La funzione del radiatore è quella di assorbire questo calore e quindi di dissiparlo all'interno o all'esterno del telaio per garantire che la temperatura dei componenti del computer sia normale. La maggior parte dei radiatori assorbono il calore entrando in contatto con la superficie dei componenti riscaldanti, quindi trasferiscono il calore in luoghi distanti attraverso vari metodi, come l'aria all'interno del telaio. Il telaio trasferisce quindi l'aria calda all'esterno del telaio per completare la dissipazione del calore del computer.
I radiatori riscaldano la stanza principalmente per convezione. Questa convezione aspira l'aria fresca dal fondo della stanza e mentre passa sopra le scanalature, l'aria si riscalda e sale verso l'alto. Questo movimento circolare aiuta a bloccare l'aria fredda dalle finestre e garantisce che la stanza rimanga calda e calda.
Nelle automobili e nelle motociclette con motore a combustione interna raffreddato a liquido, un radiatore è collegato a canali che attraversano il motore e la testata, attraverso i quali viene pompato un liquido (refrigerante). Questo liquido può essere acqua (nei climi in cui è improbabile che l'acqua congeli), ma è più comunemente una miscela di acqua e antigelo in proporzioni adeguate al clima. L'antigelo stesso è solitamente glicole etilenico o glicole propilenico (con una piccola quantità di inibitore della corrosione).
Un tipico sistema di raffreddamento automobilistico comprende:
· una serie di gallerie ricavate nel monoblocco e nella testata, che circondano le camere di combustione con circolazione di liquido per asportare il calore;
· un radiatore, costituito da tanti tubicini dotati di un nido d'alette per dissipare rapidamente il calore, che riceve e raffredda il liquido caldo proveniente dal motore;
· una pompa dell'acqua, solitamente di tipo centrifugo, per far circolare il liquido refrigerante nell'impianto;
· un termostato per controllare la temperatura variando la quantità di liquido refrigerante che arriva al radiatore;
· una ventola per aspirare aria fresca attraverso il radiatore.
Il processo di combustione produce una grande quantità di calore. Se si permettesse al calore di aumentare incontrollatamente, si verificherebbe una detonazione e i componenti esterni al motore si guasterebbero a causa della temperatura eccessiva. Per combattere questo effetto, il liquido refrigerante viene fatto circolare attraverso il motore dove assorbe il calore. Una volta che il liquido di raffreddamento assorbe il calore dal motore, continua il suo flusso verso il radiatore. Il radiatore trasferisce il calore dal liquido di raffreddamento all'aria che passa.
I radiatori vengono utilizzati anche per raffreddare i fluidi della trasmissione automatica, il refrigerante del condizionatore d'aria, l'aria aspirata e talvolta per raffreddare l'olio motore o il fluido del servosterzo. Un radiatore è generalmente montato in una posizione in cui riceve il flusso d'aria dal movimento in avanti del veicolo, ad esempio dietro una griglia anteriore. Laddove i motori sono montati centralmente o posteriormente, è prassi comune montare il radiatore dietro una griglia anteriore per ottenere un flusso d'aria sufficiente, anche se ciò richiede lunghi tubi del liquido di raffreddamento. In alternativa, il radiatore può aspirare l'aria dal flusso sopra la parte superiore del veicolo o da una griglia montata lateralmente. Per i veicoli lunghi, come gli autobus, il flusso d'aria laterale è più comune per il raffreddamento del motore e della trasmissione, mentre il flusso d'aria superiore è più comune per il raffreddamento del condizionatore d'aria.
Un metodo di costruzione precedente era il radiatore a nido d'ape. I tubi rotondi venivano modellati in esagoni alle estremità, quindi impilati insieme e saldati. Poiché si toccavano solo alle estremità, questo formò quello che divenne in effetti un solido serbatoio d'acqua attraversato da molti tubi d'aria.[2]
Alcune auto d'epoca utilizzano nuclei del radiatore realizzati con tubi a spirale, una costruzione meno efficiente ma più semplice
Un metodo di costruzione precedente era il radiatore a nido d'ape. I tubi rotondi venivano modellati in esagoni alle estremità, quindi impilati insieme e saldati. Poiché si toccavano solo alle estremità, questo formò quello che divenne in effetti un solido serbatoio d'acqua attraversato da molti tubi d'aria.[2]
Alcune auto d'epoca utilizzano nuclei del radiatore realizzati con tubi a spirale, una costruzione meno efficiente ma più semplice.
I radiatori utilizzavano inizialmente il flusso verticale verso il basso, guidato esclusivamente da un effetto termosifone. Il liquido di raffreddamento si riscalda nel motore, diventa meno denso e quindi aumenta. Man mano che il radiatore raffredda il fluido, il liquido refrigerante diventa più denso e cade. Questo effetto è sufficiente per i motori stazionari di bassa potenza, ma inadeguato per tutti tranne le prime automobili. Tutte le automobili da molti anni utilizzano pompe centrifughe per far circolare il liquido di raffreddamento del motore perché la circolazione naturale ha portate molto basse.
Un sistema di valvole o deflettori, o entrambi, viene solitamente incorporato per azionare contemporaneamente un piccolo radiatore all'interno del veicolo. Questo piccolo radiatore, e la ventola associata, è chiamato nucleo del riscaldatore e serve a riscaldare l'interno della cabina. Come il radiatore, il nucleo del riscaldatore agisce rimuovendo il calore dal motore. Per questo motivo, i tecnici automobilistici spesso consigliano agli operatori di accendere il riscaldatore e di impostarlo su un livello alto se il motore si sta surriscaldando, per assistere il radiatore principale.
La temperatura del motore sulle auto moderne è controllata principalmente da un termostato del tipo a pellet di cera, una valvola che si apre una volta che il motore ha raggiunto la temperatura di esercizio ottimale.
Quando il motore è freddo, il termostato è chiuso tranne che per un piccolo flusso di bypass in modo che il termostato subisca variazioni della temperatura del liquido di raffreddamento man mano che il motore si riscalda. Il liquido di raffreddamento del motore viene diretto dal termostato all'ingresso della pompa di circolazione e viene restituito direttamente al motore, bypassando il radiatore. Dirigere la circolazione dell'acqua solo attraverso il motore consente al motore di raggiungere la temperatura operativa ottimale il più rapidamente possibile evitando "punti caldi" localizzati. Una volta che il liquido di raffreddamento raggiunge la temperatura di attivazione del termostato, si apre consentendo all'acqua di fluire attraverso il radiatore per evitare che la temperatura salga più in alto.
Una volta raggiunta la temperatura ottimale, il termostato controlla il flusso del liquido di raffreddamento del motore al radiatore in modo che il motore continui a funzionare alla temperatura ottimale. In condizioni di carico di punta, ad esempio guidando lentamente su una collina ripida con un carico pesante in una giornata calda, il termostato si avvicinerà alla massima apertura perché il motore produrrà una potenza quasi massima mentre la velocità del flusso d'aria attraverso il radiatore è bassa. (Essendo uno scambiatore di calore, la velocità del flusso d'aria attraverso il radiatore ha un effetto importante sulla sua capacità di dissipare il calore.) Al contrario, quando si guida velocemente in discesa su un'autostrada in una notte fredda con l'acceleratore leggero, il termostato sarà quasi chiuso perché il motore produce poca potenza e il radiatore è in grado di dissipare molto più calore di quello che produce il motore. Consentire un flusso eccessivo di liquido refrigerante al radiatore comporterebbe un raffreddamento eccessivo del motore e un funzionamento a una temperatura inferiore a quella ottimale, con conseguente riduzione dell'efficienza del carburante e aumento delle emissioni di scarico. Inoltre, la durata, l'affidabilità e la longevità del motore sono talvolta compromesse se alcuni componenti (come i cuscinetti dell'albero motore) sono progettati per tenere conto della dilatazione termica per adattarsi ai giochi corretti. Un altro effetto collaterale del raffreddamento eccessivo è la riduzione delle prestazioni del riscaldatore dell'abitacolo, anche se in casi tipici continua a soffiare aria a una temperatura notevolmente più elevata rispetto a quella ambiente.
Il termostato si muove quindi costantemente lungo tutta la sua gamma, rispondendo ai cambiamenti del carico operativo del veicolo, della velocità e della temperatura esterna, per mantenere il motore alla temperatura operativa ottimale.
Sulle auto d'epoca potresti trovare un termostato del tipo a soffietto, che ha un soffietto ondulato contenente un liquido volatile come alcol o acetone. Questi tipi di termostati non funzionano bene con pressioni del sistema di raffreddamento superiori a circa 7 psi. I moderni veicoli a motore funzionano tipicamente a circa 15 psi, il che preclude l'uso del termostato del tipo a soffietto. Sui motori con raffreddamento diretto ad aria, questo non è un problema per il termostato a soffietto che controlla una valvola a cerniera nei passaggi dell'aria.
Altri fattori influenzano la temperatura del motore, comprese le dimensioni del radiatore e il tipo di ventola del radiatore. La dimensione del radiatore (e quindi la sua capacità di raffreddamento) è scelta in modo tale da poter mantenere il motore alla temperatura di progetto nelle condizioni più estreme che un veicolo potrebbe incontrare (come scalare una montagna a pieno carico in una giornata calda) .
La velocità del flusso d'aria attraverso un radiatore ha una grande influenza sul calore che dissipa. La velocità del veicolo influisce su questo, approssimativamente in proporzione allo sforzo del motore, fornendo così un rozzo feedback di autoregolamentazione. Laddove il motore aziona una ventola di raffreddamento aggiuntiva, anche questa tiene traccia della velocità del motore in modo simile.
Le ventole azionate dal motore sono spesso regolate da una frizione della ventola della cinghia di trasmissione, che slitta e riduce la velocità della ventola a basse temperature. Ciò migliora l'efficienza del carburante evitando di sprecare energia nell'azionare inutilmente la ventola. Sui veicoli moderni, un'ulteriore regolazione della velocità di raffreddamento è fornita da ventole del radiatore a velocità variabile o cicliche. I ventilatori elettrici sono controllati da un interruttore termostatico o dalla centralina del motore. I ventilatori elettrici hanno anche il vantaggio di fornire un buon flusso d'aria e un buon raffreddamento ai bassi regimi del motore o quando si è fermi, come nel traffico lento.
Prima dello sviluppo delle ventole elettriche e a trasmissione viscosa, i motori erano dotati di semplici ventole fisse che aspiravano costantemente l'aria attraverso il radiatore. I veicoli la cui progettazione richiedeva l'installazione di un radiatore di grandi dimensioni per far fronte a lavori pesanti ad alte temperature, come veicoli commerciali e trattori, spesso funzionavano al fresco quando faceva freddo con carichi leggeri, anche con la presenza di un termostato, poiché il radiatore di grandi dimensioni e quello fisso la ventola ha causato un rapido e significativo calo della temperatura del liquido di raffreddamento non appena il termostato si è aperto. Questo problema può essere risolto montando una tendina (o copertura del radiatore) sul radiatore che può essere regolata per bloccare parzialmente o completamente il flusso d'aria attraverso il radiatore. Nella sua forma più semplice, la tenda è un rotolo di materiale come tela o gomma che viene dispiegato lungo la lunghezza del radiatore per coprire la porzione desiderata. Alcuni veicoli più vecchi, come i caccia monomotore S.E.5 e SPAD S.XIII della prima guerra mondiale, hanno una serie di persiane che possono essere regolate dal sedile del conducente o del pilota per fornire un certo grado di controllo. Alcune auto moderne sono dotate di una serie di persiane che vengono aperte e chiuse automaticamente dall'unità di controllo del motore per fornire un equilibrio tra raffreddamento e aerodinamica secondo necessità.
