La presión excesiva en el sistema de refrigeración de los automóviles modernos no es un error de diseño ni una consecuencia de la imprudencia de alguien. Es una decisión de ingeniería consciente a la que la evolución de los motores ha empujado a los fabricantes de automóviles. Hace unos treinta años, la gran mayoría de los motores se conformaban con un esquema mucho más simple, pero desde entonces las condiciones de funcionamiento de las unidades de potencia han cambiado radicalmente.
¿Cómo funcionaba el sistema de refrigeración antes?
Durante décadas, los automóviles utilizaron un sistema de refrigeración abierto. El radiador se conectaba directamente al tanque de expansión, equipado con una válvula. Cuando la temperatura aumentaba, el refrigerante se expandía y se desplazaba hacia el tanque, y después de que el motor se enfriaba, regresaba al circuito. La presión permanecía cercana a la atmosférica, y su ligero aumento se debía únicamente al calentamiento del aire restante en el sistema.
Este esquema era tecnológicamente simple y comparativamente poco exigente, pero tenía una reserva limitada de temperatura y eficiencia de disipación de calor.
Transición a un sistema supuestamente cerrado
Los motores modernos funcionan con una lógica diferente. Formalmente, el sistema no puede denominarse completamente cerrado, pero el principio de su funcionamiento ha cambiado fundamentalmente. En el diseño aparecieron dos válvulas: una instalada en la entrada del tanque de expansión y la segunda, de cierre, ubicada directamente en el propio tanque. Esta disposición permitió mantener una presión elevada dentro del sistema.
La consecuencia de este enfoque fue un aumento notable tanto de la temperatura de funcionamiento del refrigerante como de la presión en el circuito.
Nuevas normas de temperatura y presión
Hace entre 15 y 20 años, el rango de temperatura de funcionamiento normal de un motor se consideraba entre 95 y 98 °C. La presión en este caso solo superaba ligeramente la atmosférica, y su aumento no era un fin en sí mismo, sino que se producía de forma natural.
En los motores modernos, la situación es diferente. El corredor de temperatura se ha desplazado hacia arriba y hoy en día es de aproximadamente 110–130 °C. Se considera que el límite inferior es característico de los motores nuevos, mientras que los valores cercanos a +130 °C son más comunes en los motores con un kilometraje superior a 100.000 km. Junto con el aumento de la temperatura, también aumenta la presión: el rango normativo para el sistema de refrigeración se considera de 1,1–1,3 bar. A medida que el motor envejece, la presión, por regla general, se vuelve aún mayor.
¿Por qué los conductores perciben esto como un problema?
La presión elevada es una de las causas más frecuentes de insatisfacción de los propietarios de automóviles. Los conductores a menudo se enfrentan a fugas de anticongelante, la aparición de grietas en las mangueras y el goteo de líquido en los puntos de conexión. Estas quejas no pueden calificarse de infundadas: las mayores cargas realmente aceleran el desgaste de los elementos del sistema de refrigeración.
Sin embargo, el aumento de la presión en sí mismo no es un error de diseño, sino una consecuencia de las condiciones de funcionamiento más duras de los motores modernos.
¿Por qué los ingenieros dieron este paso?
Forzado y carga térmica
La razón principal es la necesidad de forzar los motores. El aumento de la potencia se logra aumentando las revoluciones, aumentando la presión y la temperatura de los gases en la cámara de combustión. Como resultado, el bloque de cilindros y la culata experimentan una carga térmica significativamente mayor.
Aquí es donde se manifiesta una importante paradoja técnica: cuanto mayor es la presión en el sistema de refrigeración, más eficaz es la disipación de calor de las paredes del bloque. La presión elevada mejora la transferencia de calor y permite mantener la temperatura del metal dentro de los límites permitidos.
Presión y deformación de las camisas: efecto secundario
A veces se puede encontrar la afirmación de que la presión excesiva del refrigerante ayuda a compensar el hinchamiento de las camisas de los cilindros. Tal efecto es realmente posible, pero solo en condiciones estrictamente definidas: en bloques con camisas húmedas y, por regla general, en motores muy desgastados.
Bajo la acción de los gases calientes, la camisa se "expande" desde el interior, y el grosor de sus paredes en la parte media a menudo se reduce a varios milímetros. No se produce rotura, ya que la presión en la cámara de combustión en el momento en que el pistón se encuentra en el punto muerto inferior es de solo un par de atmósferas. En tales casos, la contrapresión del anticongelante puede compensar parcialmente la deformación, pero para los motores modernos este factor no es determinante.
La razón principal es la lucha contra la cavitación
El motivo clave para aumentar la presión es evitar la cavitación. Si el refrigerante se calienta a una temperatura cercana al punto de ebullición y se hace pasar a través de los canales del bloque a alta velocidad, el flujo comienza a hervir directamente dentro de la camisa de refrigeración. La razón es la rugosidad y la compleja geometría de las superficies internas.
Se podría reducir la velocidad del flujo, pero entonces habría que aumentar el tamaño del radiador y del propio bloque en un 20–40 %, lo cual es inaceptable desde el punto de vista de la masa, las dimensiones y la disposición. Aumentar la presión resultó ser una salida mucho más racional.
¿Qué es la ebullición por cavitación?
La cavitación se produce en lugares donde el líquido sobrecalentado fluye rápidamente alrededor de superficies con bordes afilados e irregularidades. En el flujo se forman burbujas de vapor microscópicas que no tienen tiempo de crecer hasta convertirse en burbujas grandes y se colapsan instantáneamente sobre la superficie del metal.
En el momento del colapso, en el punto de contacto se produce una presión de cientos, y a veces incluso miles, de atmósferas durante fracciones de microsegundos. Por su efecto destructivo, este proceso es comparable al chorro de arena.
Las consecuencias de la cavitación son extremadamente duras: el acero templado con un revestimiento cromado duro se desgasta como el plástico, y los impulsores de plástico de las bombas de agua se destruyen por completo: de las palas solo quedan fragmentos en la brida.
Aspecto ecológico y de corrosión
Un sistema cerrado con presión elevada también resuelve otra tarea. Si la presión aumenta bruscamente, una válvula libera el exceso en el tanque de expansión. Después de parar el motor y enfriarse, la presión en el sistema vuelve a la atmosférica, en lugar de entrar en rarefacción, como ocurría en los diseños antiguos.
Una presión baja dentro del bloque provocaría la succión de aire, y por lo tanto, la aparición de oxígeno. En tales condiciones, el aluminio, el hierro fundido y los elementos de goma se oxidan activamente y se corroen. El esquema moderno excluye este proceso y, al mismo tiempo, evita la emisión de anticongelante al medio ambiente.
La presión elevada en el sistema de refrigeración es el precio a pagar por los motores compactos, forzados y térmicamente cargados. Mejora la disipación del calor, protege el motor de la destrucción por cavitación y reduce los riesgos de corrosión. Los problemas no surgen por el concepto en sí, sino por el desgaste de los componentes y el mantenimiento inoportuno.