SISTEMUL DE RACIRE

SISTEMUL DE RACIRE

Principii de functionare a sistemului de racire.

Sistemul de racire evacueaza fortat o anumita cantitate de caldura de la cilindrii si chiulasa motorului , transmitand-o aerului inconjurator . Necesitatea sistemului de racire este determinata de faptul ca piesele motorului care vin in contact direct cu gazele arse , se incalzesc foarte puternic . Daca aceste piese nu se racesc din cauza supraincalzirii , se poate arde pelicula de ulei de pe cilindrii , piesele motorului se pot dilata foarte mult , iar cele aflate in miscare se pot gripa .

Eficienta sistemului de racire trebuie privita si din punctul de vedere al influentei asupra performantelor motorului .

In cazul motoarelor cu aprindere prin scanteie (M.A.S. ) contactul incarcaturii proaspete cu peretii calzi ai canalelor de admisie din chiulasa , cu supapa , cu peretii camerei de ardere peretii cilindrului si capul pistonului conduce la micsorarea coeficientului de umplere din cauza cresterii temperaturii si reducerii densitatii incarcaturii retinute in cilindru la sfarsitul admisiei . In cazul unei raciri exagerate si indelungate a cilindrilor , se ajunge la uzuri premature ale pieselor din grupa cilindru - piston din cauza diluarii peliculei de ulei cu fractiuni grele de combustibil condensate pe cilindru sau prelinse din conducta de admisie .

Astfel pentru M.A.S. trebuie cautate intensitatile optime de evacuare a caldurii care sa asigure o temperatura relativ constanta a cilindrilor la valorile cele mai potrivite pentru lubrifiantul utilizat , in timp ce intensitatile de evacuare a caldurii din chiulasa trebuie stabilite din conditia asigurarii unui coeficient de umplere cat mai ridicat si a unor pierderi minime prin racire .

Constructia Sistemului de Racire

Constructia sistemului de racire se bazeaza pe cateva principii fundamentale , respectiv in functionare sa se valorifice unele fenomene naturale ce insotesc procesul de evacuare a caldurii si sa se evite unele perturbatii functionale sau defectiuni provocate de diferite fenomene naturale .

Sistemul de racire trebuie sa se poata goli complet , respectiv nu este permisa ramanerea unor pungi inferioare pline cu lichid dupa golire . In caz contrar exista pericolul inghetarii lichidului din aceste spatii cu consecinte neplacute ca ,de exemplu , fisurarea camasii respective.

Amplasarea circuitului de alimentare a pompei de lichid trebuie sa asigure preluarea lichidului racit ( de la partea inferioara a radiatorului ) pentru a se evita aspirarea vaporilor produsi in camasile din bloc si chiulasa care determina reducerea debitului pompei si a durabilitatii ei .

Un alt aspect ce trebuie evidentiat cu privire la constructia sistemului de racire este reglarea temperaturii .

In prezent la majoritate motoarelor de autovehicule se utilizeaza termostatul pentru mentinerea temperaturii optime a lichidului in camasile de racire ale motorului .

Radiatorul .

Radiatorul preia caldura de la lichidul de racire si o transfera aerului antrenat de catre ventilator . Pentru asigurarea evacuarii caldurii preluate de la cilindri si chiulasa radiatorul trebuie sa dispuna o mare suprafata de racire ( 15 . 25 m2) . El este constituit dintr-un bazin colector superior 2 (figura 3.1.)un bazin colector inferior 7 si partea centrala de racire 5 . Bazinele colectoare sunt prevazute cu racordurile 8 si 9 care se leaga prin furtunuri la racordurile de la motor . La racordul superior , interiorul se realizeaza in forma de viziera pentru a dirija intrarea lichidului pe toate tuburile radiatorului cu scopul de a-i mari coeficientul de utilizare .

La bazinul superior se prevede busonul de umplere 1 cu supapa de siguranta . In interiorul bazinului sau pe gulerul de fixare al busonului se fixeaza tubul 4 prin care se realizeaza comunicatia

cu atmosfera . Acest tub se prelungeste pana sub radiator .

Partea centrala de racire se realizeaza in general din tuburi si placi sau din tuburi si benzi .

Figura 3.1. Radiatorul si elementele sale constructive

Pentru a conferi radiatorului o rezistenta sporita pe ambele suprafete laterale se lipesc placi rigide din otel .

Radiatorul se monteaza pe cadrul 3 de care se prind prin suruburi placile laterale de rigidizare . Prin intermediul cadrului 3 sau a altei piese de forma potrivita , radiatorul se monteaza pe rama autovehicului in fata motorului . Fixarea se face cu suruburi prin suporti de cauciuc 6 care asigura elasticitatea necesara protectiei radiatorului .

Pompa de apa .

Pompa de apa are rolul de a asigura circulatia lichidului in sistemul de racire . In general se utilizeaza pompa de tip centrifugal ( figura 4.1. ) .

Figura 4.1. Schema de functionare a pompei de apa

1 - carcasa ; 2 - rotorul ; 3 - canalul de aspiratie ; 4 - canalul

de refulare ; 5 - palete ;

Pompa de apa se monteaza pe acelasi arbore cu ventilatorul si este dispusa in partea din fata , sus , pe blocul cilindrilor , fiind actionata de la arborele cotit printr-o curea de transmisie . Raportul de transmisie este de 0,98 . 1,95 .

Elementele principale ale pompei sunt : carcasa 3 ( figura 4.2. ) cu canalul de aspiratie 2 , arborele 8 cu flansa 9 (pe care se fixeaza ventilatorul ) montat pe doi rulmenti 10 , rotorul 4 , fixat pe capatul arborelui si dispozitivul de etansare . Carcasa 3 a pompei se inchide pe partea frontala cu un capac sau se monteaza direct pe blocul cilindrilor .

Lichidul de racire este aspirat prin canalul 2 in carcasa si ajunge in canalele formate de paletele rotorului 4 , de unde este centrifugat spre canalul de refulare 1 .

Scurgerea lichidului prin locul de trecere a arborelui spre carcasa rulmentilor este evitata prin prevederea unui dispozitiv de etansare alcatuit dintr-o manseta de cauciuc 14 cu casete metalice 15 etans fixate pe arbore si placa de etansare 13 ale carei proeminente impreuna cu ale casetei de periferice 15 intra in degajarile special practicate in butucul rotorului 4 . Aceasta placa este apasata etans prin resortul 16 pe suprafata frontala rectificata a carcasei pompei . Dispozitivul de etansare se fixeaza pe butucul rotorului printr-un inel elastic 12 si se roteste impreuna cu rotorul .

Rulmentii 10 , pe care se sprijina arborele , sunt fixati in carcasa pompei , iar pe arbore sunt prevazute inele de fixare axiala , iar la capete - garnituri de etansare . Intre rulmenti se monteaza pe arbore o bucsa de distantare 6 .

Figura 4.2. Constructia pompei de apa si a ventilatorului

Viteza curentului in canalele pompei trebuie sa fie sub 2,5 . 3 m/s deoarece la viteze mari poate aparea fenomenul de cavitatie .

Presiunea ce trebuie creata de pompa depinde de rezistenta hidrodinamica a sistemului de racire si in general are valoarea de 3,5 . 15 MPa .

Puterea necesara pentru antrenarea pompei este de 0,005 . 0,01 Pe .

Ventilatorul

Ventilatorul este de tip axial , are rolul de a intensifica circulatia aerului prin radiator si este constituit din paletele 21 fixate printr-o flansa 9 pe arborele 8 . Pe aceeasi flansa se monteaza fulia de antrenare 19 . Arborele se monteaza pe rulmenti in corpul pompei .

Paletele ventilatorului au un anumit profil sau sunt inclinate sub un unghi de atac de 45 - 50° in asa fel , incat sa se asigure aspiratia aerului cu pierderi minime la lovire .

Sistemul de actionare al ventilatorului este constituit dintr-o fulie cu o curea de transmisie din cauciuc acoperit cu o tesatura rezistenta .

Termostatul

Termostatul are rolul de a asigura reglarea automata a temperaturii lichidului in sistemul de racire al motorului si de a accelera incalzirea motorului dupa pornire .el consta , de fapt , dintr-o supapa actionata automat in functie de temperatura , care regleaza circulatia lichidului de racire prin radiator , mentinand regimul termic al motorului la valori optime .

Calculul sistemului de racire

Calculul caldurii evacuate prin sistemul de racire se face in ipoteza ca regimul termic este stationar , adica toata caldura transmisa de la gazele arse la piesele motorului este preluata de la piesele calde de catre lichidul de racire si cedata mai departe aerului ce spala radiatorul . Se face aproximatia ca toata caldura echivalenta lucrului mecanic de frecare este egala cu caldura disipata prin suprafetele pieselor in mediul inconjurator , plus caldura evacuata prin ulei .

Caldura preluata de lichidul de racire depinde de o serie de factori , ca : tipul camerei de ardere , materialul chiulasei , directia si viteza curentului de lichid etc. si se determina cu relatia :

= 473,76*10⁵

unde:

q_r - proportia de caldura evacuata prin mediul de racire din intreaga caldura 

dezvoltata de motor;

P_e - puterea efectiva a motorului ;

Q_i - puterea calorica inferioara a combustibilului in kJ/kg ;

g_e - consumul specific de combustibil g/kWh ;

qe = 0,27;

Pe =80 kW ;

ge = 254,76646 g/kWh ;

Qi = 43500 kJ/kg

7.1. Calculul radiatorului .

Calculul radiatorului consta in determinarea suprafetei sale de racire necesara pentru evacuarea caldurii Qr in atmosfera.

La regim termic stationar caldura preluata de radiator este egala cu cea cedata de acesta aerului .

Aria suprafetei de racire se determina cu relatia :

= 18,5322616 [m2] ;

unde:

a - coeficientul de transmitere a caldurii de la lichid la tuburile radiatorului

a - coeficientul de transmitere a caldurii de la radiator la aer ;

y - coeficientul de nervurare ;

a = 3250 [W/m2]K;

a = 97,5 [W/m2]K;

t_lmed. = 92 °C

t_amed. = 53 °C ;

y

Debitul de aer necesar pentru racirea radiatorului se calculeaza cu relatia :

= 4,7*10^-3[m³]

unde:

r_a - densitatea aerului la temperatura si presiunea ambianta ;

c_a - caldura speciala a aerului ;

Dt_a - caderea de temperatura a aerului in radiator ;

Q_r - caldura evacuata .

r_a 0,98

c_a = 1,05*10⁵ [J/kgK

Dt_a = 27 °C

Suprafata frontala necesara radiatorului este data de relatia:

= 0,34 [m²]

unde:

V_a - debitul de aer necesar pentru racirea radiatorului ; V_a = 9,6 [m/s]

W_a - viteza aerului la intrarea in radiator ;

7.2. Alegerea ventilatorului .

La alegerea ventilatorului trebuie sa se aiba in vedere ca debitul de aer aspirat este proportional cu turatia , iar puterea necesara antrenarii ventilatorului este proportionala cu puterea a treia a turatiei sale .

Pentru calculul ventilatorului se porneste de la debitul de aer necesar racirii V_a si se alege caderea totala de presiune in circuitul de aer Dp_a in functie de rezistentele aerodinamice ale retelei de racire .

Cunoscand debitul si presiunea , se calculeaza puterea necesara actionarii si dimensiunile principale ale ventilatorului .

Puterea de antrenare este data de formula :

= 990*10^-3 [KW]

unde:

Dp_a - caderea totala de presiune ; Dp_a = 78 [kPa]

t_v - randamentul ventilatorului ; t_v

Diametrul ventilatorului se calculeaza cu formula :

= 0,473 [m]

Calculul pompei de apa .

La pompa de apa se va calcula in primul rand debitul lichidului de racire care este dat de formula :

=89,975 [m³]

unde:

c_l - caldura specifica a lichidului de racire ; c_l = 4,19 [ kJ/lg*K]

t_li - temperatura lichidului la intrare in motor ;

t_lis - temperatura lichidului la iesirea din motor ; t_lis - t_li = 7,54 °C

Q_r - caldura ce trebuie evacuata ;

r_l - densitatea lichidului ; r_l

Debitul teoretic al pompei este dat de relatia :

= 103,42 [m³]

unde:

- t_h - randamentul volumetric al pompei ; t_h