14. CALCULUL INSTALAŢIEI DE RĂCIRE

14.1 Principii de calcul a instalaţiei de răcire cu lichid

Instalaţia de răcire are rolul de a prelua, transporta şi transmite mediului înconjurător o parte din căldura dezvoltată în cilindrii motorului pentru a menţine un regim termic optim a pieselor motorului. Performanţele de durabilitate ale motorului sunt influenţate de oscilaţiile regimului termic al pieselor mecanismului motor faţă de valoarea optimă. Astfel, la temperaturi scăzute ale pereţilor camerei de ardere şi cilindrilor combustibilul poate condensa şi spăla pelicula de ulei accentuând procesele de uzură; la temperaturi ridicate rezistenţa mecanică a piselor se diminuează, în plus pelicula de ulei poate fi distrusă prin ardere şi dacă se asociază şi cu creşterea dilatării pieselor se poate ajunge la gripajul cuplei cinematice, cilindru-piston.

La proiectarea instalaţiei de răcire la MAS, se adoptă acele soluţii constructive prin care se poate menţine o temperatură relativ constantă cămăşilor de cilindru pentru a asigura o funcţionare corectă a grupului cămaşă-segment-piston. Intensitatea răcirii chiulasei se stabileşte din condiţia asigurării unui coeficient de umplere ridicat şi a unor pierderi minime prin răcire. Performanţele de putere şi economicitate sunt mai bune la motoarele la care se asigură intensităţi de răcire mai ridicate ale chiulasei în raport cu cilindrul, de asemenea apare şi o diminuare a nivelului unor componente nocive din gazele de evacuare.

La proiectarea instalaţiei de răcire la MAC, intensitatea răcirii chiulasei se stabileşte din condiţiile de rezistenţă a materialelor camerei de ardere şi supapelor, precum şi pentru a se asigura ungerea tijelor supapelor. Intensitatea răcirii cilindrilor se stabileşte din condiţia asigurării unei bune ungeri a grupului cilindru-segment-piston, deoarece este de preferat ca pereţii cilindrilor să fie menţinuţi la un regim termic mai ridicat pentru a se asigura formarea amestecului aer-combustibil la diferitele regimuri de funcţionare ale motorului.

Indiferent de tipul motorului instalaţia de răcire trebuie să răspundă următoarelor cerinţe:

Fig.14.1. Schema instalaţiei de răcire deschisă a) circuitul scurt deschis; b) circuitul scurt închis

231

a) Să asigure desfăşurarea proceselor de schimb de gaze cu pierderi minime;b) La toate regimurile de funcţionare ale motorului şi condiţiile climaterice şi de drum să asigure un

regim termic optim;c) Consum mic de putere pentru antrenarea diverselor elemente;d) Siguranţă şi durabilitate în funcţionare;e) Construcţie simplă cu dimensiuni de gabarit cât mai reduse;Instalaţia de răcire cu lichid trebuie să valorifice fenomenele naturale care însoţesc procesul de

evacuare a căldurii. Sensul circulaţiei forţate a lichidului de răcire trebuie ales în aşa fel încât să nu se opună circulaţiei acestuia prin termosifon. Circulaţia lichidului nu trebuie să împiedice deplasarea ascendentă a bulelor de vapori sau de aer datorate aspiraţiei lui prin neetanşeităţi.

Traseele de curgere a lichidului nu trebuie să permită formarea de pungi de vapori şi de aer în cămăşile de răcire din bloc, chiulasă, racorduri, carcasa pompei, deoarece poate produce dezamorsarea circuitului provocând în cazul blocului şi chiulasei supraîncălziri locale, urmate de uzuri, fisuri şi perturbări ale proceselor din cilindri.

Instalaţia de răcire trebuie concepută în aşa fel încât să poată fi golită în totalitate de lichid.Amplasarea circuitului de alimentare a pompei de lichid trebuie să asigure preluarea lichidului răcit

(de la partea inferioară a radiatorului) pentru a se evita aspirarea vaporilor produşi în cămăşile din bloc şi chiulasă care determină reducerea debitului pompei şi a durabilităţii ei.

Există tendinţa de a se renunţa la introducerea lichidului direct în cămăşile din blocul cilindrilor, deoarece favorizează răcirea pronunţată a cămăşilor cilindrilor la unele regimuri de funcţionare.

Fig.14.2. Schema instalaţiei de răcire închisă

232

La unele construcţii lichidul de răcire este introdus în chiulasă numai o mică cantitate trecând în cămăşile din bloc, iar restul este returnat spre radiator, în acest caz cămăşile de răcire ale blocului nu sunt înseriate în circuitul principal al lichidului,circulaţia lichidului în cămăşile de răcire ale blocului se realizează datorită aspiraţiei acestuia printr-o mică fereastră plasată în zona pompei de apă, lichidul se introduce direct în pompă şi nu în radiator.

Schemele de aranjare a instalaţiei de răcire sunt prezentate în figurile 14.1., 14.2., 14.3.

14.1.1 Radiatorul

Preluarea căldurii de la lichidul de răcire şi transmiterea acesteia mediului ambiant se realizează prin intermediul radiatorului. Pentru a realiza transferul de căldură radiatorul trebuie să dispună de o mare

Fig.14.3. Schema instalaţiei de răcire pentru autoturism dotat cu MAC

Fig.14.5.Schema de realizare ale corpului activFig.14.4. Schema radiatorului

233

suprafaţă (15…25 m2).Constructiv radiatorul este compus din corpul de răcire 5, două bazine colectoare 2,7 (unul la

intrarea lichidului altul la ieşire) racordurile de intrare şi ieşire, buşonul de umplere, robinet de golire şi alte accesorii (fig.14.4.)

Corpul de răcire se realizează în general din tuburi şi plăci (fig.14.5,a) şi tuburi şi benzi (fig.14.5,b.) şi tuburi lamelare (fig.14.5,c).

Pentru a se asigura radiatorului rezistenţa necesară pe suprafeţele dintre benzi se lipesc plăci rigide din oţel.

14.1.2 Pompa de lichid

Pompa de lichid are rolul de asigura recircularea lichidului în sistemul de răcire, şi se utilizează în general pompa de tip centrifugal. Presiunea necesară acestor pompe este de 0,035...0,15 MPa. Asigurarea unei circulaţii în bune condiţiuni prin canalizaţii se realizează la o presiune de 0,03...0,05 MPa, în realitate se caută ca presiunea din sistemul de răcire să fie mai mare cu 0,08...0,1 MPa faţă de necesar pentru a împiedica formarea vaporilor în anumite puncte ale instalaţiei de răcire.

Pompa de apă este acţionată de la arborele cotit al motorului printr-o transmisie cu curea, raportul

Fig.14.7.Pompa de lichid cu rulment special

Fig.14.6. Pompa de lichid 1-rotorul pompei; 2-corpul pompei; 3-garnitura de etanşare.

Fig.14.8 Pompa de lichid dublă

234

de transmitere fiind de 0,8…1,95. Construcţia pompei de lichid este simplă (fig.14.6. şi fig.14.7.) putând apărea şi diferite diferenţe

impuse de condiţiile de amplasare ale acesteia pe motor. Arborele pompei se montează pe rulmenţi obişnuiţi sau pe rulmenţi speciali. Pentru etanşarea lagărelor rotorului se utilizează garnituri speciale (fig.14.9.) unde: 1-inel de alunecare; 2-şaibă de presare; 3-arc; 4-carcasă; 5-cămaşa de etanşare; 6,7-carcasă; 8-inel de fixare; 9-inel de etanşare; 10-inel de frecare.

La proiectare se pot adopta datele orientative prezentate în tabelul 14.1.Tabelul 14.1.

Dimensiuni ale inelelor de etanşareDiametrul arborelui

Diametrul exterior Lungimea de montaj

Diametrul inelului de alunecare

Dimensiunea d [mm] D [mm] L [mm] d1 [mm]13x30x15 12 30 15±0,75 2117x35x16 16 35 16±0,75 2622x42x18 20 42 18±0,75 32,527x27x19 25 47 19±0,75 3812x26x16 12 26 16±0,50 2114x28x16 14 28 16±0,50 2316x33x18 16 33 18±0,50 2618x36x18 18 36 18±0,50 2820x38x18 20 38 18±0,50 3124x43x20 24 43 20±0,50 35

14.1.3 Ventilatorul

Intensificarea circulaţiei aerului prin radiator este realizată cu ajutorul ventilatorului. Se utilizează ventilatoare de tip axial fig.14.10.

Paletele ventilatorului au un anumit profil sau sunt înclinate sub un unghi de atac de 40...50o în aşa fel încât să se asigure aspiraţia aerului cu pierderi minime de lovire. Unghiurile de ieşire ale profilului paletelor sunt în general de 350. Lăţimea paletelor este de 30…70mm, iar grosimea tablei din care se ambutisează este de 1,25…1,8 mm. Diametrul exterior se plasează în limitele 0,3…0,7m. Se utilizează ventilatoare cu patru sau şase palete cea mai largă răspândire având-o însă ventilatoarele cu patru palete asezate perpendicular sau în X (70o respectiv 1100).

Fig.14.9. Garnituri de etanşare a) cu fixare în carcasă; b) cu fixare pe arbore

235

Antrenarea ventilatorului se poate realiza de aceeaşi curea cu pompa de lichid dacă este plasat pe rotorul pompei sau cu o transmisie separată.

În ultimul timp se practică utilizarea unor cuplaje care permit funcţionarea ventilatorului numai când este necesar. Sau antrenarea printr-un motor electric.

14.2 Calculul instalaţiei de răcire cu lichid

14.2.1 Calculul fluxului de căldură preluat de instalaţia de răcire

Pentru a realiza în procesul de proiectare a unei dimensionări corecte al elementelor instalaţiei de răcire trebuie să se determine fluxul de căldură preluat de instalaţia de răcire. Acestea se determină din ecuaţia de bilanţ termic al motorului:

d e r ev rezQ Q Q Q Q [kJ/h]1 (14.1)

unde: dQ 2 - fluxul de căldură disponibil obţinut prin arderea amestecului carburant;

cQ 3 - fluxul de căldură transformat efectiv în lucru mecanic;

rQ 4 - fluxul de căldură preluat de instalaţia de răcire;

evQ 5 - fluxul de căldură evacuat cu gazele arse;

rezQ 6 - fluxul de căldură rezidual al bilanţului energetic.

Fig.14.10. Construcţia şi amplasarea ventilatorului

236

Împărţind membrul drept al ecuaţiei de bilanţ cu membrul stâng, se obţin fracţiunile de căldură, din cea disponibilă

1 e r ev rezf f f f 7 (14.2)În ecuaţia (14.2) termenul fr reprezintă fracţiune de căldură preluată de instalaţia de răcire.În calculele de proiectare fr=23…35% la MAS şi fr=20…30% pentru MAC. Valorile din zona

superioară a intervalului indicat se adoptă în cazul motoarelor supraalimentate.Fluxul de căldură preluat de lichidul de răcire se poate determina cu relaţia:

r r e e iQ f P c Q 10 3 [kJ/h]8 (14.3)sau

Q = 13,6

f P c Qr e e i [W]9

unde: Pe - puterea efectivă [kW];ce - consumul specific de combustibil, [g/kW.h];Qi - puterea calorică inferioară a combustibilului [kJ/kg].

14.2.2 Calculul radiatorului

La majoritatea radiatoarelor lichidul circulă vertical iar aerul pe orizontală, la autoturisme în special este posibil ca şi lichidul să circule pe direcţie orizontală.

Evoluţia temperaturilor aerului şi lichidului la intrarea şi ieşirea din radiator rezultă din figura 14.11. unde s-au folosit următoarele notaţii:

til, tel - temperatura lichidului la intrarea respectiv la ieşirea din radiator; tia, tea - temperatura aerului la intrarea respectiv la ieşirea din radiator.La un regim staţionar, căldura preluată de radiator de la lichid este egală cu cea cedată de acesta

aerului.Folosind notaţiile din figura 14.11. se calculează următorii parametrii:

t t tma ia ea 12

10 (14.4)

t t tml il el 12

11 (14.5)

şit t tm ml ma 12

unde: tma, tml - temperatura medie a aerului respectiv lichidului în radiator;tm - diferenţa medie de temperatură între lichid şi aer.

Pentru proiectare se pot adopta următoarele valori ale temperaturilor:tia = 40…45oC;tea = tia + (10…12)oC;til = 85…115oC;tel = til+ (4…7)oC.

Se pot scrie următoarele ecuaţii pe baza schemei prezentate în figura 14.12.

r ml c

r c c

r a c ma

Q A t t

Q A t t

Q A t t

1 1 1

1 1 2

2 2

13 (14.6.)

237

unde: Al, Aa - ariile suprafeţelor în contact cu lichidul, respectiv cu aerul [m2];tc1, tc2-temperaturile medii ale pereţilor tubului [K];- coeficientul de conductibilitatea termică a tubului; - grosimea peretelui tubului [m],1,2 - coeficienţii de transmitere a căldurii de la lichid la pereţii tubului respectiv de la

radiator la aer. Pentru a transmite fluxul de căldură rQ 14 mediului înconjurător este necesară aria suprafeţei de schimb de căldură în contact cu aerul, dată în relaţia:

A QK ta

r

rad m

15 (14.7)

unde: krad - coeficientul global de schimb de căldură a radiatorului

Krad

11 1

1 2

[kJ/m2hK]16 (14.8)

A Aa l 17- coeficient de nervurareÎn calculele de proiectare se pot adopta următoarele valori:

1 = (25…33).103 [kJ/m2hK];2 = (85…500) 103 [kJ/m2hK]; = (0,10…0,25) mm;Cu = 1380 [kJ/mhK];Alama = 375 [kJ/mhK];Al = 730 [kJ/mhK]; OL = 160 [kJ/mhK]; = 7…10.

Debitul de lichid lV 18 care trebuie să treacă prin radiator pentru a transmite fluxul de căldură rQ

este dat de relaţia:

V Qc tl

r

l pl l

[m3/s]20 (14.9)

unde: l - densitatea lichidului;cpl - căldura specifică a lichidului la presiune constantă (cpl = 4,185 kJ/kgK - apă; cpl = 2,9 kJ/kgK etilenglicol);tl - căderea de temperatură a lichidului în radiator [K].

Numărul de tuburi "it" ale radiatorului se determiă admiţând că lichidul curge prin tuburile radiatorului cu o viteză cuprinsă wl = 0,4…0,8 m/s,

Fig.14.12.Schema de calcul a radiatoruluiFig.14.11.Variaţia temperaturii aerului şi lichidului la intrarea şi ieşirea din radiator

238

i VA wt

l

t l

21(14.10)

unde: At - aria secţiunii transversale de curgere a unui tub.Suprafaţa de răcire în contact cu lichidul este:

A i per hl t t rad [m2]22 (14.11)unde: pert - perimetrul interior al tubului;

hrad - înălţimea radiatorului.La calculul radiatorului pe baza calculelor statistice pot adopta următoarele valori Aa/Pe = (0,15…0,20) [m2/kW] - pentru autoturisme şi (0,20…0,36) [m2/kW] - pentru autocamioane.Capacitatea instalaţiei de răcire Vl se determină ţinând seama că numărul de treceri ale lichidului

prin circuit trebuie să fie zt = 10…20 treceri/minut

V Vzl

l

t

[m3]23 (14.12)

Ţinând seama de puterea motorului la construcţiile actuale sunt utilizate următoarele valori: Vl/Pe = (0,11…0,22) [l/kW] pentru autoturisme şi Vl/Pe = (0,18…0,36) [l/kW] pentru autocamioane.

Coeficientul de compactitate, este un criteriu de apreciere al perfecţiunii construcţiei radiatorului, el se defineşte prin relaţia:

coma

f rad

AA l

[m / m ]2 324 (14.13)

unde: Af- aria suprafeţei frontale a radiatorului;lrad- grosimea corpului de răcire.

La construcţia actuală com = 900…1300 [m2/m3].

14.2.3 Calculul ventilatorului

Calculul ventilatorului ţine seama de calculul radiatorului.Debitul de aer necesar pentru răcirea radiatorului se calculează cu relaţia:

V Qc t

ar

a a a

3600

[m / s]3 25 (14.14)

unde: a- densitatea aerului la temperatura şi presiunea mediului ambiant;ca - căldura specifică a aerului (la temperatura de 50…550C, ca= 1,050 [kJ/kgK];ta - încălzirea aerului în radiator ( ta= 20…300C).

Debitul de aer pe care trebuie să-l asigure ventilatorul se verifică pe baza ecuaţiei de debit V A wa fl a [m / s]3 26 (14.15)

în care: Afl - aria suprafeţei frontale libere a radiatorului care este mai mică decât aria suprafeţei frontale Af a radiatorului din cauza nervurilor şi ţevilor de apă Afl = l.Af, unde l = 0,60…0,85 şi reprezintă coeficientul suprafeţei libere a radiatorului;

wa - viteza aerului la intrarea în radiator (wa = 9…13 m/s, când se ia în considerare şi viteza de deplasare a autovehiculului; wa = 6…9 m/s când nu se ia în considerare viteza de deplasare a autovehiculului).

Calculul ventilatorului se porneşte de la debitul de aer necesar răcirii aV 27 şi de la căderea de presiune în circuitul de aer pa.

p p p a ar am [P ]a 28 (14.16)unde: par - căderea de presiune în radiator;

pam- căderea de presiune în montajele anexe (mască, jaluzele,carcasă intermediară, etc), pam = (0,35…1,10).par.

Căderea de presiune a circuitului de aer este cuprinsă între 60…100 kPa.Puterea necesară antrenării ventilatorului se determină cu relaţia:

P V p va a

v

[W]29 (14.17)

unde: v - randamentul ventilatorului (v=0,55…0,65 pentru palete profilate turnate şi v=0,32…0,40 pentru palete ştanţate).

Tabelul 14.2.Date constructive pentru calculul ventilatorului

Parametrul Date constructive

239

1.Diametrul ventilatorului, în m 0,3…0,72.Lungimea paletei, în mm 120…2803.Lăţimea paletei, în mm 30…704.Grosimea paletei, în mm 1,25…1,805.Viteza periferică a elicei, în m/s 80…1106.Unghiul de înclinare, dintre planul radiatorului şi planul paletei, în grade:- pentru palete drepte 40…45- pentru palete convexe 35…407.Distanţa de la muchia elicei la radiator, în mm 8…408.Jocul relativ al elicei cu carcasa 0,015…0,0609.Viteza curelei, în m/s 10…3010.Raportul de transmitere de la arborele cotit 0,95…1,5011.Număr de palete 2…612.Căderea totală de presiune în circuitul de aer, în kPa 60…10013.Puterea ventilatorului, în kW

P V p va a

v

10 3

Viteza periferică a ventilatorului se calculează în funcţie de căderea de presiune impusă acestuia u p 1 a 2 8, [m / s]30 (14.18)

în care: 1 - coeficient ce depinde de forma paletelor (1 = 2,8…3,5 pentru palete plane; 1 = 2,2…2,9 pentru palete curbe profilate).

Diametrul ventilatorului axial se calculează cu următoarea formulă:

D Vw

va

v

1 3,

[m]31 (14.19)

unde: wv - viteza aerului în ventilator (wv =13….30 m/s).În aceste condiţii turaţia ventilatorului va fi:

n uD

vv

60

[min ]-1 32 (14.20)

În tabelul 14.2. se prezintă date constructive utilizabile la proiectarea şi calculul ventilatorului.

14.2.4 Calculul pompei de lichid

Circulaţia lichidului de răcire în instalaţia de răcire se realizează prin intermediul pompei de lichid. Pompa de lichid trebuie să realizeze o cădere de presiune "pp" suficientă pentru a învinge rezistenţele hidraulice la deplasarea forţată a lichidului.

Tabelul 14.3.Valori ale căderii de presiune în circuit

Porţiunea de circuit Căderea de presiune[m H2O]

Conducta de legătură 0,75…1,25Cămaşa de apă din bloc 1,25…1,50Radiator 2,00…2,50

TOTAL 4,00…5,25(uneori chiar 12,00)

240

Radiatorul introduce mai mult de jumătate din rezistenţele hidraulice şi există pericolul ca în cazul în care tuburile de apă se înfundă, presiunea lichidului să fie mai mică decât presiunea de vapori. În acest caz apare fenomenul de cavitaţie, urmat de formarea de bule de vapori care în regimuri de presiuni mari sunt comprimate brusc, provocând şocuri care deteriorează mai ales pompa.

Prevenirea fenomenului de cavitaţie se realizează dacă presiunea lichidului la intrarea în pompă "p" este mai mare decât presiunea de vapori "pcav" şi satisaface relaţia:

p p p cav cav 1 4 4 0, , [mH O]2 33 (14.21)Pompa de lichid este centrifugă cu un rotor cu palete drepte sau curbate înapoi (fig.14.13). Debitul

teoretic al pompei este dat de relaţia:

V V

ltl

h

34 (14.22)

unde: lV 35 - debitul lichidului de răcire;h - randamentul volumetric al pompei ( h = 0,8…0,9).

Pentru calculul rotorului se porneşte de la mărimile reprezentate în figura 14.13. Aria secţiunii de intrare a lichiului în canalele rotorului pompei se determină luând în considerare debitul teoretic ce trebuie vehiculat de pompă

r r Vc

lt

l12

02

360 10

36 (14.23)

unde: c1 - viteza lichidului la intrarea în pompă (c1 = 1,0…2,5 m/s);ro - raza butucului rotorului [m];r1 - raza de intrare a lichidului în reţeaua de palete [m].

r Vc

r lt

l1 4 0

2

18 85 10

,[m] 37 (14.24)

La construcţiile existente numărul de palete z = 4…8, şi ele sunt profilate în aşa fel ca la intrarea lichidului în canalele rotorului să nu apară pierderi prin lovire.

La proiectare se adoptă unghiurile de intrare în limitele 1 = 900 şi 1 = 40…550.Calculul razei exterioare al rotorului r2 se realizează pe baza vitezei tangenţiale u2 care este

exprimată prin relaţia:

up

p

p2 21

tg ctg

2 [m / s]

38 (14.25)

unde: p - randamentul pompei ( p = 0,2…0,4); - densitatea lichidului.

Unghiurile vitezelor la ieşire se aleg între următoarele limite 2 = 8…120 şi 2 = 35…500.Raza maximă a rotorului rezultă:

r unp

2230

39 (14.26)

Fig.14.13.Schema de calcul a pompei de lichid

241

np- turaţia rotorului pompei [min-1].La construcţiile existente valorile pentru razele r1 şi r2 se găsesc în limitele; r1 = 17…35 mm, r2 =

30…55 mm.Lăţimea paletelor la intrare şi ieşire se determină în funcţie de debit:

b V

r z c

b V

r z c

t

t

l

1

l

2r

1

1 13

2

23

60 2 10

60 2 10

sin

sin

[m3]40 (14.27)

unde: - grosimea paletelor; = (3…5).10-3 m;cr -componenta radială a vitezei absolute c2 la ieşirea din rotor (cr = c2.sin 2).

Lăţimile calculate trebuie să se înscrie în limitele b1 = 12…35 mm şi b2 = 10…25 mm.Puterea absorbită de pompa de lichid se determină cu relaţia:

Pp V p

p l

p

t 10 3

[kW] 41 (14.28)

dacă tlV 42 se exprimă [m3/s]; pp în [N/m2].Valorile calculate sunt acceptabile dacă se înscriu în limitele Pp = (0,005…0,010)Pe.

14.3 Principii de proiectare a instalaţiei de răcire cu aer

Instalaţia de răcire cu aer are aplicaţii mai restrânse la motoarele pentru autovehicule din următoarele considerente:

MAS răcit cu aer cu acelaşi raport de comprimare ca la motorul răcit cu lichid prezintă o mai mare înclinaţie la detonaţie datorită regimului termic superior. De asemenea nu se pot atinge parametrii energetici superiori din cauza temperaturii ridicate a pereţilor camerei de ardere şi instabilităţii termice a lubrifianţilor utilizaţi.

La aceeaşi putere motorul răcit cu aer are un gabarit superior faţă de motorul răcit cu lichid.Motorul răcit cu aer este mai zgomotos şi puterea preluată de ventilatorul instalaţiei este

superioară puterii preluate de instalaţia răcirii cu lichid.La motoarele de motocicletă mici, răcirea se realizează fără ventilator, circulaţia aerului fiind

asigurată de deplasarea motocicletei. Motoarele de cilindree mare pentru autoturisme, autocamioane, etc. răcirea cu aer este asigurată printr-un ventilator axial (fig.14.15) sau centrifugal (fig.14.14).

Antrenarea ventilatorului cu ajutorul unei turbine cu gaze arse, pe lângă faptul că asigură autoreglarea răcirii funcţie de sarcină, elimină consumul de lucru mecanic de la arborele cotit.

14.4 Calculul instalaţiei de răcire cu aer

14.4.1 Calculul sistemului de nervurare

Fig.14.15.Scheme de ventilatoare axialeFig.14.14.Schema ventilatorului centrifugal

242

Proiectarea instalaţiei de răcire cu aer are în vedere că eficacitatea instalaţiei de răcire depinde de profilul aripioarelor de răcire (fig. 14.16).

Se pot adopta diferite profile ale aripioarelor de răcire:a) profil parabolic;b) profil triunghiular;c) profil trapezoidal;d) profil dreptunghiular.Calculul se prezintă pentru nervura dreptunghiulară ale cărei elemente geometrice şi funcţionale

sunt: d - grosimea nervurii; h- lungimea nervurii; s - pasul de nervurare; z - numărul de nervuri; Dv - diametrul vârfului nervurii; De - diametrul exterior al cilindrului; Ls - lungimea de nervurare; So - mărimea golului dintre nervuri; j - distanţa dintre nervurile a doi cilindrii alăturaţi (fig.14.17 şi 14.18).

Se pot adopta dimensiunile prevăzute în tabelul 14.3.Tabelul 14.3

Dimensiunile aripioarelor de răcireMaterial Grosime s

[mm]Pas t[mm]

Lungime l[mm]

Oţel

Aliaj de Aluminiu

Fontă

0,8…1,0

1,6…2,0

3,5…4,0 jos1,5…2,2

3

4…5

8…10

15…25

40…80

35…50

Calculul elementelor geometrice şi funcţionale ale nervurilor se desfăşuară în modul următor:1 - Lungimea de nervurare;

L z s b Ss 43 (14.29)unde: b - coeficient (b=1,0…1,3); S - cursa pistonului2 - Aria teoretică a nervurilor în contact cu aerul:

A z D D zD h D

sv e e e*

24

22

4

2 2 2 2

44 (14.30)

243

3 - Aria reală a nervurilor în contact cu aerul:A As s * 45 (14.31)

unde: - factor de formă ( = 0,5…0,7)4 - Aria exterioară a cilindrului în contact cu aerul:

A D L ze e s 46 (14.32)5 - Aria totală de schimb de căldură:

A A A zD h D

D L st s ee e

e s

2

2

2 2

47 (14.33)

6 - Aria de curgere a aerului printre doi cilindri: A z s h j z s h0 02 0 5 2 , 48 (14.34)

7 - Debitul de aer necesar pentru răcirea unui cilindru:

V Q

c t tacil

a p e icil

a

49 (14.35)

unde: ti - temperatura aerului la intrarea între cilindri (ti to = 35…400C);te - temperatura aerului la ieşire (te= 80…1000C);a - densitatea aerului determinată pentru temperatura medie;

cilQ 50 - fluxul termic ce trebuie preluat de la cilindru prin sistemul de nervuri;

cilrQ

Qi

, ,

1 4 1 651 (14.36)

rQ 52 - fluxul de căldură ce trebuie preluat de instalaţia de răcire;i - numărul de cilindri ai motorului

a0

a

pR T

53 (14.37)

aT 54 - temperatura medie a aerului ( a i eT T T 2 55 )8 - Viteza de curgere a aerului prin nervuri

aa

0w

VA

cil

20 60 [m / s]56 (14.38)

9 - Aria totală de schimb de căldură

Fig.14.16. Caracteristici constructive ale nervurii la răcirea cu aer

Fig.14.17.Elementele dimensionale de calcul ale nervurii

Fig.14.18.Elemente dimensionale care intervin la calculul nervurilor a doi cilindri alăturaţi

244

A Qc t t

cil

c m me pe a

57 (14.39)

unde: tmpe - temperatura medie a peretelui exterior al cilindrului (tmpe = 140…1600C);

am at = T 58- temperatura medie a aerului (tma=60…700C);cce - coeficientul de convecţie echivalent:

c C E AA

AAc c

s

t

e

te

59 (14.40)

în care:

cw

ds

dh sh s

cc a

e

e

150

2

0 8

0 2 0

,

,

kJm hK2

60 (14.41)

Eh B h

s

B hs

i

i

tg 2

261 (14.42)

B Ci cs

62 (14.43)

unde: cc - coeficient de convecţie;de - diametrul echivalent;E - eficienţa nervurii (E=0,4…0,9);Bi - criteriul lui Biot;s - coeficient de conductibilitate (s = 210 kJ/m.h.k - pentru fontă; s = 730 kJ/m.h.k -

pentru aluminiu).10 - Căderea de presiune între carcasă şi mediul ambiant:

p p p 1 2 63 (14.44)în care:

12

2

2

2

p w

pw

cil a a

a a

64 (14.45)

unde: p1 - rezistenţa gazodinamică a nervurii;cil = 2…4;

aw 65 - viteza medie a aerului prin nervurare;p2 - căderea de presiune la ieşirea prin nervuraţie.

11 - Puterea de antrenare a ventilatorului aferentă unui cilindru

P V pvv

acil

1

66 (14.46)

unde: v - randamentul ventilatorului ( v = 0,6…0,8)

245