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Embrague de ventilador


El sistema de enfriamiento utiliza una hélice para forzar la corriente de aire necesaria que pasa entre las aletas del ventilador y así lograr el correcto enfriamiento del líquido refrigerante. Esta hélice puede ser accionada por un motor eléctrico, o directamente por el propio motor de combustión, comúnmente acoplada en el extremo del eje de la bomba de agua y justo detrás del radiador.

Cuando el automóvil se mueve en la carretera su propio movimiento, genera en muchos casos la corriente de aire necesaria en el radiador colocado en la parte frontal por lo que se puede prescindir de la hélice, pero en el tráfico urbano así como cuando el motor del vehículo funciona con este detenido la corriente de aire debe ser forzada por la hélice o de lo contrario el motor se sobre calentará, esta última condición hace que el uso de la hélice sea indispensable.

Esta hélice consume potencia útil del motor. La dinámica de las hélices establece que cuando una hélice aumenta su velocidad de giro, el consumo de potencia crece mucho mas rápido que la velocidad de rotación, así por ejemplo, si la hélice duplica la velocidad, el consumo de potencia puede crecer 9 veces sin producir este mismo incremento en el volumen de aire de la corriente generada, por lo que salta a la vista que si se quiere ahorrar combustible su uso debe restringirse solo a las situaciones donde hace falta, y detenerla cuando no sea necesaria, o bien limitar su velocidad máxima de giro a valores donde la corriente de aire sea suficiente y la eficiencia de la hélice no sea tan baja. En la práctica se utilizan ambas posibilidades.

Para lograr el objetivo los fabricantes de automóviles utilizan los siguientes cuatro métodos:

  • Acoplando la hélice a un motor eléctrico y utilizando un electro-termostato para encender y parar el motor eléctrico de acuerdo a la temperatura del refrigerante.
  • Accionando la hélice desde el motor de combustión y utilizando un embrague eléctrico entre el motor y la hélice accionado por un electro-termostato de acuerdo a la temperatura del refrigerante.
  • Accionando la hélice desde el motor de combustión y utilizando un embrague hidráulico de funcionamiento automático entre el motor y la hélice cuya fuerza de arrastre crece o baja, de acuerdo a la temperatura del aire que pasa por el radiador. Estos embragues se conocen como termo-embragues.
  • Accionando la hélice desde el motor de combustión y utilizando un embrague hidráulico de funcionamiento automático entre el motor y la hélice, cuya fuerza de arrastre limita la velocidad de esta a valores máximos adecuados. Estos embragues se conocen como no termo-embrague.
En este artículo solo nos ocuparemos del método donde la hélice se acciona a través de un embrague de tipo hidráulico, que son los conocidos comúnmente como embragues de ventilador o "fan clutch" en inglés.

En la figura 1 se muestra un esquema simplificado de un embrague de ventilador de tipo termo-embrague.

Este dispositivo consta básicamente de un cuerpo al que está atornillada la hélice, este cuerpo está lleno con un fluido especial (un aceite de silicona). Un eje de entrada (azul) se acopla al extremo de la bomba de agua y recibe el movimiento del motor, este eje puede girar con relación al cuerpo, está montado en cojinetes y está provisto de un empaque para evitar la pérdida del fluido. En el extremo interior de el eje de entrada hay un disco fijo a él que gira dentro del fluido produciéndole cierto arrastre, el fluido en movimiento tiende a su vez a arrastrar otro disco interior que puede deslizarse longitudinalmente en el cuerpo, pero que se mantiene solidario a él en el sentido de rotación. Este arrastre hace girar el cuerpo y por tanto a la hélice.

El aire procedente del radiador impelido por la hélice o por el movimiento del vehículo modifica la temperatura de la lámina bi-metálica colocada en el frente del embrague, esta se dobla mas o menos en dependencia de esta temperatura y acerca o aleja los discos interiores. Cuando los discos se acercan, crece la fuerza mutua de arrastre y cuando se separan disminuye, de forma tal que la velocidad de la hélice estará en dependencia de la temperatura del aire procedente del radiador, el que a su vez depende de la temperatura del refrigerante en él y de la velocidad de la propia corriente.
Con este procedimiento se logra establecer una velocidad de giro de la hélice proporcional a la necesidad de aire en el radiador.

Cuando el automóvil marcha por carretera, la corriente de aire que pasa por el radiador es rápida y de gran volumen, el aire se calienta poco, y la lámina bi-metálica separa los discos reduciendo notablemente la fuerza de arrastre por lo que la hélice gira lentamente y el eje de entrada se mueve casi libremente con respecto al cuerpo del embrague, si la situación cambia, por ejemplo, se transita en tráfico urbano intenso, el aire se calienta, la lámina bi-metalica también, y se produce un notable incremento de la fuerza de arrastre al acercarse los discos, lo que equivale a "conectar" el embrague, por lo que la hélice marchará virtualmente como si fuera fija al eje de entrada. En este estado la generación de corriente de aire es máxima. El diseño de los embragues de ventilador del tipo "termo" puede diferir del explicado y puede ser mas complicado con el uso de diferentes cámaras interiores y válvulas accionadas por la lámina bi-metálica pero el principio de funcionamiento es el mismo, arrastre hidráulico variable con la temperatura.

Los embragues de ventilador "no termo" tienen la misma construcción pero carecen del mecanismo de aumento y disminución de la fuerza de arrastre por la temperatura, por lo que la fuerza de arrastre solo podrá hacer girar la hélice hasta determinada velocidad a partir de la cual la propia resistencia de la hélice es tal, que esta fuerza de arrastre no puede incrementarla mas.

Como habrá podido comprenderse hay una interacción bien definida entre la capacidad de la hélice y los valores de arrastre de estos embragues, por lo que  estos dispositivos no son libremente intercambiables y en caso de sustitución de uno defectuoso, hay que  hacerlo con otro apropiado al sistema.
Embrague de ventilador

Figura 1



En la imagen de la figura 2 a la derecha puede verse un embrague de ventilador real instalado en el motor, el embrague es el cuerpo con aletas, observe como la hélice está acoplada a él con tornillos. Puede verse la correa de donde reciben el movimiento tanto la bomba de agua como el eje de entrada del embrague. Al fondo, a la derecha, las aletas del radiador.

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Figura 2