Organi principali dell’impianto di raffreddamento ad acqua nei motori termici.
- Pompa idraulica: ha la funzione di far circolare il liquido refrigerante dentro le apposite cavità del motore. Essa è azionata generalmente dalla rotazione del motore stesso (nelle automobili mediante la cinghia dei servizi), questa pompa è presente solo negli impianti forzati (che attualmente rappresentano la totalità di questo tipo di raffreddamento sui veicoli di trasporto), ma non è presente sugli impianti a raffreddamento libero.
- La valvola termostatica bypass: ha la funzione di far entrare più velocemente il motore al regime termico di funzionamento ottimale, per i sistemi provvisti di questo accorgimento quando ad esempio il motore si è appena avviato il liquido è ancora freddo e impedisce al liquido refrigerante di passare per il radiatore, facendolo circolare solamente nel blocco motore, in modo da facilitarne il rapido riscaldamento, almeno fino alla temperatura di 70/80° (la temperatura varia da sistema a sistema). Superate tali temperature, la valvola si apre.
Solo per i sistemi a circuito aperto:Circuiti in cui il liquido non viene mantenuto chiuso in un circuito, ma si usa il liquido che avvolge il motore dato che questo ne è immerso.
- Presa del liquido, questa è una presa che raccoglie il liquido fresco che avvolge il motore (acqua di mare, come nel caso di moto d’acqua).
- Scarico del liquido, feritoia da cui fuoriesce il liquido una volta usato.
Solo per i sistemi a circuito chiuso:
Circuiti in cui il liquido viene mantenuto chiuso/stagno in un circuito e si usa una ben determinata quantità di liquido.
- Radiatore: è costituito da un serbatoio atto a far raffreddare il liquido proveniente dal monoblocco. Esso è costituito da una griglia di tubicini ed alette che, attraverso l’immissione di aria esterna, consentono un rapido abbassamento della temperatura del liquido.
- Ventola (non sempre presente): aiuta il radiatore nell'operazione di raffreddamento del liquido, qualora il passaggio dell’aria non fosse sufficiente all'abbassamento della temperatura (ad esempio, quando il veicolo è fermo a motore acceso, quando è impegnato in una salita o in giornate particolarmente calde). La ventola, una volta alimentata direttamente dal motore, oggi è collegata a un motorino elettrico, ed attivata dall'interruttore termostatico.
- Interruttore termostatico: è un interruttore posto nelle vicinanze del radiatore e che, quando la temperatura del liquido supera una data soglia (generalmente i 90° per i 4T e 60°≈70° per i 2T), chiude un circuito elettrico che mette in azione la ventola.
- L’indicatore sul cruscotto: è un indicatore della temperatura del liquido.
- La spia luminosa: è un indicatore di allarme che si illumina quando la temperatura del liquido raggiunge l’ebollizione.
- Vaschetta d’espansione: è un piccolo serbatoio con due funzioni, l’eventuale rifornimento di liquido mancante nell'impianto di raffreddamento, o la raccolta di quello eventualmente in ebollizione nell'impianto, per impedirne la fuoriuscita all'esterno.
Ciclo dell’impianto nei motori termici raffreddati ad acqua
Il ciclo del raffreddamento a liquido se munito di valvola termostatica, varia a seconda della temperatura a cui si trova, nel caso la sua temperatura sia minore di quella d’esercizio, si avrà un ciclo, mentre a temperatura di regime se ne avrà un altro.
Temperatura sotto il regime
All’accensione del motore, il liquido viene messo in circolazione e movimento dalla pompa idraulica, che lo fa scorrere nel circuito presente nel monoblocco motore, portandolo ad assorbire il calore delle sue varie parti, senza che tale liquido abbia la possibilità di raffreddarsi, costretto a passare per un canale che bypassa il radiatore e chiude il circuito, fino a che non raggiunge una temperatura sufficiente ad aprire la valvola termostatica e iniziare così il ciclo a temperatura.
Temperatura a regime o superiore
Una volta che il liquido è a temperatura di funzionamento, la valvola termostatica incomincia ad aprirsi e adattare la sua apertura a seconda di quanto calore deve dissipare il liquido, con l’ausilio o meno della ventola di raffreddamento, consentendo al liquido d’essere pompato al radiatore. Una volta raffreddato il liquido, questo ritorna nel monoblocco per ricominciare il ciclo a temperatura.
Struttura del cilindro nei motori termici raffreddati ad acquaNei motori a movimento alternativo il raffreddamento a liquido può scorrere su un cilindro disegnato in diversi modi:
Open deck, dove la camicia del cilindro non è connessa con la parte più esterna del cilindro e quindi c’è la totale interposizione del liquido refrigerante, garantendo il maggiore raffreddamento possibile, ma offre la minor rigidità
Semi-closed deck, a differenza dell’”Open deck” ha dei supporti alle estremità superiori del cilindro, i quali sono presenti ai laterali, anteriormente e posteriormente, in modo da irrigidire il cilindro e migliorarne la resistenza
Closed deck, questi cilindri hanno solo dei canali di passaggio rettilinei per il liquido di raffreddamento e offrono la maggiore rigidità possibile, per alcuni cilindri si può avere un anello cavo che mette in comunicazione ciascun canale alla base del cilindro.
Dry deck, questi cilindri sono caratterizzati dall’assenza di fori sul piano d’appoggio della testata, questo per permettere una maggiore rigidezza e affidabilità scongiurando anche possibili trafilature di liquido refrigerante nel cilindro, questa soluzione viene usata su alcuni motori di Formula 1.
Confronto tra raffreddamento ad aria e ad acqua nei motori termici
Vantaggi
Il sistema a liquido è caratterizzato dal:
- Permettere d’avere un controllo accurato sulla temperatura dell’apparato
- sistema meno rumoroso per via della presenza dei condotti del liquido che ispessiscono il cilindro e lo isolano acusticamente
- Maggiore libertà di posizionamento della superficie di scambio del calore
Svantaggi
Il sistema a liquido è caratterizzato dal:
- Richiedere una manutenzione per il controllo del livello del liquido ed eventuale rabbocco
- Sistema più costoso di un apparato raffreddato ad aria
Accorgimenti
Questi impianti di raffreddamento possono giovarsi delle accortezze di:
- Pressurizzazione: pressurizzando il circuito e aumentandone la pressione, nel caso dell’acqua e delle sue soluzioni, s’innalza il punto d’ebollizione del liquido di raffreddamento.
- Antigelo: sostanza che viene immessa nel circuito di raffreddamento assieme all'acqua distillata, per evitare un suo congelamento qualora la temperatura esterna raggiunga gli 0 °C o meno, aggiunge l’ulteriore vantaggio di aumentare il punto di ebollizione.
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