O que são sistemas de refrigeração em automóveis?

Um sistema de resfriamento é projetado para retirar o excesso de calor de um motor, permitindo que ele funcione na temperatura normal de operação.”

A combustão de combustíveis é uma reação altamente exotérmica, o que significa que uma grande quantidade de energia térmica é liberada quando os combustíveis são queimados. Por exemplo, um incêndio de gasolina pode atingir 1.500 graus e pode liberar 45 mega-joules de energia por quilo de gasolina. Isso é o suficiente para derreter o alumínio e o ferro fundido, ambos materiais populares na produção de motores de automóveis. Mesmo assim, podemos navegar sem esforço pela autoestrada no mesmo carro por anos a fio, sem que o motor saia de baixo do capô como uma bagunça quente e fumegante. Vamos explorar o que torna isso possível!

Gasto de energia em um motor

Quando o combustível é queimado em um ambiente controlado – no nosso caso, um motor – nem toda a energia é convertida em trabalho útil. Um registro de energia típico em um motor tem a seguinte aparência:
1. Trabalho útil (no virabrequim) – 25%
2.
Perda de calor nas paredes do cilindro devido à condução – 30% 3. Perdas no escapamento – 35%
4. Perdas incorridas na superação do atrito – 10% de
calor perdido nas paredes do cilindro, entretanto, não sai do sistema, o que pode resultar em superaquecimento do motor.

Problemas de superaquecimento do motor

1. Perda de eficiência

A ignição da carga combustível em um motor é sincronizada com as posições instantâneas e o movimento de componentes como válvulas e pistões. Um motor superaquecido causa a pré-ignição da carga, mesmo que os pistões não estejam na posição correta, resultando na ignição ineficaz em contribuir para o movimento do pistão. Isso leva a uma diminuição geral na eficiência do motor.

2. Danos estruturais

A pré-ignição prolongada e a exposição a ciclos de calor próximos ao ponto de fusão podem resultar na deformação permanente dos componentes do motor, encurtando sua vida significativamente.

3. Emperramento do pistão

O calor excessivo tende a queimar os óleos lubrificantes dentro do pistão, fazendo com que eles grudem dentro do cilindro.
Assim, todos os motores são equipados com um sistema de resfriamento que permite um desempenho ideal, deslocando o calor excessivo.

Tipos de sistemas de refrigeração

Com base na mídia que extrai o excesso de calor para direcioná-lo para longe do motor, existem dois tipos de sistemas de refrigeração:

1. Motores refrigerados a ar

Em motores refrigerados a ar, o ar ambiente significativamente mais frio é direcionado ao redor das paredes dos cilindros para extrair calor. O resfriamento eficaz pode ser alcançado aumentando a área de superfície do motor que está em contato com o ar. Isso é facilitado pela inclusão de superfícies estendidas, chamadas de aletas, ao redor do cilindro do cilindro.
Os motores refrigerados a ar são normalmente encontrados em motocicletas e em alguns carros antigos.

Vantagens:

Eu. Mais leves na construção, pois fazem parte do bloco do motor
ii. Pode ser operado em climas extremos onde o resfriamento por líquido não é possível devido ao risco de congelamento
iii. Mais fácil de manter devido à arquitetura mais simples

Desvantagens:

Eu. Não é muito eficiente, pois não é fácil manter o resfriamento uniforme em todo o motor
ii. Pode ser barulhento para operar
iii. Se um ventilador for usado para aspirar ar fresco, ele pode consumir uma quantidade significativa de energia do motor para funcionar

2. Motores refrigerados a líquido

Esses motores têm uma arquitetura de resfriamento dedicada na forma de camisas de resfriamento que são integradas à sua estrutura. Essas camisas contêm um ‘refrigerante’ que absorve o calor e flui do motor para um trocador de calor. O trocador de calor, também conhecido como radiador, aspira o ar ambiente frio por meio de um ventilador para reduzir a temperatura do líquido refrigerante quente e recirculá-lo no motor em um ciclo. Os sistemas refrigerados a água são encontrados em todos os carros e também em motocicletas modernas de alto desempenho.

Vantagens

Eu. Este sistema garante um resfriamento mais eficaz
ii. Os sistemas refrigerados a líquido consomem menos combustível em comparação com seus equivalentes refrigerados a ar
iii. A posição do radiador pode ser estabelecida com base na conveniência pessoal

Desvantagens

Eu. Sistema volumoso e que exige manutenção
ii. A composição química do refrigerante deve ser precisa, caso contrário, pode levar à corrosão das camisas de refrigeração
iii. Um nível mínimo de refrigerante deve ser mantido

Uma variante dos motores refrigerados a líquido é o motor refrigerado a óleo. Ele usa o óleo lubrificante do motor como fluido de trabalho que vai para um trocador de calor de resfriamento de óleo. Embora esse sistema não seja volumoso e relativamente barato de manter, ele não pode ser implantado com eficácia em motores multicilindros. Portanto, ele é encontrado em motocicletas de desempenho moderado e costuma ser usado em conjunto com o resfriamento a ar.

Troca de calor

Na busca pela eliminação do excesso de calor, o resfriamento excessivo também se mostra prejudicial ao desempenho do motor.
1. O resfriamento aumenta a perda de calor para os cilindros, reduzindo assim sua eficiência térmica.
2. O resfriamento excessivo desestimula a ignição da carga, o que reduz a eficiência da combustão.
3. O óleo do motor fica viscoso com a diminuição da temperatura. Isso faz com que ele resista ao movimento do pistão, o que se traduz em mais energia sendo gasta para superar o atrito do pistão.

Sistemas de refrigeração em carros elétricos

Os sistemas de resfriamento em carros elétricos são bastante semelhantes aos dos motores de combustão interna discutidos acima.
No entanto, pesquisas em andamento nos levam a acreditar que o resfriamento a ar não é uma solução muito eficaz para o calor gerado durante a descarga das baterias. O resfriamento por líquido em pacotes de bateria pode ser obtido submergindo-os completamente em refrigerantes não condutores ou circundando-os com canais de resfriamento.
No entanto, como os veículos elétricos estão em um estágio inicial de desenvolvimento e variedade, é muito cedo para comentar sobre a natureza completa de seu resfriamento, que está fadado a mudar à medida que a tecnologia das baterias continua a avançar.

Referências:

1. Associação Nuclear Mundial
2. Dober
3. Engine Cooling Systems HP1425: Teoria, Design e Desempenho do Sistema de Resfriamento para Drag Racing, Road Racing, Circle Track, Street Rods, Musclecars, Importações, Carros OEM, Caminhões, RVs e TowVehicles Brochura – 6 de novembro de 2007 por Ray T. Bohacz