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Anno 2019 Numero 11

Tecnica
novembre 2019

Radiatori, un componente multifunzione

I radiatori sono necessari non solo per raffreddare il motore, ma anche gli oli e i fluidi per la lubrificazione del propulsore, dell’impianto idraulico principale, dell’idroguida, del cambio, dell’intercooler del turbo, del condizionatore, ecc. Sui trattori moderni è installato un imponente “pacco radiatori”, che deve provvedere a smaltire un’importante quantità di calore

Nonostante parecchi decenni di evoluzione, i migliori motori endotermici (diesel compresi) non vanno oggi oltre il 44% di rendimento; ciò significa che più della metà dell’energia potenziale di tipo chimico contenuta nel combustibile (il gasolio) viene dispersa dopo la combustione, sostanzialmente sotto forma di calore. Una buona parte viene espulsa con i fumi di scarico, ma il resto viene dissipato mediante raffreddamento dei fluidi di servizio che consentono il buon funzionamento del motore, anche per periodi prolungati, in condizioni climatiche sfavorevoli e per lavorazioni gravose. Sul trattore, si intuisce quindi che l’impianto di raffreddamento del motore (che ormai praticamente in modo generalizzato non si avvale più di aria, ma di un fluido allo stato liquido), così come anche quelli di tutti gli altri organi e apparati, sia di vitale importanza per garantire modalità di esercizio della macchina efficienti.

In più, a causa della limitata velocità massima di costruzione, sul trattore non è possibile sfruttare con risultati tangibili il naturale flusso d’aria che si crea nei trasferimenti a velocità elevate, per cui la progettazione e il dimensionamento degli impianti di raffreddamento deve necessariamente tener conto di questa basilare indicazione. è la ragione per la quale sui modelli tradizionali, a differenza di ciò che avviene ad esempio sulle autovetture, la cosiddetta “ventola di raffreddamento” è sempre in funzione quando il motore è acceso.

In tale contesto, lo smaltimento del calore avviene attraverso degli scambiatori, comunemente definiti “radiatori”, che prima per conduzione e poi per convezione trasferiscono il calore dall’interno verso l’esterno, di solito o tramite una miscela di acqua e additivi, oppure di oli di varia natura.

I materiali di costruzione dei radiatori devono ovviamente favorire al massimo grado la trasmissione del calore, per cui si tratta di metalli buoni conduttori. Per prestazioni al top si usano il rame e l’ottone ma, molto più comunemente, la gran parte delle masse radianti sono in alluminio, un materiale che rappresenta un buon compromesso tra efficienza di conduzione del calore, resistenza meccanica e alla corrosione, leggerezza e soprattutto costo contenuto.

Sui trattori moderni è presente un numero di radiatori superiore rispetto a quello di altri veicoli, proprio per la necessità di raffreddare i fluidi di servizio di parecchi impianti presenti: oltre naturalmente al liquido che scorre nelle intercapedini dei cilindri, è necessario contenere le temperature dell’olio di lubrificazione del motore, di quello dell’impianto idraulico, del cambio, dell’intercooler del turbocompressore, del condizionatore dell’abitacolo, ecc.

Si parla quindi di un “pacco radiatori”, che solitamente sono collocati anteriormente nel vano motore, in stretta successione uno dietro l’altro, per usufruire con le modalità più efficaci del potente flusso d’aria prodotto dalla ventola, che normalmente lavora in aspirazione, ovvero è posta dietro i radiatori.

Per facilitare la manutenzione, sui modelli recenti ogni radiatore è incernierato e fissato su un telaio portante. In caso di necessità, ciascun elemento può essere fatto ruotare, “a libro” o “a compasso”, in modo da renderlo accessibile per gli opportuni interventi.

 

Il problema dell’intasamento

L’ambiente agricolo, specie per ciò che concerne le lavorazioni di campo, è per sua natura estremamente polveroso. Alcune lavorazioni, come quelle secondarie del terreno (erpicatura, zappatura, vangatura), nonché la fienagione e la raccolta dei cereali (specie a causa della movimentazione di materiale essiccato), comportano un rischio elevato di intasamento per i radiatori, poiché il materiale sollevato in aria si può accumulare tra le alette della loro struttura, riducendo grandemente l’efficienza della scambio termico. E’ quindi necessaria un’accurata manutenzione, oppure mettere a punto tecniche che possano, magari in automatico, procedere ad una periodica pulizia quando si evidenzia una necessità in tal senso.

 

Le tendine

Una soluzione relativamente semplice (ed economica) per preservare il pacco radiatori dall’intasamento di materiale estraneo consiste nell’interporre una o più tendine con maglie di opportuna fittezza, che trattengano le particelle che diversamente potrebbero incastrarsi tra le alette delle masse radianti. Ovviamente, tali tendine devono essere facilmente estraibili e di facile pulizia, di solito effettuata con un getto di aria compressa.

 

L’inversione del flusso Cleanfix

Un salto di qualità in tema è costituito dall’automazione della fase di pulizia, che in tal modo può essere eseguita senza interrompere la lavorazione.

Come del resto suggerisce anche il nome, la tecnologia “Cleanfix”è stata messa a punto nel 1998 dall’azienda tedesca Hägele GmbH di Schorndorf, e si basa sostanzialmente sulla possibilità di invertire la direzione del flusso di aria creato dalla ventola, in modo da allontanare i residui che si sono depositati tra le alette dei radiatori.

La soluzione più semplice sarebbe quella di invertire il senso di rotazione delle pale, ma le ventole Cleanfix (prodotte in varie versioni con un crescente livello di automazione), si basano su un concetto differente, ovvero l’inversione delle pale sul loro asse, che viene realizzata in modo idraulico o pneumatico, in funzione della dotazione dei relativi impianti sul trattore. Il modello base prevede un azionamento manuale “on-off” o a comando a uomo presente, oppure anche temporizzato.

Un vantaggio non indifferente di tale soluzione è che la modifica dell’inclinazione delle pale può naturalmente essere anche solo parziale, facendone variare l’angolazione per modulare l’entità del flusso, in funzione delle esigenze. Allo scopo vengono impiegati termoelementi contenenti della cera che, in un determinato intervallo di temperatura, si espande e muove un pistoncino situato all’interno del mozzo della ventola, che agisce sulla posizione delle pale. In alternativa, sui modelli di trattore più evoluti, la versione PT/HT del sistema Cleanfix può essere collegata alla centralina del motore che, tramite un sensore integrato sul ventilatore, pilota l’angolo delle pale tra 7° e 40°, in funzione del fabbisogno di raffreddamento. In tale situazione, con le pale ad angolazione minima si può risparmiare fino all’80% della potenza normalmente richiesta dalla ventola.


La ventola viscostatica

In questo caso lo scopo è di ottimizzare l’intensità del raffreddamento in tempo reale, in funzione delle esigenze dei vari impianti. La ventola è collegata alla sorgente del moto tramite il cosiddetto “giunto viscoso”, costituito da due dischi adiacenti, il primo fissato alla ventola, mentre il secondo riceve il movimento rotatorio. Tra i due dischi può circolare tramite un valvola dell’olio siliconico, molto denso, che di fatto si comporta come una frizione, costituendo l’elemento di trasmissione del moto alla ventola. Pilotando tramite una valvola il flusso di olio, è possibile quindi far variare il regime di rotazione, di solito fino all’80-90% del regime di rotazione in ingresso. In relazione all’attrito interno dovuto alla viscosità dell’olio, la ventola non è mai ferma, ma anche nella condizione di minimo funzionamento gira al 25-30% del regime in entrata.


I rinforzi sui radiatori

Uno dei problemi maggiormente ricorrenti dei radiatori installati sulle macchine agricole e movimento terra riguarda le notevoli vibrazioni cui sono sottoposti, a causa del tipico impiego gravoso di queste operatrici.

Di norma, la questione viene risolta con l’adozione di robusti telai di sostegno e/o il fissaggio del radiatore alla struttura della macchina tramite specifici tasselli di gomma (silent block) adeguatamente sovradimensionati. In ogni caso, la parte più a rischio è la massa radiante, sulla quale col tempo si possono creare cricche e fessure, soprattutto negli spigoli.

Una della soluzioni strutturali è creare dei rinforzi, realizzati con l’inserimento di barrette nei tubi più esterni del radiatore, successivamente fissate con opportune saldature, riempiendo i tubi interessati, che in tal modo vengono definiti “finti”, non espletando più la loro naturale funzione.



di Riccardo Garbelli

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