Fundamentos del refrigerante del motor

Pablo Fritz, Chevron. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

El refrigerante (o anticongelante) protege su motor contra la congelación mientras protege los componentes contra la corrosión. Desempeña un papel fundamental en el mantenimiento del equilibrio térmico del motor mediante la eliminación de calor.

En un motor diesel de servicio pesado, solo un tercio de la energía total producida funciona para impulsar el vehículo hacia adelante. Un tercio adicional es eliminado como energía térmica por el sistema de escape. El tercio restante de la energía térmica producida se lo lleva el refrigerante del motor.

Este calor eliminado por el refrigerante proporciona un equilibrio en la eliminación del calor del motor que es fundamental para garantizar que el motor funcione correctamente. El sobrecalentamiento podría resultar en un deterioro acelerado del aceite y del propio motor.

Si bien el agua proporciona la mejor transferencia de calor, el glicol también se usa en los refrigerantes del motor para brindar protección contra el congelamiento. La adición de glicol reduce ligeramente la transferencia de calor del agua, pero en la mayoría de los climas y aplicaciones, la protección contra el congelamiento es fundamental.

Casi todos los motores usan refrigerantes con fluidos base similares: una mezcla 50/50 de etilenglicol y agua. En algunas circunstancias, los motores industriales pueden usar otros fluidos base, como agua con aditivos o una mezcla de propilenglicol y agua.

Además del fluido base, hay una pequeña cantidad de otros ingredientes que incluyen inhibidores de corrosión, antiespumantes, tintes y otros aditivos. Si bien estos otros ingredientes constituyen solo una pequeña fracción del refrigerante, son los que diferencian un refrigerante de otro.

Históricamente, en América del Norte, los refrigerantes de motor convencionales han sido de color verde. Actualmente, estos refrigerantes verdes suelen utilizar una mezcla de fosfato/silicato como componentes principales de su sistema inhibidor de corrosión. Los inhibidores convencionales como los silicatos y los fosfatos funcionan formando una capa protectora que en realidad aísla los metales del refrigerante.

Estos inhibidores se pueden caracterizar químicamente como óxidos inorgánicos (silicatos, fosfatos, boratos, etc.). Debido a que estos sistemas inhibidores se agotan al formar una capa protectora, los refrigerantes verdes convencionales deben cambiarse a intervalos bienales regulares, generalmente cada dos años.

Se han desarrollado diversas tecnologías para proteger los motores de la corrosión. En Europa, los problemas con los minerales del agua dura obligaron a que las tecnologías de refrigeración no tuvieran fosfatos. El calcio y el magnesio, minerales que se encuentran en el agua dura, reaccionan con los inhibidores de fosfato para formar fosfato de calcio o magnesio, lo que generalmente conduce a la formación de incrustaciones en las superficies calientes del motor. Esto podría conducir a la pérdida de transferencia de calor o corrosión debajo de la escala.

Para reemplazar los fosfatos, los refrigerantes europeos convencionales contienen una mezcla de óxidos inorgánicos como silicatos e inhibidores llamados carboxilatos. Los carboxilatos brindan protección contra la corrosión al interactuar químicamente en los sitios de corrosión metálica, en lugar de formar una capa de inhibidores que cubren toda la superficie.

La mezcla de carboxilatos y silicatos también se denomina tecnología híbrida porque es una mezcla de tecnología inorgánica convencional y tecnología orgánica o carboxilato puro. Los refrigerantes de motor europeos existen en varios colores; típicamente cada fabricante requiere un color diferente.

En Asia, los problemas con los sellos de las bombas de agua y la mala transferencia de calor han llevado a prohibir los refrigerantes que contienen silicato. Para brindar protección, la mayoría de los refrigerantes contienen una mezcla de carboxilatos e inhibidores inorgánicos como fosfatos.

Estos refrigerantes son híbridos. Se diferencian de los híbridos europeos por la falta de silicatos. Los refrigerantes de los OEM asiáticos pueden tener una variedad de colores, incluidos rojo, naranja y verde.

Los refrigerantes a base de carboxilatos de vida prolongada se desarrollaron para ser aceptables a nivel mundial y proporcionar un rendimiento superior a las tecnologías existentes. Esta tecnología también se conoce como tecnología de aditivos orgánicos (OAT, por sus siglas en inglés). Debido a que los refrigerantes de carboxilato completo no contienen silicatos, cumplen con los estrictos requisitos de las especificaciones asiáticas.

También cumplen con los requisitos de los anticongelantes europeos porque no tienen fosfatos. Estos refrigerantes de motor han ganado popularidad internacional debido a que tienen una protección contra la corrosión insuperable durante intervalos prolongados.

Vale la pena señalar que algunas personas se refieren a estos como OAT porque los inhibidores que brindan protección contra la corrosión se derivan de los ácidos carboxílicos. En realidad, la protección la proporcionan ácidos carboxílicos neutralizados llamados carboxilatos.

Esta distinción es importante porque todos los refrigerantes operan en el rango de pH neutro o básico (pH igual o superior a 7). De hecho, la mayoría de los refrigerantes se fabrican a partir de un precursor ácido; por ejemplo, los refrigerantes convencionales a base de fosfato comienzan su vida como ácido fosfórico.

Los inhibidores de carboxilato brindan protección contra la corrosión al interactuar químicamente con las superficies metálicas donde sea necesario, no al colocar capas universalmente, como es el caso de los refrigerantes convencionales e híbridos.

Las implicaciones de esta diferencia funcional son enormes: ciclos de vida prolongados, protección inigualable del aluminio a altas temperaturas, así como ventajas de transferencia de calor tanto en las superficies calientes del motor como en los tubos del radiador que rechazan el calor, donde la transferencia de calor es fundamental para un rendimiento óptimo. Los refrigerantes a base de carboxilatos de alta calidad han demostrado un rendimiento de más de 32,000 horas en aplicaciones de motores estacionarios sin ser cambiados.

Una medida del verdadero rendimiento de vida extendida es que al final de una prueba de flota, el refrigerante usado se puede quitar del motor y aún así pasar con éxito las pruebas diseñadas para refrigerantes nuevos.

Mantenimiento del refrigerante del motor

El mercado de repuestos está lleno de refrigerantes de alta y baja calidad de todos los colores; por lo tanto, el color no es un buen indicador del tipo de refrigerante. La mejor práctica de mantenimiento es conocer el refrigerante exacto requerido y colocado en un motor, y controlar cualquier líquido que se use para rellenar el equipo.

Aunque hay muchas técnicas disponibles, se debe usar un refractómetro para medir la proporción de agua con glicol porque ofrece el método más confiable para identificar el contenido de glicol preciso del refrigerante. Esto determina el nivel de protección contra congelamiento y asegura las concentraciones apropiadas de inhibidores de corrosión.

Otra medida de mantenimiento preventivo incluye revisar el propio sistema de enfriamiento para confirmar que esté lleno y funcionando correctamente. Operar con poco refrigerante puede ocasionar muchos problemas porque el refrigerante no puede proteger las superficies con las que no entra en contacto y los vapores de agua con glicol pueden ser corrosivos. El simple hecho de revisar un tanque de desbordamiento que no es parte del sistema de flujo puede ser engañoso si el sistema no funciona correctamente. Además, la tapa del radiador en sí puede ser una parte integral del sistema si está diseñada para soportar una presión específica. Estas tapas se pueden probar para determinar si mantienen la presión adecuada, lo cual es clave para el buen funcionamiento del sistema. Si la presión del sistema está funcionando por debajo de lo diseñado, el refrigerante hervirá a una temperatura más baja.

Existe mucha información errónea sobre la compatibilidad de los diferentes tipos de tecnologías de refrigerante en la literatura y el mercado. Si bien no es una buena práctica de mantenimiento mezclar dos refrigerantes diferentes, no dará lugar a problemas de compatibilidad siempre que se utilicen refrigerantes de proveedores acreditados y de alta calidad.

Los refrigerantes generalmente se consideran compatibles, sin embargo, la mezcla de refrigerantes de dos calidades diferentes da como resultado una mezcla de calidad intermedia. Si bien no es un desastre, mezclar un gran refrigerante con un refrigerante mediocre dará como resultado un refrigerante con un rendimiento algo menos que excelente.

La dilución excesiva con agua tendría un efecto negativo, porque los inhibidores de corrosión estarían presentes en el motor en cantidades inferiores a las diseñadas originalmente. Los refrigerantes funcionan en una variedad de diluciones.

Lo óptimo para la mayoría de los sistemas de refrigeración es un 50 por ciento de refrigerante y un 50 por ciento de agua de buena calidad y, en general, los refrigerantes toleran una dilución de hasta un 40 por ciento de concentrado y un 60 por ciento de agua.

En general, la degradación del refrigerante se tiene en cuenta en los intervalos de “uso recomendado” de los fabricantes. Los refrigerantes convencionales que contienen silicatos se degradan principalmente debido al rápido agotamiento del inhibidor. Esto se debe a que los silicatos establecen capas protectoras sobre los componentes del sistema como parte de su mecanismo de protección.

Por lo tanto, los inhibidores del refrigerante deben reponerse o cambiarse regularmente para garantizar que las superficies permanezcan protegidas si se altera la capa de silicato.

En general, los refrigerantes se degradan con el tiempo a medida que el etilenglicol se descompone principalmente en ácido glicólico y fórmico. La degradación ocurre más rápidamente en los motores que funcionan a temperaturas más altas o en aquellos que permiten que entre más aire en los sistemas de enfriamiento.

El refrigerante debe analizarse anualmente si se pretende que el sistema opere durante varios años entre cambios de refrigerante, y particularmente cuando el refrigerante se usa en aplicaciones severas. Una prueba asegura que el pH todavía está por encima de 7.0. Algunas tecnologías de refrigerantes pueden proteger a un pH tan bajo como 6.5; sin embargo, normalmente no es una buena práctica permitir que un refrigerante opere por debajo de un pH de 7.0.

Los productos de descomposición del glicol son ácidos y contribuyen a la caída del pH. Una vez que el refrigerante se ha degradado, debido a la descomposición del glicol y la caída del pH, los metales del motor corren el riesgo de sufrir corrosión. La degradación del refrigerante puede reducirse utilizando refrigerantes con inhibidores de vida prolongada y asegurando que el equipo funcione correctamente y dentro de los límites de diseño designados.

La prueba de inhibidores de corrosión es otro método para verificar el estado del refrigerante. Si bien los inhibidores de vida útil prolongada generalmente no necesitan probarse, siempre y cuando se utilicen las recomendaciones de uso adecuadas y los fluidos correctos para rellenar, los inhibidores convencionales se agotan y deben analizarse.

Además de las pruebas de nitrito y molibdato, la mayoría de los refrigerantes convencionales necesitan adiciones continuas de refrigerante suplementario (SCA) o análisis de laboratorio para garantizar un rendimiento adecuado.

Varios inhibidores, como nitritos y molibdatos, se controlan fácilmente con tiras reactivas. Debido a que los nitritos se agotan rápidamente en comparación con otros inhibidores, la prueba de nitrito permite conocer el nivel de nitrito del refrigerante, pero nada más.

Algunos motores necesitan que los inhibidores, como los nitritos, se mantengan en ciertos niveles para ofrecer protección contra la corrosión por cavitación, que puede ocurrir en motores con camisas de cilindro extraíbles. Los nitritos tienden a agotarse rápidamente en los refrigerantes convencionales y deben reponerse a intervalos regulares.

Los refrigerantes ELC a base de carboxilatos suelen tener niveles más bajos de agotamiento de nitritos porque los carboxilatos brindan la protección requerida contra la cavitación y, por lo tanto, los intervalos de mantenimiento preventivo son mucho más largos.

Los fabricantes de equipos originales automotrices ahora recomiendan el uso de un refrigerante híbrido o un ELC de carboxilato completo. Los refrigerantes verdes estándar convencionales están ausentes en esta imagen. Las recomendaciones de los OEM de motores diésel de servicio pesado tienen una amplia gama de posibilidades.

En el sector industrial, algunos OMS requieren el uso de refrigerante silicatado, mientras que otros exigen que no contenga silicatos por cuestiones de transferencia de calor. Del mismo modo, algunos requieren que no contengan fosfatos para evitar depósitos de incrustaciones de agua dura. Esta incrustación tiende a formar depósitos en la parte más caliente del motor, lo que reduce la transferencia de calor y puede inducir la corrosión.

Finalmente, algunos OEM requieren el uso de nitritos para proteger contra la cavitación, mientras que otros no tienen tal requisito. Debido a que el fenómeno de la cavitación de la camisa del cilindro es específico del diseño, no todos los motores se ven afectados de la misma manera. Es importante comprender las necesidades específicas de los equipos.

Los refrigerantes juegan un papel vital en la preservación del equilibrio térmico del motor y en la protección de los componentes del motor contra la corrosión. Se estima que el 60 por ciento del tiempo de inactividad del motor en el sector de camiones comerciales está relacionado con el refrigerante.

Independientemente del mercado en el que se use el refrigerante, es seguro asumir que la educación sobre refrigerantes relacionada con la química del producto, el uso y el mantenimiento continuo juega un papel vital en la creación de un entorno productivo y rentable.

Usar un refrigerante de motor de alta calidad de un proveedor de confianza y seguir prácticas cuidadosas de mantenimiento preventivo ayudará a garantizar la protección adecuada de un motor.