Generalità sul raffreddamento nei motori diesel
i motori alternativi a combustione interna devono essere raffreddati per mantenere le varie parti e
gli organi del motore (camere di combustione, canne dei cilindri, pistoni, valvole, ecc.) a
temperature ammissibili per la resistenza e la durata dei materiali.
Una temperatura eccessiva può infatti provocare dilatazioni anormali degli organi, combustione
dell'olio e accensioni irregolari, con conseguenti guasti o inconvenienti quali, ad esempio,
bruciature o il vero e proprio grippaggio del motore, consistente nel blocco dei pistoni nei cilindri
con rigature e danni di vario tipo.
I livelli di temperatura ammissibili variano a seconda del tipo e delle caratteristiche del motore, e
per una utile valutazione a riguardo la figura riporta la distribuzione delle temperature, al 100% del
carico, all'interno del motore diesel a due tempi S 26 MC della MAN-B&W che ad una velocità di
rotazione di 250 giri/min e con una pressione massima di combustione di 160 bar, eroga 360
kW/cilindro.
Come prevedibile la parte più calda è la valvola di scarico (540 °C nella faccia interna), seguita
dallo stantuffo con temperatura molto variabile nei diversi punti (massima = 390°C); le pareti
interne del cilindro hanno temperature decrescenti dalla zona della camera di combustione (240°C
la massima) alla parte inferiore.
Distribuzione delle temperature [°C] in camera di combustione del motore diesel a due tempi S26 MC
al 100% del carico.
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- Schema semplificato del circuito acqua dolce di raffreddamento cilindri di un motore diesel a due
tempi. - 1. Motore; 2. Elettropompe di circolazione acqua dolce (una è di riserva); 3. Ingresso acqua
motore; 4. Uscita acqua dal motore; 5. Refrigeratore ad acqua di mare;
6. Cassa di compenso acqua; 7. Sistema controllo temperatura acqua dolce.
La necessaria asportazione dì calore avviene quindi tramite circolazione di fluidi refrigeranti in uno o più
circuiti chiusi; di solito si tratta di acqua dolce o di olio a loro volta raffreddati poi da acqua di mare in
circuito aperto.
Nei motori diesel a due tempi vi sono di solito i seguenti circuiti:
— raffreddamento cilindri e testate;
— raffreddamento stantuffi;
— raffreddamento polverizzatori.
Il fluido di servizio in essi circolante è acqua dolce (per gli stantuffi ed i polverizzatori si adoperano
spesso l'olio ed il combustibile rispettivamente) ed è a sua volta raffreddato da acqua di mare in un
circuito aperto che comprende anche, di solito, il raffreddamento dell'olio lubrificante e dell'aria di
lavaggio.
Si notano le due pompe di circolazione (2), una principale e l'altra di riserva (secondo le prescrizioni
per impianti del genere) che spingono l'acqua ad una pressione di circa 4 bar, le tubazioni di ingresso
(3) e di uscita *(4) dell'acqua dal motore (1), lo scambiatore di calore (5) ad acqua di mare, la cassa
sopraelevata (6) detta cassa di compenso situata di solito da 10 m a 15 m al disopra della linea d'assi.
Per quanto riguarda il raffreddamento degli stantuffi c'è da dire che nei motori di grande
diametro, per superare la difficoltà che sorge nella trasmissione del calore dalla zona centrale
dello stantuffo alla sua
periferia, è previsto
appunto un circuito di
raffreddamento separato.
Distribuzione delle temperature [°C] sullo stantuffo raffreddato ad acqua.
2 Giodevico
Nel sistema ad acqua il collegamento fisso-mobile
è realizzato in genere con tubi telescopici che danno
buone garanzie di tenuta.
Dei due tubi concentrici, infatti, uno è fisso e
collegato alla struttura del motore ed al circuito,
mentre l'altro, mosso dallo stantuffo, scorre a tenuta
internamente al primo.
L'acqua derivata dal circuito principale di
raffreddamento e portata alla pressione di 5 + 6 bar,
fluisce nel tubo telescopico di salita, raggiunge la zona
sottostante la testa dello stantuffo raffreddandolo,
quindi viene scaricata lungo il tubo telescopico di
caduta ed inviata al refrigeratore ad una temperatura di
75°C circa.
Percorso olio lubrificazione e raffreddamento
pistoni in un motore diesel .
Camera di raffreddamento pistone; 2. Pistone; 3.
Passaggio olio attraverso il cuscinetto del piede di
biella verso la camera di raffreddamento; 4. Cuscinetto
del piede di biella; 5. Spinotto; 6. Condotto interno alla
biella dell'olio in pressione per la lubrificazione e
raffreddamento; 7. Biella; 8. Cuscinetto della testa di
biella; 9. Olio in pressione proveniente dai fori
nell'albero a manovelle.
Nello schema a destra, invece,
l'acqua di raffreddamento raggiunge
la parte interna dello stantuffo
utilizzando come tubo di mandata la
stessa asta dello stantuffo forata
longitudinalmente mentre il ritorno
avviene sempre lungo l'asta, entro un
tubo più piccolo disposto all'interno
del tubo di mandata. Due tubazioni
telescopiche (fig. VII. 12), una per la
mandata ed una per il ritorno del
fluido refrigerante, sono fissate
all'incastellatura del motore.
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Circuito di lubrificazione
.
- Schema semplificalo del circuito di lubrificazione generale di un motore diesel a due tempi
1. Motore; 2; Pozzo dell'olio o cassa di raccolta; 3. Pompe bassa pressione (una è di riserva);
4. Refrigeratore olio ad acqua di mare; 5. Pompe alta pressione (una è di riserva);
6. Invio olio al testacroce; 7. Invio olio ai cuscini di banco; 8. Filtro; 9. Valvola automatica
controllo temperatura; 10. Invio olio al gruppo di depurazione; 11. Ritorno olio depurato.
Le pompe (3) aspirano l'olio dal pozzo nel doppio fondo (2) e lo inviano, con
pressioni da 2 a 4 bar, al refrigeratore (4) e da qui un'aliquota va direttamente ai
cuscini di banco (7) mentre un'altra viene inviata ad un circuito derivato dal circuito
principale su cui agiscono altre pompe (5) in grado di fornire le pressioni necessarie,
sui 15 -s- 16 bar, per l'invio (6) al testa-croce ed ai cuscinetti superiori di biella.
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