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Un motore converte in lavoro circa un terzo del suo combustibile; il resto è calore, e il sistema di raffreddamento esiste perché questo calore non resti nel metallo. Porta via il calore dalle pareti dei cilindri e dalle teste, dall'aria di aspirazione compressa, dall'olio lubrificante e talvolta dal combustibile, lo manda a un radiatore e lo cede all'atmosfera. Questa guida spiega le parti di un sistema di raffreddamento del motore, che cosa fa ciascun circuito e perché il radiatore è progettato sui valori del costruttore del motore e non su una regola empirica.
Da dove viene il calore
La combustione riscalda le canne dei cilindri, le teste e le valvole di scarico; l'acqua camicie che scorre attorno ad esse porta via quel calore e mantiene il metallo entro i suoi limiti: il circuito dell'acqua camicie è il più antico e ancora il più grande. Il turbocompressore comprime l'aria di aspirazione e la riscalda a 150 °C e oltre; raffreddarla nel refrigeratore dell'aria di sovralimentazione la rende più densa, il che dà al motore la sua potenza nominale e tiene sotto controllo le temperature di combustione e gli ossidi di azoto. L'olio lubrificante raccoglie calore dai cuscinetti e dai pistoni e viene raffreddato nel radiatore dell'olio. Il combustibile, su alcuni motori, ritorna caldo dagli iniettori e viene raffreddato anch'esso.
Nel complesso, il refrigerante porta via più o meno la stessa energia che il motore fornisce all'albero: un motore da 1.000 kW cede al proprio refrigerante una quantità nell'ordine di 400-700 kW a seconda del motore, dei circuiti e della potenza nominale. La scheda tecnica del motore riporta i valori esatti.
Uno o due circuiti: HT e LT
I motori piccoli e medi usano un solo circuito. La pompa spinge il refrigerante attraverso il motore; un termostato mantiene l'uscita intorno a 85-95 °C mandando al radiatore più o meno portata; il refrigeratore dell'aria di sovralimentazione è aria-aria davanti al radiatore oppure nello stesso circuito d'acqua. I motori grandi, da qualche centinaio di kilowatt in su, dividono il raffreddamento in un circuito ad alta temperatura (HT) per le camicie e il primo stadio dell'aria di sovralimentazione a 90-100 °C e un circuito a bassa temperatura (LT) per il secondo stadio dell'aria di sovralimentazione e il radiatore dell'olio a 45-60 °C, ciascuno con la propria pompa, il proprio termostato e i propri limiti.
La divisione esiste perché l'aria di sovralimentazione deve arrivare a una temperatura molto più bassa di quella che l'acqua camicie può ottenere. La temperatura di ritorno del circuito LT è quindi vicina a quella ambiente in un sito caldo, ed è questo che rende la batteria LT quella critica nel progetto di un radiatore.
Pompe, termostati, pressione e refrigerante
La pompa trascinata dal motore ha una prevalenza fissa, e il costruttore del motore indica quanta se ne può usare all'esterno del motore: la massima perdita di carico esterna. I termostati si aprono con la temperatura e instradano il refrigerante al radiatore o di nuovo alla pompa; un motore freddo si scalda rapidamente, uno caldo riceve tutto il radiatore. Il sistema è pressurizzato da un tappo sul vaso di espansione, che alza il punto di ebollizione e conta in altitudine. Il refrigerante è una miscela acqua-glicole con inibitori, specificata dal costruttore del motore per la protezione dal gelo, la corrosione e la cavitazione; la percentuale di glicole cambia la capacità termica e la viscosità ed è un dato di ingresso del progetto del radiatore.
Il radiatore chiude il circuito
Qualunque cosa il motore faccia internamente del proprio calore, esso finisce nel radiatore: uno scambiatore di calore raffreddato ad aria con tubi alettati e ventilatori, montato sul basamento del gruppo elettrogeno con un ventilatore azionato a cinghia oppure installato in remoto con elettroventilatori. Il radiatore è progettato sulla scheda tecnica del motore (calore, portata, temperature, perdita di carico per circuito) alla temperatura ambiente e all'altitudine del sito, e un radiatore LT/HT porta entrambi i circuiti in un solo involucro con la batteria LT per prima nel flusso d'aria. TECS progetta e costruisce questi radiatori per motori di qualsiasi marca; inviate la scheda tecnica del motore e le condizioni del sito e il progetto vi tornerà sotto forma di proposta.
In sintesi
- Sorgenti di calore: camicie dei cilindri, aria di sovralimentazione, olio lubrificante, talvolta combustibile
- Un circuito sui motori piccoli; circuiti HT e LT su quelli grandi
- HT intorno a 95 °C per le camicie, LT intorno a 50 °C per l'aria di sovralimentazione e l'olio
- Prevalenza della pompa, termostati, tappo pressurizzato e miscela di glicole fissano i limiti
- Il radiatore è progettato sulla scheda tecnica del motore alle condizioni del sito
- TECS costruisce radiatori montati sul motore e remoti, monocircuito o LT/HT
Cosa inviare con una richiesta
- Marca, modello e potenza del motore
- Scheda tecnica di raffreddamento: calore, portata, temperature e limite di perdita di carico per circuito
- Miscela di refrigerante prescritta dal costruttore del motore
- Temperatura ambiente, altitudine e umidità del sito
- Installazione: basamento, sala macchine, container, all'aperto
- Limite sonoro e distanza a cui si applica
Domande frequenti
Perché un motore grande ha due circuiti?
Perché l'aria di sovralimentazione deve essere raffreddata a circa 50 °C per la potenza nominale e le emissioni del motore, e l'acqua camicie a 95 °C non può farlo. Il circuito LT fa il lavoro a freddo, il circuito HT quello a caldo.
Che cosa succede se il refrigerante diventa troppo caldo?
La protezione del motore riduce il carico e poi arresta il motore. Prima di allora l'olio si fluidifica, l'aria di sovralimentazione si scalda e la potenza cala. Un radiatore troppo piccolo per il sito si manifesta così nel primo giorno caldo.
I circuiti LT e HT possono condividere un radiatore?
Sì: la disposizione usuale è un solo involucro con due batterie separate, la batteria LT per prima nel flusso d'aria. Il refrigerante dei due circuiti non si mescola mai.
Il radiatore fa parte della fornitura del motore?
Un radiatore montato sul motore viene fornito con il gruppo elettrogeno dal suo costruttore. Un radiatore remoto è progettato a parte sulla scheda tecnica del motore, per l'installazione, da un costruttore di radiatori come TECS.
Quanto calore va al refrigerante?
Nell'ordine del 40-70 % della potenza all'albero, a seconda del motore e dei circuiti. La scheda tecnica del motore riporta il valore per circuito alla potenza nominale; è il primo dato di ingresso del progetto del radiatore.
Ci contatti
Ci invii la potenza termica, le temperature e le portate dei fluidi, le condizioni ambientali e i vincoli di installazione. Le risponderemo con una proposta di progetto, oppure ci scriva su WhatsApp.
