Refrigeración del motor

Sistema de refrigeración del RX8

Fundamentos

El motor de un coche, al funcionar, produce potencia mecánica para mover el vehículo y un calor residual. En el caso del Renesis, este calor, tiene varios componentes. La mayor parte se va con los escapes, otra parte calienta el aceite que circula por el interior de los rotores, una pequeña parte de transmite a la atmósfera por radiación, otra parte se escapa con los hidrocarburos inquemados y finalmente una parte relevante se va con el líquido refrigerante.

balance térmico motor Wankel jird20 RotaryPit
Este balance térmico no es de un Renesis sino de un 13B más antiguo: Las proporciones de un motor Wankel son similares

El motor está diseñado y fabricado de forma que sus metales trabajen con unas dilataciones determinadas. Es lo que podemos denominar la geometría caliente. En estas circunstancias las tolerancias entre las diferentes piezas son las previstas y el motor funciona correctamente y con los mínimos desgastes. El sistema de refrigeración debe permitir que el motor alcance estos valores de dilatación pero no más, ni tampoco menos.

Según se van produciendo las explosiones y expansiones de los gases del proceso de combustión (que pueden superar los 1000ºC) los metales en contacto van adquiriendo temperatura y se van dilatando. El sistema de refrigeración es el que se encarga de extraer el calor necesario para evitar que las temperaturas interiores del motor superen los valores de diseño y sigan aumentando. Para esto el interior del motor dispone de una serie de galerías por las que circula un líquido refrigerante que va absorbiendo el calor extra que haría seguir subiendo la temperatura interna.

El sistema de refrigeración del RX8 es muy similar al de cualquier coche. Todo comienza con una bomba de refrigerante que es accionada por el propio motor mediante la polea del eje de excéntricas y a través de una correa de servicios. La bomba mueve un refrigerante que circula por el motor y recoge el calor de su interior para transportarlo hacia un un radiador en el que evacuarlo a la atmósfera.

Esquema completo sistema refrigeración RX8 jird20 RotaryPit

En el camino entre el motor y el radiador hay una válvula termostática, llamada habitualmente termostato, que se abre a medida que el refrigerante supera una temperatura determinada (82ºC en el caso del Renesis). Poner la serie de fotos del termostato abriéndose. Antes de llegar a esta temperatura, el termostato está cerrado y el refrigerante no puede salir del motor hacia el radiador y regresa sin enfriarse directamente hacia la aspiración de la bomba. Esta lo impulsa de nuevo hacia el motor que lo va calentando más. Al llegar a los 82ºC el termostato comienza a abrirse y deja salir una pequeña parte de refrigerante hacia el radiador. En el radiador, el refrigerante se enfría y regresa hacia la bomba. En la bomba el poco refrigerante enfriado se mezcla con el refrigerante que el termostato no había dejado salir al radiador y vuelve a circular por las galerías del motor. A medida que el refrigerante adquiere temperatura el termostato se va abriendo más. A unos 95ºC el termostato está completamente abierto y el refrigerante sale del motor y pasa íntegramente por el radiador.

detalles sistema refrigeración RX8 jird20 RotaryPit

El sistema de refrigeración del RX-8 está dimensionado de forma que cuando el refrigerante está en la franja de temperatura de 85-95ºC el ritmo de producción de calor excedente del motor es el mismo que el ritmo de disipación a la atmósfera y se alcanza el equilibrio termodinámico. En esas condiciones las temperaturas internas del motor y la dilatación de las piezas que lo componen, son las previstas y el motor está en su rango de utilización plena.

Conviene saber que el radiador de todo vehículo tiene una capacidad de refrigeración muy variable. Depende del caudal y temperatura del refrigerante y especialmente del caudal, temperatura y humedad del aire que circula por él. Cuando el RX-8 va a una velocidad menor de unos 50 km/h, la cantidad de aire que circula por el radiador es baja y a 0 km/h es, lógicamente, nula. En esas condiciones el radiador no enfría apenas al refrigerante y este regresa caliente al motor, donde se calienta más y sigue aumentando su temperatura. Al subir la temperatura del refrigerante, la transmisión de calor del interior del motor hacia el refrigerante disminuye y las temperaturas internas de las carcasas periféricas y laterales del motor suben. Esto no es deseable en absoluto ya que las piezas metálicas se dilatan más, sufren un mayor stress térmico y se deterioran más rápidamente. Además al calentarse las carcasas periféricas y laterales más, el calor útil del proceso de combustión lo tiene más difícil para transmitirse hacia estas paredes del motor y los gases en expansión se mantienen a mayor temperatura. A su vez una mayor temperatura de gases de combustión facilita el calentamiento de las caras de los rotores en contacto con estos gases en expansión y se calienta más el aceite que refrigera los rotores. Esto facilita sacar al aceite de su rango de trabajo y favorece la pérdida de sus propiedades lubricantes, propiciando con el tiempo la sublubricación.

Es aquí cuando los electroventiladores del radiador entran al rescate al forzar el paso de aire por el radiador.

electroventiladores radiador RX8 jird20 RotaryPit
Los 2 electroventiladores son de palas asimétricas para generar un ruido sin frecuencias características muy acusadas

El radiador del RX8 tiene 2 electroventiladores que entran en secuencia en función de la temperatura que vaya alcanzando el refrigerante:

  • Nivel 1: 1 ventilador en marcha rápida
  • Nivel 2: 2 ventiladores en marcha lenta
  • Nivel 3: 2 ventiladores en marcha rápida

esquema eléctrico electroventiladores RX8 jird20 RotaryPit

Restablecido el caudal de aire por el radiador, se vuelve a tener capacidad de enfriamiento del refrigerante y por tanto del motor. En definitiva, el radiador y sus electroventiladores son los encargados de que las temperaturas del refrigerante y del interior del motor no excedan un límite superior.

Una buena refrigeración del motor facilita una buena refrigeración del aceite lubricante y viceversa, un motor mal refrigerado propiciará que el aceite se caliente más, lubrique peor y se deteriore antes.

Por su parte el termostato es el encargado de que la temperatura del refrigerante no sea muy baja ya que no siempre más refrigeración es mejor.

Recordemos que en el RX-8 el rango óptimo de temperatura de refrigerante está entre 85 a 95ºC. De ser muy baja la temperatura del refrigerante (por debajo de unos 60-70ºC)  estaríamos extrayendo más calor del motor de lo previsto y las temperaturas internas de las carcasas periféricas y laterales serían menores de las de diseño.  Estos 2 efectos indeseados se producirían:

  1. Al tener las piezas internas una menor temperatura, el calor útil del proceso de combustión se transmitiría a mayor ritmo por las “frías” paredes internas de las carcasas del motor transformándose en más calor a evacuar y en menos energía mecánica, que es la que nos interesa para mover el coche. Es decir, el rendimiento termodinámico del motor empeoraría, que traducido a términos prácticos significa que los consumos de gasolina empeorarían.
  2. Al absorber las paredes internas de las carcasas más calor del proceso de combustión se calientarían menos los rotores y por tanto se transmitiría menos calor al aceite que los refrigera. Un aceite más frío de la cuenta resultaría en unas viscosidades mayores y en una apertura demasiado temprana de los reguladores de presión de aceite. Esto facilitaría la menor formación de la película lubricante que separa los cojinetes del motor, haciendo más probable el contacto metal-metal y su desgaste por abrasión.

 

Hacer trabajar el motor sin termostato o con uno de una temperatura mucho menor de la de diseño es jugarse la vida de los cojinetes del motor, acelerar el desgaste de las carcasas del motor y empeorar los consumos de gasolina.

Hacer funcionar al motor a altas cargas/rpm mientras el refrigerante y el aceite no han alcanzado su temperatura de operación, acelera el desgaste del motor.

En definitiva, el sistema de refrigeración del motor debe mantener al motor en una estrecha banda de temperaturas de funcionamiento. Tan malo es hacerlo funcionar frío como demasiado caliente.

En los motores Wankel la densidad de potencia es muy superior a la del motor convencional alternativo. En un pequeño volumen de bloque, el Renesis produce 231 cv y una inmensa cantidad de calor. Además la combustión de los gases se produce en una zona siempre dedicada a ello. Esta región que arranca un poco más arriba de las bujías trailing y termina aproximadamente en los puertos de escape no se ayuda de ciclos de enfriamiento como sí sucede durante la fase de admisión/compresión de aire en los motores alternativos. Por ello la cantidad de calor a evacuar y la temperatura de los metales de esa zona del motor hacen crítico el mantener una buena refrigeración.

Si el caudal de refrigerante no es suficiente para poder llevarse en tiempo real el enorme calor producido en esa región, los metales se sobrecalientan y deforman más allá de sus límites físicos, produciéndose daños por stress térmico de materiales y por una mayor abrasión contra los sellos de los rotores. La abrasión afecta no solo a las carcasas sino también a los sellos, que al ser la parte más blanda, se desgastan más.

En estos casos, la zona del motor correspondiente al rotor trasero sufre más las consecuencias que la del rotor delantero y se deteriora a mayor ritmo. Esto es así ya que la zona trasera se refrigera con un refrigerante que ya se ha calentado primeramente al haber enfriado la zona del rotor delantero del motor (poner video donde se muestra el recorrido del refrigerante). Es por ello que los valores de compresión en los rotores traseros de un Renesis tienden a ser menores que en los rotores delantero.

El hecho de que el rotor trasero trabaje siempre más caliente que el rotor delantero, lo hace más proclive al fenómeno de detonación y a que alguno de sus sellos se dañe. Es más frecuente que cuando se produce uno de estos fenómenos, suceda en el rotor trasero.

Además cuando la refrigeración no es suficiente y las temperaturas de los metales se elevan, las juntas de goma que están entre las carcasas de motor se recuecen, se plastifican y pierden la flexibilidad y la estanqueidad.  Sucede en ambas juntas, la externa negra y la interna roja (ver foto a continuación), pero por estar sometida a mayor temperatura el fallo más habitual es el de las juntas internas rojas. Al estropearse estas juntas, el refrigerante pasa hacia las cámaras de combustión y los gases de combustión pasan al circuito de refrigeración. Toca reconstruir el motor y como mínimo cambiar las juntas.

Zonas calientes críticas Renesis RX8 jird20 RotaryPit

Por lo anterior es especialmente crítico enfriar bien el motor antes de pararlo, ya que cuando se para el motor, se para la bomba y cesa el flujo de refrigerante por las galerías de refrigeración. Con ello no se enfrían las partes metálicas del motor, aún muy calientes. De poco sirve que se enciendan los electroventiladores con el motor parado, ya que van a enfriar el refrigerante que esté en el interior del radiador, pero no el refrigerante que se ha estancado en el interior de un motor aún ardiente.

Es importante para el motor alternativo y una Regla de Oro en el Renesis, enfriar bien el motor después de haberle pedido buena potencia. Haz los últimos kilómetros a ritmo muy suave antes de parar el motor.

Si quieres aniquilar rápidamente un motor Wankel, hazlo funcionar por encima de 105ºC de temperatura de refrigerante.

Existe una forma de controlar el caudal del refrigerante que pasa por un motor con independencia de si el motor está parado o en marcha y a cualquier velocidad de giro: Utilizar una bomba de refrigeración eléctrica. En RotaryPit estamos convencidos que en el nuevo motor rotativo de nueva generación, el Skyactiv-R, la bomba de refrigerante será eléctrica controlada por la centralita. Además nuestra creencia es que Mazda propondrá en el nuevo motor rotativo un circuito de refrigeración en el que ambos rotores queden refrigerados en paralelo y no en serie. Fin de los problemas de sobrecalentamiento de juntas y fin de la peor refrigeración del rotor trasero.

Hasta ahora hemos visto cómo se extrae el calor del motor y se entrega al radiador. Veamos ahora el resto de subcircuitos del sistema de refrigeración. Son tres subcircuitos más:

  • El del vaso de expansión/presurización,
  • El de la calefacción de la mariposa de admisión y
  • El de la calefacción del habitáculo.

 

Calefacción del habitáculo

El calor que calienta el habitáculo proviene del motor. En concreto de una toma de agua caliente (ver figura a continuación) que se hace pasar por un pequeño radiador bajo el salpicadero. Este radiador del habitáculo está caliente siempre que el motor lo esté. La clave para radiar el calor al habitáculo cuando es necesario y en la cantidad necesaria, es un conjunto de trampillas de aire que regulan el paso de aire a través del radiador de calefacción. Si no pasa aire por ese radiador, no se lleva su calor hacia el habitáculo y al contrario, cuanto más aire se haga pasar por este pequeño radiador más se calentará el habitáculo.

Radiador calefacción habitáculo RX8 jird20 RotaryPit
Además del radiador de calefacción hay otro radiador (un evaporador) para el aire acondicionado

Vaso de expansión y tapón/válvula presurizadora

Vaso expansión RX8 jird20 RotaryPit

El refrigerante al calentarse, se dilata y ocupa más volumen. Para evitar que esta expansión, que es físicamente inevitable, reviente los elementos rígidos como el motor o el radiador, o los elementos semirrígidos, como las tuberías de goma que unen motor con radiador, se incorpora al circuito de refrigeración un vaso de expansión. Se trata de un depósito con un tamaño que permite contener el volumen extra de refrigerante dilatado.

Cuando el motor está parado desde hace varias horas, el refrigerante está frío y tiene su menor volumen y el vaso de expansión está a su nivel más bajo. El nivel en frío debe estar entre las líneas F (full) y L (Low). Cuando el motor se pone en marcha y el refrigerante se va calentando, se dilata y el nivel en el vaso de expansión sube. Para ello el vaso de expansión cuenta con 0,9 litros de volumen por encima de la línea F (ver imagen a continuación).

Si el refrigerante se sobrecalentara o si el nivel en frío superara la F, se podría ocupar incluso más volumen que los 0,9 litros de reserva del vaso de expansión. En este caso el refrigerante comenzaría a presionar el tapón presurizador.  Al llegar la presión a 0,9 bar manométricos, la fuerza sobre una placa vencería a la de el muelle, la placa se retiraría descubriendo un orificio por el que liberar refrigerante dura del circuito de refrigeración. Directamente al suelo.

Detalles vaso expansión RX8 jird20 RotaryPit

Esta liberación de refrigerante se produciría mientras se mantiene el circuito a los 0,9 bar. Esta presión garantiza que la temperatura de vaporización del refrigerante fuera elevada (>119 ºC) y esto es muy importante ya que si la causa que motivó la dilatación excesiva fuera una temperatura de refrigerante muy elevada, al menos se evitaría que el refrigerante entrara en ebullición y el motor que ya estaba muy caliente, sufriera aún más.

Todo el volumen de refrigerante liberado hará que el nivel, una vez en frío, baje en la misma cantidad que aquella que se hubiera liberado. No es necesario rellenar mientras esté entre las líneas F y L. Para comprobar el nivel, puesto que los vasos de expansión con el tiempo dejan de ser suficientemente translucidos, merece la pena introducir una varilla y ver a qué nivel comienza a mojarse. El nivel de refrigerante hay que comprobarlo con el líquido a temperatura ambiente.

Precaución al abrir el tapón del vaso de expansión: si el refrigerante está muy caliente puede salir con fuerza y producir quemaduras en la mano. Si no se está enteramente convencido de que el refrigerante está frío o casi frío, conviene utilizar un trapo al abrir el tapón. No obstante insistimos que la medida de nivel solo será relevante con el refrigerante a temperatura ambiente.

Sensor de bajo nivel de refrigerante

El vaso de expansión tiene en su parte inferior un sensor que detecta el bajo nivel de refrigerante y provoca el encendido de una luz en el cuadro de instrumentos para advertir de esta circunstancia. Es un sensor de tipo flotador. Desafortunadamente este sensor históricamente acaba fallando y marcando bajo nivel de refrigerante, incluso cuando el nivel realmente sea correcto. La solución a esto es cambiar el depósito de expansión completo ya que el sensor está integrado en el conjunto del vaso de expansión y no se vende por separado. La solución de compromiso, simple y económica es desconectar el sensor y adquirir el hábito de revisar más frecuentemente el nivel de refrigerante.

La última función del vaso de expansión es la de romper las burbujas de vapor. Para ver por qué es esto importante, vamos a repasar de forma sencilla el fenómeno de la cavitación y qué efectos puede tener en el motor y sobre el resto de elementos del circuito de refrigeración.

La Física nos dice que las burbujas de vapor se forman en el refrigerante cuando la presión local es inferior a la de vaporización. A estas burbujas se las llama cavidades (de aquí el nombre de cavitación). En un motor de un coche las burbujas se producen por 2 causas principales:

1)    Al pasar el refrigerante por las galerías del motor, que están muy calientes y pueden calentar puntualmente moléculas de refrigerante por encima de su temperatura de vaporización, pasando de estado líquido a gaseoso. Es lo mismo que sucede en una cazuela en la que se calienta agua.

2)    En las descompresiones súbitas del refrigerante al pasar por aristas filosas que se mueven a alta velocidad. Esto está asociado a la bomba de refrigerante, sobre todo cuando gira a altas velocidades.

Las burbujas formadas por alguna de estas causas se mueven a zonas de mayor presión y en algunos casos implosionan para regresar súbitamente al estado líquido. Cuando esto sucede se producen estelas de gas de alta energía y ondas de presión que viajan en el refrigerante a casi “match 1”, la velocidad del sonido. Si estas ondas de presión chocan contra una superficie metálica, la golpean y debilitan estructuralmente. Se inicia la erosión del material. Comienza el desgaste.

Las burbujas que no implosionan, también tienen un efecto adverso ya que el vapor es mucho peor conductor térmico que el líquido y las superficies del motor en contacto con estas burbujas no se refrigeran y las que están justo más allá de la burbuja sí, produciéndose gradientes de temperatura en moléculas adyacentes del metal que suponen un stress térmico que a la larga debilita el material.

Para mitigar los efectos de las burbujas ya formadas hay que retirarlas en todo lo posible. Para ello en la parte más elevada de la caja del termostato se halla una toma se deja salir refrigerante caliente hacia el vaso de expansión. Las burbujas, que tienen una tendencia natural a ascender, salen por este conducto y se dirigen por una tubería hasta la parte superior del vaso de expansión. En él se rompen las burbujas que llegan, de forma suave (con pocas diferencias de presión) y se precipita el refrigerante ya en fase líquida hacia el fondo del vaso de expansión para ingresar de nuevo al circuito de refrigeración por: a) la parte superior del radiador y b) por un punto cercano a la aspiración de la bomba de refrigerante.

Calentamiento de la mariposa de admisión

En el aire atmosférico hay más o menos humedad (es decir, agua). Esta humedad ingresa al motor pasando por la mariposa del acelerador. Si la humedad es cuantiosa y la temperatura ambiente muy baja puede condensarse llegando incluso a congelarse. Este hielo puede llegar a bloquear el libre movimiento de la mariposa y esto puede ser un peligro: se queda el coche acelerado en una posición fija sin responder al pedal del acelerador. Si necesitabas acelerar el motor para salir de una situación no lo conseguirás y si levantas el pie del acelerador para reducir la velocidad, el acelerador se podría quedar donde lo dejaste.

Para evitar esta fea situación, que se puede dar en climas muy fríos y húmedos, el sistema de refrigeración del motor hace circular refrigerante caliente hasta el cuerpo de la mariposa de admisión. Calentando el cuerpo de la mariposa se derrite el hielo que pudiera haberse formado y posteriormente se evita que se forme mientras esté el motor en marcha.

La calefacción de la mariposa funciona cuando el motor está en marcha, lógicamente. Entonces el hielo que se hubiera formado con el motor parado y que pudiera haber bloqueado la mariposa ¿podría permitir arrancar el motor y por ello descongelar la mariposa? Sí. La clave está en que la mariposa en parado se queda ligeramente abierta y entra suficiente aire para producir el arranque y posterior ralentí. El acelerador podría no responder en un principio pero en cuando el motor fuera adquiriendo temperatura la mariposa de admisión también lo haría y acabaría fundiendo el hielo que bloqueaba el libre movimiento de mariposa. Situación resuelta.

Calefacción mariposa acelerador RX8 jird20 RotaryPit

Para climas en los que no se prevean heladas severas se puede considerar bypasear este calentamiento o incluso mejor, eliminarlo. Con lo último se reduce el calentamiento del vano motor (que en la configuración de origen se calienta muchísimo por este circuito de calefacción de la mariposa). Si bien es cierto que no se gana potencia -tampoco se pierde- es una simplificación del sistema de refrigeración y un menor calentamiento de la electrónica que rodea al motor. Se recomienda hacer esta simplificación al cambiar el motor, aunque se puede hacer específicamente desmontando toda la parte del colector de admisión superior.

Radiador

Los radiadores no son sino una batería de tubos metálicos puestos en paralelo por cuyo interior circula el fluido a enfriar, el refrigerante y por el exterior circula aire. Estos tubos son ovalados/planos y de aluminio en el caso del RX8. El refrigerante calienta los tubos y estos a su vez calientan al aire. De este modo el aire se lleva el calor del refrigerante a la atmósfera.
Para mejorar la eficiencia en el intercambio de calor entre el refrigerante y el aire, sobre los tubos metálicos se colocan unas aletas en zigzag, también metálicas. De esta manera se incrementa la superficie de intercambio calórico incrementando enormemente la cantidad de calor transferible al aire sin aumentar significativamente ni el tamaño ni el peso del radiador. Esto es especialmente importante en automoción, donde el espacio es limitado y la ligereza una necesidad.

Detalles construcción radiador RX8 jird20 RotaryPit

Una característica del radiador de serie del RX8 (y de casi todos los coches del mercado) es que los colectores superior e inferior están fabricados en plástico. Con el tiempo y los fuertes cambios de temperaturas a los que está sometido, el plástico se va cristalizando y volviendo más frágil. Se puede llegar a fisurar e incluso partir al mínimo esfuerzo mecánico, especialmente en las tomas donde se conectan las tuberías de refrigerante. Una fisura o rotura expondría al circuito de refrigeración a la presión atmosférica y por lo tanto además de provocar una fuga de refrigerante sería más probable que este llegara al punto de vaporización en el interior del circuito.

radiador mishimoto RX8Para aquellos propietarios que deseen renovar el radiador o para aquellos en los que el uso del coche es deportivo intensivo o directamente racing, o vayan a aplicaciones de alimentación forzada (compresor/turbocompresor) existen radiadores de varios fabricantes como BHR, Koyo, Re-medy (Mazmart), Mishimoto y otros, con construcción íntegramente en aluminio (incluyendo los colectores superior e inferior y tomas para las tuberías de refrigeración) y de instalación directa o con pocas adaptaciones para los soportes y los electroventiladores. Con estos radiadores buscamos obtener una mayor superficie de intercambio de calor, lo que permite de por sí una mayor capacidad de enfriamiento del refrigerante. Y también una mayor robustez mecánica.

Para aumentar la capacidad de refrigeración, además de aumentar la superficie de intercambio calórico cambiando el radiador, podemos actuar aumentando el paso efectivo de aire por el radiador. Esto es válido para el radiador de serie o el de aftermarket. Lo puedes ver a continuación.

Incrementando la capacidad de refrigeración

El compartimento del motor del RX8 es un puro infierno en invierno y un infierno++ en verano. Debemos tener en cuenta que tanto el motor como los escapes, por radiación, ceden una cantidad enorme de calor al aire que los rodea. Para rematar la faena el radiador del aire acondicionado y del refrigerante del motor vierten todo el calor al compartimento del motor.

En concreto el radiador de refrigerante del motor no descarga el aire caliente directamente al exterior, sino que este aire caliente se topa con la caja del filtro de admisión y con la caja de la batería. Una vez logra “superar” estos obstáculos, el calor se esparce por el compartimento del motor sin una salida clara y acaba saliendo por los huecos inferiores entre el cubremotor y el chásis y por la zona de la caja de cambios.

Una manera efectiva de que un radiador maximice su potencial de enfriar un refrigerante, es promover un buen caudal de aire. Si pudiéramos facilitar la descarga de aire de los radiadores estaríamos aumentando su capacidad de refrigeración en cualquier tipo de conducción y esto es algo que como hemos visto es muy productivo para la salud del motor.

reubicación bateria liberación radiador RX8 jird20 RotaryPitSi movemos la caja de la batería de su emplazamiento de serie y la colocamos en el maletero conseguimos “destapar” el radiador facilitando el paso de aire y aumentando la capacidad de refrigeración. Hay kits en el mercado para reubicar la batería con todos los componentes necesarios, pero se puede hacer de forma tradicional comprando los cables, conectores y caja de forma separada.

Lo mismo podría hacerse con el cajón del filtro de admisión. Se podría substituir el cajón por una admisión de aire tipo tubo de forma que se facilitara el paso de aire a través del radiador. No obstante RotaryPit no recomienda otra admisión que no sea la de serie o la Racing Beat (que tiene un cajón de dimensiones similares). El problema de las admisiones tipo tubo (como por ejemplo la AEM) es que dificultan la medición del caudal másico de aire y por tanto, aunque mejoráramos la capacidad de refrigeración, lo haríamos a costa de una mala medición del aire que ingresa al motor y esto no es nada conveniente. Puedes saber más sobre esto aquí. 

Otra manera de facilitar la descarga de aire caliente es precisamente abriendo el paso de aire a través del capó. Hay 2 formas de hacerlo:

  1. Sobreelevando la parte del capó que está más cerca del parabrisas, dejando un hueco para la salida de aire. Esta solución es muy económica y efectiva ya que la aerodinámica del vehículo genera aquí una de las zonas de menor presión que “succionan” hacia el exterior el aire caliente que está tratando de salir del vano motor.
    Separadores de capó para aireación y refrigeración extras RX8 jird20 RotaryPit
    Fácil y económico: en días de calor, sin lluvia y para eventos racing pon unos separadores de los soportes del capó

     

  2. Con un capó con aperturas para el paso de aire. Este tipo de capós ventilados modifican la estética del coche de forma importante, algo que a algunos les puede gustar y a otros no. Importante considerar que por donde sale el aire también entra el agua, gran enemiga de los componentes eléctricos/electrónicos del coche. Por ello a la hora de elegir o fabricar un capó a medida hay que buscar uno cuyo diseño incluya trampillas para la recogida directa de agua, o que permita un cierre manual en caso de lluvia o lavado a presión. Y claro está, es fundamental que las aperturas estén localizadas donde se tiene que extraer el aire caliente.

 

Capó ventilado RX8

Se puede mejorar la salida de aire desde el radiador, sí, pero como mínimo se debe realizar un mantenimiento de la entrada de aire fresco hacia el radiador. Nos referimos a unas espumas que rodean al radiador y que impiden que el aire se fugue por los huecos que hay entre el radiador y el chasis. Con el tiempo estas espumas se deterioran y acaban desintegrándose, permitiendo que el aire que tiene que pasar a través del radiador se fugue en parte por los huecos que se quedan abiertos. El mantenimiento consiste en colocar nuevas espumas encajándolas entre el radiador y el chasis. Así de sencillo, barato y efectivo.

Canalización aire refrigeración RX8 RotaryPit jird20
Revisa estas espumas y substituyelas si no están en buen estado

Bomba de agua

El renesis gira de unas 800 a unas 9000+ rpm, esto supone una relación superior a 1:11 entre la mínima y la máxima velocidad y es algo poco usual en Ingeniería de automoción.

Como hemos visto anteriormente la bomba de refrigerante está accionada mediante una correa y unas poleas por el eje de excéntricas (el “cigüeñal” del motor rotativo).  La bomba por lo tanto debe ser capaz de mover el caudal suficiente al ralentí (velocidad de giro mínima) para evitar la formación de puntos calientes en el interior del motor, pero a la vez debe ser capaz de funcionar a la velocidad máxima, de forma eficiente. Esto es posible desde el punto de vista técnico pero complicado de hacerlo de forma económica.

El rodete de la bomba de origen (el “molinillo” que impulsa el agua) es una pieza metálica que ha sido troquelada y doblada en forma de aspas/noria. Sin entrar en dinámica de fluidos uno puede ver que esta “noria” tiene aristas vivas y formas angulosas que van a batir ineficientemente el agua a altas rpm y a producir cavitación, como hemos visto en el capítulo del vaso de expansión.

 

bomba serie vs remedy RX8 jird20 RotaryPit
Bomba de serie (izquierda) y bomba RE-medy (derecha)

La bomba de serie a partir de unas 6-7000 rpm de velocidad del motor y en esos momentos donde el motor demanda la máxima refrigeración, no aporta todo el caudal que debería aportar y se producen importantes gradientes de temperatura en el motor, especialmente en la zona del rotor trasero, que sufre más que el delantero.

Este ineficiente batir el refrigerante lleva asociado un aumento de la potencia absorbida por bomba, potencia que es transmitida por la correa que la toma de la polea del eje de excéntricas. Se pierden en la zona alta de rpm del motor de 2 a 3 cv adicionales a los necesarios para un bombeo eficiente.

La sugerencia de RotaryPit es utilizar una bomba con un rodete de diseño centrífugo mucho más eficiente: la bomba RE-medy de Mazmart.

Esta bomba, a diferencia de la de serie, se fabrica mediante mecanización de una pieza metálica para darle una forma mucho más suave y desarrollada.

Como el diseño está orientado a prestaciones, más que a optimizar el coste de una producción en masa, la bomba produce una mejor combinación presión/caudal y drena menos potencia. Es una mejora doble y sin contrapartidas. Al reducirse las formas angulosas y las aristas, la cavitación se reduce en cantidad y en intensidad.

Bomba refrigerante RX8 s2
Bomba del RX8 S2 (observa la forma elaborada del rodete y la junta incorporada)

Según las medidas tomadas por RotaryPit con la bomba de origen y con la nueva bomba, la disminución de temperatura media (impulsión-retorno) a 7000 rpm es de 2ºC. Esto en si es interesante pero lo más importante es que esto refleja un mayor caudal real y por tanto una menor predisposición a formarse puntos calientes: Reducimos el stress térmico y mejoramos la longevidad del motor.

La bomba RE-medy es una de las modificaciones preferidas y más recomendadas por RotaryPit de entre las disponibles en el mercado. Si te sirve de pista el RX8 S2 tiene una bomba similar (no tan refinada) a esta que proponemos.

Si tu coche ya tiene 100.000 km o cada 5-6 años aprovecha el cambio a esta bomba para cambiar la correa de servicios alternador/bomba, que es barata y cuya mano de obra al cambiar la bomba será la misma. Considera que la ruptura de la humilde correa implica la parada de la bomba de agua y del alternador carga baterías.

Si no te das cuenta de que se ha roto, se te podrá descargar la batería. Un inconveniente, sí. Lo peor es que sin bomba de refrigeración el motor se sobrecalentaría fuertemente, muriendo en pocos km. Serio inconveniente este.

Como hemos anticipado anteriormente, la sugerencia favorita de RotaryPit para Mazda y para los usuarios más intrépidos y dispuestos a la experimentación, es la instalación de una bomba de refrigerante eléctrica. Con este tipo de bomba se podría mantener el paso por el motor de un caudal de refrigerante, incluso cuando está el motor parado. Esto facilita el menor deterioro de las juntas de agua y de las carcasas, especialmente las del rotor trasero. Esto es una ventaja de oro. Lástima que no haya bombas eléctricas desarrolladas específicamente para nuestro flamante RX8. Poner enlace a la carcasa que va en el lugar de la bomba de serie y en la que hay tomas de entrada/salida de refrigerante desde una bomba externa.

Refrigerante y aditivos

El refrigerante es el fluido encargado de estar en contacto con las paredes internas de las carcasas del motor para recoger el calor a evacuar y así mantener unas temperaturas internas de motor dentro de unos rangos determinados.

El agua pura sería perfecta para esta función de transmisión de calor de no ser porque ataca a los metales y propicia su corrosión. Además el agua se congela a 0ºC y entra en ebullición a 100ºC (o algunos grados más porque el circuito de refrigeración de un coche está presurizado y cuanto mayor es la presión, mayor es la temperatura de ebullición-vaporización). Estos valores de congelación y ebullición pueden ser críticos para la seguridad del motor.

Así que descartada el agua, nos vamos a algo más sofisticado como lo son los refrigerantes comerciales.

Estos vienen en 2 tipos de presentaciones:

  • Concentrados: el 90 al 95% del producto es anticongelante, habitualmente glicol etileno (también llamado etilenglicol o 1,2 etanodiol). Los refrigerantes concentrados deben mezclarse con agua destilada. No se pueden usar en el motor sin diluir. El porcentaje que no es anticongelante, corresponde a aditivos.
  • Mezclados con agua destilada con proporciones de anticongelante del 10% hasta el 50%. Esta es la presentación más cómoda para el usuario ya que se puede utilizar directamente para rellenar el circuito de refrigeración, sin tener que medir y mezclar. También es la presentación más habitual en las tiendas. Incorpora aditivos en proporción al porcentaje de anticongelante.

El propósito principal del anticongelante es evitar que el refrigerante se congele a bajas temperaturas. Con ello se evita que el motor y el radiador revienten –literalmente- durante una helada. El anticongelante también es transmisor de calor, pero no tan eficiente como el agua.

Propiedades refrigerante RX8 jird20 RotaryPit

El anticongelante no solo provoca que el refrigerante tenga una temperatura de congelación menor que la del agua. También hace que la temperatura de ebullición sea más elevada, algo que es un buen factor de seguridad en si mismo.

Los aditivos que llevan los refrigerantes comerciales tienen el propósito principal de actuar como inhibidores-mitigadores de la corrosión y como antiespumantes.

Refrigerante orgánico RX8 jird20 RotaryPit
Los fabricantes de refrigerantes no ofrecen información acerca de la composición química. Así que tendrás que fiarte de las palabras “orgánico”, “Long Life”, “OAT”.

Recordemos que los óxidos son malos conductores térmicos y merman la capacidad de transmisión de calor del motor al refrigerante y de este al radiador.  Y por otra parte los óxidos al ir penetrando en el material metálico del motor, van adelgazando las paredes que separan cámaras de combustión de las galerías de refrigeración, pudiendo llegar a perforarse. En ese caso el motor queda inutilizado y hay que substituir las piezas afectadas. La espuma por su parte también es mala conductora térmica y multiplica el proceso de cavitación en la bomba, galerías de refrigeración y en el radiador.

La composición química de los aditivos les da la distinción entre orgánicos y minerales.

Los minerales son inhibidores de la corrosión en base a combinaciones de entre estos compuestos: silicatos, boratos, fosfatos, nitratos, nitritos y aminas. Los refrigerantes minerales cada vez se usan menos:

  • Por motivos ecológicos ya que son poco biodegradables
  • Por su menor duración, ya que los químicos se consumen más rápidamente al depositarse por todas las paredes del circuito.
  • y por eficacia, ya que la transmisión de calor es menor que en los orgánicos

En los orgánicos, los aditivos son habitualmente carboxilatos. Son más biodegradables y su capacidad inhibidora de la corrosión permanece más tiempo puesto que los aditivos se depositan principalmente en los lugares donde se ha iniciado la corrosión, no en todas las superficies de forma indiscriminada, como sí sucede con los aditivos minerales. Esto los hace a su vez más eficientes en la transmisión de calor. Además, la protección de metales variados como acero y aluminio es mayor y debemos recordar que el motor rotativo está fabricado con una alternancia de piezas en acero y aluminio. Por todo ello:

Los refrigerantes orgánicos son los recomendados por RotaryPit para el motor Renesis. Usalos en concentraciones entre el 30% y el 50% (preferiblemente 50% para tener más aditivos protectores).

Importante: utilices refrigerantes minerales o preferiblemente orgánicos recuerda NO mezclarlos entre si ya que son incompatibles y producen compuestos sedimentables (obvios a la vista por su color marrón) que precisamente no ayudan ni con la capacidad de transmisión de calor, ni con la inhibición de la corrosión, ni con la prevención de la cavitación. Drena bien el circuito de refrigeración y aclarado varias veces (2 o 3) si vas a cambiar de un tipo a otro.

Refrigerante en aplicaciones racing

mocoolCuando el motor funciona siempre a altas potencias, como en carreras/tandas, la cantidad de calor generada es máxima y las necesidades de refrigeración también. Para estos casos además de potenciar el sistema de refrigeración con un radiador de mayor capacidad y/o con una mejora del paso de aire atmosférico por el radiador, se puede considerar el uso de un refrigerante de mayor calor específico (Cp) que permita absorber más calor del motor y entregar más calor al radiador.

Existen en el mercado aditivos anticorrosivos para mezclar y diluir en agua destilada, en concentraciones muy bajas . Como el agua destilada tiene mayor capacidad de transmisión de calor que un refrigerante con anticongelante y casi toda la mezcla resultante con este producto es agua destilada, la Cp es mayor y el motor puede ser refrigerado de forma extra, mientras se previene tambien la corrosión.

Estos aditivos suelen tener además compuestos que reducen la tensión superficial del agua y hacen que el agua esté en contacto más íntimo con las paredes metálicas del motor (absorbiendo más calor) y con las del radiador (entregándole más calor). Al reducir la tensión superficial se reduce paralelamente el fenómeno de cavitación, protegiendo las superficies de todo el circuito de refrigeración. Hasta aquí la parte positiva de estos aditivos, que no es poca.

La parte delicada es que no reducen el punto de congelación del agua ni aumentan su punto de ebullición, con lo que deben ser usados de forma muy controlada por el usuario. RotaryPit los desrecomienda para uso cotidiano. Una simple helada nocturna puede terminar en catástrofe para el motor y el radiador.

 

Modificación de la temperatura de entrada en funcionamiento de los electroventiladores

Si tan malo es hacer funcionar al Renesis a altas temperaturas ¿Por qué Mazda permite calentarse al refrigerante hasta 97ºC antes de poner en marcha el primer electroventilador del radiador? Simple, es un tema de consumos a bajas cargas y de emisiones de escapes. En efecto, con el motor más caliente su rendimiento termodinámico a ritmos suaves es mayor y los consumos algo (un poco) mejores. Las emisiones de escapes, sobre todo CO, son menores al facilitarse la combustión a bajas cargas por la mayor temperatura de la mezcla explosiva.

La desventaja clara es la de longevidad del motor, no solo para las carcasas y para los sellos del motor sino también para las juntas de agua que separan las cámaras de combustión de las galerías de refrigeración.

Kit control entrada temprana electroventiladores RX8
El kit consiste en un termostato de 90ºC y 2 relés que encienden los 2 electroventiladores del radiador a esos 90ºC, parándolos a unos 82ºC

Además cuando al motor se le exige potencia y está muy caliente, la centralita retrasa el avance de encendido por seguridad (para evitar la detonación) y el rendimiento y la potencia se reducen.

RotaryPit recomienda la instalación de un kit que permita la entrada automática de los electroventiladores de forma mucho más temprana, a unos 90-92ºC.

Esto mismo puede hacerse con una reprogramación de parámetros de la centralita para que arranquen los electroventiladores a esas temperaturas. Esta forma, por cierto, es la solución más limpia cuando se cuenta con un “tuner” que haga la reprogramación.

La longevidad del motor y su respuesta a solicitudes serias del acelerador te agradecerán la entrada temprana de los electroventiladores.

Son varias las ventajas:

1)   Longevidad del motor, evitando picos de temperatura interior

2)   Mejores salidas desde parado en días calurosos (por no perder potencia)

3)   Aire acondicionado más potente (al enfriarse más el radiador de aire acondicionado que está adosado al radiador del motor)

4)   Mayor seguridad de dejar el motor estabilizado térmicamente antes de pararlo tras una conducción deportiva, por ciudad o un día caluroso

5)   Se mejora indirectamente la temperatura de aceite, con lo que no está tan fluido y sella mejor. Con esto también se reducen las probabilidades de sufrir pérdidas de potencia y desgastes prematuros.

y anecdóticos los inconvenientes:

1)   Al trabajar los electroventiladores más veces tenemos un poco más ruido

2)   A muy (muy) largo plazo los relés y/o los electro ventiladores podrán estropearse antes (no se han reportado casos relevantes de roturas prematuras)

 

Protección de radiadores de aire acondicionado y de aceite

Las aperturas de aireación que lleva el RX8 en su frontal lo hacen muy vulnerable a recibir chinazos en los radiadores del aire acondicionado y de aceite. Podemos decir que es uno de los pocos defectos claros de origen.

Con cada chinazo las aletas de los radiadores se doblan, bloqueando parcial o totalmente el paso de aire por esa doblez y con ello perdiendo la capacidad de refrigeración en ese área. El aire que no pasa por las aletas del radiador de aire acondicionado lógicamente tampoco pasa por el radiador del motor, con lo que se pierde una parte de superficie de intercambio calórico. Es como si se redujera el tamaño efectivo del radiador.

Rejillas de protección de aceite y condensador AC RX8 RotaryPit jird20

Se puede dar el caso extremo que un fuerte impacto fisure uno de los tubos provocando una fuga del circuito de A/C (anulando el aire acondicionado) o de aceite, lo que puede destruir el motor si el conductor no lo para de inmediato.

Es una modificación barata, muy bien pensada y muy efectiva.

Hay varios fabricantes de estas rejillas protectoras. En la foto pueden verse las de Racing Beat.

Poleas de accionamiento de bomba y alternador

Aunque hay más poleas en el compartimento del motor, por “poleas” nos referimos a la del eje de las excéntricas (el “cigüeñal”), a la del alternador y a la de la bomba de agua. Estas tres poleas están ligadas entre si por medio de una correa apodada la “correa del servicios”.

Esta correa mueve al alternador carga baterías, que genera toda la electricidad que precisa el coche para su funcionamiento. También acciona la bomba de agua para que circule el refrigerante y el motor pueda refrigerarse.

La “modificación de poleas” pretende ganar algo de potencia útil del motor, gastando menos en el alternador y la bomba. La idea es que tanto el alternador como la bomba giren más lentos de forma que consuman menos.  Para ello se substituyen las poleas originales por otras de diámetros mayores.

poleas para rebajar velocidad bomba refrigerantePues bien, esto es contraproducente y dañino para el motor y para el alternador como ahora veremos.

El alternador tiene que generar la electricidad que demanden los consumos del coche (luces, encendido electrónico, PCM, luneta térmica…). Si no produce esa electricidad, esta vendrá de la batería mientras le quede carga. Existe un circuito electrónico que controla al alternador carga baterías, regulando la excitación de este para ajustarla a lo que sea preciso que genere. Si movemos más lentamente el alternador precisaremos mayor nivel de excitación. Al final la electricidad saldrá del alternador y por tanto se tomará de la correa y esta del motor, por lo que la pretendida ganancia de potencia no existirá. Lo que si puede suceder es que la excitatriz del alternador se sobrecaliente y acabe estropeándose antes.

Por otro lado, con respecto a la bomba de agua, sí es posible arrancar un par de caballos de consumo, pero a costa de subrefrigerar el motor a bajas vueltas, algo que ya hemos visto qué efectos fatídicos puede tener.

Otro argumento utilizado por los fabricantes de kits de poleas es un menor peso que las de origen. Menor peso significa menor inercia y el efecto es similar al de un volante de inercia aligerado. Sin embargo la ganancia esperable por este efecto es inapreciable.

RotaryPit desaconseja modificar las poleas por otras que reduzcan el régimen de trabajo de la bomba y/o el alternador.