El papel del ventilador en la refrigeración líquida

La transferencia del calor generado durante el funcionamiento del motor a la atmósfera requiere un soplado constante del radiador del sistema de refrigeración. La intensidad del flujo de aire de alta velocidad que se aproxima no siempre es suficiente para esto. A bajas velocidades y paradas completas, entra en juego un ventilador de refrigeración adicional especialmente diseñado.

Diagrama esquemático de inyección de aire en el radiador.

Es posible garantizar el paso de masas de aire a través de la estructura de panal del radiador de dos maneras: forzar el aire en la dirección del flujo natural desde el exterior o crear un vacío desde el interior. No hay una diferencia fundamental, especialmente si se usa un sistema de escudos de aire - difusores. Proporcionan un caudal mínimo para la turbulencia inútil alrededor de las aspas del ventilador.

Por lo tanto, hay dos opciones típicas para organizar el soplado. En el primer caso, el ventilador está ubicado en el marco del motor o del radiador en el compartimiento del motor y crea un flujo de presión hacia el motor, tomando aire del exterior y haciéndolo pasar a través del radiador. Para evitar que las palas funcionen en vacío, el espacio entre el radiador y el impulsor se cierra lo más herméticamente posible con un difusor de plástico o metal. Su forma también promueve el uso de la máxima área de panal, ya que el diámetro del ventilador suele ser mucho más pequeño que las dimensiones geométricas del disipador.

Cuando el impulsor está ubicado en la parte delantera, el accionamiento del ventilador solo es posible desde un motor eléctrico, ya que el núcleo del radiador evita la conexión mecánica con el motor. En ambos casos, la forma elegida del disipador de calor y la eficiencia de enfriamiento requerida pueden obligar al uso de un ventilador doble con impulsores de menor diámetro. Este enfoque suele ir acompañado de una complicación del algoritmo de funcionamiento, los ventiladores se pueden cambiar por separado, ajustando la intensidad del flujo de aire según la carga y la temperatura.

El impulsor del ventilador en sí puede tener un diseño bastante complejo y aerodinámico. Tiene una serie de requisitos:

• el número, la forma, el perfil y el paso de las palas deben garantizar pérdidas mínimas sin introducir costos de energía adicionales por la molienda inútil del aire;
• en un rango dado de velocidades de rotación, se excluye el bloqueo del flujo, de lo contrario, la caída de la eficiencia afectará el régimen térmico;
• el ventilador debe estar equilibrado y no crear vibraciones tanto mecánicas como aerodinámicas que puedan cargar los cojinetes y las partes adyacentes del motor, especialmente las estructuras delgadas de los radiadores;
• el ruido del impulsor también se minimiza en línea con la tendencia general de reducir el fondo acústico producido por los vehículos.

Si comparamos los ventiladores de los automóviles modernos con las hélices primitivas de hace medio siglo, podemos notar que la ciencia ha trabajado con detalles bastante obvios. Esto se puede ver incluso externamente, y durante el funcionamiento, un buen ventilador crea casi en silencio una presión de aire inesperadamente poderosa.

Tipos de unidades de ventilador

Crear un flujo de aire intenso requiere una cantidad significativa de potencia de accionamiento del ventilador. La energía para esto se puede tomar del motor de varias maneras.

Rotación continua desde una polea.

En los primeros diseños más simples, el impulsor del ventilador simplemente se colocaba en la polea de la correa de transmisión de la bomba de agua. El rendimiento fue proporcionado por el impresionante diámetro de la circunferencia de las hojas, que eran simplemente placas de metal dobladas. No hubo requisitos de ruido, el viejo motor cercano amortiguó todos los sonidos.

La velocidad de rotación era directamente proporcional a las revoluciones del cigüeñal. Estaba presente un cierto elemento de control de temperatura, porque con un aumento en la carga del motor y, por lo tanto, su velocidad, el ventilador también comenzó a impulsar el aire a través del radiador con mayor intensidad. Rara vez se instalaron deflectores, todo se compensó con radiadores de gran tamaño y un gran volumen de agua de refrigeración. Sin embargo, el concepto de sobrecalentamiento era bien conocido por los conductores de la época, siendo el precio a pagar por la sencillez y la falta de reflexión.

Acoplamientos viscosos

Los sistemas primitivos tenían varias desventajas:

• enfriamiento deficiente a bajas velocidades debido a la baja velocidad del accionamiento directo;
• con un aumento en el tamaño del impulsor y un cambio en la relación de transmisión para aumentar el flujo de aire al ralentí, el motor comenzó a sobreenfriarse con el aumento de la velocidad y el consumo de combustible por la estúpida rotación de la hélice alcanzó un valor significativo;
• mientras el motor se calentaba, el ventilador continuaba enfriando obstinadamente el compartimiento del motor, realizando exactamente la tarea opuesta.

Estaba claro que mayores aumentos en la eficiencia y potencia del motor requerirían un control de la velocidad del ventilador. El problema se resolvió hasta cierto punto mediante un mecanismo conocido en la técnica como acoplamiento viscoso. Pero aquí debe organizarse de una manera especial.

El embrague del ventilador, si lo imaginamos de forma simplificada y sin tener en cuenta varias versiones, consta de dos discos dentados, entre los cuales hay un fluido llamado no newtoniano, es decir, aceite de silicona, que cambia de viscosidad dependiendo de la velocidad de movimiento relativa de sus capas. Hasta una conexión seria entre los discos a través de un gel viscoso en el que se convertirá. Solo queda colocar allí una válvula sensible a la temperatura, que suministrará este líquido al espacio con un aumento en la temperatura del motor. Un diseño muy exitoso, desafortunadamente, no siempre confiable y duradero. Pero se usa a menudo.

El rotor estaba conectado a una polea que giraba desde el cigüeñal y se colocaba un impulsor en el estator. A altas temperaturas y altas velocidades, el ventilador produjo el máximo rendimiento que se requería. Sin quitar el exceso de energía cuando no se necesita flujo de aire.

Embrague magnético

Para no sufrir con productos químicos en el acoplamiento que no siempre son estables y duraderos, a menudo se utiliza una solución más comprensible desde el punto de vista de la ingeniería eléctrica. El embrague electromagnético está formado por discos de fricción que están en contacto y transmiten el giro bajo la acción de una corriente suministrada al electroimán. La corriente provenía de un relé de control que se cerraba a través de un sensor de temperatura, generalmente montado en un radiador. Tan pronto como se determinó un flujo de aire insuficiente, es decir, el líquido en el radiador se sobrecalentó, los contactos se cerraron, el embrague funcionó y el impulsor giró por la misma correa a través de las poleas. El método se usa a menudo en camiones pesados ​​con ventiladores potentes.

accionamiento eléctrico directo

Muy a menudo, en los automóviles de pasajeros se usa un ventilador con un impulsor montado directamente en el eje del motor. La fuente de alimentación de este motor se proporciona de la misma manera que en el caso descrito con un embrague eléctrico, aquí solo no se requiere una transmisión por correa trapezoidal con poleas. Cuando es necesario, el motor eléctrico crea un flujo de aire, apagándose a temperatura normal. El método se implementó con la llegada de motores eléctricos compactos y potentes.

Una cualidad conveniente de tal unidad es la capacidad de trabajar con el motor parado. Los sistemas de enfriamiento modernos están muy cargados, y si el flujo de aire se detiene abruptamente y la bomba no funciona, entonces es posible un sobrecalentamiento local en lugares con una temperatura máxima. O gasolina hirviendo en el sistema de combustible. El ventilador puede funcionar durante un tiempo después de detenerse para evitar problemas.

Problemas, averías y reparaciones.

El encendido del ventilador ya se puede considerar un modo de emergencia, ya que no es el ventilador el que regula la temperatura, sino el termostato. Por lo tanto, el sistema de flujo de aire forzado se fabrica de manera muy confiable y rara vez falla. Pero si el ventilador no enciende y el motor hierve, entonces se deben revisar las partes más susceptibles de fallar:

• en una transmisión por correa, la correa puede aflojarse y deslizarse, así como su rotura total, todo esto es fácil de determinar visualmente;
• el método para verificar el acoplamiento viscoso no es tan simple, pero si se desliza fuertemente en un motor caliente, entonces esta es una señal de reemplazo;
• Los accionamientos electromagnéticos, tanto el embrague como el motor eléctrico, se verifican cerrando el sensor, o en el motor de inyección quitando el conector del sensor de temperatura del sistema de control del motor, el ventilador debe comenzar a girar.

Un ventilador defectuoso puede destruir el motor, porque el sobrecalentamiento conlleva una revisión importante. Por lo tanto, es imposible conducir con tales defectos incluso en invierno. Las piezas defectuosas deben reemplazarse inmediatamente y solo deben usarse piezas de repuesto de un fabricante confiable. El precio del problema es el motor, si es impulsado por la temperatura, es posible que las reparaciones no ayuden. En este contexto, el costo de un sensor o un motor eléctrico es simplemente insignificante.