Pro e contro dei sistemi di raffreddamento ad aria e ad acqua

Sistema di raffreddamento a liquido

E’ possibile avere una panoramica sui sistemi di raffreddamento ad aria e ad acqua e capire quali sono i vantaggi dell’uno e dell’altro? Inoltre, mi sapresti dare qualche informazione più approfondita sul sistema di raffreddamento a liquido?
Tommaso, via e-mail.

Il sistema di raffreddamento di un motore deve garantire alcune prestazioni fondamentali che elenco qui di seguito: diminuzione del rischio di detonazione dovuta ad eccessivo riscaldamento, mantenimento della temperatura dei diversi organi ad un livello tale da conservarne l’integrità durante l’esercizio, raffreddamento uniforme dei diversi componenti del propulsore e capacità di svolgere il proprio lavoro senza assorbire troppa energia dal motore stesso. I sistemi di raffreddamento sono di due tipi: ad acqua e ad aria. A loro volta i due sistemi sopra indicati possono sfruttare due soluzioni diverse. Nel caso del raffreddamento ad acqua si può avere la circolazione del fluido refrigerante per convezione (viene sfruttata la differenza di densità in funzione della temperatura, l’acqua calda si muove verso l’alto) oppure per opera di una pompa. Nel caso del raffreddamento ad aria, la ventilazione può derivare o solo dall’impatto dell’aria esterna sul veicolo oppure per mezzo di una ventola che opera quella che prende il nome di ventilazione dinamica. Tra i due sistemi di raffreddamento si possono distinguere i seguenti vantaggi e svantaggi. Mentre nel caso del sistema ad aria abbiamo una semplicità costruttiva nettamente superiore, per quanto riguarda il quello a liquido si può senz’altro dire che le capacità refrigeranti sono superiori. Ciò è evidente in quanto l’acqua offre capacità di scambio termico superiori rispetto all’aria. In realtà il confronto non si ferma a queste semplici considerazioni. Riassumendo in maniera più organica posso dire che i vantaggi del sistema di raffreddamento ad aria sono i seguenti: architettura estremamente semplice che non necessità di giunzioni ermetiche per il contenimento del fluido refrigerante, grande affidabilità, necessità di scarsa (o nulla) manutenzione e raggiungimento delle temperature di esercizio in brevissimo tempo. Il rovescio della medaglia è rappresentato dalle seguenti voci: potenza assorbita dal ventilatore elevata, maggior rumorosità di funzionamento e oscillazioni termiche nettamente superiori con necessità di realizzare accoppiamenti tra gli organi con tolleranze superiori (e anche questo fatto ne decreta la maggior rumorosità). Quello a liquido è il sistema di raffreddamento più utilizzato e pertanto vale la pena approfondire l’argomento. Quando il motore viene acceso il circuito di raffreddamento deve consentire un veloce raggiungimento delle condizioni di esercizio. Per questo motivo il percorso seguito durante i primi istanti di funzionamento è diverso da quello che si realizza quando il motore è a regime. Quando il motore è freddo il liquido viene inviato al monoblocco e alla testa. Da quest’ultima il fluido ritorna alla pompa per rieseguire la sequenza fino a che il termostato non verifica il raggiungimento della temperatura di progetto oltre la quale il circuito può essere utilizzato nella sua interezza. Quando il termostato si apre il fluido refrigerante inizia a fluire anche nel radiatore. Si tenga conto che al circuito di raffreddamento appartiene anche il sistema di climatizzazione (ovviamente se è presente).

I numeri del sistema di raffreddamento a liquido
La stima della quantità di fluido refrigerante da utilizzare è funzione della tipologia di motore e delle capacità refrigeranti del circuito. Esistono però alcune regole di base. Generalmente la quantità in volume di liquido refrigerante utilizzato è circa 6 volte il volume della cilindrata totale del motore mentre la portata, anche questa dipendente dal tipo di motore e di circuito, può raggiungere i 20.000 litri all’ora. Per questioni di sicurezza, e cioè per limitare la sollecitazione termomeccanica dei componenti si usa limitare le differenze di temperatura del liquido, tra la zona di ingresso e la zona di uscita del motore, a circa 5 °C. Le temperature di lavoro del liquido variano anche in questo caso a seconda dei materiali utilizzati dai progettisti e dal progetto termodinamico del motore. In linea del tutto generale oggigiorno è possibile vedere alcuni motori moderni funzionare anche a temperature superiori ai 100 °C. Ciò è possibile perché all’interno del circuito esiste una pressione superiore a quella atmosferica, fatto che innalza il punto di ebollizione del fluido refrigerante. Questo è anche il motivo per cui è pericoloso aprire il tappo del radiatore o del serbatoio di compensazione quando il motore è caldo. La pressione interna (che può anche essere compresa tra 1.5 bar e 2 bar) provocherebbe una pericolosa fuoriuscita di liquido.

Archivio immagini: GM

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