Comprender los Embragues del ventilador: Encendido/apagado, dos velocidades y velocidad variable

Cómo funcionan las TI

Los embragues de encendido/apagado del ventilador funcionan según un principio binario básico: totalmente acoplados o totalmente desacoplados, lo que los convierte en el diseño de accionamiento del ventilador más sencillo del mercado. El sistema se rige por una señal de temperatura que determina si se necesita refrigeración.

Existen dos tipos comunes de entradas de control para los embragues On/Off:

• Controlado por sensor bimetálico:
  Los embragues tradicionales On/Off utilizan un muelle helicoidal bimetálico montado en la cara del embrague que reacciona a la temperatura ambiente bajo el capó. Al aumentar la temperatura, la bobina se expande y gira, abriendo una válvula que permite que el líquido de silicona engrane en el mecanismo del embrague y haga girar el ventilador a pleno régimen.
• Controlado electrónicamente (EC):
  En las aplicaciones modernas, los módulos de control electrónico (ECM) envían señales a los solenoides o a las válvulas de aire en función de los datos del motor en tiempo real, normalmente la temperatura del refrigerante, la temperatura del aire de admisión o la demanda de aire acondicionado. Esto permite un accionamiento más preciso y sensible del ventilador en comparación con los sistemas puramente mecánicos.

Ciclo de compromiso del aficionado:

1. Modo desembragado:
   Cuando la temperatura del motor está dentro del rango óptimo, el embrague se desembraga, permitiendo que el ventilador «gire libremente» a una velocidad mucho menor que la del motor. Esto reduce la resistencia parásita, mejora la eficiencia del combustible y reduce el ruido.
2. Modo conectado:
   Cuando la temperatura del motor supera un umbral calibrado, el embrague se activa, bloqueando y haciendo girar el ventilador a pleno régimen. Esto proporciona el máximo caudal de aire a través del radiador y otros intercambiadores de calor, reduciendo rápidamente la temperatura del refrigerante.

Una vez que se consigue el enfriamiento y baja la temperatura, el embrague vuelve a su estado desembragado, repitiendo el ciclo según sea necesario.

Por qué es importante

Aunque los embragues On/Off pueden carecer de la precisión de diseños más avanzados, son probados, robustos y rentables. Su durabilidad los hace ideales para vehículos que operan en entornos de carga constante o climas moderados, como:

• Camiones medianos
• Autobuses escolares
• Vehículos utilitarios
• Determinados equipos fuera de carretera

También ofrecen una mayor facilidad de mantenimiento y menos puntos de fallo en comparación con los sistemas de velocidad variable, lo que supone una gran ventaja en las flotas que priorizan el tiempo de actividad y un mantenimiento sencillo.

Consideraciones sobre el rendimiento:

• Eficiencia del combustible: Moderada: mejor que la de los ventiladores de transmisión directa, pero menos eficiente que la de los sistemas de dos velocidades o de velocidad variable.
• Reducción del ruido: Limitada – dado que el ventilador funciona a toda velocidad durante el acoplamiento, puede crear un rugido perceptible del ventilador.
• Control de la refrigeración: Básico: suficiente para ciclos de trabajo estándar, pero no ideal para motores con demandas de refrigeración variables o componentes sensibles a las emisiones.

Cómo funciona

Los embragues del ventilador de dos velocidades están diseñados para proporcionar una refrigeración del motor más matizada que los sistemas tradicionales de encendido/apagado. En lugar de funcionar en sólo dos estados extremos -totalmente encendido o totalmente apagado-, un embrague del ventilador de dos velocidades ofrece dos niveles distintos de acoplamiento del ventilador: un modo de baja velocidad para una refrigeración parcial y un modo de alta velocidad para una demanda de refrigeración total.

Esto se consigue normalmente mediante un mecanismo interno que modula la cantidad de fluido de silicona -o controla la presión del aire en el caso de los embragues accionados por aire- permitiendo que el ventilador se acople a una velocidad reducida (a menudo entre el 40% y el 60% de la velocidad máxima del ventilador) antes de aumentar a la velocidad máxima a medida que aumenta la temperatura.

Sistemas de control:

• Controlado electrónicamente: Una ECU supervisa la temperatura, la velocidad del vehículo, la carga del motor, la demanda de aire acondicionado y otros datos para determinar si es necesaria la refrigeración a baja o alta velocidad. A continuación, unos solenoides o válvulas modulan el caudal de aire o la presión del fluido para ajustar la velocidad del ventilador en consecuencia.
• Respaldo activado por temperatura: Muchos embragues del ventilador de dos velocidades disponen también de un dispositivo de seguridad térmico incorporado (por ejemplo, una bobina bimetálica) que garantiza el acoplamiento total si falla el control electrónico o si se detectan condiciones de sobrecalentamiento.

Ciclo de compromiso del aficionado:

1. Modo de baja velocidad:
   Cuando la temperatura del motor aumenta pero no es críticamente alta, el embrague conecta el ventilador a velocidad parcial. Esto permite un caudal de aire suficiente para mantener el equilibrio térmico sin sobreenfriamiento, al tiempo que reduce el ruido del ventilador y ahorra energía.
2. Modo de alta velocidad:
   A medida que aumenta la demanda -como durante la conducción cuesta arriba, cargas pesadas o temperaturas ambiente elevadas-, el embrague pasa a acoplarse a toda velocidad, proporcionando el máximo caudal de aire para proteger el motor y los sistemas auxiliares.

Por qué es importante

Los embragues del ventilador de dos velocidades ofrecen un punto intermedio entre la sencillez de los diseños On/Off y la precisión de los variadores de velocidad. Reducen las activaciones innecesarias de los ventiladores, ahorrando combustible y reduciendo las emisiones, al tiempo que garantizan una refrigeración robusta bajo cargas pesadas.

Las aplicaciones típicas incluyen:

• Camiones de basura y reciclaje
• Autobuses con frecuentes paradas y arranques
• Camiones vocacionales de servicio severo
• Equipos de construcción y minería con cargas de trabajo fluctuantes

Consideraciones sobre el rendimiento:

• Eficiencia del combustible: Mejorada: la reducción del accionamiento del ventilador de alta velocidad disminuye la carga parásita del motor.
• Reducción del ruido: Moderada – menos rugido del ventilador en comparación con los sistemas de encendido/apagado, especialmente en el modo de baja velocidad.
• Control de la refrigeración: Mejorado: mayor estabilidad de la temperatura en una gama más amplia de condiciones de funcionamiento.

Cómo funciona

Los embragues del ventilador de velocidad variable representan la tecnología más avanzada en Refrigeración del motor. Estos sistemas modulan continuamente la velocidad del ventilador en tiempo real en función de una amplia gama de parámetros del motor y del vehículo. En lugar de alternar entre pasos discretos, ajustan la velocidad del ventilador de forma suave y precisa para adaptarse a la demanda de refrigeración.

Este control dinámico se consigue normalmente utilizando:

• Señales de Modulación por ancho de pulsos (PWM ) del ECM
• Reguladores proporcionales de presión de aire
• Actuadores inteligentes que interpretan la temperatura, la carga del motor, la velocidad del vehículo y la actividad del compresor del aire acondicionado

Al hacer girar el ventilador sólo lo necesario, los embragues de velocidad variable proporcionan la cantidad justa de caudal de aire, ni más ni menos.

Ciclo de compromiso del aficionado:

1. Rango de velocidad bajo a medio:
   En condiciones frías o moderadas, el ventilador puede girar a una fracción de la velocidad máxima (tan bajo como 10-30%), minimizando el arrastre sobre el motor y reduciendo el consumo de combustible y el ruido.
2. Respuesta a alta velocidad:
   A medida que aumenta la carga térmica, el ventilador se eleva suavemente -sin saltos bruscos- para proporcionar un mayor caudal de aire y mantener estable la temperatura del refrigerante. A diferencia de los sistemas de cambio escalonado, este acoplamiento continuo garantiza una temperatura de funcionamiento más estable, lo que es especialmente importante para los sistemas de control de emisiones como EGR y SCR.

Por qué es importante

Los embragues del ventilador de velocidad variable son esenciales en las cadenas cinemáticas actuales de alta eficiencia y bajas emisiones. Son compatibles:

• Ahorro de combustible al minimizar las pérdidas parásitas
• Un control más estricto de la temperatura, que ayuda a los motores a funcionar en sus zonas óptimas de rendimiento y emisiones.
• Mayor comodidad para el conductor, gracias a un funcionamiento más silencioso y una conexión más suave

Ideal para:

• Camiones de larga distancia y de transporte regional
• Tránsito y autocares
• Equipos que funcionan en climas extremos o a gran altitud
• Cualquier aplicación que requiera un control térmico estricto o esté sujeta a normativas sobre emisiones (EPA, CARB, UE)

Consideraciones sobre el rendimiento:

• Eficiencia del combustible: Máxima: sólo se utiliza la velocidad necesaria del ventilador.
• Reducción del ruido: Excelente: un funcionamiento más suave reduce drásticamente el ruido relacionado con el ventilador.
• Control de la refrigeración: Óptima: la modulación precisa y en tiempo real proporciona una Gestión térmica inigualable.