Guia de radiador de liga de alumínio para grupos geradores: núcleos, ligas, custos

A maioria dos compradores escolhe o alumínio pelo preço e pelo peso. A razão mais forte é que um radiador de liga de alumínio devidamente especificado pode ser projetado em torno da falha que matou a unidade original, seja o ar carregado de sal, um ambiente de verão de 48 graus C ou um ventilador que move menos ar do que o projeto original presumia.

Este guia aborda do que é feito um radiador de liga de alumínio para grupo gerador, como os núcleos de tubo e aleta e placa e aleta diferem, como dimensionar um a partir de dados publicados do motor, onde o alumínio realmente falha e o que pertence à folha de especificações antes de um pedido de compra ser emitido.

O que realmente é um radiador de liga de alumínio

Um radiador de liga de alumínio é um trocador de calor no qual os tubos, aletas, coletores e tanques são todos construídos em ligas de alumínio e unidos por brasagem, de forma que o caminho do refrigerante acabado não contenha latão ou cobre.

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A lista de ligas é mais curta do que a maioria dos compradores espera. Os núcleos do grupo gerador são construídos a partir de três famílias:

• Alumínio 3003 para aletas e tubos, selecionado para conformabilidade e condutividade térmica na faixa de 190 a 205 W/mK.
• Revestimento 4045 ou 4343 enrolado na folha central, que fornece o enchimento de brasagem durante o ciclo do forno.
• 6061 ou 6063 para tanques, estruturas e suportes soldados, onde a resistência estrutural é mais importante do que a transferência de calor.

A etapa de união separa um radiador de alumínio real de um montado. A brasagem em atmosfera controlada (CAB) empurra todo o núcleo através de um forno de nitrogênio a aproximadamente 600 graus C, de modo que o revestimento derrete e cada contato entre aleta e tubo se torna uma ligação metalúrgica. Um núcleo que depende de expansão mecânica ou epóxi, em vez disso, perde área de contato à medida que faz o ciclo térmico, e a perda de contato é o caminho mais rápido para um cabeçote de cilindro quente.

Geometria de núcleo de tubo e aleta versus placa e aleta

Tubo e aleta é a geometria padrão para radiadores de geradores a diesel porque pode ser limpo mecanicamente; plate-and-fin é escolhido quando um envelope fixo deve fornecer a máxima rejeição de calor do ar limpo.

A lacuna entre os dois diminui quando a manutenção é levada em consideração. Um núcleo de placas e aletas que fica sujo com poeira de mina pode perder mais capacidade em uma estação do que um núcleo de tubos e aletas perde em três, porque a pilha de placas soldadas não pode ser removida e a limpeza química raramente atinge a metade inferior do bloco. A matemática de dimensionamento por trás de ambas as geometrias é abordada neste guia de dimensionamento de núcleo de aletas de tubo e aletas de placa.

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Dimensionando um radiador de liga de alumínio a partir de dados do motor

Dimensione o radiador a partir da rejeição de calor do líquido arrefecedor publicada pelo motor, nunca a partir do valor kW da placa de identificação.

Os fabricantes de motores publicam a rejeição de calor da camisa de água e do pós-resfriador para cada classificação. Em grupos geradores a diesel, a carga do lado do refrigerante normalmente fica entre 0,30 e 0,45 kW de calor para cada 1 kW de saída do eixo, dependendo se o pós-resfriador compartilha o circuito da camisa. Um conjunto de 500 kW, portanto, injeta cerca de 150 a 225 kW em seu refrigerante, e esse número, e não 500, é a entrada para a seleção do núcleo.

A correção de ambiente é onde os projetos de substituição geralmente dão errado. Um núcleo classificado para temperatura ambiente de 40 graus C não manterá a temperatura do líquido refrigerante em 50 graus C. Planeje 10 a 18 por cento a mais de área de face ou aceite uma margem mais estreita entre a temperatura operacional normal do líquido refrigerante e o ponto de ajuste do alarme. A curva do ventilador é tão importante quanto o núcleo: aletas mais densas aumentam a pressão estática do lado do ar, o mesmo ventilador move menos ar e a área de superfície extra se anula.

Onde os radiadores de liga de alumínio falham

Os radiadores de liga de alumínio falham no lado do refrigerante com muito mais frequência do que no lado do ar, e o mecanismo é quase sempre contaminação por cloreto ou desvio de pH.

O alumínio se protege com uma fina camada de óxido passivo. Essa camada mantém o pH de 7,5 a 9,5 com glicol inibido e se decompõe quando o líquido refrigerante se move para fora dessa janela ou quando o cloreto da água de reposição não tratada ultrapassa o limite escrito nas especificações do fabricante do motor, que normalmente é em torno de 40 ppm para sistemas de refrigeração de alumínio.

Em conjuntos costeiros e offshore, a proteção do lado do ar é tão importante quanto a química do líquido refrigerante. Um revestimento de epóxi ou poliuretano aplicado corretamente sobre um núcleo limpo prolonga a vida útil muito além dos cinco a sete anos que um núcleo não revestido sobrevive na névoa salina, desde que as bordas das aletas estejam totalmente cobertas e o revestimento não seja tão espesso a ponto de preencher as lacunas das aletas.

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Custo, prazo de entrega e folha de especificações

Um radiador de liga de alumínio personalizado para um grupo gerador de 200 a 800 kW geralmente custa 15 a 30 por cento abaixo de um núcleo de substituição da marca OEM, com três a seis semanas de prazo de entrega quando nenhuma ferramenta nova é necessária.

O prazo de entrega é decidido pelo quão completa é a especificação. Os compradores que fornecem um desenho cotado e um valor do fluxo do refrigerante obtêm uma cotação firme em poucos dias. Os compradores que enviam uma fotografia recebem primeiro uma semana de perguntas. Sete itens da planilha evitam quase todos os atrasos:

1. O envelope do núcleo, as posições dos tanques e os furos de montagem são centralizados em um desenho cotado.
2. Rejeição de calor necessária no ambiente indicado, com fluxo de refrigerante em litros por minuto e temperatura de entrada.
3. Fluxo de ar em metros cúbicos por segundo na pressão estática de operação do ventilador.
4. Pressão de teste do lado do refrigerante, normalmente 1,5 vezes a classificação da tampa de pressão.
5. Portas para enchimento, drenagem, sensor de temperatura, interruptor de baixo nível de líquido refrigerante, transbordamento e purga.
6. Especificação do revestimento se o local for costeiro, químico ou offshore.
7. Dados de referência cruzada: número de peça OEM, faixa de série do motor e modelo do grupo gerador.

Para famílias de motores de alto volume, já existem núcleos pré-projetados e evitam totalmente custos com ferramentas, incluindo radiadores de gerador compatíveis com Cummins que atendem aos padrões de montagem padrão. Essa rota custa menos e é enviada mais rapidamente do que um núcleo totalmente personalizado, o que torna esta a primeira pergunta que vale a pena fazer antes de pagar por novas ferramentas.

Perguntas frequentes

Os radiadores de liga de alumínio são melhores do que cobre-latão para grupos geradores?

Para unidades novas, sim, em quase todos os casos. O alumínio economiza cerca de 40% do peso do núcleo, molda-se mais facilmente em formatos de tanques personalizados e custa menos com igual capacidade de resfriamento. O cobre-latão mantém uma pequena vantagem: uma instalação legada onde o envelope de montagem não pode ser alterado e um núcleo de cobre correspondente ainda está disponível na prateleira.

Quanto tempo dura um radiador de liga de alumínio em um grupo gerador a diesel?

Oito a doze anos é realista em um local no interior com um circuito de refrigeração mantido. Conjuntos costeiros e offshore sem um revestimento de qualidade normalmente duram de quatro a sete anos, e qualquer unidade abastecida com água da torneira não tratada falha antes disso, independentemente de onde esteja.

Um radiador de liga de alumínio com vazamento pode ser consertado?

Núcleos de tubo e aleta geralmente podem. Um tubo de drenagem é obstruído ou soldado novamente após a remoção do tanque, e o núcleo pode ser enfiado na mesma passagem. Os núcleos de placas e aletas não são efetivamente reparáveis ​​em campo, porque a abertura de uma pilha de placas soldadas a destrói, de modo que uma unidade de placas e aletas com vazamento é substituída em vez de reparada.

Um radiador de liga de alumínio precisa de um refrigerante diferente?

Ele precisa de um refrigerante inibido classificado para alumínio, normalmente uma formulação de tecnologia de ácido orgânico de vida prolongada com 40 a 60 por cento de glicol e água de reposição sem cloreto. Os refrigerantes convencionais com alto teor de silicato podem deixar depósitos dentro de pequenos tubos de alumínio, e água pura nunca deve ser usada em um circuito de alumínio.