Guida ai radiatori in lega di alluminio per gruppi elettrogeni: nuclei, leghe, costi

La maggior parte degli acquirenti sceglie l'alluminio per il prezzo e il peso. La ragione più forte è che un radiatore in lega di alluminio adeguatamente specificato può essere progettato in base al guasto che ha ucciso l'unità originale, sia che si tratti di aria carica di sale, di un ambiente estivo a 48 gradi C o di una ventola che muove meno aria di quanto previsto dal progetto originale.

Questa guida spiega di cosa è fatto un radiatore in lega di alluminio di un gruppo elettrogeno, come differiscono i nuclei tubo-e-aletta e piastra-aletta, come dimensionarne uno dai dati del motore pubblicati, dove l'alluminio effettivamente fallisce e cosa appartiene al foglio delle specifiche prima che venga emesso un ordine di acquisto.

Cos'è in realtà un radiatore in lega di alluminio

Un radiatore in lega di alluminio è uno scambiatore di calore in cui tubi, alette, collettori e serbatoi sono tutti realizzati in leghe di alluminio e uniti mediante brasatura, quindi il percorso del refrigerante finito non contiene ottone o rame.

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L'elenco delle leghe è più breve di quanto si aspetti la maggior parte degli acquirenti. I nuclei dei gruppi elettrogeni sono costruiti da tre famiglie:

• Alluminio 3003 per alette e tubi, selezionato per formabilità e conduttività termica nell'intervallo da 190 a 205 W/mK.
• Rivestimento 4045 o 4343 arrotolato sul foglio centrale, che fornisce il materiale d'apporto per brasatura durante il ciclo del forno.
• 6061 o 6063 per serbatoi, telai e staffe saldati, dove la resistenza strutturale conta più del trasferimento di calore.

Il passaggio di unione separa un vero radiatore in alluminio da uno assemblato. La brasatura in atmosfera controllata (CAB) spinge l'intero nucleo attraverso un forno ad azoto a circa 600 gradi C, quindi il rivestimento si scioglie e ogni contatto tra aletta e tubo diventa un legame metallurgico. Un nucleo che fa affidamento sull'espansione meccanica o sulla resina epossidica perde invece l'area di contatto durante i cicli termici e la perdita di contatto è il percorso più veloce verso una testata calda.

Geometria del nucleo con tubo e aletta e con nucleo a piastra e aletta

Tubo e aletta è la geometria predefinita per i radiatori dei generatori diesel perché può essere pulita meccanicamente; plate-and-fin viene scelto quando un involucro fisso deve fornire la massima dissipazione del calore dall'aria pulita.

Il divario tra i due si riduce una volta presa in considerazione la manutenzione. Un nucleo a piastre e alette che si sporca di polvere di miniera può perdere più capacità in una stagione di quanto un nucleo a tubi e alette perde in tre, perché la pila di piastre brasate non può essere rimossa e la pulizia chimica raramente raggiunge la metà inferiore del blocco. I calcoli di dimensionamento dietro entrambe le geometrie sono trattati in questa guida al dimensionamento del nucleo con alette a tubo e aletta a piastra.

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Dimensionamento di un radiatore in lega di alluminio dai dati del motore

Dimensionare il radiatore in base allo smaltimento del calore del liquido di raffreddamento pubblicato dal motore, mai in base al valore in kW riportato sulla targhetta.

I costruttori di motori pubblicano lo smaltimento del calore dell'acqua della camicia e del postrefrigeratore per ogni classificazione. Sui gruppi elettrogeni diesel, il carico sul lato del refrigerante normalmente assorbe tra 0,30 e 0,45 kW di calore per ogni 1 kW di potenza dell'albero, a seconda che il postrefrigeratore condivida o meno il circuito della camicia. Un set da 500 kW quindi spinge circa 150-225 kW nel suo refrigerante e quella cifra, non 500, è l'input per la selezione del nucleo.

La correzione ambientale è il punto in cui i progetti di sostituzione molto spesso vanno storti. Un nucleo classificato per una temperatura ambiente di 40 gradi C non manterrà la temperatura del liquido di raffreddamento a 50 gradi C. Prevedere dal 10 al 18% in più di area facciale o accettare un margine più ristretto tra la normale temperatura operativa del liquido di raffreddamento e il punto di impostazione dell'allarme. La curva della ventola conta tanto quanto il nucleo: alette più dense aumentano la pressione statica lato aria, la stessa ventola sposta quindi meno aria e la superficie extra si annulla.

Dove i radiatori in lega di alluminio falliscono

I radiatori in lega di alluminio si guastano molto più spesso dal lato del liquido di raffreddamento che dal lato dell'aria, e il meccanismo è quasi sempre dovuto alla contaminazione da cloruri o alla deriva del pH.

L'alluminio si protegge con un sottile strato di ossido passivo. Questo strato rimane a pH compreso tra 7,5 e 9,5 con glicole inibito e si rompe quando il liquido refrigerante si sposta fuori da quella finestra o quando il cloruro dell'acqua di reintegro non trattata supera il limite scritto nelle specifiche del produttore del motore, che in genere è di circa 40 ppm per i sistemi di raffreddamento in alluminio.

Sui set costieri e offshore, la protezione lato aria è importante tanto quanto la chimica del refrigerante. Un rivestimento epossidico o poliuretanico applicato correttamente su un nucleo pulito prolunga la durata ben oltre i cinque-sette anni in cui un nucleo non rivestito sopravvive in nebbia salina, a condizione che i bordi delle alette siano completamente coperti e il rivestimento non sia così spesso da colmare gli spazi tra le alette.

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Costo, tempi di consegna e scheda tecnica

Un radiatore personalizzato in lega di alluminio per un gruppo elettrogeno da 200 a 800 kW di solito costa dal 15 al 30% in meno di un nucleo sostitutivo con marchio OEM, con tempi di consegna da tre a sei settimane quando non sono necessarie nuove attrezzature.

Il tempo di consegna viene deciso in base alla completezza delle specifiche. Gli acquirenti che forniscono un disegno quotato e una cifra relativa al flusso del refrigerante ricevono un preventivo definitivo entro pochi giorni. Gli acquirenti che inviano una fotografia ricevono prima una settimana di domande. Sette punti sul foglio evitano quasi ogni ritardo:

1. Involucro del nucleo, posizioni del serbatoio e centri dei fori di montaggio su un disegno quotato.
2. Reiezione del calore richiesta alla temperatura ambiente indicata, con flusso di refrigerante in litri al minuto e temperatura di ingresso.
3. Flusso d'aria in metri cubi al secondo alla pressione statica operativa del ventilatore.
4. Pressione di prova lato refrigerante, normalmente 1,5 volte il valore nominale del tappo a pressione.
5. Porte per riempimento, scarico, sensore di temperatura, interruttore di livello basso del refrigerante, troppopieno e deareazione.
6. Specifiche del rivestimento se il sito è costiero, chimico o offshore.
7. Dati di riferimento incrociato: numero di parte OEM, gamma di serie del motore e modello del gruppo elettrogeno.

Per le famiglie di motori ad alto volume, esistono già nuclei preingegnerizzati che evitano completamente i costi di attrezzatura, compresi i radiatori del generatore compatibili con Cummins che corrispondono ai modelli di montaggio standard. Questo percorso costa meno e viene spedito più velocemente di un core completamente personalizzato, il che rende la prima domanda che vale la pena porsi prima di pagare per nuovi strumenti.

Domande frequenti

I radiatori in lega di alluminio sono migliori dei radiatori in rame-ottone per i gruppi elettrogeni?

Per le nuove unità, sì in quasi tutti i casi. L'alluminio consente di risparmiare circa il 40% del peso del nucleo, si modella più facilmente in forme personalizzate di serbatoi e costa meno a parità di capacità di raffreddamento. Il rame-ottone mantiene uno stretto vantaggio: un'installazione legacy in cui l'involucro di montaggio non può essere modificato e un nucleo in rame corrispondente è ancora disponibile sullo scaffale.

Quanto dura un radiatore in lega di alluminio su un gruppo elettrogeno diesel?

Da otto a dodici anni sono realistici in un sito interno con un circuito di raffreddamento mantenuto. I set costieri e offshore senza rivestimento di qualità in genere durano dai quattro ai sette anni e qualsiasi unità rabboccata con acqua di rubinetto non trattata si guasta prima, indipendentemente da dove si trova.

È possibile riparare un radiatore in lega di alluminio che perde?

I nuclei tubo-e-aletta di solito possono farlo. Un tubo di scarico viene tappato o brasato nuovamente dopo la rimozione del serbatoio e il nucleo può essere inserito nell'asta nello stesso passaggio. I nuclei piastra-aletta non sono effettivamente riparabili sul campo, perché l'apertura di una pila di piastre brasate la distrugge, quindi un'unità piastra-aletta che perde viene sostituita anziché riparata.

Un radiatore in lega di alluminio necessita di un liquido di raffreddamento diverso?

Richiede un refrigerante inibito classificato per l'alluminio, normalmente una formulazione basata sulla tecnologia degli acidi organici a lunga durata con una percentuale compresa tra il 40 e il 60% di glicole e acqua di reintegro priva di cloruri. I refrigeranti convenzionali ricchi di silicati possono rilasciare depositi all'interno di piccoli tubi di alluminio e l'acqua semplice non dovrebbe mai essere utilizzata in un circuito di alluminio.