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RAFFREDDAMENTO AD ACQUA
Raffeddamento ad acqua , si tratta del più diffuso e apprezzato sistema di smaltimento del calore e attualmente si sta sempre più diffondendo lasciando al raffreddamento ad aria solamente poche nicchie di settore.
Nel suo concetto più semplice il motore è costruito con delle intercapedini interne dove l’acqua (o il liquido apposito) circola lambendo le parti calde per poi venire sistematicamente allontanata e sostituita con altra fredda; questo sistema assai embrionale e poco, o troppo, efficiente venne sostituito ben presto da un circuito chiuso dove l’acqua veniva fatta transitare in un raffreddatore e quindi messa nuovamente in circuito, alcuni di questi dispositivi assai frugali erano costituiti da piccole cascate o docce dove l’acqua, transitandovi e venendo a contatto con l’atmosfera, subiva un sufficiente raffreddamento ma ciò bastava solo per modestissime potenze.
Sistema ancora “francescano” è quello ad evaporazione o ebollizione, in questo caso il motore è conformato come inserito in una vasca d’acqua la quale, funzionando il motore, raggiunge costantemente la temperatura d’ebollizione, in parte raffreddandosi e in parte evaporando viene sostituito da altra acqua fredda. Ovviamente è un sistema adatto per piccole potenze e generalmente per motori a cilindro orizzontale.
Immagine tratta da: ESSO enciclopedia agricola
In un classico sistema di raffreddamento ad acqua con radiatore troviamo intercapedini attorno alle canne cilindri e nelle zone più sollecitate della testata atta a contenere e permettere la circolazione del liquido durante il funzionamento, seguono dei raccordi e tubazioni e, infine l’elemento principale, il radiatore che ha il compito di raffreddare l’acqua e renderla riutilizzabile.
Nell’espressione più semplice, detta a “termosifone”, di questo sistema
Immagine tratta da: il trattore agricolo, Edagricole
il movimento dell’acqua è prodotto dalla differenza di peso specifico tra quella riscaldata dal motore e quella refrigerata nel radiatore; questo sistema, non più usato, ha lo svantaggio di richiedere ampie intercapedini, grossi condotti, poche curve ed anse nelle tubazioni, sistemazione alta del radiatore e quantità notevoli d’acqua in circolo.
Il sistema più “maturo” ed efficiente finora adottato è quello con radiatore, pompa e termostato
Immagine tratta da: Fiat trattori consigli agli utenti
con questa soluzione vi è una forzatura nella circolazione impressa da una pompa centrifuga mossa dal motore tramite una cinghia (raramente ad ingranaggi) posta sullo stesso asse della ventola che crea un forte passaggio d’aria rendendo più efficace il radiatore.
Per evitare che la pompa faccia transitare sempre l’acqua nel radiatore anche quando non servirebbe (a freddo e carichi parziali), è sempre inserito nel circuito una valvola strozzatrice termosensibile il cui compito è di tenere in ogni condizione la temperatura non di sotto agli 80-85°, infatti, il motore, per poter funzionare al meglio delle sue prestazioni complessive, deve raggiungere una temperatura di regime, sia ai fini di un miglior rendimento, durata nel tempo e ridurre temporalmente la tribolata fase del riscaldamento (dilatazioni termiche).
Per evitare che a termostato chiuso avvengano stratificazioni di temperatura, viene sempre adottato un corto-circuito (by-pass) nell’impianto, facendo transitare direttamente l’acqua nella pompa e rimessa in circolo senza transitare per il radiatore;
Immagine tratta da: L’allievo meccanico motorista, Edagricole
inoltre sui termostati è sempre presente un piccolo foro o altro stratagemma per evitare che al riempimento del circuito rimangano sacche d’aria a termostato chiuso.
Nei motori più sollecitati, dove l’olio può essere coinvolto attivamente nello smaltimento di calore, generalmente è previsto un raffreddatore, che può essere un piccolo radiatore
Immagine tratta da: Fiat Trattori libretto di uso e manutenzione Fiat 60 c
posto a ridosso di quello principale oppure avvalendosi di uno scambiatore di calore acqua-olio posto in parallelo al circuito principale e che ha anche il vantaggio di uniformare la temperatura dei due liquidi, in quanto l’olio è assai più restio a riscaldarsi specialmente a carichi parziali o climi rigidi
Immagine tratta da: l'allievo meccanico motorista, Edagricole
Il radiatore è la parte più importante del circuito ed è costituito da due vaschette, superiore e inferiore, collegate tra loro da un grande numero di tubi verticali di piccolo diametro “abbracciati” da numerosi sottili lamierini orizzontali, i quali aumentano enormemente la superficie di scambio del calore; l’acqua entrando nella vaschetta superiore transita nei tubicini
Immagine tratta da: manuale dell'auto, Mondadori
perdendo calore e si ritrova nella vaschetta inferiore destinata a ritornare nel motore.
Attualmente i radiatori sono costituiti con vaschette in materiale plastico e uniti per graffatura, costituiscono un monoblocco unico; mentre precedentemente erano tutti in rame con unioni attraverso saldatura a stagno (raramente avvitati) e in certe realizzazioni la massa radiante era divisa in settori escludibili asportabile o intercambiabili per una riparazione più agevole.
Immagine tratta da: La patente Diesel, Tron
Nel circuito è sempre presente un bocchettone di riempimento chiuso da un tappo a bloccaggio a scatto e con al suo interno una valvola di chiusura a molla a doppio effetto; lo scopo è di mantenere all’interno del circuito una lieve sovrapressione nel corso del funzionamento e il ripristinare il valore atmosferico durante il raffreddamento a motore spento.
Immagine tratta da: manuale dell'auto, Mondadori
Durante l’utilizzazione del motore e le conseguenti aperture delle valvole del tappo, avvengono sempre piccole fughe di acqua e la conseguenza di dover ripristinare periodicamente il livello; per evitare spiacevoli conseguenze e ridurre i tempi di manutenzione, è stato introdotto il serbatoio d’espansione
Immagine tratta da: Fiat: costituzione e funzionamento autoveicolo
che ha il compito di ricevere l’acqua in eccesso nel circuito e restituirla nella fase di raffreddamento. Se non vi sono perdite nel circuito, viene ridotta drasticamente la sorveglianza dell’utente, se non a controlli visivi essendo i serbatoi d’espansione trasparenti e con indicazione dei livelli esterni.
Fino ad ora si è accennato, in questa tipologia di raffreddamento, all’acqua che, infatti, era universalmente usata; tuttavia essa portava con se precisi inconvenienti che potevano causare anche la messa fuori uso del motore, in altre parole incrostazioni, depositi, calcare, corrosioni e, soprattutto, il grave pericolo di congelamento.
Per evitare questo ultimo nefasto evento, a parte svuotare l’impianto, si ovviava aggiungendo all’acqua dell’alcool (facilmente evaporabile) oppure della glicerina (acidifica velocemente); a partire dagli anni 50 furono resi disponibili dei liquidi antigelo “stagionali” che erano impiegati solo nella fase invernale, poiché le sostanze con cui erano composte rimanevano stabili per un periodo di tempo limitato, dopodichè diventavano aggressive nei confronti di alcuni materiali.
Successivamente furono resi disponibili liquidi anticongelanti permanenti (da sostituirsi comunque ogni due anni) principalmente composti da glicol etilene con l’aggiunta di speciali additivazioni inibitorie che rendono neutro il formulato, oltre ad avere proprietà anticorrosive, antischiuma, anticavitazione.
Gli antigelo sono disponibili sia in formulazione pronta all’uso sia concentrati da diluire in funzione delle temperature minime da cui ci si deve difendere, generalmente al 50% per raggiungere i -35° .
Si consideri che la miscela anticongelante ha minori capacità di raffreddamento rispetto all’acqua e che l’antigelo puro (formulato da diluire) ha un punto di congelamento di soli -13°
Immagine tratta da: Quattroruote
Nell’ambito del settore agricolo, le particolari esigenze indotte dalla gravità dell’impiego, hanno fatto sviluppare accorgimenti per ovviare agli inconvenienti dovuti alla presenza di molte impurità presenti nell’aria di raffreddamento, perciò troviamo sempre radiatori con maggior distanza tra le alette e griglie calandra-cofano atte a trattenere le impurità che altrimenti andrebbero ad intasare il radiatore.
Recentemente sono stati introdotti, a tale scopo, dispositivi tecnologici più ricercati, tra cui una tendina filtrante che viene posta in rotazione, dall’operatore, e che passando davanti ad un dispositivo a spazzola asporta lo sporco accumulatosi.
Immagine tratta da: Same, pubblicistica