Em automóveis e motociclos com um motor de combustão interna arrefecido por líquido, um radiador é ligado a canais que atravessam o motor e a cabeça do cilindro, através dos quais é bombeado um líquido (líquido de arrefecimento). Este líquido pode ser água (em climas onde é improvável que a água congele), mas é mais comumente uma mistura de água e anticongelante em proporções adequadas ao clima. O anticongelante em si é geralmente etilenoglicol ou propilenoglicol (com uma pequena quantidade de inibidor de corrosão).
Um sistema típico de arrefecimento automóvel compreende:
- uma série de galerias fundidas no bloco do motor e na cabeça do cilindro, circundando as câmaras de combustão com líquido circulante para transportar o calor;
- um radiador, constituído por muitos pequenos tubos equipados com um favo de alhetas para dissipar rapidamente o calor, que recebe e arrefece o líquido quente do motor;
- uma bomba de água, geralmente do tipo centrífugo, para fazer circular o líquido de arrefecimento através do sistema;
- um termóstato para controlar a temperatura, variando a quantidade de líquido de arrefecimento que vai para o radiador;
um ventilador para aspirar o ar fresco através do radiador.
O radiador transfere o calor do fluido no interior para o ar exterior, arrefecendo assim o fluido, que por sua vez arrefece o motor. Os radiadores são também frequentemente utilizados para arrefecer fluidos de transmissão automática, refrigerante do ar condicionado, ar de admissão, e por vezes para arrefecer óleo do motor ou fluido de direcção assistida. Os radiadores são normalmente montados numa posição em que recebem o fluxo de ar do movimento para a frente do veículo, como por exemplo atrás de uma grelha frontal. Quando os motores são montados a meio ou atrás, é comum montar o radiador atrás de uma grelha frontal para conseguir um fluxo de ar suficiente, mesmo que isto exija tubos de refrigeração longos. Em alternativa, o radiador pode extrair ar do fluxo sobre a parte superior do veículo ou de uma grelha montada lateralmente. Para veículos longos, tais como autocarros, o fluxo de ar lateral é mais comum para o arrefecimento do motor e da transmissão e o fluxo de ar superior é mais comum para o arrefecimento do ar condicionado.
Construção do radiadorEdit
Automóvel os radiadores são construídos com um par de tanques de metal ou plástico, ligados por um núcleo com muitas passagens estreitas, dando uma área de superfície elevada em relação ao volume. Este núcleo é normalmente feito de camadas empilhadas de chapa metálica, prensadas para formar canais e soldadas ou soldadas em conjunto. Durante muitos anos, os radiadores foram feitos de núcleos de latão ou cobre soldados a cabeçotes de latão. Os radiadores modernos têm núcleos de alumínio, e muitas vezes poupam dinheiro e peso ao utilizar cabeçalhos de plástico com juntas. Esta construção é mais propensa a falhas e menos facilmente reparada do que os materiais tradicionais.
Um método de construção anterior era o radiador em favo de mel. Os tubos redondos eram enfiados em hexágonos nas suas extremidades, depois empilhados juntos e soldados. Como apenas tocavam nas suas extremidades, isto formava o que se tornou efectivamente um tanque de água sólida com muitos tubos de ar através dele.
alguns carros antigos utilizam núcleos de radiador feitos de tubo enrolado, uma construção menos eficiente mas mais simples.
Bomba de refrigeraçãoEdit
Radiadores utilizados pela primeira vez com fluxo vertical descendente, accionado unicamente por um efeito termosifão. O líquido refrigerante é aquecido no motor, torna-se menos denso, e assim sobe. À medida que o radiador arrefece o fluido, o líquido de refrigeração torna-se mais denso e cai. Este efeito é suficiente para motores estacionários de baixa potência, mas inadequado para todos os automóveis, excepto para os mais antigos. Todos os automóveis há muitos anos que utilizam bombas centrífugas para fazer circular o líquido de arrefecimento do motor porque a circulação natural tem taxas de fluxo muito baixas.
HeaterEdit
Um sistema de válvulas ou deflectores, ou ambos, é normalmente incorporado para operar simultaneamente um pequeno radiador dentro do veículo. Este pequeno radiador, e o ventilador associado, é chamado núcleo do aquecedor, e serve para aquecer o interior da cabina. Tal como o radiador, o núcleo do aquecedor actua removendo o calor do motor. Por este motivo, os técnicos de automóveis aconselham frequentemente os operadores a ligar o aquecedor e a colocá-lo em altura se o motor estiver sobreaquecido, para ajudar o radiador principal.
Controlo da temperaturaEdit
Controlo do fluxo de águaEdit
A temperatura do motor nos automóveis modernos é principalmente controlada por uma cera…tipo de termóstato de peletes, uma válvula que abre assim que o motor atinge a sua temperatura óptima de funcionamento.
Quando o motor está frio, o termóstato é fechado, excepto para um pequeno fluxo de desvio, de modo a que o termóstato sofra alterações na temperatura do líquido de arrefecimento à medida que o motor aquece. O líquido de arrefecimento do motor é dirigido pelo termóstato para a entrada da bomba de circulação e é devolvido directamente ao motor, contornando o radiador. A orientação da água para circular apenas através do motor permite que o motor atinja a temperatura óptima de funcionamento o mais rapidamente possível, evitando ao mesmo tempo “pontos quentes” localizados. Quando o líquido de arrefecimento atinge a temperatura de activação do termóstato, este abre-se, permitindo que a água circule através do radiador para evitar que a temperatura suba mais alto.
Até à temperatura óptima, o termóstato controla o fluxo do líquido de arrefecimento do motor para o radiador de modo a que o motor continue a funcionar à temperatura óptima. Em condições de pico de carga, tais como subir lentamente uma colina íngreme enquanto está muito carregado num dia quente, o termóstato estará a aproximar-se totalmente aberto porque o motor estará a produzir quase a potência máxima enquanto a velocidade do fluxo de ar através do radiador é baixa. (A velocidade do fluxo de ar através do radiador tem um efeito importante na sua capacidade de dissipar calor). Inversamente, quando se navega em descida rápida numa auto-estrada numa noite fria num acelerador de luz, o termóstato estará quase fechado porque o motor está a produzir pouca potência, e o radiador é capaz de dissipar muito mais calor do que o motor está a produzir. Permitir um fluxo excessivo de líquido de arrefecimento para o radiador resultaria no arrefecimento excessivo do motor e no funcionamento a uma temperatura inferior à óptima, resultando numa diminuição da eficiência do combustível e num aumento das emissões de escape. Além disso, a durabilidade, fiabilidade e longevidade do motor são por vezes comprometidas, se quaisquer componentes (tais como os rolamentos da cambota) forem concebidos para ter em conta a expansão térmica de modo a encaixar com as folgas correctas. Outro efeito secundário do sobrearrefecimento é a redução do desempenho do aquecedor da cabina, embora em casos típicos ainda sopre ar a uma temperatura consideravelmente mais elevada do que a temperatura ambiente.
O termóstato está, portanto, em constante movimento em toda a sua gama, respondendo a alterações na carga de funcionamento do veículo, velocidade e temperatura externa, para manter o motor à sua temperatura óptima de funcionamento.
Nos carros antigos pode encontrar um termóstato do tipo fole, que tem um fole corrugado contendo um líquido volátil como o álcool ou acetona. Estes tipos de termóstatos não funcionam bem a pressões do sistema de arrefecimento superiores a cerca de 7 psi. Os veículos a motor modernos funcionam normalmente a cerca de 15 psi, o que impede a utilização do termóstato de tipo fole. Em motores arrefecidos a ar directo, isto não é uma preocupação para o termóstato de fole que controla uma válvula de aba nas passagens de ar.
Controlo do fluxo de arEditar
Outros factores influenciam a temperatura do motor, incluindo o tamanho do radiador e o tipo de ventilador do radiador. O tamanho do radiador (e portanto a sua capacidade de arrefecimento) é escolhido de modo a manter o motor à temperatura de projecto nas condições mais extremas que um veículo é susceptível de encontrar (como subir uma montanha enquanto está completamente carregado num dia quente).
A velocidade do fluxo de ar através de um radiador é uma grande influência no calor que dissipa. A velocidade do veículo afecta isto, em proporção aproximada ao esforço do motor, dando assim um feedback auto-regulador em bruto. Quando uma ventoinha de arrefecimento adicional é accionada pelo motor, esta também acompanha a velocidade do motor de forma semelhante.
As ventoinhas accionadas pelo motor são frequentemente reguladas por uma embraiagem da correia de transmissão, que desliza e reduz a velocidade da ventoinha a baixas temperaturas. Isto melhora a eficiência do combustível ao não desperdiçar energia na condução da ventoinha desnecessariamente. Nos veículos modernos, uma maior regulação da taxa de arrefecimento é fornecida ou por ventiladores de velocidade variável ou de radiadores de ciclismo. Os ventiladores eléctricos são controlados por um interruptor termostático ou pela unidade de controlo do motor. Os ventiladores eléctricos também têm a vantagem de proporcionar um bom fluxo de ar e arrefecimento a baixas rotações do motor ou quando parados, tais como em tráfego lento.
Antes do desenvolvimento de ventiladores de condução viscosa e eléctricos, os motores eram equipados com simples ventiladores fixos que extraíam ar através do radiador a todo o momento. Os veículos cuja concepção exigia a instalação de um grande radiador para fazer face a trabalhos pesados a altas temperaturas, tais como veículos comerciais e tractores, funcionavam frequentemente frios em tempo frio sob cargas leves, mesmo com a presença de um termóstato, uma vez que o grande radiador e o ventilador fixo provocavam uma queda rápida e significativa na temperatura do líquido de arrefecimento assim que o termóstato se abria. Este problema pode ser resolvido através da colocação de uma persiana (ou camisa de radiador) no radiador que pode ser ajustada para bloquear parcial ou totalmente o fluxo de ar através do radiador. Na sua forma mais simples, a persiana é um rolo de material como tela ou borracha que é desenrolado ao longo do comprimento do radiador para cobrir a porção desejada. Alguns veículos mais antigos, como o S.E.5 da Primeira Guerra Mundial e os caças monomotores SPAD S.XIII, têm uma série de persianas que podem ser ajustadas a partir do assento do condutor ou do piloto para proporcionar um grau de controlo. Alguns carros modernos têm uma série de obturadores que são automaticamente abertos e fechados pela unidade de controlo do motor para proporcionar um equilíbrio de arrefecimento e aerodinâmica, conforme necessário.
Pressão do líquido de refrigeraçãoEditar
Porque a eficiência térmica dos motores de combustão interna aumenta com a temperatura interna, o líquido de refrigeração é mantido a uma pressão superior à atmosférica para aumentar o seu ponto de ebulição. Uma válvula de alívio de pressão calibrada é normalmente incorporada na tampa de enchimento do radiador. Esta pressão varia entre modelos, mas normalmente varia de 4 a 30 psi (30 a 200 kPa).
As pressões do sistema de arrefecimento aumentam com um aumento da temperatura, atingirá o ponto em que a válvula de alívio de pressão permite a fuga do excesso de pressão. Isto irá parar quando a temperatura do sistema parar de subir. No caso de um radiador (ou tanque de colector) com excesso de enchimento, a pressão é ventilada, permitindo a fuga de um pouco de líquido. Isto pode simplesmente drenar para o solo ou ser recolhido num recipiente ventilado que permanece à pressão atmosférica. Quando o motor é desligado, o sistema de arrefecimento arrefece e o nível do líquido desce. Em alguns casos em que o excesso de líquido tenha sido recolhido numa garrafa, este pode ser “sugado” de volta para o circuito principal do líquido de arrefecimento. Noutros casos, não é.
Arrefecimento do motorEditar
Antes da Segunda Guerra Mundial, o líquido de arrefecimento do motor era normalmente água simples. O anticongelante era utilizado apenas para controlar o congelamento, e isto era frequentemente feito apenas em tempo frio.
Desenvolvimento em motores de aeronaves de alto desempenho exigia melhores refrigerantes com pontos de ebulição mais elevados, levando à adopção de misturas de glicol ou água-glicol. Estes levaram à adopção de glicóis pelas suas propriedades anticongelantes.
Desde o desenvolvimento de motores de alumínio ou mistura de metais, a inibição da corrosão tornou-se ainda mais importante do que o anticongelante, e em todas as regiões e estações do ano.
Fervura ou sobreaquecimentoEditar
Um tanque de transbordo que funcione a seco pode resultar na vaporização do líquido de arrefecimento, o que pode causar um sobreaquecimento localizado ou geral do motor. Podem resultar danos graves, tais como juntas de cabeça sopradas, e cabeças de cilindros deformadas ou rachadas ou blocos de cilindros. Por vezes não haverá aviso, porque o sensor de temperatura que fornece dados para o indicador de temperatura (mecânico ou eléctrico) é exposto ao vapor de água, e não ao líquido de arrefecimento, fornecendo uma leitura inofensiva e falsa.
Abrir um radiador quente diminui a pressão do sistema, o que pode provocar a ebulição e a ejeção de líquido e vapor perigosamente quentes. Portanto, as tampas do radiador contêm frequentemente um mecanismo que tenta aliviar a pressão interna antes que a tampa possa ser totalmente aberta.
HistoryEdit
A invenção do radiador de água automóvel é atribuída a Karl Benz. Wilhelm Maybach concebeu o primeiro radiador alveolar para o Mercedes 35hp.
Radiadores suplementaresEdit
É por vezes necessário que um carro seja equipado com um segundo radiador, ou auxiliar, para aumentar a capacidade de arrefecimento, quando o tamanho do radiador original não pode ser aumentado. O segundo radiador é encanado em série com o radiador principal no circuito. Este foi o caso quando o Audi 100 foi turbinado pela primeira vez, criando os 200. Estes não devem ser confundidos com os intercoolers.
alguns motores têm um radiador de óleo, um pequeno radiador separado para arrefecer o óleo do motor. Os automóveis com transmissão automática têm frequentemente ligações extra ao radiador, permitindo que o fluido de transmissão transfira o seu calor para o líquido de arrefecimento no radiador. Estes podem ser radiadores a óleo-ar, como para uma versão mais pequena do radiador principal. Mais simplesmente podem ser radiadores a óleo-água, onde um tubo de óleo é inserido dentro do radiador de água. Embora a água seja mais quente do que o ar ambiente, a sua maior condutividade térmica oferece um arrefecimento comparável (dentro dos limites) a partir de um radiador de óleo menos complexo e, portanto, mais barato e mais fiável. Menos comummente, o fluido de direcção assistida, fluido dos travões, e outros fluidos hidráulicos podem ser arrefecidos por um radiador auxiliar num veículo.
Os motores com carga turbo ou sobrealimentados podem ter um intercooler, que é um radiador ar-ar ou ar-água utilizado para arrefecer a carga de ar de entrada – não para arrefecer o motor.