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»

«Complessivo» ed «esploso» della pompa

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

Grazie per l’attenzione