STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DEL SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO PER UN MOTORE FUORIBORDO

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1 STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DEL SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO PER UN MOTORE FUORIBORDO Tesi di laurea di: FEDERICO MORSELLI Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria A.A. 2009/2010 I SESSIONE

2 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

3 Il propulsore TIPO CILINDRATA ALESAGGIO X CORSA RAPPORTO DI COMPRESSIONE 4 cilindri in linea, raffreddato a liquido, 4 tempi 998 cc 74 x 58 mm 11,8 :1 POTENZA MASSIMA 111,8 kw (152 CV) a giri/min COPPIA MASSIMA 107 Nm (10,9 kgm) a 8500 giri/min LUBRIFICAZIONE CARBURAZIONE ACCENSIONE AVVIAMENTO CAMBIO TRASMISSIONE FINALE a carter secco Mikuni FI TCI elettronica elettrico 6 marce, sempre in presa catena Yamaha YZF R1

4 Perché il motore Yamaha? Compattezza Leggerezza Affidabilità Qualità che si sposano con la filosofia del fuoribordo

5 L impianto di raffreddamento 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 Indispensabile perché: Permette il controllo delle temperature dei componenti Evita conseguenze negative sulla lubrificazione

6 Bilancio termico in un motore Calorie utili Acqua di raffreddamento 25 % 30 % 10 % 35 % Irraggiamento Gas di scarico

7 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

8 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.

9 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.

10 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

11 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

12 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.

13 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.

14 Componenti principali della pompa di aspirazione dell acqua 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. Girante in gomma neoprene

15 Componenti principali della pompa di aspirazione dell acqua O-ring di tenuta Guarnizione di carta per la base della pompa

16 Componenti principali della pompa di aspirazione dell acqua Linguetta 6x9 UNI 6606 a «disco» Vite UNI 5737 M5 x Vite UNI 5737 M6 x

17 «Complessivo» ed «esploso» della pompa

18 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

19 Verifica pompa Potenza termica da dissipare Q = 33,1 kw Volume occupato dalle pale La portata di acqua fornita da una pompa di queste dimensioni è superiore alla richiesta: ciò è dovuto all elevato regime di rotazione

20 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

21 Dimensionamento dello scambiatore di calore Modello: BV39 (Pacetti srl) Potenza termica da dissipare Coefficiente globale di scambio termico: ricavato da scambiatori esistenti

22 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

23 Conclusioni «Sdoppiamento» del circuito di raffreddamento Utilizzo dello scambiatore di calore saldobrasato Posizionamento di quest ultimo nella parte frontale del fuoribordo

24 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

25 Grazie per l attenzione

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