MOTORI MARINI RAFFREDDATI AD ACQUA -SISTEMI DI SCARICO

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Come scritto in un precedente "Blog" una corretta progettazione, un assemblaggio scrupoloso e l'impiego di materiali idonei sono indispensabili per la sicurezza specialmente quando lo scarico fuoribordo è vicino alla linea di galleggiamento. Quando il motore è in funzione non si avranno problemi di ritorno di acqua, ma questo può accadere a motore fermo. Una prima difesa per ridurre questo rischio è quella di utilizzare passascafi muniti di "flap". Fortunatamente oggi i problemi relativi ai sistemi di scarico sono noti e se in fase di realizzazione vengono seguite le regole i rischi di avere acqua salata nel motore sono quasi nulli. Per prima cosa si deve considerare la posizione del motore rispetto alla linea di galleggiamento: sopra, vicino o sotto la stessa. Il primo punto importante da considerare è che il sistema di scarico non dovrà mai trovarsi in posizione orizzontale anche con barca appruata.

Motori Installati ben sopra alla Linea di Galleggiamento

Su imbarcazioni plananti il motore è normalmente installato ben al disopra della linea di galleggiamento. In questo caso è sufficiente che la tubazione di scarico abbia un'inclinazione continua di circa 8°. Se possibile è bene montare un silenziatore in linea posizionato orizzontalmente o leggermente inclinato verso poppa (non più di 7°) considerando che l'uscita dallo scafo deve trovarsi sopra la linea di galleggiamento ad una distanza di almeno la metà del suo diametro e che il passascafo sia fornito di flap. Vedere Figura sotto riportata.

Motori Installati a Livello Medio

Se il motore si trova vicino alla linea di galleggiamento potrebbe essere necessario dover installare quello che viene normalmente chiamato "riser di scarico" collegato direttamente al collettore di scarico. Normalmente il riser ha una camicia esterna in cui passa l'acqua che avvolge il tubo dei gas di scarico permettendo così di raffreddare tutta la circonferenza del tubo stesso. Per la rimanente parte del sistema di scarico si dovranno seguire le istruzioni sopra indicate. Vedere Figura sotto riportata.

Motori Installati sotto alla Linea di Galleggiamento

Se il motore si trova sotto la linea di galleggiamento si devono risolvere altri problemi. Prima di tutto il tubo di scarico deve essere rialzato al disopra della linea di galleggiamento e dovrà essere dotato di un "rompi - sifone". Se il tubo di scarico è pieno di acqua, quando il motore viene spento potrebbe innescarsi l'effetto sifone con conseguente travaso nel motore di acqua di raffreddamento. Un silenziatore tipo "Aqualift" dovrà essere posizionato con un dislivello di 300 - 350 mm dal punto iniezione acqua sul miscelatore. Dal silenziatore il tubo di scarico dovrà essere portato a non meno di 450 mm. sopra la linea di galleggiamento tenendo presente che, specialmente su barche a vela, questa distanza deve essere rispettata anche con barca inclinata. Si dovrà, quindi fare una curva ad U anche detta "collo d'oca" per essere certi che l'acqua non possa tornare verso il motore. Le dimensioni qui indicate sono indicative e possono variare a seconda del tipo di barca. Vedere Figura sotto riportata.

Raccomandazioni per i Velisti

Lo sbandamento di una barca a vela è un fattore importante da tenere in considerazione specialmente quando l'uscita dello scarico è sul fianco della barca. Anche se lo scarico in condizioni normali è ben sopra la linea di galleggiamento, potrà trovarsi al di sotto a barca sbandata. Il collo d'oca dovrà trovarsi sempre ben al di sopra della linea di galleggiamento anche in condizioni di massima sbandata. E' evidente che l'unica soluzione totalmente sicura per evitare ritorni di acqua al motore è quella di mettere una valvola sull'uscita di scarico da chiudersi quando il motore non è in funzione, ma sarà indispensabile ricordarsi di aprirla prima di utilizzare nuovamente il motore. Vedere Figure sotto riportate.

Gruppi Elettrogeni

Per il sistema di scarico di un gruppo elettrogeno sono valide le stesse regole  per il motore di propulsione installato in basso. Dato che un gruppo elettrogeno viene anche utilizzato quando la barca è all'ormeggio in un marina e durante la notte, lo "splash" causato dall'acqua di scarico può essere molto fastidioso. Per evitare questo inconveniente si può montare un Separatore Acqua / Gas di scarico al posto del "collo d'oca". Questo separatore farà scaricare l'acqua sotto la linea di galleggiamento, mentre i gas di scarico, raffreddati e silenziati, saranno espulsi attraverso il tubo di scarico.
Vedere Figura sotto riportata.

Quote consigliate per l'impiego di Separatori Acqua / Gas di scarico

Avvisi e Suggerimenti

Su tutte le giunture del sistema di scarico si devono usare fascette inox di buona qualità ed in buone condizioni. Non stringerle troppo in quanto si rovinerebbe il tubo in gomma. I componenti del sistema devono essere adeguatamente supportati. Il soffietto elastico, se montato, non dovrà sopportare alcun peso. Sul fondo dei silenziatori a barilotto resterà sempre una certa quantità di acqua. Si raccomanda di scaricarla se la temperatura ambiente andrà a +5°C in caso di acqua dolce ed a 0°C in caso di acqua salata per evitare di avere ghiaccio nel silenziatore stesso. Si raccomanda anche di svuotare il sistema di scarico prima di alare la barca ed in caso questa debba essere trasportata. E' buona norma interporre tra silenziatore a barilotto e superficie di appoggio materiale isolante, fissando il tutto con bulloni e controdadi per permettere che possa muoversi leggermente. Questo ridurrà le vibrazioni ed eviterà di trasmettere rumore allo scafo. Speriamo che le informazioni qui date possano tornare utili nel caso si desideri verificare o realizzare un sistema di scarico. L'argomento non è certamente complesso, ma è più facile di quanto si possa credere trovare imbarcazioni con sistemi di scarico realizzati in modo non propriamente corretto.

Fino qui sono state date alcune informazioni relative alla realizzazione di un sistema di scarico senza considerare un argomento molto importante specialmente per i moderni motori sovralimentati: 

Le contropressioni allo scarico. Considerata la loro importanza, anche se, molto spesso, vengono dimenticate, cercheremo di dare qualche nozione in un prossimo Blog.

MOTORI MARINI : RAFFREDDAMENTO E SCARICO

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L'importanza di avere un sistema di scarico realizzato in modo corretto e soggetto ad una regolare manutenzione non deve essere sottovalutato. Le informazioni che seguono vorrebbero spiegare il perché i sistemi di scarico sono fatti in un certo modo ed i motivi per i quali sono differenti su tipi di imbarcazioni diverse. Si cercherà di dare anche qualche consiglio relativo alla manutenzione.

SCARICO SECCO

Su questo argomento desideriamo dare solo poche nozioni in quanto si tratta di un sistema di scarico utilizzato ormai solo su piccole imbarcazioni commerciali o pescherecci in quanto più economico e semplice. Tutto il sistema raggiunge temperature molto elevate e deve essere, quindi adeguatamente coibentato. Il rumore allo scarico è molto più accentuato e può trasmettere vibrazioni allo scafo se non realizzato in modo corretto. Il disegno che segue illustra un sistema di scarico secco.

In questo caso, tuttavia, il posizionamento del motore non doveva soddisfare a particolari requisiti se non quello di coibentare le tubazioni che potevano venire a contatto con le persone, viste le temperature estremamente elevate e l'inclinazione longitudinale per problemi di lubrificazione.

SCARICO BAGNATO

Problemi di calore e rumorosità vengono fortemente ridotti iniettando acqua nel tubo di scarico all'uscita dal motore. La riduzione di temperatura fa sì che il sistema possa essere realizzato in materiali più leggeri dell'acciaio e di più facile installazione. Tuttavia, molto spesso, specialmente ora con le nuove normative, questo accorgimento non è sufficiente a rendere la rumorosità accettabile in modo particolare su imbarcazioni da diporto. L'acqua utilizzata per raffreddare il sistema di scarico è quella di mare che viene aspirata dalla pompa acqua mare direttamente trascinata dal motore, quindi, la quantità d'acqua iniettata è proporzionale ai giri del motore.

Esempio Tipico di Motore con Raffreddamento Diretto

Schema Doppio Circuito di Raffreddamento

                       1 Ingresso Acqua Mare

                                                                                  2 Pompa con Girante Flessibile

                                                                                  3 Refrigerante del Combustibile

                                                                                  4 Refrigerante olio trasmissione

                                                                                  5 Fascio Tubiero  Intercooler

                                                                                  6 Fascio Tubiero Scambiatore di Calore

                                                                                  7 Miscelatore di Scarico

                                                                                  8 Sensore temperatura Gas di Scarico

                                                                                  9 Uscita Acqua Mare e Gas di Scarico

                                                                                10 Anodi di Zinco

                                                                                11 Filtro Acqua Mare

                                                                                12 Flap per non Ritorno Acqua

In entrambi i casi il sistema di scarico deve soddisfare requisiti ben precisi.

Una corretta progettazione, un assemblaggio scrupoloso e l'impiego di materiali idonei sono indispensabili per la sicurezza specialmente quando lo scarico fuoribordo è vicino alla linea di galleggiamento. Quando il motore è in funzione non si avranno problemi di ritorno di acqua, ma questo può accadere a motore fermo. Una prima difesa per ridurre questo rischio è quella di utilizzare passascafi muniti di "flap". Fortunatamente oggi i problemi relativi ai sistemi di scarico sono noti e se in fase di realizzazione vengono seguite le regole i rischi di avere acqua salata nel motore sono quasi nulli. Per prima cosa si deve considerare la posizione del motore rispetto alla linea di galleggiamento: sopra, vicino o sotto la stessa. Il primo punto importante da considerare è che il sistema di scarico non dovrà mai trovarsi in posizione orizzontale anche con barca appruata.

POMPE ACQUA MARE - COME FUNZIONANO

POMPE ACQUA MARE - COME FUNZIONANO

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Pompe con Giranti Flessibili - JMP

Le pompe con giranti flessibili sono un’ottima soluzione per impieghi marini. Il vantaggio più importante è quello di essere autoadescanti. Le pale della girante vengono compresse e rilasciate creando un vuoto  che aspira il liquido nella pompa.

La pompa con il condotto di aspirazione asciutto riesce ad aspirare un liquido che si trova fino a 3 metri più in basso. Se la pompa contiene liquido, la prevalenza può arrivare fino a 9,5 metri. La pompa usata per sentine, lavaggio di ponti o per raffreddamento di motori non si deve trovare sotto il livello dell’acqua o adescata manualmente. Altra importante peculiarità è che corpi estranei, se non troppo grandi, non la intasano e non la danneggiano.

Il fattore importante per tutte le pompe con giranti flessibili è che non devono  funzionare senza liquido per periodi superiori a 30 secondi. Sia la girante che le tenute hanno necessità di liquido per la lubrificazione e si bruceranno molto rapidamente funzionando a secco. I componenti soggetti ad usura possono essere sostituiti con facilità e sono disponibili kit di riparazione per tutti i modelli.

Determinare i Condotti di Uscita ed Entrata a seconda del Senso di Rotazione

Per un Buon Rendimento

Le tubazioni dovranno essere le più corte e diritte possibile, evitando tratti in salita e curve a gomito che potrebbero dare origine a bolle di aria. Devono essere di tipo rinforzato, che non possano collassare e delle dimensioni raccomandate.

Le pompe con giranti flessibili non devono funzionare a secco per periodi maggiori di 30 secondi. Pompe di sentina e pompe di lavaggio devono sempre essere fissate alla struttura della barca. Posizionare la pompa in modo tale che una certa quantità di acqua resti al suo interno quando la pompa non è in funzione. Si avrà una maggiore durata della girante ed una migliore capacità di adescamento. Il motore deve avere il tubo di scarico fuori-bordo posto più in alto della linea di galleggiamento per evitare effetti sifone con ritorni di acqua  nel Motore stesso.

Componenti:

POMPE ACQUA MARE PER MOTORI MARINI

POMPA ACQUA MARE PER MOTORI MARINI

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Per molti anni i motori marini venivano raffreddati ad aria. Normalmente erano molto affidabili, ma estremamente rumorosi. Inoltre i gas di scarico, anche se si faceva ricorso a sistemi  più o meno ingegnosi, venivano dispersi in aria.

Su medie o grosse imbarcazioni i fumi potevano rappresentare un problema relativo per i membri dell'equipaggio, ma su piccole imbarcazioni la possibilità di respirare gas di scarico diventava quasi una certezza.

Come si può vedere dal disegno sopra riprodotto, le tubazioni di scarico, che raggiungevano temperature molto elevate, dovevano essere adeguatamente coibentate nelle zone in cui potevano venire a contatto con le persone. Inoltre nella parte terminale ci doveva essere un "flap" per limitare l'ingresso di acqua piovana specialmente  a motore fermo.

Nonostante questi piccoli o grandi inconvenienti questi motori sono stati una grande risorsa per generazioni di pescatori ed alcuni esemplari. (molto pochi in verità) sono ancora operativi.

Il passo successivo si è avuto con l'introduzione delle pompe acqua mare simili a quella rappresentata nella foto.

                                             Pompa Acqua Mare trascinata meccanicamente

I primi motori avevano il raffreddamento diretto ossia: la pompa aspirava acqua di mare che veniva inviata nel monoblocco per raffreddarlo e, quindi, convogliata nel tubo di scarico in cui andava a mescolarsi con i gas.

I vantaggi di questo sistema erano:

- Minore rumorosità in quanto l'acqua unita  ai gas di scarico ne attutisce il rumore.

- Eliminazione di  tubi estremamente caldi e quindi potenzialmente pericolosi.

- Eliminazione di gas all'interno della barca.

Pompa Acqua Mare trascinata a cinghia

Come in tutte le cose si risolvevano alcuni problemi, ma ne nascevano altri.

L'acqua di mare non poteva essere prelevata ed inviata direttamente al motore, ma si doveva far transitare in un filtro onde evitare che eventuali impurità potessero andare a rovinare la girante, normalmente di tipo flessibile.

Filtro Acqua Mare

                                                                     Girante Flessibile

Il problema principale era, comunque, dovuto al fatto che l'acqua di mare rimaneva all'interno del motore. Come si sa l'acqua salata non è la migliore amica di componenti metallici. Inoltre, l'acqua salata evaporando lascia il sale nel circuito di raffreddamento. Se non si procede con lavaggi frequenti con acqua dolce con il tempo i condotti in cui passa l'acqua si riducono creando surriscaldamenti.

Altro problema da non trascurare è quello provocato dalle correnti galvaniche che provocano corrosioni sui componenti realizzati con materiali a più elevata conducibilità. Quella delle correnti galvaniche è una problematica molto complessa che, eventualmente, potrà essere esaminata in un secondo momento. Qui si può dire che per cercare di ridurre gli effetti si fa ricorso ad anodi di zinco sacrificali. Naturalmente è importante che questi vengano esaminati regolarmente e sostituiti quando corrosi per oltre il 50% delle loro dimensioni.

Altro accorgimento importante era quello di scaricare 'acqua dal motore in caso di basse temperature ambientali. Se si raggiungono temperature tali che possano far sì che l'acqua si trasformarmi in ghiaccio, ci sono molte possibilità di fratture del blocco motore. 

Il passo successivo è stata l'introduzione di motori con doppio circuito di raffreddamento (liquido ed acqua mare). I vantaggi di questo sistema sono evidenti. Nelle parti vitali del motore circola il liquido che viene raffreddato con acqua di mare all'interno di uno scambiatore di calore. Solitamente si tratta di una soluzione di liquido antigelo ed acqua demineralizzata. Le percentuali della soluzione sono normalmente indicate dal produttore del liquido, ma in commercio esistono anche soluzioni pronte all'uso. Naturalmente alcuni elementi del motore vengono a contatto con acqua di mare, ma sono in numero molto minore rispetto ai motori con raffreddamento diretto.

Anche in questo caso l'elemento fondamentale è la pompa acqua mare che deve assolutamente essere di tipo "Autoadescante". I costruttori delle pompe danno informazioni precise di quali siano le prevalenze a cui ogni singola pompa è in grado di svolgere il suo lavoro.