Gli alti e bassi di un sistema di raffreddamento

Paulsen, McFarland discute il concetto di portata nel sistema di raffreddamento

Meghan FrazierwriterJun 1, 2001

Potrebbe spiegare il concetto di controllo della velocità dell’acqua e come influisce sul sistema di raffreddamento?

Prima di tutto, il controllo della velocità dell’acqua non è una cosa a cui si presta molta attenzione. Quello che intendo dire è che il sistema di raffreddamento di un’auto da corsa, che è una pompa dell’acqua, un radiatore e il mezzo che fa scorrere l’acqua attraverso il blocco e la testata del cilindro, sono tutte cose date da ogni produttore. Costruiamo i nostri radiatori per respingere il calore dal sistema di raffreddamento nel modo più efficiente possibile, data l’auto da corsa e la pista su cui correrà.

Permettetemi di iniziare dicendo che la portata attraverso il sistema di raffreddamento è una cosa molto importante. Con la tecnologia recente, abbiamo dimostrato abbastanza bene che quanto più alta è la portata che possiamo ottenere, tanto più efficiente è il sistema di raffreddamento. Molte persone credono ancora nella vecchia tecnologia delle portate più lente. Tuttavia, le stiamo cambiando ogni giorno. Credono che rallentando il flusso, ci sia più tempo per assorbire il calore e l’energia del blocco e delle testate. Questo dà all’acqua più tempo nel radiatore. Pertanto, il calore sarà tirato fuori meglio dal radiatore.

Onestamente, con la tecnologia di oggi, abbiamo dimostrato che è proprio il contrario. Tendiamo a preferire i sistemi ad alto flusso. I produttori di pompe al giorno d’oggi, come la Stewart Components e la Edelbrock, stanno cercando di costruire pompe che abbiano una portata di 100 galloni al minuto. Questa velocità è davvero più simile a 60 galloni al minuto.

Con questo in mente, avete una pompa dell’acqua che sta cercando di eseguire un’elevata portata attraverso il sistema. Ebbene, le testate dei cilindri possono essere restrittive con i loro passaggi d’acqua, il che a sua volta rallenta la portata fino a un certo punto. Questa restrizione aumenta anche la pressione nelle testate e nel blocco, il che è in realtà una buona cosa. La pressione nelle teste e nel blocco aiuta a respingere il calore e mantiene le molecole d’aria e l’acqua compresse in modo da non formare sacche di vapore. Con pressioni più basse, l’aria si espanderà e comincerà a bollire. Questo si traduce in punti caldi locali nella camera di combustione.

Uno dei motivi principali per cui ci piace vedere portate più elevate è che le portate più elevate assorbono in realtà più calore e BTU di energia dalle superfici metalliche. In realtà raccoglieranno il calore in modo più efficiente e lo porteranno fuori dal motore e dentro il radiatore. Quando si tratta del lato del radiatore, le portate più elevate spingono l’acqua attraverso il tubo del radiatore molto più velocemente in modo da creare una velocità molto più elevata nei tubi di raffreddamento. Questa maggiore velocità dell’acqua crea in realtà una maggiore turbolenza nell’acqua, che respinge il calore molto meglio. Quindi, ecco perché diciamo che la vecchia regola empirica di rallentare il flusso d’acqua in modo che passi più tempo nel radiatore per raffreddarlo meglio non è per niente corretta. La maggiore portata e la maggiore velocità dell’acqua attraverso il nucleo del termosifone contribuiscono a far sì che il termosifone respinga il calore.

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Che tipo di prestazioni vedrete quando passerete a una portata maggiore?

Il maggiore vantaggio in termini di prestazioni, grazie alla maggiore portata, è quello di mantenere le temperature sotto controllo e di raffreddare meglio il motore. Per quanto riguarda le prestazioni diverse da quella, non ce n’è davvero nessuna. La parte critica di un sistema di raffreddamento è la zona della camera di combustione nelle teste dei cilindri. È qui che avviene la combustione e dove si genera la maggior parte del calore. Abbiamo visto che portate più elevate aiutano a mantenere queste camere di combustione più fredde. Questo impedisce all’aria di separarsi dall’acqua e di provocare sacche di vapore locali e bolle localizzate in quelle aree delle camere di combustione. Mantiene anche un buon contatto acqua-metallo in quelle aree, che è il segreto per mantenere tutto fresco.

Cosa succede se le superfici metalliche della camera di combustione si surriscaldano troppo? Il motore subirà una leggera detonazione. Con la maggior parte dei motori da corsa, se inizia a surriscaldarsi, il pilota si accenderà alla radio e dirà che l’auto comincia a perdere potenza, non funziona bene e non ha la potenza che aveva prima. Quello che sta succedendo è che la temperatura aumenta sempre di più e quei punti caldi nelle testate dei cilindri inizieranno a creare una situazione di detonazione nel motore, che di solito è solo una leggera detonazione, ma che può far perdere potenza.

Cosa può fare un pilota medio per controllare la velocità dell’acqua o la portata? È solo una questione di quale tipo di pompa dell’acqua installano?

Sì, più o meno. La portata non è qualcosa che i corridori possano davvero controllare. In sostanza, si vuole la massima portata d’acqua che si può ottenere. Il mio suggerimento è di non preoccuparsi di fare qualcosa per controllare fisicamente il flusso. Il motore stesso controllerà la portata a causa dei passaggi e del sistema idrico. Permetterà solo il passaggio di tanta acqua, perché ha solo un’area di lavoro. Le squadre della Winston Cup usano una linea AN che va dal motore al radiatore. La dimensione del tubo flessibile che scelgono può essere una sorta di limitatore. In altre parole, potrebbe essere la cosa che limita la quantità d’acqua che scorre in tutto il sistema. Se questo è abbastanza grande da non essere il limitatore, beh, allora il radiatore diventa il punto di restrizione successivo.

Jim McFarland non è solo un teorico del potere, ma è anche presidente di Autocom, una società di consulenza sulle prestazioni dei motori di Austin, Texas, e membro del Circle Track Technical Council.

Può spiegare come le portate influenzano il sistema di raffreddamento?

Un motore a combustione è fondamentalmente una pompa di calore. Il calore è il precursore della potenza. Hai bisogno di calore per produrre energia, e devi essere in grado di controllare quanto calore è contenuto nello spazio di combustione. Se non lo si fa, possono verificarsi danni ai componenti.

Il sistema di raffreddamento è fondamentalmente lì per assorbire il calore. A causa dei passaggi nel percorso di raffreddamento in tutto il motore, si ha a che fare con aree dove il flusso tende a ristagnare. Una parte di questo è costituita dai passaggi fisici disponibili per il passaggio dell’acqua. Un’altra parte, molto importante, è il fatto che la temperatura del liquido di raffreddamento non è uniforme in tutto il sistema di raffreddamento. Ci sono punti caldi, punti più freddi e sacche di vapore. Queste variazioni di temperatura fanno sì che il movimento del refrigerante sia diverso in diversi punti. Il controllo delle variazioni di temperatura o degli estremi all’interno del sistema è importante. Si desidera che l’intervallo di tale temperatura sia il più ristretto possibile. Man mano che la si restringe, si comincia ad allontanarsi dai problemi che le sacche di vapore e i punti caldi causano. I problemi possono includere un’eccessiva distorsione del foro del cilindro, che può portare alla deformazione della testa del cilindro e causare una tenuta ad anello inefficiente.

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La velocità con cui la temperatura si muove attraverso una sostanza, sia essa metallica o refrigerante, dipende dalla differenza di temperatura. Più estrema è la velocità con cui si muove. Quello che si cerca di fare è stabilizzare le dimensioni all’interno e intorno allo spazio di combustione. Se è troppo fredda al di fuori dello spazio di combustione, se l’acqua si muove così velocemente che è troppo fredda, il calore sarà liberato dallo spazio di combustione in quel liquido di raffreddamento perché il grado di temperatura è troppo estremo. Si alza la temperatura del refrigerante e questo comincia a respingere parte della perdita di calore. Si vorrebbe che il refrigerante mantenesse un livello di temperatura ragionevolmente alto in modo da non perdere molto calore dallo spazio di combustione verso un ambiente più fresco. Ma non si vuole che quell’ambiente di temperatura al di fuori dello spazio di combustione e del sistema di raffreddamento abbia temperature estreme. Quindi, la velocità con cui si sposta il refrigerante attraverso il sistema influenzerà la temperatura che è contenuta intorno allo spazio di combustione. Quando si hanno degli estremi in quel liquido di raffreddamento, si incontrano problemi di rifiuto e/o assorbimento periodico del calore nel liquido di raffreddamento che è irregolare e influenza la quantità di calore che si sta trattenendo nello spazio di combustione. L’idea è che si vuole essere in grado di mantenere la maggior quantità possibile di temperatura nello spazio di combustione, perché il calore è energia. Ma non si vuole che sia eccessivo. Temperature eccessive possono portare a detonazione, preaccensione, perdita di potenza e gravi problemi in termini di danni ai componenti. Il compromesso consiste nel fornire un ambiente per lo spazio di combustione che non sia eccessivo. Lo si vorrebbe a 180 gradi F lì e 210 gradi F qui. Per fare questo, mantenere il giusto tipo di flusso e introdurre acqua o refrigerante in aree dove non c’è molto flusso per natura del disegno del blocco o del disegno della testa. Questo è il motivo per cui vengono eseguite linee extra perché sono state identificate delle aree e il refrigerante viene messo in quelle aree per aiutare a ridurre le temperature estreme dovute alla mancanza di movimento.

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Il processo delle portate è cambiato nel corso degli anni?

Il primo lavoro del leggendario costruttore di motori Smokey Yunick è stato quello di scoprire quali sono gli estremi, dove sono i punti caldi e dove sono le sacche di vapore. La prima cosa da fare era scoprire dove si trovano queste zone. Poi si è trattato di capire se possiamo aprire i passaggi di raffreddamento all’interno del blocco o delle testate o se possiamo modificare le portate dei passaggi esistenti.

Alcuni di questi cambiamenti non potevano essere fatti internamente, così abbiamo portato il refrigerante all’esterno in queste aree. C’è stata una progressione nel riconoscere che ci sono stati dei problemi e poi scoprire cosa si può fare attraverso le modifiche del passaggio interno o i cambiamenti del nucleo. I produttori hanno affrontato il problema da una prospettiva di fusione cambiando i passaggi interni. I corridori hanno detto: “Va bene, avete aiutato”. Ma trovo ancora delle aree che sono problematiche, quindi porterò delle fonti esterne di refrigerante perché i passaggi interni non sono adeguati.

Quali sono i vantaggi di avere una portata elevata o una portata lenta?

Se si sposta l’acqua troppo velocemente, sarà troppo fredda e perderà calore dallo spazio di combustione. Se la spostate troppo lentamente, potreste avere una temperatura troppo alta e sviluppare sacche di vapore che limitano il percorso del flusso. La via di mezzo è quella di ottenere una portata sufficientemente alta da non assorbire troppo calore dallo spazio di combustione. Qui c’è un effetto “altalena” dove si sta bilanciando la temperatura dello spazio di combustione con la temperatura del sistema di raffreddamento in modo che non perda troppo calore se è troppo freddo, e non ne respinga troppo se è troppo caldo.

Come fa il pilota medio a sapere di avere la giusta combinazione nel suo sistema di raffreddamento?

Per prima cosa, dovrebbero misurare la temperatura di raffreddamento. Se questo è eccessivo, sa di avere un problema di raffreddamento. Poi si tratta di parlare con un costruttore di motori per scoprire se sta facendo qualcosa per risolvere il problema. In caso contrario, può parlare con altri piloti per vedere cosa stanno facendo per risolvere questo tipo di problema. Oppure, può iniziare a mettere gli indicatori di temperatura in un altro punto del motore. Alcuni corridori li mettono nella parte posteriore delle testate per scoprire se ci sono temperature eccessive altrove.

È quasi una questione di fatto dopo il fatto in cui si vedono i risultati di un problema come la detonazione e poi si cerca di identificare la causa. Questo è l’approccio dei ragazzi del sabato sera. Prima vede i risultati del problema e poi cerca di capire quale sia la causa.

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