistemas de refrigeración de los automotores. Los mas comunes son acero, hierro, cobre, bronce, aluminio y soldadura de estaño. Hablando generalmente, la corrosión de metales es prevenida por la formación de un film estable en sus superficies. Este film debe estar formado por productos de la corrosión, como cuando el aluminio se expone al aire o por la absorción de algún otro químico como los silicatos, en la superficie. El potencial corrosivo de los metales es el resultado de muchos factores que compiten. Los 2 mas importantes son el potencial como electrodo, que indica la tendencia del metal a oxidarse, y la dureza y estabilidad de la capa protectora de la superficie. Hablando en nuestro caso, los metales mas fáciles de corroer en un motor son el aluminio y el estaño.

- Distinto a su comportamiento en guardabarros y otras partes ornamentales, el acero y el hierro tienen una tasa baja de corrosión en los motores de los automóviles. La tarea simple pero esencial para reducir la corrosión de metales ferrosos se lleva a cabo agregando inhibidores en la formula del refrigerante. Adicionalmente, productos de la corrosión de los metales ferrosos son rápidamente disueltos en el refrigerante en una solución moderadamente estable por lo que la corrosión de los metales ferrosos no constituye un problema mayor en los motores de los autos.

- Cobre y bronce tienen una tasa de corrosión mas alta que el hierro y el acero. La única alternativa al radiador de bronce y cobre que conozco es uno de aluminio y plástico desarrollados al final de los

'70s y al principio de los '80s. Como los metales ferrosos, la corrosión del cobre y el bronce se controla facilmente con el uso de inhibidores.

- Aluminio: La corrosión de este metal puede ser realmente un problema. Basado en su potencial como electrodo, es el metal mas afectado por la corrosión en un motor. Solo el Magnesio, sodio y potasio tienen un potencial mas grande de oxidación. La razón de que los motores de aluminio no se vuelven de polvo blanco es porque los óxidos de aluminio tienden a formar un film estable en su superficie. Sin embargo este metal es sensible a un proceso, llamado erosión/corrosión donde un fluido que corre rápidamente puede remover la capa de protección de oxido. La erosión puede controlarse limitando el flujo de refrigerante a 3 m/s o menos aun. Puede llegarse a esto facilmente excepto en la bomba de agua.

Entonces podriamos decir que el componente más vulnerable en muchos motores es la bomba de agua.

Las bombas de agua y sus armaduras son susceptibles la corrosión causada por la erosion-corrosión y la cavitación. Nota de F. Marks y W. Jetten ("Engine Coolant Testing, 2nd Symposium"): "Cavitación es el proceso por el cual las fluctuaciones de presión causan la formación y colapsamiento de cavidades de vapor, las que ejercen grandes fuerzas mecánicas en las superficies del metal. Erosion-corrosion es el proceso por el cual un liquido que fluye por la superficie destruye el film protector dejando lugar a la corrosión.

Los resultados de ambos procesos son muy similares, daño severo localizado. Cavitación y erosion-corrosión son difíciles de separar para su estudio." La tasa de cavitación esta afectada por un numero de factores. Subiendo la densidad del fluido o su punto de ebullición se incrementa la cavitación mientras que incrementando la viscosidad, compresibilidad o la cantidad de gases disueltos se tiende a reducir la cavitación. Algunas de estas propiedades se ven afectadas por los aditivos de los refrigerantes por lo que este efecto debe tenerse en cuenta al elegir un refrigerante en particular.

Finalmente existe un problema con el aluminio: Algunas sales de aluminio, principalmente fosfato de aluminio, no son altamente solubles en agua. Dependiendo en la dureza del refrigerante, que es la medida del total de concentración de minerales, las sales de aluminio van a precipitar fuera de la solución en las partes mas frías del sistema.

Por ultimo, el ítem menos importante a considerar en un sistema de refrigeración es el estaño. El estaño, como el aluminio, es altamente susceptible a la corrosión. Existen 2 tipos de estaño. Bajo, aproximadamente con 70% de plomo (Pb) y 30%Estaño (Sn). Alto, que tiene 97% Pb, 2.5% Sn y .5% plata (Ag.). A efectos prácticos, aunque tienen un potencial como electrodo decente, el estaño es probablemente el elemento menos resistente en un automóvil. Esto es porque el estaño no forma la capa estable de protección como el aluminio. Una soldadura va a oxidarse completamente pero va a seguir uniendo las partes por las sales producto de la corrosión. Desafortunadamente, las sales no son conocidas por las propiedades mecánicas por lo que las fallas van a ocurrir cuando las uniones de sales se rompan por vibración.

La falla mas importante de los radiadores ocurre cuando se corroe la soldadura entre las el cuerpo y las tapas del radiador. Dependiendo de la técnica de construcción, este puede ser un problema terrible.

Algunos radiadores tienen tubos en cruz que estan completamente alineados y con el oxido pueden convertirse en una sola pieza. Algunos mecánicos pueden tratar de remover esto sumergiendo el radiador en alguna solución con soda cáustica.

Como nota final de los metales, aluminio zincado se ha usado para controlar la corrosión y prevenir la oxidación y perforación del aluminio. Una aleación de 99% Aluminio y 1% de Zinc se pone en la superficie del aluminio. En esta estructura compuesta, la corrosión va a proceder preferentemente con la aleación de la superficie. Si la capa de esta aleación esta bien aplicada, va a ser bastante efectiva para prevenir oxidación y perforación.

-Refrigerantes-

El componente mas importante del refrigerante es por supuesto el agua. Barata, no tóxica, no inflamable y con buena transferencia de calor probablemente siga siendo el componente primario en los sistemas de refrigeración por largo tiempo.

El otro componente importante es la base del refrigerante concentrado, tal como se compra en los negocios. Existen tres bases diferentes que se usan comunmente.

Etilenglicol (EG) es la base mas común.
Menos común es el propilenglicol (PG), que ha sido usado por años en Suiza por su baja capacidad venenosa y contaminante.
Y por ultimo el metanolque es la tercer alternativa utilizada en Gran Bretaña, principalmente por razones históricas.

La función de la base del refrigerante es extender el rango liquido del refrigerante. En una mezcla del 50%, los glicoles van a bajar el punto de congelamiento a cerca de los -45C y subir el de ebullición a 115C. Otra función de este componente es elevar la viscosidad de la mezcla refrigerante. Altas viscosidad van a reducir la cavitación en la bomba de agua. PG y EG ambos aumentan la viscosidad del refrigerante, no así el metanol.

Por ultimo, existe una variedad de distintos químicos que se agregan a los refrigerantes para inhibir la corrosión. Bien llamados inhibidores, la función de estos aditivos puede ser la de formar una capa protectora y estable en la superficie del metal o la de alterar las propiedades de solubilidad del refrigerante.

Francamente el mecanismo preciso de protección de algunos aditivos no es conocido – al menos no por alguno que haya publicado sus resultados. Adicionalmente, los aditivos de la mayoría de los productos comerciales son propietarios. Afortunadamente para este articulo, existen publicaciones con información especifica de estos inhibidores.

Los inhibidores de corrosión más comunes, incluyen: fosfato de sodio, nitrato de sodio, tolitriazol de sodio, molibdato de sodio, borato de sodio, benzoato de sodio y silicato de sodio. Nótese que todos estos son sales de sodio. Actualmente solo el grupo de la derecha de estas sales es el inhibidor, ejemplo benzoato y silicato. Estas sales se disocian en el agua, o sea que se separan en sodio con carga positiva y el inhibidor con carga negativa. Se usan sales de sodio por la alta solubilidad del sodio; nunca usted va a ver depósitos de sodio en su motor. En el único lugar donde usted puede encontrar el sodio, fuera del laboratorio, es dentro de válvulas de alta performance y sistemas de transferencia de calor. Distintos inhibidores protegen distintos metales. De Vukasovich y Sullivan ("Engine Coolant Testing, 2nd Symposium"): "Los datos muestran que la corrosión por transferencia de calor en el aluminio es mejor inhibida por los silicatos y en menor grado por los fosfatos y boratos. ... el cobre es mejor inhibido por los molibdatos y en menor grado por los benzoatos; las soldaduras de alta son más protegidas con molibdatos y fosfatos y menormente por los nitratos, silicatos y benzoatos; las soldaduras de baja estan mejor protegidas con los tolitriazoles y molibdatos y menormente por los nitratos y silicatos; el acero es mejor con molibdatos fosfatos y nitratos y peor con los tolitriazoles y benzoatos; el hierro esta mejor protegido con los nitratos y en menor grado por benzoatos, tolitriazoles y boratos."

Reviendo los inhibidores más comunes, encontramos:

- Fosfato es el inhibidor mas común y el mas discutido. Es un bien conocido inhibidor de la corrosión en los metales ferrosos, desde que el fosfato trisódico se usa para limpiar las hojas de metal. Fabricantes americanos de autos han especificado el fosfato en los refrigerantes porque es altamente efectivo evitando la cavitación. Los europeos especifican refrigerantes sin fosfatos porque tienen propensión a precipitar en aguas duras. También tienen un efecto negativo en la tasa de corrosión del aluminio. Los efectos benéficos tienen su pico en concentraciones de 3 g/l y bajan a mas bajas y más altas concentraciones. Concentraciones típicas van de 0 a 8 g/l.

- Nitrato es incluido en todas las formulas por su eficacia en la prevención del picado de los radiadores de aluminio, sin ningún efecto negativo con el resto de los metales. Una concentración típica es 2 g/l.

- Tolitriazol es similarmente incluido en todas las formulas por su efectividad en prevenir la corrosión en el cobre. Una concentración típica es 1 g/l.

- Molibdato es un aditivo ampliamente benéfico. Previene la corrosión de muchos metales y actúa sinergicamente con fosfatos y silicatos para prevenir la corrosión en otros. El molibdato también parece prevenir la cavitación; se lo selecciona usualmente para tener esta función en refrigerante sin fosfatos. Concentraciones típicas son de 2 a 3 g/l.

- Borato es usado comunmente como buffer. Los refrigerantes americanos tienen un pH de 10 o mas alto, mientras que los Europeos tienen de 7 a 8.5. En servicio, los refrigerantes americanos bajan a 8. Desafortunadamente los boratos tienen un efecto directo y negativo en la corrosión del aluminio. Una concentración típica es 4 g/l.

- Benzoato (y Nitrito, el cual no fue mencionado) es parte de la formula de anticongelamiento y inhibicion de corrosión del British Standards Institute's [BSI]. Benzoato es mas común en las formulas europeas que en las americanas. Vukasovich y Sullivan encontraron que no es efectivo protegiendo hierro a concentraciones mas bajas que 5% (que es una concentración desmesuradamente alta). Por otro lado, parece que no ofrece protección al acero y a la soldadura en concentraciones mas bajas. Una concentración típica es 5 g/l.

- Finalmente estan los silicatos, los que aparecen ser lo mejor en protección para el aluminio. El problema con los silicatos es que no son indefinidamente estables en solución. Otros aditivos pueden usarse de cierto modo para estabilizar a los silicatos. 2 g/l es una concentración efectiva.

Teniendo todos estos inhibidores juntos, una combinación de benzoato, molibdato, borato, nitrato, tolitriazol y silicato es el mejor paquete de aditivos sin utilizar fosfatos. La parte sin silicato del paquete es efectiva en la prevención de la corrosión del aluminio, y da un buen sistema de resguardo para los blocs de aluminio. Aparecen también otros aditivos en los refrigerantes. Estos agentes se usan para estabilizar los inhibidores o las sales de metal. Este tipo de aditivos se llama secuestrante. Otro aditivo requerido es el colorante.

-Conclusiones-

He tratado de imaginar algunas preguntas comunes que cualquiera quisiera sobre el tema de los refrigerantes.

Cuánto dura un refrigerante?

Cómo es que el refrigerante se pone inservible?

Debo utilizar el agua común o agua destilada?

Cuan a menudo debo cambiar el refrigerante?

Que refrigerante debo usar?

Ayuda algún material tipo ánodo?

Puede usarse propilenglicol?

Porque el refrigerante es verde?

-Créditos-

Creo que cuanto más entendemos acerca de nuestros coches británicos, someto esto al lector. La información aquí es tan exacta como es posible y consistente con mi experiencia y entrenamiento en la ingeniería química. Los comentarios y las correcciones son siempre agradables. La reproducción en parte o totalidad se permite, a condición de que se mantengan estos créditos.

Gregory T. Fieldson
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Traducido por Juan Carlos Prime jcprime@hotmail.com
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Las recalentadas son peligrosas. Pueden causar mucho daño al motor.

Hay vehículos donde los indicadores de temperatura no son fiables.
En las camionetas que tuve, Ford Ranger y Hyundai Galloper, a veces calentando el indicador ni se inmutaba,

Distintos elementos pueden tapar el sistema de refrigeración: desde Barro hasta insectos
(el mosquitero o la rejilla son muy utiles para estos casos)

Si entra aire en el circuito, puede purgarse abriendo alguna parte del mismo.

Agua destilada, con su correspondiente porcion de Liquido refrigerante es lo mejor,
aunque en el vehículo prefiero llevar agua potable, para emergencias.

Las tapas de los radiadores pueden abrirse para liberar la presion del circuito, pero esta maniobra es peligrosa,
y si no tenemos agua para recargar, el circuito se vaciara.

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