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El enfriamiento por tolva es una forma simple de enfriamiento por agua que se utiliza para motores estacionarios pequeños . La característica que define el enfriamiento por tolva, entre otros motores enfriados por agua, es que no hay radiador . El agua de enfriamiento es calentada por el motor y se evapora de la superficie de la tolva en forma de vapor . [2]
Los motores de combustión interna son bastante ineficientes y requieren refrigeración para eliminar el calor residual que generan durante su funcionamiento. Los motores refrigerados por agua eliminan este calor de la zona de la culata rodeándola con una camisa de agua .
En la mayoría de los motores conocidos hoy en día, esta agua circula desde las partes calientes del motor hasta un radiador, donde cede su calor al aire.
En los motores antiguos y de baja potencia con refrigeración por tolva, hay poca circulación. En cambio, el agua se evapora lentamente, y el calor de vaporización necesario para hervir el agua proviene del calor del motor. La pérdida de calor con este vapor de agua que sale es suficiente para enfriar el motor. [3]
Como el calor de vaporización (energía necesaria para vaporizar el agua) es mucho mayor que la capacidad calorífica específica (energía para elevar la temperatura del agua en un grado), se necesita relativamente poca agua para reemplazar la que se pierde por evaporación. El calor necesario para hervir el agua equivale a un aumento de temperatura de 540 °C, o aproximadamente 7 veces el necesario para elevar la temperatura del agua desde la temperatura ambiente hasta la de ebullición.
Un motor pequeño típico consumiría unos cuantos litros en un día de trabajo.
Aunque el enfriamiento de la tolva es ineficiente, en términos de la cantidad de calor eliminado para el tamaño de la camisa de agua, mantiene la temperatura del cilindro a baja temperatura. Siempre que la tolva no hierva hasta secarse, la temperatura no puede superar los 100 °C del punto de ebullición atmosférico del agua. Esto es tanto una ventaja como una desventaja: mantiene una temperatura de funcionamiento baja, lo que ayuda a preservar los frágiles anillos de pistón y las válvulas de escape de estos primeros motores. Sin embargo, también limita la eficiencia de funcionamiento, ya que el motor no puede funcionar a una temperatura de funcionamiento más alta y más eficiente .
Los motores de gran tamaño utilizarían refrigeración por termosifón . La tolva del motor se complementaría con un gran tambor de agua encima del motor. Esto permitiría cierta circulación entre los dos, pero como no había una gran superficie para la transferencia de calor al aire, como en el caso de un radiador, la refrigeración final seguiría siendo en gran medida por evaporación.
Los motores refrigerados por tolva suelen ser monocilíndricos y, por lo general, motores de gasolina en lugar de diésel . Estos son los motores que aparecieron en gran número entre las dos guerras, impulsando una variedad de maquinaria agrícola mediante transmisiones por correa plana. Estos motores se utilizaban de forma intermitente y, por lo general, con la presencia de un operador.
Para evitar daños por heladas, la tolva podía vaciarse fácilmente a través de un gran grifo de latón. [5] Esto se hacía periódicamente, a veces después de cada uso, para evitar la oxidación en el interior de la tolva. Como el agua de refrigeración se evaporaba continuamente durante el funcionamiento, no se utilizaban aditivos anticongelantes ni anticorrosivos.
La refrigeración por tolva ha desaparecido en gran medida. Después de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron motores más ligeros y eficientes que utilizaban refrigeración por aire . Estos se desarrollaron a partir de motores de motocicletas y aprovecharon los avances en fundición de aluminio para fabricar bloques de cilindros de paredes delgadas con aletas de refrigeración fundidas. Estos son más simples de operar y no requieren agua, control de nivel o anticongelante.
Un puñado de motores, ahora en su mayoría diésel, mantuvieron la refrigeración por tolva hasta el siglo XXI. [6] Se trataba de motores de construcción sencilla, que todavía utilizaban bloques de hierro fundido para proporcionar más resistencia a partir de una fundición rudimentaria, ya que un motor diésel requería más resistencia de la que podían proporcionar las piezas de fundición de aluminio poco sofisticadas. Los motores diésel horizontales de un solo cilindro se construyeron en India y China y se importaron brevemente a Occidente alrededor del año 2000, pero fueron prohibidos por las regulaciones de control de emisiones. [7]
Los grandes motores de aire caliente , como el Rider-Ericsson , también utilizaban refrigeración por tolva.
En la década de 1930, se utilizó de forma experimental el enfriamiento por evaporación o por vapor para motores de aviones de alta potencia, en particular el Rolls-Royce Goshawk . [8] Aunque ambos sistemas se basan en la evaporación, son bastante diferentes. El enfriamiento por evaporación de los aviones, al igual que los sistemas de radiadores, utilizaba un circuito cerrado bombeado para el refrigerante, sin pérdidas. El vapor del refrigerante se capturaba en radiadores o, en este caso, condensadores , y se recirculaba.
