LICEO PROFESOR LADISLAO LEIVA “Con Cristo hacia la excelencia académica”
“Sistema de refrigeración, CON PROTECCIÓN DE TERMOSTATO ELECTROMECÁNICO.” INTEGRANTES:
RICARDO ENRIQUE LEONOR CHAVARRÍA. HENRRY EDGARDO PEÑA RAMOS. EMMANUEL ESTEBAN ELÍAS BONILLA. SAMUEL ISAÍAS RIVAS LOPEZ. BRANDON ALEXANDER ROSALES FLORES. BILLY OBED MARROQUÍN MARROQUÍN.
MATERIA: TECNOLOGÍA DE MECÁNICA AUTOMOTRIZ. DOCENTE: ROBERTO OSWALDO SOLANO ALAS. GRADO: 2° AÑO BACHILLERATO TÉCNICO AUTOMOTRIZ. SECCIÓN: “D”- 2015 FECHA: SAN SALVADOR, 20 DE MARZO 2015.
PROVERBIOS 1:8-9: HIJO MÍO, ATIENDE LA INSTRUCCIÓN DE TU PADRE Y NO ABANDONES LA ENSEÑANZA DE TU MADRE, 9 PUES SERÁN PARA TI UN BELLO ADORNO: COMO UN COLLAR O UNA CORONA.
ÍNDICE Contenido ÍNDICE............................................................................................................................................2 INTRODUCCIÓN............................................................................................................................3 OBJETIVOS....................................................................................................................................4 GENERAL:..................................................................................................................................4 ESPECÍFICOS:...........................................................................................................................4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................................................5 JUSTIFICACIÓN............................................................................................................................7 DELIMITACIONES.........................................................................................................................8 TEMPORAL:............................................................................................................................8 ESPACIAL:..............................................................................................................................8 SOCIAL:..................................................................................................................................8 ALCANCES Y LIMITANTES...........................................................................................................9 ALCANCES:................................................................................................................................9 LIMITACIONES:..........................................................................................................................9 MARCO TEÓRICO.......................................................................................................................10 MOTOR TOYOTA TERCEL:.....................................................................................................10 ANTECEDENTES.................................................................................................................10 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN:............................................................................................12 CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN........................................................................................12 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.......................................................................................13 REFRIGERACIÓN POR AGUA............................................................................................15 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN..............................................................16 BOMBA DE AGUA.................................................................................................................16 RADIADOR...........................................................................................................................18 CONDENSADOR..................................................................................................................22 VENTILADOR REFRIGERANTE..........................................................................................22 TAPÓN DEL RADIADOR......................................................................................................23 TERMOSTATO......................................................................................................................24 DEPOSITO DE EXPANSIÓN................................................................................................25 ARDUINO..................................................................................................................................26 SENSOR DE TEMPERATURA DIGITAL..................................................................................27 DISEÑO DEL PROYECTO...........................................................................................................29 HIPÓTESIS...................................................................................................................................30
ELEMENTOS EN CONTRA DE LA HIPÓTESIS..........................................................................31 PRESUPUESTO..........................................................................................................................32 CRONOGRAMA...........................................................................................................................33 GLOSARIO...................................................................................................................................34 BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................35
INTRODUCCIÓN El presente proyecto fue realizado por los estudiantes del 2° año bachillerato técnico automotriz, grupo N°6, en el año electivo 2015. El tema de este trabajo es “Sistema de refrigeración con protección de termostato electromecánico”, para mejorar el control del flujo de agua y refrigerante en el motor de combustión interna TERCEL 3AC, cuidando al mismo tiempo su correcta refrigeración, evitando un sobrecalentamiento y por ende el pronto desgaste de sus partes móviles y fijas. La estructura de la presente monografía esta desarrollada a través de las siguientes partes: Como primera parte se desarrolla el planteamiento del problema donde aclaramos nuestro objeto de estudio; luego se encontrara con la delimitación de nuestro proyecto así como también sus limitantes y los alcances que se desean lograr; después tendrá el marco teórico que habla sobre los antecedentes e historia de nuestro motor a utilizará como modelo didáctico y la caracterización del sistema de refrigeración como nuestro campo de trabajo; para terminar el trabajo agrega un diseño compacto del proyecto finalizado y el presupuesto que se deberá seguir para el fin de este trabajo así como también un cronograma de actividades de los últimos meses. Para este trabajo se necesito de las consultas de diversas fuentes documentales sobre los principales componentes del sistema de refrigeración, y para nuestra innovación, la patente del sistema de refrigeración del BMW 328i 2006.
OBJETIVOS.
GENERAL: Aportar al área automotriz, un nuevo sistema de autoprotección de motores de combustión interna para evitar su sobrecalentamiento, ya sea este causado por el usuario o averías del motor; apoyándonos en las funciones del sistema de enfriamiento.
ESPECÍFICOS: 1-Caracterizar las partes del sistema de refrigeración de un motor de combustión interna: Agua o refrigerante, radiador, electroventilador, termocontacto, bomba de agua, termostato, depósito de expansión. 2-Conocer el funcionamiento del circuito controlado por el termostato: Cuando la temperatura del refrigerante es baja y cuando se el refrigerante alcanza la temperatura de apertura. 3-Cambiar el termostato convencional por un termostato electromecánico controlado por un arduino y un indicador digital de temperatura. 4-Evitar el sobrecalentamiento del motor, programándolo para apagarse al momento en que su temperatura sobrepase los 95°C, debido a alguna falla en el sistema de refrigeración.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Título del Proyecto: “SISTEMA DE REFRIGERACIÓN CON PROTECCIÓN DE TERMOSTATO ELECTROMECÁNICO.” “¿Cómo podremos electromecánico?"
sustituir
un
termostato
convencional
por
un
termostato
Un motor de sistema de combustión interna, exige una gran cantidad de temperatura interna provocada en la cámara de combustión, alcanzando temperaturas hasta de 2000°. Es por ello que el motor contiene un sistema directo y un indirecto de enfriamiento, directo por medio de aire, e Indirecto por medio de un líquido refrigerante. Dentro este sistema se encuentran diversos componentes, como lo son: Bomba de agua, mangueras, Termostato, Radiador, indicador de temperatura, termocontacto, electroventilador, vaso de expansión, etc. Como usualmente sucede, las piezas del sistema de refrigeración se desgastan por medio de su uso, o por fallas de conexión en el caso del marcador de temperatura y el termocontacto, pero cuando esto sucede, puede ocurrir en momentos inoportunos, como cuando el carro va en marcha, por ejemplo: Cuando una manguera se raja cuando el motor está en marcha, el liquido refrigerante se fuga por medio de esa fractura de la manguera, provocando así que el motor se sobrecaliente y sufre consecuencias a la vez, como romper la junta de culata y provocar que el motor se funda a causa de temperaturas excesivas en el motor. Otro ejemplo es, cuando el termostato, esta parte tan importante del motor que es una válvula metálica con un resorte que al calentarse con el refrigerante se abre dejando pasar flujo de este líquido al radiador, se atasque a causa de la corrosión provocada por el mismo líquido, haciendo que obstruya el paso de liquido provocando un sobrecalentamiento del motor, esta falla no se puede predecir por medio de un piloto en el tablero o un marcador de temperatura digital, ya que hasta el día de ahora, en general solo se cuenta con un marcador de aguja, y no cuentan con un dato exacto de la temperatura del motor. Es por ello que se necesita de una innovación ideal que contenga los siguientes requerimientos: Un medidor digital de temperatura. Un termostato electromecánico. Para construir estos dos elementos necesitaremos: Medidor digital de temperatura: Para elaborar este medidor digital necesitaremos:
Un arduino D1: Con este elemento, programaremos una función que nos ayudara a detectar la temperatura de un LDR, y esta temperatura sea vista por el usuario conductor de manera digital, para tener mayor precisión de nivel de temperatura y respetar los rangos establecidos de temperatura del motor. Un LDR de temperatura: Este elemento es fundamental en el sistema, ya que medirá la temperatura del líquido refrigerante del motor, el cual estará instalado en el toma de agua que sale del motor hacia el radiador.
Termostato electromecánico: Nota: En la elaboración de este proyecto se ocuparan elementos que se enlazaran con el marcador de temperatura.
Motor paso a paso: Este motor será parte principal de un circuito, este ira instalado en la carcasa del termostato electromecánico, e ira conectado al arduino, este motor será controlado por medio de tres pulsos que vendrán del arduino, por cada pulso que el motor reciba girara en proporcionalidades medidas en grados, una válvula que permitirá el paso de liquido refrigerante hacia el radiador. Grados Celsius medidor digital. 30° 72° 85°
de
temperatura
en
el Grados de inclinación de la reguladora de líquido refrigerante. 15° 30° 45°
válvula
Válvula reguladora del líquido refrigerante. (Estrangulador de carburador): Esta válvula será controla por un eje central que proviene del motor paso a paso, estará instalado internamente en la carcasa del termostato electromecánico. Carcasa: Elaborada con material de aluminio, ya que este posee una propiedad de disipar el calor de forma rápida, en esta pieza irán alojados, el motor paso a paso y el estrangulador del carburador, como antes mencionado servirá como una válvula de regulación de paso de liquido refrigerante. La carcasa constara de dos extremos, un extremo ira enroscado en el radiador, y el otro extremo conectara con la manguera que proviene del toma de salida del liquido refrigerante en el motor.
JUSTIFICACIÓN. Con la creación de un termostato electromecánico, se está innovando la función de un termostato convencional, dando un paso más a las innovaciones en el sistema de refrigeración en el mercado, a la hora de emplear este sistema en un vehículo, el usuario tiene con eficacia un automóvil más compacto, Un automóvil con marcador de temperatura del refrigerante y que a la vez el conductor tendrá la certeza que su automóvil no sufrirá fallas mecánicas por un sobrecalentamiento ya que el automóvil se apagara cuando exceda su temperatura de régimen , este aparato beneficiaria la economía del conductor previniendo cualquier accidente o improvisto en el camino, Se sabe con claridad que los marcadores de aguja no marcan la temperatura especifica de el refrigerante, y es por eso que con esta innovación será sustituida por un marcador digital, y a la vez con el aumento de temperatura el termostato electromecánico ira abriendo según la temperatura del liquido refrigerante y las condiciones del clima. Como muestra de lo descrito, esta innovación será instalada en un automóvil marca Toyota, Modelo tercer, año 1982, motor 3A-C y será presentado en la Expo técnica del Liceo Profesor Ladislao Leiva para que los espectadores vean de manera física el funcionamiento de dicho proyecto. A la hora de mostrar su funcionamiento, se tiene por objetivo explicar de forma teórica los componentes del Sistema de refrigeración del motor, y a la vez de manera práctica, mostrar sus respectivas conexiones al espectador.
DELIMITACIONES.
TEMPORAL: Terminar con anticipación dicho proyecto, antes de la Expo técnica del Liceo Profesor Ladislao Leiva. Trabajar días extras para avanzar en el presente proyecto. Se debe aprovechar el tiempo en horas de trabajo. ESPACIAL: Taller de mecánica automotriz del Liceo Profesor Ladislao Leiva, ubicado en 1° calle poniente 161 Colonia Escalón. Población salvadoreña que vive dentro de los límites del municipio de San Salvador. SOCIAL: Proporcionar a la población salvadoreña un sistema de refrigeración innovador que la mayoría por sus limitantes económicas no puede obtener en un carro europeo. Alimentar y afinar nuestro conocimiento, como estudiantes de mecánica automotriz, sobre el sistema de refrigeración de un motor de combustión interna.
ALCANCES Y LIMITANTES. ALCANCES:
Crear un producto que beneficie a los usuarios automotrices. Innovar el sistema de refrigeración del motor por medio de un termostato electromecánico. Prevenir un accidente provocado por fallas mecánicas del sistema de refrigeración. Tomar como base un termostato convencional, para crear uno con conexiones eléctricas. Promover dicho producto a empresas de ingeniería automotriz. Incentivar a la población de El Salvador para que compre este producto. Renunciar a distracciones, para estar disponibles al cien por ciento para la elaboración del proyecto. Lograr tener un auge positivo en el área automotriz
LIMITACIONES: Cotización de recursos en zonas poco seguras, debido a la delincuencia en el país. La falta de información que se puede tener acerca de los circuitos electrónicos de un arduino.
MARCO TEÓRICO MOTOR TOYOTA TERCEL: ANTECEDENTES El Tercel, es un vehículo subcompacto fabricado desde 1978 hasta 2000; a través de cinco generaciones, en cinco configuraciones de carrocería - de un tamaño entre el Corolla y el Starlet. Fabricado en la planta de Takaoka en Toyota City, Japón, y compartir su plataforma con el Cynos (también conocido como Paseo) y Starlet. El Tercel, fue comercializado por muchos como una II Corolla - se vende en los concesionarios de Toyota Japón, se llama Toyota Corolla Ubicación de las tiendas y fue reemplazado por el Toyota Platz (Yaris) en 1999. También era conocido como el (en japonés: Toyota Corsa) y se venden en las tiendas de Toyopet. El Tercel fue el primer vehículo de tracción delantera producido por Toyota, el establecimiento de un diseño y un estilo que fue utilizado más adelante en otros modelos populares de Toyota. Por ejemplo, el Toyota Corolla E80, es casi similar a la estructura de la AL20 Tercel. Además, Toyota ha diseñado un nuevo motor para el Tercel, tratando de lograr la buena economía de combustible y desempeño; así como bajas emisiones. La elección de estilos de carrocería, también aumentó con la adición de un sedán de cuatro puertas. El nombre de "Tercel", se deriva de una palabra latina que significa "un tercio". Como el Tercel fue ligeramente menor que el Corolla - de manera muy "tercel" - se refiere a un macho de halcón, que es un tercio más pequeño que su contraparte femenina. Primera Generación El Tercel fue introducido en Japón en agosto de 1978; en Europa en enero de 1979 y los Estados Unidos en 1980. Se vendió originalmente, ya sea como un coupé de dos o cuatro puertas, o como un hatchback de tres puertas. Una versión comercializada en paralelo a través de una red de distribución independiente, en Japón fue llamado el Toyota Corsa. En los Estados Unidos, fue nombrado como el Tercel Corolla, con la esperanza de que la reputación del Corolla -conocido por su calidad y durabilidad- atrajera a los compradores hacia el nuevo modelo. Los modelos vendidos en los EE.UU. fueron accionados por un motor SOHC de cuatro cilindros y 1.4L que producían 60 CV (45 Kw). Las opciones de transmisión, son una manual de cuatro o de cinco velocidades o una automática de tres velocidades que estaba disponible con el motor 1.5L de agosto de 1979. En el mercado japonés, el motor desarrollaba 80 CV 1500 (59 Kw) a 5.600 rpm, mientras que el motor 2A menor de 1.3L agregado en junio de 1979, ofreció un pretendido 74 CV (54 Kw). En Europa, sobre todo el más pequeño de la versión 1.3L, estaba disponible con 65 CV (48 kW). Tercel 1981 coupé (América del Norte). En esta nueva rueda delantera de la unidad de diseño, el primero para Toyota, el motor fue montado longitudinalmente. La transmisión se ha montado debajo de la plataforma, como es el caso de un coche rueda trasera de la unidad. A diferencia de un coche rueda trasera de la unidad, la transmisión tenía un anillo y el piñón en la parte
delantera de la transmisión, por debajo del motor. El semieje, entonces se extendía desde la transmisión a las ruedas delanteras. En agosto de 1980, el Tercel (y Corsa) fueron sometidos a un lavado de cara, con cambios considerables en la parte delantera y los menores en el interior y parte trasera. El motor 1A fue sustituido por el 3A de desplazamiento idéntico pero ahora con 83 CV (61 kW).
Segunda Generación Debido a las decepcionantes ventas de la primera generación del Tercel, fue rediseñado en mayo de 1982. La palabra "Corolla" fue eliminada, llegando a ser simplemente "Tercel" en todos los mercados. Esta, la serie L20, era un modelo de forma más moderna y angular. La segunda generación Tercel, estaba disponible como hatchback de tres o cinco puertas, una camioneta familiar de cuatro puertas y también como un sedán de cuatro puertas en Japón. El modelo familiar, conocido en Japón como el Sprinter Carib (en japonés: Toyota Sprinter Carib, la abreviatura de "Caribou"), fue presentado en agosto de 1982. El vagón estaba también disponible con tracción en las cuatro ruedas (la versión con tracción delantera sólo estaba disponible en mercados selectos). En Japón, un sedán con tracción integral también estaba disponible; se mantuvo en producción junto con la versión familiar, incluso después de la introducción de la tercera generación del Tercel. Estándar de tracción delantera y cuatro vehículos (ruedas motrices vagones que no están equipados con la transmisión manual de seis velocidades) venían con una transmisión automática de tres velocidades o una transmisión manual de cuatro o cinco velocidades. El manual de cuatro velocidades, se reserva para la versión más simple en los mercados norteamericanos. Como sólo las dos primeras generaciones se vendieron oficialmente en Europa, esta fue la última generación de la serie Tercel que se encuentra allí, ya sea con la ventana trasera o de la carrocería station wagon. En Japón, las salidas de potencia fueron los siguientes: 1.295 cc 2A-U: 75 CV (55 kW) a 6.000 rpm 1.452 cc 3A-U: 83 CV (61 kW) a 5.600 rpm (9.0:1 compresión, 82,05-86,05) 1.452 cc 3A-U: 85 CV (63 kW) a 5.600 rpm (9.3:1 compresión, 86.03-88.02) 1.452 cc 3A-HU: 86 CV (63 kW) a 6.000 rpm (variable carburador de venturi, la compresión de 9.3:1, 82,05-84,08)
1.452 cc 3A-SU: 90 CV (66 kW) a 6.000 rpm (dos variables carburadores de venturi, la versión del remolino de admisión, 84.08-88.02) Los Tercels estadounidenses, han recibido el motor de 1.5 litros, que produce 63 CV (47 kW) a 4.800 rpm. En Europa, tanto la 1.3L (65 kW PS/48 a 5.400 rpm) como el 1.5L (71 kW PS/52 a 5.600 rpm), estaban disponibles. Los modelos de tracción en las cuatro ruedas (chasis AL25, sólo con el motor 1.5L), pueden ser equipados con transmisión manual de seis velocidades y se podía pasar de tracción de dos a cuatro ruedas, sin llegar a una parada. La sexta velocidad que llevaba era un "extra baja" (EL) la primera marcha, un engranaje de transmisión de serie con una muy baja (4.71:1) el arte de relación. El equipo de EL, ha generado una relación de 17.6:1 de transmisión final; dando al conductor la fuerza necesaria para extraer el vehículo de las condiciones que de otro modo, pudiera quedar atrapado. Debido a su baja relación de engranajes, era adecuado sólo para un uso a muy baja velocidad en superficies resbaladizas (como nieve, grava o arena). También se incluye con los modelos de tracción integral mejor equipados, un inclinómetro por encima de la radio de acondicionador de aire / que mide la inclinación del coche.
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN: CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN En el funcionamiento, a plena carga los motores de combustión interna generan temperaturas superiores a 2.000 °C. Para proteger la transmisión y los grupos cercanos de las cargas que se producen a consecuencia de este calor extremado, se requiere una refrigeración eficiente. En este contexto, la refrigeración por líquido ha demostrado su eficacia. Mientras que antes, sólo se utilizaba agua para la refrigeración; hoy en día, se ha generalizado el uso de una mezcla de agua y un líquido refrigerante. Dicho líquido atraviesa un complejo sistema formado por un circuito pequeño y otro circuito grande. Mientras el motor se calienta, el líquido refrigerante sólo circula por el motor propiamente dicho (circuito de refrigeración pequeño). Cuando se alcanza la temperatura de funcionamiento necesaria, se abre el acceso al radiador y la temperatura del líquido refrigerante desciende, gracias al efecto del aire del exterior (circuito de refrigeración grande).
Entre los principales componentes del sistema de refrigeración, se encuentran la bomba que impulsa el líquido refrigerante a través del sistema, el termostato que regula la transición del circuito pequeño al circuito grande y naturalmente, el propio líquido refrigerante. En las siguientes páginas trataremos estos componentes.
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN La mayoría de los sistemas de refrigeración instalados en los vehículos modernos, tienen un sistema eléctrico para regular el flujo de aire refrigerante. Cuando se sobrepasa la temperatura de funcionamiento del motor, un termo interruptor activa un ventilador eléctrico. En los vehículos, cuyos motores están montados longitudinalmente para propulsar el ventilador del radiador, a menudo se emplea, además del accionamiento eléctrico, un accionamiento mecánico mediante una correa trapezoidal o una correa trapezoidal nervada. En el accionamiento mecánico, la rueda del ventilador está unida con la polea de la correa por medio de un acoplamiento hidrodinámico. Cuando se produce un calentamiento, el acoplamiento hidrodinámico establece una unión resistente a la torsión entre la polea de la correa y la rueda del ventilador; por el contrario, cuando se produce un enfriamiento la rueda del ventilador puede girar suelta frente a la polea.
POR AIRE
Este sistema consiste en evacuar directamente el calor del motor a la atmósfera, a través del aire que lo rodea. Para mejorar la conductibilidad térmica o la manera en que el motor transmite el calor a la atmósfera, estos motores se fabrican de aleación ligera y disponen sobre la carcasa exterior de unas aletas que permiten aumentar la superficie radiante de calor. La longitud de estas aletas es proporcional a la temperatura alcanzada en las diferentes zonas del cilindro; siendo por tanto, de mayor longitud las que están más próximas a la cámara de combustión. La refrigeración por aire a su vez puede ser: Directa y Forzada. Refrigeración directa Se emplea este sistema en motocicletas, donde el motor va situado expuesto completamente al aire; efectuándose la refrigeración por el aire que hace impacto sobre las aletas durante la marcha del vehículo, siendo por tanto, más eficaz la refrigeración cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento. En la figura inferior, se puede ver un motor de motocicleta de la marca BMW, con dos cilindros horizontales refrigerados por aire.
Refrigeración forzada. El sistema de refrigeración forzada por aire, es utilizado en vehículos donde el motor va encerrado en la carrocería; por tanto, con menor contacto con el aire durante su desplazamiento. Consiste en un potente ventilador movido por el propio motor, el cual crea una fuerte corriente de aire que canalizada convenientemente hacia los cilindros para obtener una eficaz refrigeración aun cuando el vehículo se desplace a marcha lenta. Este sistema de refrigeración, fue utilizado por la marca Volkswagen en su mítico escarabajo, también lo utilizo Citroën en su no menos mítico 2CV y GSA.
Ventajas de este sistema: La sencillez del sistema. Se obtiene un menor peso muerto del motor al eliminar los elementos de refrigeración Menor entretenimiento del sistema. Se consigue al eliminar posibles averías en los elementos auxiliares de refrigeración. El motor ocupa menor espacio. Factor importante a tener en cuenta en vehículos pequeños y sobre todo en motocicletas, donde el espacio destinado al motor es reducido.
No está sometido a temperaturas críticas del elemento refrigerante, como ocurre en los motores que emplean el sistema de refrigeración por agua, en el que se puede producir la ebullición o congelación del agua. En este sistema se puede dimensionar las aletas o canalizar el aire convenientemente, para que el caudal de aire que atraviesa el motor asegure una eficaz refrigeración y mantenga una temperatura optima en el motor. Disminuye las pérdidas de calor por refrigeración. Estas pérdidas suelen ser unos 18% menores que en la refrigeración por agua; obteniéndose, por tanto, un mayor rendimiento térmico.
Inconvenientes: Los motores refrigerados por aire, son más ruidosos que los refrigerados por agua. Esto es debido a que el paso del aire por las aletas de refrigeración, origina un pequeño amplificador sonoro. En los refrigerados por agua, la capa líquida que circunda las camisas hace de amortiguador de los ruidos internos. La refrigeración es irregular. Esto es debido a la influencia de la temperatura ambiente que produce un mayor calentamiento al ralentí, cuando el vehículo no se mueve o circula muy lento. Están sometidos, por lo tanto, a un mayor peligro de gripaje lo que obliga a un mayor juego de montaje entre sus elementos. Debido a la mayor temperatura en los cilindros, la mezcla o aire aspirado se dilata. Con esto, se reduce el llenado y por tanto, la potencia útil del motor en un 6% aproximadamente.
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 refrigerante donde el líquido se enfría y vuelve al circuito para cumplir su misión refrigerante. El circuito se establece por el interior del bloque y culata, para lo cual estas piezas se fabrican huecas, de forma que el líquido refrigerante circunde las camisas y cámaras de combustión circulando alrededor de ellas. La circulación del agua por el circuito de refrigeración puede realizarse por "termosifón" (apenas se ha utilizado) o con circulación forzada por bomba centrífuga.
Circulación del agua por termosifón Este sistema como se ha dicho antes, no se utiliza desde hace muchos años. El sistema está 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 pese 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 y entra en el block donde al irse calentando va
ascendiendo por el circuito interno, para salir otra vez al radiador. La circulación del agua en el sistema es autor regulable, 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.
Inconvenientes del sistema 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.
ELEMENTOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN BOMBA DE AGUA La bomba de agua, es el dispositivo que hace circular el líquido refrigerante en el sistema de refrigeración del motor. Es accionada por una correa de transmisión y sólo funciona cuando el motor se encuentra encendido, va conectada al cigüeñal y hace circular el agua por el circuito de refrigeración y el motor, esto se logra en el intercambio de calor al ingresar el liquido por el radiador, el cual por corriente de aire disipa la temperatura. La bomba de agua, es un componente vital para el buen funcionamiento del sistema que regula la temperatura, con la cual el motor debe trabajar. Las bombas de agua, son responsables de hacer circular el líquido refrigerante a través del bloque de motor, radiador, culata, etc. Así mismo, deben asegurar una obturación óptima, ya que las pérdidas de refrigerante ocasionarían calentamientos del motor, que podrían causar averías cuantiosas en el peor de los casos. Hoy en día, las bombas de agua modernas son de fundición de aluminio como los motores de los vehículos.
La bomba de agua por dentro: Las partes más importantes de una bomba de agua, son el eje armado (rodamiento) y el cierre (obturación). Ambas, están directamente relacionadas y con que sólo uno de estos dos elementos sea de baja calidad, se condiciona negativamente el funcionamiento de la bomba.
SUS FUNCIONES La bomba de agua, es una bomba centrífuga accionada por el motor mediante una correa, la capacidad de la misma debe ser suficiente para proporcionar la circulación del líquido refrigerante por el circuito de refrigeración; transportando el calor sobrante hacia el exterior, el flujo del líquido refrigerante regresa a la bomba de agua a través del desviador cuando está cerrado el termostato y por el radiador, cuando el termostato está abierto. El sistema bloque motor/circuito de refrigeración, está diseñado a efectos de mantener un equilibrio térmico en el motor. Este equilibrio, garantiza unas condiciones de funcionamiento óptimas: combustión completa, rendimiento elevado, ausencia de polución y buena lubricación. Todo esto conlleva una mayor protección de las piezas mecánicas, alargando así, la vida del motor.
RADIADOR Se conoce por radiador al dispositivo que permite intercambiar calor entre dos medios, siendo uno de ellos, el aire ambiente. Sirve para disipar el calor de un objeto o aparato para evitar su sobrecalentamiento o para aprovecharlo; calentando un espacio o un objeto. Generalmente, trabaja por convección; pero también por radiación, a lo que debe su nombre. Se entiende por este nombre al intercambiador de calor que cede o en ciertos casos, recibe el calor del aire ambiente. Su funcionamiento consiste en ampliar la superficie de intercambio por medio de aletas, normalmente, de modo que el calor encuentre suficiente superficie de intercambio. Efectivamente, el intercambio de calor depende de la diferencia de temperaturas entre los medios que intercambian calor, en este caso, el radiador y el aire ambiente de la superficie de intercambio. Además, el aire que se ha calentado en la superficie, tiende por efecto película a permanecer en las proximidades; reduciendo la diferencia de temperaturas, por lo que a menudo se recambia por aire fresco por medio de un ventilador (convección forzada).
¿Cómo está construido un radiador?
El radiador está compuesto por las siguientes partes:
Tubos: Es la parte del radiador por donde circula el agua caliente que proviene del motor, para ser refrigerada por medio de las aletas.
Aletas: Es una lámina de cobre en forma de acordeón o lineal, que se encuentra ubicada entre los tubos y es la que hace posible la generación de turbulencia de aire cuando éste pasa, a través del radiador; es decir, la función de las aletas ayuda notablemente a disipar el calor.
Colectores: Es una lámina de latón de cobre debidamente confeccionada, colocada en la parte superior e inferior del radiador donde van soldados los tanques y los tubos.
Laterales: Es una estructura metálica que refuerza los costados del radiador.
Tanques: Es el componente por medio del cual se conecta la manguera de entrada o salida de agua, proveniente del motor. Estos pueden ser de cobre, para los radiadores de cobre o de plástico, para los radiadores de aluminio.
CLASES DE RADIADORES
Radiador. El radiador, es el principal componente del sistema de refrigeración de motores y tiene la importante función de arrojar a la atmósfera, el calor acumulado por el refrigerante de las diversas piezas del motor. Generalmente, el radiador se ubica en la parte frontal del vehículo, próximo a los tubos de entrada de aire, a fin de aprovechar la dinámica de la velocidad. Los automóviles equipados con aire acondicionado, disponen de radiadores más potentes para disipar el calor proveniente del condensador. También aquí, los radiadores densos, desarrollados en colaboración con expertos en aire acondicionado, garantizan el rendimiento requerido por el motor a pesar de la elevada temperatura exterior y de las duras condiciones de marcha.
Intercooler.
El intercooler, es un intercambiador de calor que enfría el aire comprimido que alimenta los motores equipados con un turbocompresor. La sobrealimentación del compresor, un sistema aún más extendido, permite incrementar la potencia de un motor, aunque sea de poca capacidad; comprimiendo un gran volumen de aire en el motor y por consiguiente, un mayor volumen de combustible. Durante la compresión, el aire tiende a calentarse reduciéndose su densidad. Esto neutraliza en parte, el efecto de la compresión misma. El efecto del intercooler, es precisamente el de reducir la temperatura del aire comprimido; permitiendo así, la plena explotación de la sobrealimentación.
La atención dedicada a la reducción de emisiones y de consumo de combustible, origina la búsqueda de componentes que potencien la eficiencia del motor, siendo el intercooler uno de éstos. Denso posee una empresa dedicada al desarrollo de intercoolers, hace uso de cámaras
climáticas y pruebas en carretera para controlar la eficiencia de sus sistemas, bajo condiciones de marcha lo más similares posible a las condiciones reales en las que los clientes conducen sus coches.
El intercooler, es un intercambiador (radiador) aire-aire o aire-agua que se encarga de enfriar el aire comprimido por el turbocompresor de un motor de combustión interna. Normalmente, los gases al comprimirse adiabáticamente (sin cesión de calor al entorno) se calientan; se puede ver al hinchar la rueda de una bicicleta que la válvula se calienta. En el caso del turbo, los gases salen a un temperatura de unos 90-120°C. Este calentamiento es indeseado, porque los gases al calentarse pierden densidad, con lo que la masa de oxígeno por unidad de volumen disminuyen. Esto provoca que la potencia del motor disminuya, ya que hay menos oxígeno para la combustión. El intercooler, rebaja la temperatura del aire de admisión a unos 60 °C, con lo que la ganancia de potencia, gracias al intercooler, está en torno al 10-15% respecto a un motor solamente turboalimentado (sin intercooler). Lo habitual es que los intercooler sean de aire-aire. Aunque en algunos casos, se tiene posibilidad de añadir un pequeño chorro de agua para aumentar la potencia durante un rato. En motores que tienen una preparación un tanto más "extrema", se ha experimentado en la "congelación" del intercooler por un corto lapso de tiempo para ganar potencia extra, esto se puede hacer mediante descargas de CO2 comprimido sobre el mismo. Radiador del aceite Los radiadores de aceite, son indispensables para mantener controlada la temperatura del aceite, lo que es necesario para el funcionamiento del motor y sus subsistemas. De hecho, existen intercambiadores de aceite para el aceite del circuito principal de lubricación del motor, la transmisión automática y la dirección asistida. Unas temperaturas excesivas originan una rápida degradación de las propiedades lubricantes del aceite; corriéndose el riesgo de que se dañen los componentes mecánicos. Puede que estén diseñados más bien, para intercambiar calor entre el aceite y el aire, y para que entre el aceite y el refrigerante en el circuito de refrigeración del motor. Este último, supone circuitos de aceite simplificados y bajos costos en comparación con las soluciones aceite-aire, que ofrecen un mayor rendimiento y no implican una carga térmica adicional para el radiador.
CONDENSADOR. El condensador, es un intercambiador de calor que forma parte del sistema de aire acondicionado del vehículo. Tiene la función de condensar el refrigerante en el circuito de refrigeración subyacente al sistema de aire acondicionado del vehículo en la cabina. Por ser un intercambiador de calor, su estructura es similar a la de un radiador, pero tiene que resistir presiones internas elevadas (de hasta 25 bares) comunes en sistemas de aire acondicionado. Los condensadores DENSO, en el caso de las aplicaciones más recientes, poseen un sistema de filtro integrado para garantizar una mayor eficacia del sistema de aire acondicionado.
VENTILADOR REFRIGERANTE. El ventilador de refrigeración, está diseñado para aplicaciones automotrices y normalmente está ubicado detrás del radiador. En ciertas aplicaciones, los ventiladores están situados delante de intercambiadores de calor, con el fin de aumentar el flujo de aire refrigerante cuando se circula a baja velocidad o el vehículo está parado. Para prevenir el consumo inútil de combustible, la válvula electromagnética se activa exclusivamente en caso necesario, mediante sensores que detectan la temperatura del refrigerante del motor y la presión del sistema de aire acondicionado. Los coches con aire acondicionado utilizan válvulas electromagnéticas más potentes.
El ventilador no solo envía una corriente de aire alrededor del motor, sino además, absorbe el aire de la atmósfera (fresco) y lo hace pasar a través del núcleo del radiador a mayor velocidad proporcionando un adecuado enfriamiento. El ventilador es accionado por el motor mediante un acople en el eje de la bomba de agua y se impulsa con una correa (banda), desde la polea del cigüeñal. Algunos ventiladores incorporan un embrague con fluido de impulsión para controlar las velocidades, respecto con las demandas de enfriamiento. La capacidad del ventilador depende del número de aspas, del diámetro total y la velocidad. El paso o ángulo de las aspas del ventilador, también afecta su capacidad. Las aspas más planas, mueven menos aire que las aspas con mayor ángulo. Los ventiladores con ángulo variable, tienen aspas flexibles que tienden a ser menos planas a medida que se incrementa la velocidad del motor. Con el aumento de velocidad, se crea un flujo de aire suficiente. Las aspas son curvas en las puntas, con frecuencia se encuentran espaciadas de manera no uniforme para reducir el nivel de ruido. La cubierta del ventilador, evita una recirculación de aire alrededor de las puntas de las aspas.
TAPÓN DEL RADIADOR El tapón del radiador, es una parte muy importante del sistema de enfriamiento de un vehículo y casi siempre, se revisa solo cuando existen problemas de sobrecalentamiento o pérdidas de anticongelante. Consideremos detenidamente las funciones que realiza: 1. A través del tapón de llenado, se adiciona el anticongelante al sistema de enfriamiento y aunque el tapón del radiador no se tiene que quitar para revisar el nivel del anticongelante dentro del radiador, en la mayoría de los vehículos de pasajeros y camionetas se debe de remplazar cuando se cambia el anticongelante. Esto es, cuando se le da servicio correctivo a todo el sistema de enfriamiento. Es recomendable cada 2 años. 2. El tapón de radiador incrementa el punto de ebullición del anticongelante, previniendo un sobrecalentamiento y pérdida del anticongelante. Opera de la misma manera que la válvula de seguridad de una olla de presión, la cual permite que se cocine el contenido a una temperatura más alta, pero limitando la acumulación de presión por seguridad.
Una mezcla de 50/50 de anticongelante y agua normalmente embulle a 108°C; con un tapón de 4 lbs. de presión, el punto de ebullición sube a 115°C; con 7 lbs. de presión se va a 120°C; y con 14 lbs. de presión se incrementa a 128.3°C. 3. Es una válvula de alivio de presión, que previene una acumulación peligrosa de presión interna dentro del sistema de enfriamiento. Cuando el motor se apaga, se presenta seguidamente un periodo de calor húmedo durante el cual la presión se puede acumular dentro del sistema de enfriamiento. El tapón ventila esta presión, permitiendo que una pequeña cantidad de refrigerante circule del radiador al depósito del anticongelante. Esto previene daños a las partes más vulnerables del sistema de enfriamiento como el radiador, las mangueras y el empaque de la bomba de agua; así como la pérdida de anticongelante, que se va por el radiador. 4. Es también una válvula de liberación de vacío. Mientras el motor se enfría, el anticongelante dentro del radiador y el motor junto con cualquier bolsa de vapor que se haya formado, se empiezan a contraer. Esto, crea un vacío dentro del sistema de enfriamiento. La función de liberación de vacío del tapón, permite que una cantidad del anticongelante salga del depósito al radiador para mantener el nivel de anticongelante apropiado.
TERMOSTATO El termostato en un automóvil es el encargado de mantener una temperatura de motor adecuada y constante, el cual necesita trabajar con una temperatura del refrigerante de aproximadamente 90° Celsius. Este dispositivo va montado en los conductos del refrigerante y regula el flujo de este líquido al radiador para mantener la temperatura óptima.
El termostato pieza tiene mucha importancia en lo que respecta al trabajo del motor, de la inyección del combustible y emisiones contaminantes, las fallas de esta pieza pueden ser dos: la primera es que se quede cerrada y eleve la temperatura del motor; y la segunda, que se quede abierta y baje la temperatura. En caso que se quede pegado en posición cerrada no habrá flujo hacia el radiador y se puede recalentar el motor hasta fundirlo. En el caso contrario, que se quede pegado en posición abierta, el motor se enfriará, lo que podría desgastar el motor por fricción, ya que los metales se contraen por la temperatura. También el sensor de temperatura del refrigerante al medir una baja temperatura inyectará más combustible para compensar y, por consiguiente, las emisiones contaminantes se elevarán y el rendimiento de la gasolina disminuirá de manera evidente.
DEPOSITO DE EXPANSIÓN Un vaso de expansión o deposito de expansión, es un elemento utilizado en circuitos de calefacción de edificios para absorber al aumento de volumen que se produce al expandirse por calentamiento el fluido caloportador, que contiene el circuito y devolverla cuando se enfría. Como medida de seguridad, es fundamental que los vasos estén conectados a la caldera directamente y sin ninguna llave de paso que pueda cortar esta unión, salvo para poner la caldera en contacto con la atmósfera.
TIPOS DE DEPÓSITOS EXPANSIÓN
Vaso de expansión abierto El vaso de expansión abierto, es un recipiente que debe de estar colocado en la parte más alta de la instalación. Es importante que el agua contenida en este depósito, tenga el menor contacto posible con el aire, puesto que si se oxigena ayudaría a la oxidación de los componentes de la instalación al reintroducirse (es muy importante no renovar nunca o casi nunca, el agua contenida en una instalación de calefacción). El vaso de expansión abierto, debe tener a menudo algún dispositivo que evite que el agua contenida se hiele (sistema de recirculación), lo que puede ocurrir porque debe estar situado en
la parte superior, por encima de la zona calefactora (en las instalaciones que tiene circulación por bomba, debe de estar al menos cuatro metros por encima del emisor más alto, para evitar cavitaciones en la bomba).
Vaso de expansión cerrado El vaso de expansión cerrado, está formado por dos zonas: una en contacto con el circuito primario de calefacción y por tanto llena de agua y una segunda zona, llena de aire o gas nitrógeno en su caso. Estas zonas están separadas por una membrana impermeable. Cuando el agua se expande, aumentando de volumen, la membrana cede comprimiendo el aire; logrando una presión de funcionamiento estable.
Este tipo de vaso, produce una sobrepresión en el circuito, cuestión que debe de estar prevista para que no dañe sus componentes. Su ventaja, es que puede estar en el mismo local que las calderas y por lo tanto; al abrigo de las heladas.
ARDUINO
Arduino, es una plataforma de hardware libre basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware, consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los micro controladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, y Atmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado, el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque, que es ejecutado en la placa. Desde octubre de 2012, Arduino se usa también con microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 bits, que coexistirán con las más limitadas, pero también económicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario; sin embargo, se pueden programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso sí, las micro controladoras CortexM3 usan 3,3V a diferencia de la mayoría de las placas con AVR, que generalmente usan 5V. No obstante, ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3,3V como la Arduino Fio y existen compatibles de Arduino Nano y Pro como Meduino, en el que se puede conmutar el voltaje. Arduino, se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software tal como Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente. Arduino puede tomar información del entorno, a través de sus entradas analógicas y digitales; puede controlar luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino, se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino, pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un computador.
SENSOR DE TEMPERATURA DIGITAL El sensor de temperatura es un dispositivo que se comunica de forma digital. Cuenta con tres terminales, los dos de alimentación y el pin “data”. Con Arduino podemos “leer” la temperatura que registra este sensor que posee una característica muy peculiar. Utiliza la comunicación OneWire, la cual es un poco complicada para los que no tienen mucha experiencia en el área de electrónica digital. Básicamente se trata de un protocolo especial que permite enviar y recibir datos utilizando un solo cable, a diferencia de la mayoría de los protocolos que requiere dos vías. De hecho, Arduino posee los pines RX y TX que son los encargados de enviar y recibir información. Para muchas personas que intenten aprender a utilizar el sensor DS18B20 probablemente sea un poco difícil encontrar información precisa y concisa, debido a que se habla mucho de este protocolo de comunicación de un solo cable y los códigos de ejemplo normalmente están
“ahogados” entre los párrafos que tratan de explicar al usuario una serie de conceptos que para nuestros propósitos no tienen relevancia.
DISEÑO DEL PROYECTO
HIPÓTESIS Si se logra sincronizar las variables de tiempo, temperatura y grados de inclinación, se puede llegar a instalar un nuevo tipo de termostato para la industria automotriz. Mas los indicadores lumínicos de fallas en el sistema de refrigeración, esto será una tecnología de última generación que será cercana para todo tipo de población en el país.
ELEMENTOS EN CONTRA DE LA HIPÓTESIS
La estructura de la carcasa con papalota, puede ser de un material no tan resistente. La temperatura del motor puede variara por distintos fenómenos y no ser constante. El invento pueda que no resista las altas temperaturas del motor.
PRESUPUESTO.
MATERIALES
UNIDADES
TOTAL.
Carro Toyota tercer, $400.00 año 1982, motor 3ªC.
1
$400.00
LDR temperatura.
de $5.00
1
$5.00
Estrangulador carburador.
de $15.00
1
$15.00
Arduino uno
$33.00
1
$33.00
Aluminio Solido.
$20.00
1
$20.00
Elaboración de $45.00 carcasa y ensamble.
1
$45.00
Elaboración arnés
de $15.00
1
$15.00
Pantalla Digital.
$10.00
1
$10.00
Programación.
$20.00
1
$20.00
Brocas.
$1.50
2
$3.00
Motor pasó a paso.
$5.00
1
$5.00
Cinta aislante
$2.50
1
$2.50
y $1.25
3
$5.00
$2.50
2
$5.00
Fusibles portafusiles. Relés. TOTAL:
VALOR
$583.50
CRONOGRAMA
GLOSARIO
Termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico en función de la temperatura.
Manguera: Una manguera es un tubo hueco flexible diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro.
Refrigerante: es un producto químico líquido o gaseoso, fácilmente licuable, que es utilizado como medio transmisor de calor entre otros dos en una máquina térmica. Los principales usos son los refrigeradores y los acondicionadores de aire.
Bomba de agua: es la encargada de mover el refrigerante a través de todo el circuito, esta es movida por el cigüeñal mediante una correa.
Radiador: el refrigerante pasa a través del radiador y el aire que atraviesa el radiador lo enfría.
vaso de expansión: está unido al radiador para compensar la dilatación del líquido al aumentar de temperatura, es el elemento donde se comprueba el nivel de líquido refrigerante.
Ventilador: al elevarse la temperatura del refrigerante se acciona para forzar una corriente de aire a través del radiador disminuyendo la temperatura.
Termómetro: situado en el cuadro del salpicadero nos indica la temperatura del motor, en caso de que la aguja alcance la zona roja, en los electrónicos cuando sube más de lo normal, se debe parar el motor inmediatamente.
Circuito: Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores,condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) que pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.
Electromecánica: La electromecánica es la combinación de las ciencias del electromagnetismo de la ingeniería eléctrica y la ciencia de la mecánica. La Ingeniería electromecánica es la disciplina académica que la aborda.
Toyota: Toyota Motor Corporation (トヨタ自動車株式会社, Toyota Jidosha Kabushikigaisha), simplemente llamado Toyota, es un fabricante de automóviles japonés con sede en Toyota (Aichi), Japón. Toyota fue el mayor fabricante de automóviles en 2012 (por producción)2 y tuvo ventas mundiales aproximadas de 9,8 millones de vehículos.
BIBLIOGRAFÍA
https://www.youtube.com/watch?v=5yHTmAXwiCc http://medirtemperatura.com/sensor-temperatura.php
https://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada http://www.marcoteorico.com/curso/50/definicion-de-marco-teorico http://es.wikipedia.org/wiki/Toyota_Tercel http://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistor http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino “Mecánica del automóvil”, volumen 1, William Crouse, editorial BOIXERAU. “Manual de automóviles” de Arias Paz, editorial CiE EDOSAT.
