STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DEL SISTEMA DI
RAFFREDDAMENTO PER UN MOTORE FUORIBORDO
Tesi di laurea di: Relatore:
FEDERICO MORSELLI Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI
Università degli Studi di Bologna – Facoltà di Ingegneria – A.A. 2009/2010
I SESSIONE
Obbiettivi
Realizzazione dell'impianto di raffreddamento di un motore motociclistico adattato ad impiego nautico
Scelta della pompa di aspirazione dell’acqua e dimensionamento dei suoi componenti principali
Posizionamento delle prese d’acqua sul piede del fuoribordo
Dimensionamento e scelta dello scambiatore di calore
Il propulsore
Yamaha YZF R1
TIPO 4 cilindri in linea, raffreddato a liquido, 4 tempi
CILINDRATA 998 cc
ALESAGGIO X CORSA 74 x 58 mm
RAPPORTO DI COMPRESSIONE
11,8 :1
POTENZA MASSIMA 111,8 kW (152 CV) a 10500 giri/min
COPPIA MASSIMA 107 Nm (10,9 kgm) a 8500 giri/min
LUBRIFICAZIONE a carter secco
CARBURAZIONE Mikuni FI
ACCENSIONE TCI elettronica
AVVIAMENTO elettrico
CAMBIO 6 marce, sempre in presa
TRASMISSIONE FINALE catena
Perché il motore Yamaha?
Compattezza
Leggerezza
Affidabilità
Qualità che si sposano con la filosofia del fuoribordo
L’impianto di raffreddamento
Indispensabile perché:
Permette il controllo delle temperature dei componenti
Evita conseguenze negative sulla lubrificazione
In un motore funzionante, la temperatura dei gas che evolvono nella camera di combustione può
raggiungere valori compresi fra i 1700 °C e i 2500 °C
Bilancio termico in un motore
30 %
35 %10 %
25 %
Acqua di raffreddamento
Gas di scaricoIrraggiamento
Calorie utili
Il raffreddamento classico dei fuoribordo
Nei comuni fuoribordo:
Un solo circuito di raffreddamento
Componente principale: la pompa di aspirazione dell’acqua
Liquido refrigerante: acqua marina o acqua dolce
Elementi innovativi
Modifica dell’impianto nei seguenti punti:
Suddivisione del circuito in due parti: circuito primario e secondario
Aggiunta di un elemento in comune ai due circuiti: lo scambiatore di calore
Al circuito di raffreddamento ad acqua dolce/di mare (secondario) ne viene affiancato uno (primario) in cui circola una miscela di acqua e glicole etilene. I due circuiti si scambiano potenza termica attraverso lo scambiatore di calore.
Circuito primario
Utilizzo dei componenti già presenti sul propulsore Yamaha
(1)(2)
(3)
1) Oil Cooler;2) Pompa di circolazione primaria: girante mettallica, tenute;3) Termostato: valvola termostatica, sensore di temperatura.
Circuito secondario
Elemento principale è la pompa di aspirazione dell’acqua
Peculiarità della pompa:
Girante in gomma neoprene
Posizione eccentrica della girante nella campana: effetto «risucchio»
Calettamento della girante sull’albero di trasmissione
Componenti principali della pompa di aspirazione dell’acqua
Corpo pompa in plastica
Nervature di rinforzo Boccola Diametro foro per il passaggio dell’albero: 25 mm
Componenti principali della pompa di aspirazione dell’acqua
Piatto di base
Foro Φ 25 mm; Apertura per l’aspirazione; Fori Φ 7 mm e Φ 6 mm per
viti.
Componenti principali della pompa di aspirazione dell’acqua
Campana
Φ foro = 25 mm eccentrico (eccentricità e = 6,41 mm); Protuberanze per allineamento; Bordo smussato in corrispondenza dell’aspirazione.
Componenti principali della pompa di aspirazione dell’acqua
Girante in gomma neoprene
Caratteristiche tecniche:
Φ interno = 25 mm; Φ intermedio = 41 mm; Φ esterno = 88,02 mm; Cava per linguetta: (6 x 2,8 x 28)
mm.
Componenti principali della pompa di aspirazione dell’acqua
Guarnizione di carta per la base della pompa
O-ring di tenuta
Componenti principali della pompa di aspirazione dell’acqua
Vite UNI 5737 M5 x 25 – 8.8 Vite UNI 5737 M6 x 42 – 8.8
Linguetta 6x9 UNI 6606 a «disco»
Montaggio sul piede motore e particolare delle prese d’acqua
Le prese d’acqua devono avere una forma particolare che convogli l’acqua all’interno del condotto di aspirazione e devono rimanere sempre sommerse
Fissaggio prese d’acqua con Vite UNI 5737 M6 x 53 – 8.8
Verifica pompa
Potenza termica da dissipare Q = 33,1 kW
La portata di acqua fornita da una pompa di queste dimensioni è superiore alla richiesta: ciò è dovuto all’elevato regime di rotazione
Volume occupato dalle pale
Lo scambiatore di calore
Scelta di uno scambiatore di calore saldobrasato in rame.
Questo perché:
Grande compattezza: volume occupato pari a 1/10 del volume occupato da altri tipi di scambiatori
Pesi molto contenuti
Elevata resa termica: alto coefficiente di scambio
Materiali di qualità: acciaio inox AISI 316, piastre in titanio anti corrosione
Grande flessibilità di progettazione: possibilità di usare il corretto numero di piastre
Dimensionamento dello scambiatore di calore
Modello: BV39 (Pacetti srl)
Coefficiente globale di scambio termico: ricavato da scambiatori esistenti
Potenza termica da dissipare
Incremento l’area del 20% per un sovradimensionamento di sicurezza in modo da tener conto del fattore
di sporcamento
Peso: 2,86 kg
Ingombri e pesi estremamente ridotti
Conclusioni
«Sdoppiamento» del circuito di raffreddamento
Utilizzo dello scambiatore di calore saldobrasato
Posizionamento di quest’ultimo nella parte frontale del fuoribordo
Sviluppi futuri
Utilizzo di una doppia pompa elettrica in luogo di quella meccanica
Studio dell’impianto di lubrificazione
Studio di un sistema di sollevamento idraulico del fuoribordo