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 Il sistema di rafreddamento.

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pp864
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MessaggioTitolo: Il sistema di rafreddamento.   Mer Ott 27, 2010 4:17 pm

In un motore a combustione interna, la quantità di calore prodotta durante la combustione e trasformata in lavoro utile sull’albero motore è molto modesta. La quantità rimanente si dissipa nelle pareti dei cilindri, nelle valvole, nei gas di scarico, ecc. D’altra parte l’attrito fra i vari organi in movimento produce calore, che si trasmette all’olio di lubrificazione e agli altri organi del motore. Tenendo conto delle alte temperature raggiunte (dell’ordine di 1700 + 2500 °C), è quindi necessario raffreddare i cilindri per mantenere le pareti a una temperatura che permetta di conservare il potere lubrificante dell’olio (200 + 250 °C) e in pari tempo non alteri la`resistenza meccanica dei metalli usati nella costruzione del motore. E dunque indispensabile che una parte del calore non trasformato in lavoro sia eliminata mediante un efficace sistema di raffreddamento.
L’impianto evita inoltre che il motore funzioni a una temperatura troppo bassa: in modo che il carburante venga interamente bruciato, e quindi non vi sia eccedenza di carburante incombusto che, scendendo lungo la parete dei cilindri, possa asportare il velo d’olio (lavaggio dei cilindri) e produrre diluizione (perdita di viscosità) del lubrificante contenuto nella coppa.

Impianto di raffreddamento sigillato (liquido permanente)

Se viene utilizzato del liquido come elemento raffreddante, l’impianto si compone degli organi di seguito descritti.
Il radiatore, generalmente situato sul veicolo in una posizione tale da godere di una buona ventilazione naturale, è l’organo in cui il liquido viene raffreddato. Ha forma di parallelepipedo ed è munito di due vaschette, una superiore e una inferiore, collegate fra loro da un fascio di tubetti muniti di alette metalliche per aumentare la superficie a contatto con l’aria e favorire la dispersione del calore. La vaschetta superiore è dotata di un tappo che effettua il collegamento del radiatore con un serbatoio supplementare di espansione.
Dalla vaschetta inferiore esce un condotto che permette al liquido di raggiungere una serie di cavità (intercapedini o camere d’acqua) ricavate nella testa e intorno ai cilindri (camicia) e comunicanti fra loro. In questo condotto è inserita la girante di una pompa centrifuga, comandata dall’albero motore tramite una cinghia trapezoidale, che accelera la circolazione del liquido.
Un altro condotto permette il ritorno del liquido dalle intercapedini alla vaschetta superiore del radiatore: in questo condotto è inserito un termostato (talora anche più d’uno) che regola il passaggio del liquido.
Un ventilatore, calettato sull’albero porta-girante della pompa centrifuga o direttamente sull’albero motore, è disposto dietro il radiatore e, lavorando in aspirazione, aumenta la velocità dell’aria che attraversa quest’ultimo, migliorando così la dissipazione del calore del liquido refrigerante.
Una lampadina spia di colore rosso e un termometro, posti sulla plancia portastrumenti, segnalano la temperatura del liquido nel radiatore.
Poiché, a causa dei minerali presenti nell’acqua di cui si compone la miscela refrigerante, si possono avere effetti di sedimentazione, corrosione, erosione e conseguente perdita di efficienza dell’impianto, può essere montato in parallelo sul circuito un filtro inibitore specifico per l’acqua, con funzione multipla: antiruggine, anticorrosione, e separatore di impurità.

Alcuni motori sono dotati di uno scambiatore di calore nel quale la circolazione del liquido refrigerante e quella dell’olio di lubrificazione avviene in circuiti separati e in direzioni opposte. All’avviamento del motore, il refrigerante entra in temperatura più in fretta e trasferisce calore all’olio. Viceversa, a regime normale, l’olio tende a essere più caldo del refrigerante e il sistema funziona come raffreddamento dell’o1io.

Durante il funzionamento del motore, il liquido contenuto nelle intercapedini assorbe calore dalle parti metalliche a contatto con i gas combusti e le raffredda. Passa poi attraverso la valvola termostatica aperta, esso arriva alla vaschetta superiore del radiatore dove comincia a essere raffreddato o per impatto con l’aria durante l’avanzamento del veicolo o, all’occorrenza, dalla fortissima corrente d’aria di risucchio prodotta dal ventilatore. Raffreddandosi, il liquido scende in basso e si incanala nei vari tubetti che gli permettono il passaggio nella vaschetta inferiore: durante il passaggio viene completato il raffreddamento grazie anche alle alette metalliche che favoriscono la dispersione del calore che il liquido cede loro. Raggiunta la vaschetta inferiore, il liquido raffreddato torna in circolazione per svolgere la sua azione refrigerante ed è convogliato nuovamente nelle intercapedini grazie all’azione della pompa centrifuga, che ne accelera il corso.

Nell’impianto sigillato, l’acqua è miscelata con glicole etilenico (che ha un punto di congelamento sotto i - 35 °C) in una percentuale variabile secondo le condizioni climatiche d’impiego (in media al 50%). Vi sono inoltre degli additivi che innalzano la temperatura di ebollizione dell’acqua e che hanno proprietà antiossidanti, anticorrosive, antischiuma, antincrostanti tali da garantire per lungo tempo l’inalterabilità della miscela. Poiché questo liquido è pregiato, occorre un dispositivo che lo ricuperi, quando tende a essere espulso per effetto del riscaldamento, e lo restituisca all’impianto in fase di raffreddamento: tale dispositivo è costituito da un sistema di valvole (una a pressione e l’altra a depressione) alloggiate nel tappo del radiatore e da un serbatoio supplementare di espansione del liquido.
Gli aumenti di volume e di pressione del refrigerante, dovuti all’innalzamento di temperatura durante il funzionamento del motore, ne provocano un deflusso verso il serbatoio di espansione: il travaso di liquido è consentito dalla valvola a pressione che si apre verso il serbatoio di espansione .
Quando il liquido si raffredda, il suo abbassamento di livello all’interno del radiatore crea una depressione che richiama nel radiatore stesso la quantità di refrigerante necessaria a ripristinare il livello: il riflusso del liquido avviene attraverso la valvola a depressione, che si apre verso l’interno del radiatore.
L’impianto di raffreddamento a circuito chiuso con liquido permanente ha sostituito il tradizionale sistema con scarico all’esterno di liquido refrigerante in sovrappressione.

Abbiamo inizialmente detto che l’impianto di raffreddamento serve anche a evitare che la temperatura scenda sotto certi valori minimi. Il funzionamento del motore in condizioni ottimali richiede infatti un certo regime termico: a bassa temperatura il funzionamento risulta irregolare e non permette di ottenere la piena potenza, perché non si sono ancora raggiunti i necessari giochi meccanici e le varie dilatazioni. A tal fine vengono impiegati dei sistemi di regolazione termostatica che limitano l’azione del raffreddamento fino a quando non si siano raggiunte le temperature volute. La regolazione può essere ottenuta sia agendo sul ventilatore sia attraverso il termostato a valvola inserito nel circuito.
Poiché in alcune situazioni di esercizio il ventilatore è superfluo (es.: quando l’automezzo circola a velocità elevate) o addirittura dannoso (es.: partenza a freddo, temperatura ambientale molto bassa) e in più assorbirebbe inutilmente del lavoro, vengono utilizzati due sistemi di innesto/disinnesto automatico che consentono l’azionamento del ventilatore solo in caso di reale necessità (es.: quando l’automezzo è fermo o circola a basse velocità). In entrambi i sistemi viene impiegato un interruttore termostatico, sensibile alle variazioni di temperatura dell’olio di lubrificazione o dell’aria che attraversa il radiatore (ventilatore viscostatico) oppure del liquido di raffreddamento (ventilatore idrostatico), in modo che la rotazione del ventilatore sia proporzionata alla temperatura di esercizio del motore. Ogni volta che la temperatura dell’olio o dell’acqua supera un certo valore, l’interruttore mette in funzione il ventilatore tramite:
— un’elettrocalamita che rende solidale il ventilatore all’albero della pompa o del motore sul quale è montato a folle (ventilatore elettromagnetico);
— un teleruttore che avvia un apposito motorino elettrico (elettroventilatore).
I motori di grossa cilindrata possono essere dotati anche di tre ventilatori (es.: rispetto al radiatore, due elettroventilatori termostatici disposti anteriormente e un ventilatore viscostatico collocato posteriormente).
ll termostato inserito nell’impianto ha il compito di regolare quantitativamente il ritorno del refrigerante al radiatore per assicurare che il motore, all’avviamento, raggiunga nel minor tempo possibile la temperatura di regime e che questa sia poi mantenuta costante indipendentemente dalla temperatura esterna. A freddo, il
termostato impedisce dunque il passaggio del refrigerante verso il radiatore affinché esso, circolando soltanto nel motore, si riscaldi rapidamente. Raggiunta la temperatura corrispondente al valore di
taratura del termostato (circa 80 + 95 °C), la valvola parzializzatrice di questo si apre progressivamente permettendo al refrigerante di arrivare alla vaschetta superiore del radiatore. I termostati più usati sono quelli a valvola unica.
Nell’impianto sigillato, la quantità di liquido è sufficiente a garantire un buon funzionamento quando, a motore freddo, il livello nel serbatoio di espansione è in corrispondenza del segno di riferimento impresso sul serbatoio stesso.
A motore caldo, il livello del liquido può aumentare anche notevolmente: la verifica del livello in tali condizioni risulta perciò inattendibile.
Il rabbocco va eseguito a motore freddo e unicamente attraverso il bocchettone del serbatoio di espansione.
Eseguire le seguenti manutenzioni:
-ogni giorno, controllare il livello del liquido e rabboccare se necessario; effettuando un rabbocco con sola acqua, verificare che la percentuale di anticongelante non scenda, anche nei mesi estivi, al di sotto del 50%;
-ogni 10.000 km, sostituire la cartuccia del filtro depuratore dell’acqua, se l’impianto ne è dotato;
- all’inizio delle stagione invernale, controllare la percentuale di anticongelante con l’apposito densimetro, attraverso il bocchettone del serbatoio di espansione;
- ogni 2 anni, sostituire il liquido di raffreddamento seguendo le indicazioni della Casa costruttrice.

Raffreddamento ad aria

Questo sistema consiste nell’inviare una corrente d’aria, fornitada un ventilatore azionato dal motore, sui cilindri e sulle relative teste. A tale scopo, questi organi sono muniti di notevoli superfici radianti per poter evacuare il calore assorbito durante la combustione. Le superfici radianti sono costituite da alette metalliche ricavate da fusione; la loro distanza e la loro altezza permettono di variare la superficie di raffreddamento. Per ottenere un raffreddamento efficace, occorre convogliare l’aria, fornita dal ventilatore, mediante convogliatori e deflettori sistemati lungo le alette dei cilindri e delle teste. Opportuni dispositivi, che tengono conto della temperatura dell’olio o dei gas di scarico, permettono di azionare appositi sportelli per la regolazione della mandata d’aria in funzione del carico richiesto al motore.

Albe78 ha scritto:

Il raffreddamento ad acqua nei motori termici

Organi principali dell'impianto di raffreddamento ad acqua nei motori termici

Spia della temperatura eccessiva

•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 piu 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.
[modifica] 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..
[modifica] 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.

Confronto tra raffreddamento ad aria e ad acqua nei motori termici
[modifica] 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
[modifica] 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
[modifica] 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.


Classico radiatore automobilistico


Ultima modifica di pp864 il Mer Ott 27, 2010 4:49 pm, modificato 1 volta
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   Mer Ott 27, 2010 4:18 pm

Poi aggiungo le altre img. , intanto finalmente riesco a postarlo...
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   Mer Ott 27, 2010 8:59 pm

Bellissimo lavor complimenti davvero.
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   Mer Ott 27, 2010 9:33 pm

complimenti davero un ottimo lavoro pp864!!! 🐘
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   Gio Ott 28, 2010 3:48 pm

Grazie , non ho ancora finito , devo inserire le ultime img.
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   Gio Ott 28, 2010 4:13 pm

Sono PP864

Noto che non c'è il tasto segnala...
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   Gio Ott 28, 2010 7:40 pm

si si pp864, vediamo come dicevo in OT
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MessaggioTitolo: Re: Il sistema di rafreddamento.   

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