Come il meno può essere di più: ripensare la progettazione dei sistemi di raffreddamento per le moderne macchine pesanti.

Le immagini a sinistra e a destra dimostrano la differenza visibile che una ventola autopulente Cleanfix può fare per il raffreddamento dei pacchi.

Questo cambiamento è dettato da una semplice realtà: i carichi termici sono in aumento, ma lo spazio nel vano motore rimane invariato. Allo stesso tempo, gli ingegneri sono sotto pressione per ridurre il peso, semplificare l'architettura del sistema, diminuire la rumorosità e ridurre i costi operativi complessivi.

Michael Hogan, Key Accounts Manager presso Cleanfix, azienda produttrice di ventilatori reversibili, afferma che il raffreddamento è passato dall'essere una considerazione secondaria a uno dei punti di partenza nella progettazione delle macchine.

"Nelle macchine fuoristrada, le opportunità di migliorare l'efficienza attraverso l'aerodinamica o altri fattori esterni sono limitate", afferma, aggiungendo: "Il raffreddamento è uno dei fattori principali su cui si può intervenire per migliorare l'efficienza".

Le ventole Cleanfix consentono ai produttori di apparecchiature originali (OEM) di utilizzare il sistema di azionamento della ventola del motore già disponibile, riducendo la complessità complessiva del sistema di raffreddamento del motore.

Come fanno dunque i produttori di apparecchiature originali (OEM) a conciliare la richiesta di prestazioni superiori con i vincoli di ingombro, spesso molto stringenti?

Prestazioni, confezionamento e rumore

Hogan ritiene che la soluzione risieda nel ripensare a cosa significhi una buona progettazione dei sistemi di raffreddamento e sottolinea la serie di sfide che i produttori di apparecchiature originali (OEM) si trovano ad affrontare, tra cui requisiti più severi in materia di emissioni, spazio disponibile e la crescente attenzione al rumore.

In sostanza, i clienti vogliono il pacchetto completo, afferma Hogan. "Cercano efficienza, riduzione delle dimensioni, capacità di inversione di marcia, il tutto senza interferire con altri componenti, e si aspettano ulteriori vantaggi, come la riduzione del rumore."

Lee Armstrong, responsabile dell'ingegneria applicativa di Cleanfix, concorda, affermando: "Stiamo iniziando a notare questo fenomeno con sempre maggiore frequenza sul fronte dell'ingegneria applicativa, con i clienti che chiedono informazioni sulla rumorosità e sulla possibilità di migliorarla".

Per gli ingegneri, questo significa testare variazioni nell'angolo delle pale, ridurre la velocità delle ventole e apportare altri perfezionamenti al design che possano ridurre il rumore senza compromettere le prestazioni di raffreddamento.

Si tratta di un compito particolarmente impegnativo per i produttori di apparecchiature originali (OEM) di piccole e medie dimensioni, i cui team di ingegneri potrebbero essere impegnati su più sistemi, anziché essere specializzati nel raffreddamento.

Michael Hogan, Responsabile dei Clienti Chiave presso Cleanfix

Come osserva Hogan, molti di questi team lavoreranno al di fuori delle loro competenze principali. "A volte manca loro l'esperienza, ma quasi sempre manca loro il tempo, pur comprendendo quanto sia importante il raffreddamento in termini di efficienza e prestazioni."

Perché a volte meno è meglio

Armstrong ritiene importante mettere in discussione l'assunto secondo cui un raffreddamento migliore implichi una maggiore complessità del sistema.

Sostiene che alcuni produttori di apparecchiature originali (OEM) siano passati a ventole a comando idraulico per ridurre l'ingombro, controllare la velocità della ventola o consentire l'inversione di rotazione, ma crede che esista una soluzione più semplice.

"Vorremmo spingerli a tornare a un sistema di trasmissione a puleggia più convenzionale, perché è molto più semplice", afferma. "Anziché aggiungere un altro circuito idraulico, i produttori possono utilizzare la trasmissione a motore che già possiedono e guadagnare efficienza variando attivamente l'angolo delle pale grazie alla nostra tecnologia a passo variabile."

In questo modo, un controllo più intelligente del flusso d'aria può offrire gli stessi vantaggi funzionali della velocità variabile, ma con un minor numero di componenti e una minore complessità del sistema.

"È tutto contenuto in un unico sistema di ventilazione, anziché avere un sistema idraulico aggiuntivo", afferma Armstrong.

Flusso d'aria più intelligente

Alla domanda se oggi la questione del raffreddamento sia meno legata alle dimensioni e più all'efficienza, Armstrong risponde: "Entrambi gli aspetti sono importanti, ma una progettazione intelligente offre più opzioni in un formato più compatto.

"L'angolo delle pale, il design della punta e la geometria del convogliatore influiscono tutti sul flusso d'aria. Passando da un semplice convogliatore a scatola a un convogliatore a campana, si ottiene un flusso d'aria nettamente migliore."

Il sistema a passo variabile Cleanfix aumenta l'efficienza variando attivamente l'angolo delle pale. Questo sistema è completamente integrato nella ventola, riducendo la complessità complessiva dell'impianto.

Hogan aggiunge: "Le persone non cercano di avere il sistema di raffreddamento più grande del quartiere. Vogliono semplicemente un sistema di raffreddamento che sia grande quanto basta per le loro esigenze."

"L'obiettivo è dimensionare il sistema in modo da garantire una capacità di raffreddamento sufficiente e ottimizzare l'efficienza e l'ingombro entro tali limiti."

Un elemento chiave per raggiungere tale efficienza è mantenere pulito il sistema di raffreddamento.

Spiegando il legame tra radiatori intasati e scarse prestazioni, Armstrong afferma: "Quando il radiatore è ricoperto di sporcizia, è come coprirlo con una coperta isolante. La sporcizia non solo blocca il trasferimento di calore attraverso le alette, ma limita anche il flusso d'aria attraverso il nucleo."

Hogan descrive ulteriormente il "duplice effetto", affermando: "I detriti ricoprono le superfici conduttive progettate per dissipare il calore. Poi, con l'aumentare dell'accumulo, il flusso d'aria si riduce. Nel momento stesso in cui si forma dello sporco, l'efficienza del raffreddamento ne risente negativamente."

Gli operatori potrebbero accorgersene solo quando inizia il surriscaldamento, ma ben prima di quel momento la ventola sta lavorando di più e consumando più energia per compensare.

Automazione per sistemi efficienti

Ecco perché, secondo Hogan, i cicli di pulizia automatici sono importanti. Invece di affidarsi agli operatori che attendono l'aumento della temperatura o si fermano per la pulizia manuale, i cicli di inversione temporizzati mantengono le prestazioni più costanti.

Armstrong afferma che Cleanfix in genere imposta i timer a intervalli di 30 minuti come punto di partenza, sebbene possano essere regolati in base all'applicazione.

"Il cliente può personalizzarlo in base alle proprie esigenze", afferma, con intervalli che possono scendere fino a cinque minuti, quando si lavora in ambienti particolarmente polverosi.

Lee Armstrong, responsabile dell'ingegneria applicativa di Cleanfix

Il risultato non è solo un minor rischio di surriscaldamento, ma anche meno tempi di inattività e meno interventi manuali. In alcune applicazioni, afferma Armstrong, gli operatori potrebbero altrimenti dover interrompere il lavoro più volte al giorno per pulire i radiatori con aria compressa.

La pulizia automatica può eliminare tali interruzioni. Hogan aggiunge che, anche in applicazioni meno gravose, dove la pulizia manuale potrebbe essere necessaria solo ogni pochi giorni, "la pulizia programmata riduce comunque il consumo di carburante e solleva l'operatore da un'ulteriore attività di manutenzione".

Orientamento verso le prestazioni

Aggiunge inoltre che una ventola con pale a passo variabile aggiunge un ulteriore livello di controllo, che "consente al sistema di funzionare in condizioni reali, a differenza di quanto teorizzato e progettato come scenario peggiore".

Ciò ha implicazioni significative per i margini di progettazione. I sistemi di raffreddamento tradizionali sono spesso progettati con un ampio margine di sicurezza per garantire l'affidabilità in condizioni estreme. Tuttavia, questo può aumentare inutilmente il consumo energetico delle ventole, la rumorosità, l'usura delle cinghie e i costi durante il normale funzionamento.

Con il passo variabile, afferma Hogan, "le macchine possono comunque disporre del massimo raffreddamento quando ne hanno bisogno, ma questo potrebbe non accadere molto spesso".

Armstrong sostiene inoltre che i sistemi a pale orientabili offrono vantaggi rispetto ai sistemi reversibili convenzionali.

Le ventole tradizionali a inversione di rotazione in genere rallentano, poi invertono il senso di rotazione. Ciò può causare una temporanea perdita di raffreddamento e potrebbe non pulire in modo altrettanto efficace.

Un sistema di rotazione delle pale inverte il flusso d'aria modificando l'orientamento delle pale stesse.

La pulizia automatica dei pacchetti di raffreddamento di Cleanfix contribuisce a mantenere prestazioni costanti ed eliminare i fermi macchina dovuti alla pulizia e al surriscaldamento.

"Quando si capovolgono le pale, invece di cambiare il senso di rotazione", spiega Armstrong, "si ottiene un getto d'aria più potente e un flusso d'aria continuo durante il ciclo inverso."

Perché la collaborazione fin dalle prime fasi è importante

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM), tutto ciò evidenzia l'importanza di una collaborazione tempestiva con gli specialisti del raffreddamento.

Secondo Hogan, coinvolgere Cleanfix in una fase iniziale aiuta gli ingegneri a comprendere le opzioni disponibili prima di optare per soluzioni più complesse.

Armstrong concorda, affermando che un coinvolgimento precoce è particolarmente importante con un design a pale orientabili, poiché la ventola ha bisogno di spazio sufficiente per articolarsi completamente.

Un messaggio importante è che il raffreddamento del motore consuma una quantità significativa di energia, nonostante non svolga alcun lavoro produttivo.

Come afferma Hogan, si tratta di "energia sprecata per gestire il calore di scarto. Ma è comunque fondamentale, ovviamente, quindi meno se ne usa, meglio è".

In definitiva, nelle moderne macchine per l'industria pesante, un raffreddamento migliore non si ottiene più aggiungendo ventole o radiatori. Si tratta piuttosto di utilizzare il flusso d'aria in modo più intelligente, mantenere gli scambiatori di calore più puliti e progettare sistemi che reagiscano alle reali condizioni operative anziché a picchi di domanda permanenti.

In questo senso, meno può assolutamente essere meglio: meno complessità, meno manutenzione, meno spreco di energia e maggiori prestazioni dove conta.

Le ventole Cleanfix sono dotate di tecnologia Power Pulse che consente alle pale di invertire il passo alla massima velocità per creare un potente getto di pulizia, che rimuove i detriti dal pacchetto di raffreddamento senza interrompere il lavoro.

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Questo articolo è stato prodotto da KHL Content Studio, in collaborazione con esperti di Cleanfix.

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Tutte le immagini sono fornite da Cleanfix.

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