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O sistema de refrigeração do seu carro é realmente notável, mas a maioria das pessoas não entende como – e quão bem – funciona. O motor do seu carro funciona melhor a uma temperatura razoavelmente alta. Quando o motor está frio, os componentes se desgastam mais rápido, o motor é menos eficiente e emite mais poluição. Portanto, o importante papel do sistema de resfriamento é permitir que o motor aqueça o mais rápido possível e depois mantê-lo funcionando a uma temperatura constante.

Para entender melhor como funciona o sistema de arrefecimento, é uma boa ideia observar o funcionamento geral do motor. Dentro de um combustível do motor em funcionamento está constantemente queimando. Muito do calor desta combustão vai direto para o sistema de exaustão, mas parte dele penetra no motor, aquecendo-o. O motor funciona melhor quando o seu líquido de arrefecimento é de cerca de 180-220 ° Fahrenheit (dependendo do ano do seu carro). A esta temperatura:

  • A câmara de combustão é quente o suficiente para vaporizar completamente o combustível, proporcionando melhor combustão e reduzindo as emissões.
  • O óleo usado para lubrificar o motor tem uma viscosidade mais baixa (é mais fino), de modo que as peças do motor movem-se mais livremente e o motor desperdiça menos energia movendo seus componentes ao redor.
  • Peças de metal gastam menos.

Existem dois tipos de sistemas de refrigeração encontrados nos carros: resfriados a líquido e resfriados a ar; mas como a maioria dos carros é refrigerada a líquido, vamos nos concentrar exclusivamente nesse sistema aqui.

Como isso funciona em poucas palavras:

O sistema de refrigeração em carros resfriados por líquido circula um fluido através de tubos e passagens no motor. Quando este líquido passa pelo motor quente, ele absorve calor, resfriando o motor. Depois que o fluido sai do motor, ele passa por um trocador de calor, ou radiador, que transfere o calor do fluido para o ar que passa pelo trocador. O sistema de refrigeração envolve muita canalização. Vamos começar na bomba e trabalhar o nosso caminho através do sistema com mais detalhes.

Basicamente, a bomba envia o fluido para o bloco do motor, onde ele faz o seu caminho através de passagens no motor ao redor dos cilindros. Em seguida, ele retorna pela cabeça do cilindro do motor. O termostato está localizado onde o fluido sai do motor. O encanamento ao redor do termostato envia o fluido de volta para a bomba diretamente se o termostato estiver fechado. Se estiver aberto, o fluido passa pelo radiador primeiro e depois de volta para a bomba. Há também um circuito separado para o sistema de aquecimento. Este circuito retira o fluido da cabeça do cilindro e passa-o através de um núcleo de aquecimento e depois de volta para a bomba.

diagrama do sistema de arrefecimento

E em carros com transmissões automáticas, normalmente há também um circuito separado para resfriar o fluido de transmissão embutido no radiador. O óleo da transmissão é bombeado pela transmissão através de um segundo trocador de calor dentro do radiador.

Fluido

Os carros têm que operar em uma ampla variedade de temperaturas, de muito abaixo do ponto de congelamento até bem acima de 100 ° F (38 ° C), portanto o fluido usado para resfriar o motor precisa ter um ponto de congelamento muito baixo, um ponto de ebulição alto. tem que ter capacidade para suportar muito calor.

A água é um dos fluidos mais eficazes para manter o calor, mas a água congela a uma temperatura muito alta para ser usada em motores de automóveis. O fluido que a maioria dos carros usa é uma mistura de água e etilenoglicol, também conhecida como anticongelante. Ao adicionar etilenoglicol à água, os pontos de ebulição e congelamento melhoram significativamente, como você pode ver neste gráfico:

gráfico de temperatura da água

A temperatura do refrigerante pode às vezes atingir de 250 a 275 ° F (121 a 135 ° C). Mesmo com etileno glicol adicionado, essas temperaturas ferveriam o refrigerante, então algo adicional deve ser feito para aumentar seu ponto de ebulição. O sistema de arrefecimento usa pressão para aumentar ainda mais o ponto de ebulição do refrigerante. Assim como a temperatura de ebulição da água é maior em uma panela de pressão, a temperatura de ebulição do refrigerante é maior se você pressurizar o sistema. A maioria dos carros tem um limite de pressão de 14 a 15 libras por polegada quadrada (psi), o que aumenta o ponto de ebulição em mais 25 ° C (45 ° F) para que o refrigerante possa suportar as altas temperaturas. O anticongelante também contém aditivos para resistir à corrosão.

Bomba de água

A bomba de água é uma bomba centrífuga simples acionada por um cinto conectado ao virabrequim do motor. A bomba circula fluido sempre que o motor está funcionando. A bomba de água usa a força centrífuga para enviar fluido para o exterior enquanto gira, fazendo com que o fluido seja retirado do centro continuamente. A entrada para a bomba está localizada perto do centro para que o fluido que retorna do radiador atinja as palhetas da bomba. As palhetas da bomba, em seguida, arremessam o fluido para o exterior da bomba, onde ele pode entrar no motor.

O fluido que sai da bomba flui primeiro através do bloco do motor e da cabeça do cilindro, depois para o radiador e, finalmente, de volta para a bomba.As paredes do cilindro são muito finas e o bloco do motor é principalmente oco.

As paredes do cilindro são muito finas e o bloco do motor é principalmente oco.

Motor

O bloco do motor e a cabeça do cilindro têm muitas passagens fundidas ou usinadas para permitir o fluxo do fluido. Essas passagens direcionam o refrigerante para as áreas mais críticas do motor.

As temperaturas na câmara de combustão do motor podem atingir 4.500 ° F (2.500 ° C), portanto, o resfriamento da área ao redor dos cilindros é crítico. As áreas ao redor das válvulas de escape são especialmente cruciais, e quase todo o espaço dentro da cabeça do cilindro em torno das válvulas que não são necessárias para a estrutura é preenchido com líquido refrigerante. Se o motor ficar sem resfriamento por muito tempo, ele pode se apoderar. Quando isso acontece, o metal ficou quente o suficiente para que o pistão se solte no cilindro, o que geralmente resulta na completa destruição do motor.

Uma maneira de reduzir as demandas do sistema de resfriamento é reduzir a quantidade de calor transferida da câmara de combustão para as partes metálicas do motor. Alguns motores fazem isso revestindo o interior do topo da cabeça do cilindro com uma fina camada de cerâmica. Como a cerâmica é um mau condutor de calor, menos calor é conduzido para o metal e mais passa para fora do escape.

A cabeça do motor também possui grandes passagens de refrigeração.

A cabeça do motor também possui grandes passagens de refrigeração.

Radiador

Como observado anteriormente, um radiador é um tipo de trocador de calor. Ele é projetado para transferir calor do refrigerante quente que flui através dele para o ar soprado através dele pelo ventilador. Alguns carros (por exemplo, Corvettes) são equipados com radiadores de alumínio, pois possuem um coeficiente térmico mais alto do que as unidades de latão ou cobre. Estes radiadores são feitos por brasagem de aletas de alumínio finas para tubos de alumínio achatados. O refrigerante flui da entrada para a saída através de muitos tubos montados em um arranjo paralelo. As aletas conduzem o calor dos tubos e transferem-no para o ar que flui através do radiador.

Os tubos às vezes têm um tipo de barbatana inserido neles chamado turbulador, que aumenta a turbulência do fluido que flui através dos tubos. Se o fluido fluísse muito suavemente através dos tubos, somente o fluido que tocasse os tubos seria resfriado diretamente. A quantidade de calor transferida para os tubos a partir do fluido que passa através deles depende da diferença de temperatura entre o tubo e o fluido que o toca. Portanto, se o fluido que está em contato com o tubo esfriar rapidamente, menos calor será transferido. Criando turbulência dentro do tubo, todo o fluido se mistura, mantendo a temperatura do fluido tocando os tubos para que mais calor possa ser extraído, e todo o fluido dentro do tubo é usado de forma eficaz.

Radiadores geralmente têm um tanque em cada lado e dentro do tanque é um radiador de transmissão. O radiador de transmissão é como um radiador dentro de um radiador, exceto que em vez de trocar calor com o ar, as trocas de óleo aquecem com o refrigerante no radiador.

Tampa de pressão

A tampa do radiador na verdade aumenta o ponto de ebulição do refrigerante em cerca de 45 ° F (25 ° C). A tampa é, na verdade, uma válvula de liberação de pressão e, em carros, geralmente é ajustada para 15 psi. O ponto de ebulição da água aumenta quando a água é colocada sob pressão. Quando o fluido no sistema de resfriamento se aquece, ele se expande, fazendo com que a pressão se acumule. A tampa é o único local onde esta pressão pode escapar, de modo que o ajuste da mola na tampa determina a pressão máxima no sistema de arrefecimento. Quando a pressão atinge 15 psi, a pressão pressiona a válvula, permitindo que o refrigerante escape do sistema de arrefecimento. Este refrigerante flui através do tubo de transbordamento para o fundo do tanque de transbordamento. Este arranjo mantém o ar fora do sistema. Quando o radiador esfria de volta,

Termostato

O principal trabalho do termostato é permitir que o motor aqueça rapidamente e depois manter o motor a uma temperatura constante. Isso é feito regulando a quantidade de água que passa pelo radiador. Em baixas temperaturas, a saída para o radiador é completamente bloqueada – todo o refrigerante é recirculado de volta através do motor.

Uma vez que a temperatura do refrigerante aumente entre 180 ° e 195 ° F (82 ° -91 ° C), o termostato começa a abrir, permitindo que o fluido flua através do radiador. No momento em que o refrigerante atinge 200 ° a 218 ° F (93 ° -103 ° C), o termostato está aberto até o fim.

termostato

Termostato

Ventilador

Como o termostato, o ventilador de refrigeração deve ser controlado de modo a permitir que o motor mantenha uma temperatura constante. Carros de modelo posteriores têm ventiladores elétricos. Os ventiladores são controlados com uma chave termostática ou pelo computador do motor, e eles ligam quando a temperatura do líquido de arrefecimento ultrapassa um ponto definido. Eles desligam quando a temperatura cai abaixo desse ponto.

Carros mais antigos têm ventiladores de refrigeração movidos a motor. Esses ventiladores possuem uma embreagem viscosa controlada termostaticamente posicionada no centro do ventilador, no fluxo de ar que passa pelo radiador.

Aquecedor

Você pode ter ouvido que se seu carro estiver superaquecido, você deve abrir todas as janelas e ligar o aquecedor com a ventoinha a todo vapor. Isso é um bom conselho, porque o sistema de aquecimento é na verdade um sistema de resfriamento secundário que espelha o sistema de resfriamento principal do seu carro.

O núcleo do aquecedor, que está localizado dentro ou sob o painel de controle, é na verdade um pequeno radiador. A ventoinha do aquecedor sopra o ar através do núcleo do aquecedor e para dentro do compartimento do passageiro do seu carro.

O núcleo do aquecedor extrai seu líquido refrigerante quente da cabeça do cilindro e o retorna para a bomba – assim o aquecedor funciona independentemente de o termostato estar aberto ou fechado.

Isso praticamente resume tudo!

 

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