Il sistema di raffreddamento del motore di un veicolo serve non solo a mantenere il motore freddo, ma anche a mantenerne la temperatura sufficientemente calda per garantire un funzionamento efficiente e pulito.
I componenti del sistema includono un radiatore per dissipare il calore, una ventola o ventole per garantire un flusso d'aria adeguato per il raffreddamento del radiatore, una valvola del termostato che si apre quando viene raggiunta la temperatura di esercizio desiderata e una pompa dell'acqua (o pompa del liquido di raffreddamento) per far circolare il liquido di raffreddamento attraverso il motore, tubi flessibili e altri componenti.
La maggior parte dei veicoli ora utilizza un vaso di espansione che consente al liquido di raffreddamento di espandersi e di uscire dal circuito di raffreddamento quando è caldo e di tornare quando l'auto è spenta e il motore si raffredda. Il sistema di raffreddamento incorpora anche elementi del sistema di ventilazione dell'abitacolo, poiché il calore del motore viene utilizzato per riscaldare l'interno dell'auto.
Quasi tutte le automobili utilizzano sistemi di raffreddamento a liquido per i loro motori. Un tipico sistema di raffreddamento automobilistico comprende:
La maggior parte dei motori a combustione interna sono raffreddati a fluido utilizzando aria (un fluido gassoso) o un liquido di raffreddamento che scorre attraverso uno scambiatore di calore (radiatore) raffreddato ad aria. Nel sistema di raffreddamento ad acqua dei motori di raffreddamento, le pareti e le teste dei cilindri sono dotate di una camicia attraverso la quale può circolare il liquido di raffreddamento.
Un sistema di raffreddamento in un motore a combustione interna viene utilizzato per mantenere i vari componenti del motore a temperature favorevoli alla lunga durata e al corretto funzionamento.
Un sistema di raffreddamento funziona inviando un liquido di raffreddamento attraverso i passaggi nel blocco motore e nelle teste. Quando il liquido di raffreddamento scorre attraverso questi passaggi, raccoglie calore dal motore. Una volta che il fluido si è raffreddato, ritorna al motore per assorbire più calore.
In realtà, ci sono due tipi di sistemi di raffreddamento presenti sugli autoveicoli:raffreddato a liquido e raffreddato ad aria.
I motori raffreddati ad aria si trovano su alcune auto più vecchie, come l'originale Volkswagen Beetle, Chevrolet Corvair e poche altre. Molte motociclette moderne utilizzano ancora il raffreddamento ad aria, ma per la maggior parte automobili e camion utilizzano sistemi di raffreddamento a liquido ed è su questo che si concentrerà questo articolo.
Un sistema di raffreddamento funziona inviando un liquido di raffreddamento attraverso i passaggi nel blocco motore e nelle teste. Quando il liquido di raffreddamento scorre attraverso questi passaggi, raccoglie calore dal motore. Il fluido riscaldato si fa quindi strada attraverso un tubo di gomma fino al radiatore nella parte anteriore dell'auto.
Mentre scorre attraverso i tubi sottili del radiatore, il liquido caldo viene raffreddato dal flusso d'aria che entra nel vano motore dalla griglia davanti all'auto.
Una volta che il fluido si è raffreddato, ritorna al motore per assorbire più calore. La pompa dell'acqua ha il compito di mantenere il fluido in movimento attraverso questo sistema di tubazioni e passaggi nascosti.
L'unica funzione del sistema di raffreddamento è quella di regolare la temperatura alla quale il motore funziona. Se il sistema di raffreddamento, o qualsiasi parte al suo interno, dovesse guastarsi, si verificherebbe il surriscaldamento del motore, che può portare a una serie di gravi problemi.
Il surriscaldamento può causare lo scoppio delle guarnizioni della testata e persino la rottura dei blocchi motore se il problema è abbastanza grave. Di seguito sono elencate le parti principali del sistema di raffreddamento. Prestare sempre attenzione ai segni di guasto del sistema di raffreddamento, come descritto di seguito.
I componenti principali del sistema di raffreddamento sono la pompa dell'acqua, i tappi antigelo, il termostato, il radiatore, le ventole di raffreddamento, il nucleo del riscaldatore, il tappo a pressione, il serbatoio di troppopieno e i tubi flessibili.
La ventola di raffreddamento si trova nella parte anteriore del veicolo ed è progettata per accendersi quando il liquido di raffreddamento (ne parleremo di più tra un minuto) inizia a scaldarsi. Si spegnerà una volta che la temperatura del liquido di raffreddamento si sarà abbassata.
Il radiatore è appositamente progettato per rimuovere il calore dal liquido di raffreddamento trasferendolo all'aria soffiata attraverso il radiatore dalla ventola e all'aria in entrata dalla guida. I radiatori sono soggetti a perdite dopo anni di utilizzo.
La pompa dell'acqua è ciò che spinge il liquido di raffreddamento attraverso il motore. Una pompa dell'acqua rotta impedirà il funzionamento del sistema di raffreddamento, provocando così il surriscaldamento del motore durante la guida.
Il termostato è ciò che controlla il funzionamento del sistema di raffreddamento, in particolare l'accensione e lo spegnimento della ventola.
Una serie di tubi in gomma collegano il radiatore al motore in cui scorre il liquido di raffreddamento. Questi tubi possono anche iniziare a perdere dopo molti anni di utilizzo.
Il pane e burro del sistema di raffreddamento è il liquido di raffreddamento. Questo fluido verde brillante e profumato scorre attraverso i passaggi del motore, attirando il calore dal motore. Raccoglie il calore e lo trasferisce all'aria esterna all'interno del radiatore.
Il sistema di raffreddamento svolge tre importanti funzioni. In primo luogo, rimuove il calore in eccesso dal motore; in secondo luogo, mantiene la temperatura di esercizio del motore dove funziona in modo più efficiente; infine, porta il motore alla giusta temperatura di esercizio il più rapidamente possibile.
La necessità di sistemi di raffreddamento in un motore IC a causa del seguente motivo:
In genere, ci sono due tipi di sistemi di raffreddamento, e quelli sono:
Il raffreddamento ad aria è un metodo per dissipare il calore. Funziona espandendo la superficie o aumentando il flusso d'aria sull'oggetto da raffreddare, o entrambi. L'aggiunta di alette a un dissipatore di calore ne aumenta la superficie totale, con conseguente maggiore efficacia di raffreddamento.
Un esempio del primo consiste nell'aggiungere alette di raffreddamento alla superficie dell'oggetto, rendendole integrali o fissandole saldamente alla superficie dell'oggetto (per garantire un trasferimento di calore efficiente). Nel caso di quest'ultimo, si usa un ventilatore che soffia aria dentro o sopra l'oggetto che si vuole raffreddare.
Esistono due tipi di cuscinetti di raffreddamento utilizzati nel raffreddamento ad aria, uno è a nido d'ape e un altro è excelsior.
In tutti i casi, l'aria deve essere più fresca dell'oggetto o della superficie da cui dovrebbe rimuovere il calore. Ciò è dovuto alla seconda legge della termodinamica, che afferma che il calore si sposterà solo spontaneamente da un serbatoio caldo (il dissipatore di calore) a un serbatoio freddo (l'aria).
Quando si opera in un ambiente con una pressione dell'aria inferiore come l'alta quota o le cabine degli aerei, la capacità di raffreddamento deve essere ridotta rispetto a quella del livello del mare.
Una formula pratica 1 – (h/17500) =fattore di declassamento. Dove h è l'altezza sul livello del mare in metri. E il risultato è il fattore che dovrebbe essere moltiplicato per la capacità di raffreddamento in [W] per ottenere la capacità di raffreddamento all'altezza specificata sul livello del mare.
I motori raffreddati ad aria si basano sulla circolazione dell'aria direttamente sulle alette di dissipazione del calore o sulle aree calde del motore per raffreddarle al fine di mantenere il motore entro le temperature di esercizio. In tutti i motori a combustione, una grande percentuale del calore generato (circa il 44%) fuoriesce attraverso lo scarico, non attraverso le alette metalliche di un motore raffreddato ad aria (12%).
Circa l'8% dell'energia termica viene trasferita all'olio, che sebbene sia principalmente destinato alla lubrificazione, svolge anche un ruolo nella dissipazione del calore tramite un refrigeratore. I motori raffreddati ad aria sono utilizzati generalmente in applicazioni che non si adattano al raffreddamento a liquido, poiché tali moderni motori raffreddati ad aria sono utilizzati in motocicli, aerei dell'aviazione generale, tosaerba, generatori, motori fuoribordo, gruppi di pompe, banchi per seghe e unità di alimentazione ausiliarie.
Questi sono alcuni vantaggi dell'utilizzo dei sistemi di raffreddamento ad aria:
Anche i sistemi di raffreddamento ad aria presentano alcuni svantaggi, e quelli sono:
Esempi di motore raffreddato ad aria:
Viene utilizzato in scooter, motocicli e trattori.
Questo tipo è il tipo di sistema più comunemente usato.
In un sistema di raffreddamento ad acqua, le camicie d'acqua sono fornite attorno al cilindro o alle camicie del motore. L'acqua in circolazione in queste camicie assorbe il calore dalla superficie del cilindro e quindi l'acqua riscaldata viene raffreddata dall'aria che passa nel radiatore.
Il sistema di raffreddamento ad acqua è costituito da camicie d'acqua, pompa dell'acqua, radiatore, valvola termostatica, ventola, cinghia e puleggia, ecc. Sebbene l'acqua sia l'agente di raffreddamento più comunemente usato, mentre i refrigeranti speciali hanno proprietà migliori e desiderate come l'assenza di corrosione, in commercio sono disponibili anche punti di ebollizione più elevati, ecc. e consigliati anche per ottenere e marinare una maggiore efficienza del motore.
L'acqua viene fatta circolare nelle camicie d'acqua continuamente con la pressione e la velocità desiderate con l'ausilio di una pompa dell'acqua azionata da una cinghia. Generalmente le pompe dell'acqua sono di tipo centrifugo e sono costituite da ingresso e uscita acqua con una girante che fa uscire l'acqua dall'uscita della pompa per forza centrifuga.
L'ingresso della pompa è collegato al radiatore in basso per aspirare il liquido di raffreddamento/acqua dal radiatore. Quando il motore è raffreddato, la valvola del termostato rimane aperta e la stessa acqua/liquido di raffreddamento viene fatta circolare attraverso le camicie d'acqua.
Quando l'acqua/il liquido di raffreddamento si riscalda, la valvola del termostato viene aperta per far passare l'acqua attraverso il radiatore per dissipare il calore rimanendo intatto con l'aria che passa attraverso il radiatore.
Il radiatore si trova nella parte anteriore del trattore/veicolo ed è costituito da un serbatoio dell'acqua/refrigerante, tubi e tappo a pressione sul tubo. Questo tappo a pressione viene utilizzato per prevenire l'evaporazione dell'acqua e aumentare la pressione all'interno del sistema di raffreddamento.
La differenza di temperatura tra l'aria esterna e l'acqua all'interno del radiatore è elevata e il calore viene dissipato più rapidamente dall'acqua all'aria. L'aria viene generata con l'aiuto della ventola e anche dal movimento in avanti del trattore.
In genere, il motore funziona in modo efficiente nell'intervallo di temperatura di 80 0 C a 90 0 C ed è sempre auspicabile che la temperatura del motore raggiunga questa temperatura il prima possibile in condizioni climatiche fresche e rimanga in questo intervallo di temperatura solo in condizioni climatiche eccessivamente calde.
Il termostato è progettato per mantenere questo intervallo di temperatura regolando la temperatura dell'acqua/liquido di raffreddamento che circola nelle camicie d'acqua.
Esistono due tipi di sistemi di raffreddamento ad acqua.
La pompa non è montata in questo sistema. La circolazione dell'acqua avviene a causa della differenza di densità tra l'acqua calda e quella fredda.
Tuttavia, in questi sistemi di raffreddamento, la velocità di raffreddamento è bassa. Al giorno d'oggi il suo utilizzo è limitato perché dobbiamo mantenere l'acqua a un certo livello. È semplice nella costruzione ed economico.
I sistemi di raffreddamento a termosifone funzionano secondo il principio della convezione naturale. Il sistema di raffreddamento ad acqua Thermosyphon si basa sul fatto che l'acqua diventa leggera durante il riscaldamento e,
La parte superiore e inferiore del radiatore sono collegate rispettivamente alla parte superiore e inferiore della camicia d'acqua del cilindro con l'ausilio di tubi. Il radiatore viene raffreddato facendo fluire l'aria su di esso. Il flusso d'aria è ottenuto dal movimento del veicolo o da una ventola fornita.
L'acqua riscaldata all'interno della camicia d'acqua del cilindro diventa leggera e fuoriesce dal tubo di collegamento superiore nel radiatore e scende dal serbatoio superiore a quello inferiore, respingendo il calore durante il viaggio.
Questa acqua raffreddata dal serbatoio inferiore viene fatta passare nella camicia d'acqua del cilindro e quindi fatta circolare di nuovo per il processo.
Il limite di questi sistemi è che questo raffreddamento dipende solo dalla temperatura ed è indipendente dal regime del motore.
In questo sistema di raffreddamento, la circolazione dell'acqua avviene mediante una pompa centrifuga. A causa di questa pompa, la portata dell'acqua è maggiore. E la pompa è azionata da una cinghia da un albero a gomiti.
Qui il radiatore può essere installato in qualsiasi luogo conveniente al progettista.
In questo sistema, la direzione del flusso dell'acqua di raffreddamento è verso l'alto dalla testata al serbatoio superiore del radiatore, quindi verso il basso attraverso il nucleo del radiatore fino al serbatoio inferiore. Dal serbatoio inferiore, si sposta attraverso il tubo del radiatore inferiore alle camicie d'acqua del blocco cilindri mediante l'aiuto della pompa dell'acqua, che fa circolare l'acqua.
L'acqua entra nel motore al centro del lato di ingresso della pompa. La pompa di circolazione è azionata da una cinghia dall'albero motore. All'aumentare del regime del motore, aumenta il flusso del liquido di raffreddamento.
Il test di pressione viene utilizzato per verificare la presenza di perdite nel sistema di raffreddamento e per testare il tappo del radiatore. Applicare lentamente pressione all'impianto fino all'intervallo dell'impianto o all'intervallo indicato sul tappo del radiatore. Il sistema dovrebbe mantenere la pressione per almeno due minuti. In caso contrario, verificare la presenza di perdite nel sistema.
Il test di pressione viene utilizzato per verificare la presenza di perdite nel sistema di raffreddamento e per controllare il tappo del radiatore. Il dispositivo di prova della pressione più comune è il dispositivo a pompa manuale con adattatori per tappi di diverse dimensioni e il bocchettone di riempimento del radiatore.
Un altro tipo di tester di pressione utilizza l'aria di accumulo collegata al tubo di troppopieno del liquido di raffreddamento. Un terzo tipo ha un adattatore che sostituisce il tappo del radiatore e consente l'inserimento di un sensore di pressione o temperatura. L'aria del negozio, o semplicemente la pressione generata dal sistema di raffreddamento, può essere utilizzata per misurare la pressione e verificare la presenza di perdite.
Questi sono alcuni vantaggi di un sistema di raffreddamento ad acqua:
Gli svantaggi dei sistemi di raffreddamento ad acqua sono menzionati di seguito:
Esempi di motore raffreddato ad acqua:
Tutti i moderni motori (Auto, Autobus, Camion, ecc.) oggigiorno utilizzano questo tipo di sistema di raffreddamento.
Il sistema di raffreddamento del motore di un veicolo serve non solo a mantenere il motore freddo, ma anche a mantenerne la temperatura sufficientemente calda per garantire un funzionamento efficiente e pulito. I componenti del sistema includono un radiatore per dissipare il calore, una ventola o ventole per garantire un flusso d'aria adeguato per il raffreddamento del radiatore, una valvola del termostato che si apre quando viene raggiunta la temperatura di esercizio desiderata e una pompa dell'acqua (o pompa del liquido di raffreddamento) per far circolare il liquido di raffreddamento attraverso il motore, tubi flessibili e altri componenti.
Esistono due tipi di sistemi di raffreddamento:(i) sistema di raffreddamento ad aria e (ii) sistema di raffreddamento ad acqua. In questo tipo di sistema di raffreddamento, il calore, che viene convogliato alle parti esterne del motore, viene irradiato e portato via dal flusso d'aria, che si ottiene dall'atmosfera.
Un tipico sistema di raffreddamento automobilistico comprende
I sistemi di raffreddamento sono responsabili del raffreddamento del motore dell'auto. Il motore di un'auto che viaggia a 50 mph produrrà circa 4000 esplosioni al minuto. Ciò provoca un'enorme quantità di calore condensato in un'area. Il sistema di raffreddamento prende questo calore e lo raffredda a una temperatura sicura.
Il sistema di raffreddamento ha quattro funzioni principali come segue:rimuovere il calore in eccesso dal motore, mantenere una temperatura di esercizio del motore costante, aumentare la temperatura di un motore freddo il più rapidamente possibile, fornire un mezzo per il funzionamento del riscaldatore (riscaldamento dell'abitacolo).
I motori a combustione interna vengono spesso raffreddati facendo circolare un liquido chiamato liquido di raffreddamento del motore attraverso il blocco motore e la testata dove viene riscaldato, quindi attraverso un radiatore dove perde calore nell'atmosfera e quindi restituito al motore. Il liquido di raffreddamento del motore è solitamente a base d'acqua, ma può anche essere olio.
L'olio motore per grandi motori a combustione è normalmente olio minerale SAE 40 o simile. L'olio motore utilizzato nei motori a combustione interna è anche chiamato olio motore o olio lubrificante. Le proprietà dell'olio sono descritte in Olio come fluido termovettore.
I motori a combustione interna rimuovono il calore di scarto attraverso l'aria di aspirazione fredda, i gas di scarico caldi e il raffreddamento esplicito del motore. Pertanto, tutti i motori termici necessitano di raffreddamento per funzionare. Il raffreddamento è necessario anche perché le alte temperature danneggiano i materiali e i lubrificanti del motore e diventano ancora più importanti nei climi caldi.
bassa viscosità e densità; neutralità chimica dei materiali da costruzione; resistenza chimica e innocuo; basso costo e disponibilità.
Il motore contiene strutture cave interne chiamate camicie d'acqua. Il liquido di raffreddamento scorre all'interno del motore attraverso questi, assorbendo il calore del motore. Quindi viaggia attraverso i tubi flessibili fino al radiatore, dove si raffredda. Da lì, torna nel motore, dove sposta il liquido di raffreddamento caldo per ripetere il processo.
Il radiatore funziona bypassando il liquido di raffreddamento attraverso sottili alette metalliche, che consentono al calore di fluire nell'aria all'esterno dell'auto molto più facilmente. In sostanza, un radiatore raffredda il liquido di raffreddamento, che poi raffredda il motore.
I componenti principali del sistema di raffreddamento sono la pompa dell'acqua, i tappi antigelo, il termostato, il radiatore, le ventole di raffreddamento, il nucleo del riscaldatore, il tappo a pressione, il serbatoio di troppopieno e i tubi flessibili.
In genere, l'acqua ha una capacità termica maggiore dell'olio, ma l'olio è un lubrificante migliore. L'attrito delle parti in movimento crea calore, quindi qualsiasi riduzione dell'attrito porterà a una riduzione del calore. L'acqua è un lubrificante inferiore rispetto all'olio e quindi l'olio viene utilizzato dove è presente abbastanza attrito.
Il motore caldo trasferisce il calore all'olio che poi di solito passa attraverso uno scambiatore di calore, tipicamente un tipo di radiatore noto come radiatore dell'olio. L'olio raffreddato rifluisce nell'oggetto caldo per raffreddarlo continuamente.
I sistemi di raffreddamento rimuovono il calore dal motore sfruttando le proprietà del trasferimento di calore. Le auto moderne utilizzano sistemi di raffreddamento a liquido. Questi utilizzano un fluido fatto circolare all'interno del motore, che viene poi pompato fuori dal motore in un radiatore, dove viene rilasciato il calore.
Il liquido di raffreddamento ha una capacità termica maggiore dell'acqua. Ciò significa che richiederà più energia termica per raggiungere la stessa temperatura che l'acqua può raggiungere con molta meno energia. I componenti del liquido di raffreddamento aumentano anche il suo punto di ebollizione rendendolo più sicuro per il funzionamento nel motore.
L'acqua è il liquido di raffreddamento più comune. La sua elevata capacità termica e il basso costo lo rendono un mezzo di scambio termico adatto. Di solito viene utilizzato con additivi, come inibitori di corrosione e antigelo.
Avviso temperatura liquido di raffreddamento:questa spia indica che il motore si sta surriscaldando a causa della mancanza di liquido di raffreddamento. Se questa spia si accende, accosta immediatamente e spegni l'auto.
Può essere avviato assolutamente senza radiatore. Non causerai alcun danno fintanto che il motore non si surriscalda. Se non lo fai funzionare abbastanza a lungo perché il motore si scaldi troppo, non è un problema.
I motori possono surriscaldarsi per molte ragioni. In generale, è perché qualcosa non va nel sistema di raffreddamento e il calore non riesce a fuoriuscire dal vano motore. La fonte del problema potrebbe includere una perdita del sistema di raffreddamento, una ventola del radiatore difettosa, una pompa dell'acqua rotta o un tubo del liquido di raffreddamento intasato.
