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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. |
Figura 1
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En la imagen de la figura
2 puede verse un embrague de ventilador 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
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