Diseño, construcción e instrumentación y control de un sistema de enfriamiento automotriz para aplicaciones didácticas

Resumen

El estudio presenta el diseño, construcción e instrumentación de un sistema de enfriamiento con aplicaciones didácticas, orientado a la enseñanza de la transferencia de calor y el control térmico en motores de combustión interna. Se diseñó una estructura mediante SolidWorks, ensamblada con acero A36, donde se integraron componentes como un radiador, una bomba centrífuga, sensores de temperatura y un sistema que incorpora además un circuito de instrumentación y control, basado en un Arduino Uno, que procesa datos provenientes de termopares tipo K, lo que permite mediciones precisas de temperatura en el circuito térmico. Para la visualización en tiempo real, se integró una pantalla LCD, lo que optimiza el uso de pines en el microcontrolador y mejora la eficiencia del monitoreo. Para evaluar el rendimiento térmico del sistema, se realizaron pruebas experimentales bajo tres condiciones de flujo de refrigerante (bajo, medio y alto). En cada prueba, el refrigerante ingresó al sistema a 80 °C, registrándose las temperaturas de salida bajo dos escenarios: con y sin carga del ventilador. Se observó que a bajo flujo (7.5 L/min) se alcanzó una mayor temperatura de enfriamiento, la cual fue de 61.46°C sin ventilador y de 58.36°C con ventilador, lo que indica que un tiempo de residencia mayor dentro del radiador favorece la disipación térmica. A flujo medio (15 L/min), la temperatura de salida aumentó a 65.9°C sin ventilador y 61.2°C con ventilador, mientras que en condiciones de alto flujo (22.5 L/min), la temperatura de salida alcanzó 68.4°C sin ventilador y 63.86°C con ventilador, evidenciando que un mayor caudal de refrigerante no garantiza una mayor disipación térmica, sino que reduce el tiempo de intercambio de calor dentro del sistema.