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giovedì, 18 Aprile 2024
  • Se il motore ha la febbre la causa può essere la pompa dell’acqua

    L’impianto di raffreddamento di un motore endotermico svolge un ruolo fondamentale nella produzione della potenza. Senza un controllo efficiente della temperatura di esercizio, infatti, il propulsore potrebbe subire gravi danni, dal danneggiamento della guarnizione della testata, fino al completo grippaggio di segmenti, pistoni e cilindri. Per dissipare il calore prodotto dalla combustione si sono, negli anni, utilizzati i più disparati mezzi: aria, olio, acqua eccetera. Oggi, nella quasi universalità dei casi di autovetture, si utilizza una miscela di acqua e glicole, che ha un punto di ebollizione superiore ai cento gradi e un punto di gelo al di sotto dello zero.
    Poiché qualunque motore ha una temperatura di massima efficienza, cioè una temperatura che, una volta raggiunta, assicura il massimo della resa, l’impianto di raffreddamento deve garantire che il propulsore operi il più possibile in un intorno di tale valore. Per questo motivo, in una vettura si trovano elementi come il radiatore, il termostato, l’interruttore termico, il serbatoio di compensazione e la pompa dell’acqua.

    Il motore del raffreddamento
    A garantire la circolazione del liquido di raffreddamento, ci pensa la pompa dell’acqua. Questa macchina a fluido opera una conversione della potenza da un albero meccanico, azionato dal motore dell’auto, al fluido del circuito di raffreddamento. Come tutti i sistemi in grado di trasmettere potenza, anche la pompa dell’acqua è quindi una macchina in senso proprio, composta da più organi in movimento e tutti soggetti a usura. Ognuno dei componenti di una pompa può comprometterne il suo funzionamento, cerchiamo quindi di capire quali sono, a cosa servono e come sia possibile diagnosticare un eventuale danneggiamento.
    Ogni pompa si compone di cinque fondamentali parti: una flangia, per il collegamento della puleggia (mossa attraverso una cinghia); un albero montato su cuscinetti, che trasmette la potenza dalla flangia alla girante; la girante; il premistoppa o, in gergo tecnico, la tenuta, che impedisce al fluido di raffreddamento di fuoriuscire dal circuito e al grasso dei cuscinetti di penetrarvi; infine il corpo pompa, che consente anche il fissaggio al blocco motore.
    Come si può constatare, quindi, questo organo ha una struttura relativamente semplice, eppure è frequente che si danneggi. Analizzando la cronologia dei guasti, tuttavia, è facile notare come questi ultimi si manifestino generalmente dopo alcuni tipi di intervento sul motore o sull’impianto di raffreddamento; analizziamo quindi quali sono i danneggiamenti più visibili, come riconoscerli e, infine, quali sono le operazioni da eseguire per evitarli.

    Cosa si rompe?
    Il danno più frequente che si verifica in una pompa dell’acqua è la rottura della guarnizione tra l’albero e la girante. La tenuta è infatti una delle parti più delicate della pompa acqua. Nonostante lo sviluppo e l’introduzione di nuovi materiali di tenuta, come la ceramica, la guarnizione è sempre soggetta all’azione aggressiva del liquido refrigerante; non solo, se nel circuito si trovano degli agenti contaminanti, come particelle metalliche in sospensione, queste danneggeranno irrimediabilmente l’impermeabilità della tenuta e la pompa inizierà a perdere acqua.
    Altra causa di guasto che frequentemente inficia la durata della pompa dell’acqua è il deterioramento dei cuscinetti. I cuscinetti di supporto dell’albero, infatti, devono sopperire sia al carico radiale, dato dalla cinghia, sia al carico assiale, della girante. Durante il suo funzionamento, infatti, la pompa “spinge” il fluido di raffreddamento verso l’esterno attraverso la forza centrifuga, aspirandolo da un ingresso posto circa al centro della girante. La depressione che si genera al centro della girante quindi, “tira” tutta la pompa, sollecitando l’albero in senso assiale.
    L’ultimo elemento della pompa che può danneggiarsi è la girante. Questo particolare è progettato per lavorare con una certa velocità periferica, per un fluido di una certa viscosità e a una certa temperatura. Qualsiasi cambiamento di uno di questi parametri può portare a conseguenze gravi, prima tra tutte la cavitazione. Questo fenomeno è tipico delle macchine che operano sui fluidi e consiste nella vaporizzazione del liquido sulle pale della girante. Le bolle di vapore raggiungono temperature molto elevate e possono danneggiare irrimediabilmente la struttura della girante. Nonostante l’utilizzo di liquidi di raffreddamento sempre più efficienti e performanti abbia ridotto notevolmente l’insorgere di cavitazione, eventuali contaminazioni del refrigerante possono ugualmente rovinare questo elemento, e quindi variarne le specifiche di progetto o depositarsi sulle pale (problema che si riscontra maggiormente nelle giranti in plastica), modificando le traiettorie del flusso e creando turbolenze non previste.

    Distruggere una pompa
    Quando la pompa dell’acqua in aftermarket lascia lo stabilimento produttivo, nel 99% dei casi è perfetta. Le problematiche sono quindi, per la maggior parte, dovute alle operazioni di montaggio e manutenzione. La durata di una pompa montata in aftermarket, infatti, nonostante spesso abbia caratteristiche qualitative equivalenti a quella di primo impianto, ha una durata leggermente inferiore. Il motivo di tale variazione non è da ricercare nella pompa stessa (a meno che non si utilizzi un prodotto di bassa qualità), ma in alcune semplici operazioni, che difficilmente vengono eseguite “a regola d’arte”, così come a condizioni di utilizzo che spesso non sono più paragonabili a quelle di una vettura nuova.
    Vediamo quindi come eseguire alla perfezione la sostituzione di una pompa dell’acqua.
    Il primo passaggio preliminare consiste in una completa e accurata pulizia dell’impianto, che si può ottenere con successivi risciacqui. In questo caso, l’uso di solventi, non progettati appositamente, rischia di compromettere il funzionamento della nuova pompa, in quanto potrebbe lasciare in circolo eventuali depositi dannosi. Una volta effettuata la pulizia bisogna rimuovere la vecchia pompa e pulire le prese di aspirazione e di mandata sul motore. Se un tubo fosse poi danneggiato o non in perfette condizioni è consigliabile sostituirlo in questa fase.
    A questo punto si può procedere con l’installazione della nuova pompa.
    La prima cosa da verificare è l’eventuale presenza di una guarnizione di tenuta tra il corpo della pompa e il blocco motore. Se è prevista, bisogna montare la pompa facendo attenzione a che la guarnizione lavori correttamente prima del serraggio; se viceversa la guarnizione non è contemplata dal produttore, bisogna interporre, tra la pompa e il blocco motore, un sottile strato di sigillante. È questa una delle operazioni più delicate, poiché uno strato troppo sottile, o non steso uniformemente, potrebbe non garantire la tenuta della pompa, mentre in caso di eccesso, il sigillante potrebbe “straripare” all’interno del circuito, andando a contaminare l’impianto e intasandone i canali.
    Nel caso in cui la pompa dell’acqua sia poi attivata dalla cinghia di distribuzione, è bene provvedere anche alla sostituzione di tutto il giro cinghia, vale a dire cinghia e relativi tenditori. La pompa nuova, infatti, può presentare una coppia resistente differente da quella vecchia e se la cinghia è usurata potrebbe slittare o rompersi. Viceversa, se la cinghia è rovinata oppure non perfettamente allineata e tesa, può trasmettere pericolose vibrazioni alla pompa o, nel peggiore dei casi, slittare sulla puleggia. In questo caso le conseguenze sarebbero catastrofiche, perché il circuito di raffreddamento si bloccherebbe provocando un immediato surriscaldamento del motore.
    Quando si sostituisce una pompa dell’acqua è buona norma riverificare anche il corretto funzionamento del termostato e dell’interruttore termico e, in caso, sostituirli. Una volta rimontato il tutto, infine, è bene verificare che la pompa giri liberamente e far funzionare il motore fino al raggiungimento della normale temperatura di esercizio, in modo da controllare che non ci siano perdite nel circuito.

    L’Italia che non fa acqua
    Cosa è cambiato e cosa cambierà nel futuro della tecnologia delle pompe acqua? È questo il quesito che abbiamo posto ad alcune delle realtà più importanti in Italia, paese che storicamente detiene una posizione dominante nella produzione di questo articolo. Andiamo con ordine. In primo luogo è bene fare una distinzione: oggi in commercio esistono prodotti diversi anche per la stessa applicazione. Se esteticamente però le pompe acqua si somigliano tutte, è all’interno che si nascondono le vere differenze tecnologiche. In particolare, sono due gli elementi che nell’ultimo periodo hanno rappresentato una vera evoluzione nell’utilizzo di materiali e forme innovative: il premistoppa e la girante.
    Nel primo caso, l’evoluzione consiste nell’utilizzo di speciali materiali hard carbon, cioè carbonio e ceramica. Questo tipo di materiali ha una resistenza molto superiore a quella che si otteneva, e si ottiene tuttora, con i più diffusi anelli in carbografite. Ma affinché un premistoppa abbia una tenuta ottimale è importantissima anche la finitura della girante. Proprio quest’ultima è, guarda caso, l’altro elemento che si è maggiormente evoluto nel tempo.
    La novità si chiama plastica e, anche se può sembrare una banalità, è l’ultima frontiera delle giranti. La differenza rispetto ai classici modelli in materiale metallico è che la plastica può essere deformata a piacimento e si possono realizzare dei profili della pala impensabili fino a pochi anni fa. Il profilo della pala della girante è l’elemento che garantisce la “spinta” giusta alla pompa e le consente di operare a una pressione adeguata. Anche il corpo, la famosa coclea o conchiglia, cioè la struttura con forma a chiocciola che consente al fluido di essere “pompato” nel motore, oggi beneficia di un ampio utilizzo di alluminio e le pompe moderne sono più leggere e più resistenti. Il futuro delle pompe acqua è ancora incerto, anche se tutti i più grandi produttori internazionali sembrano orientati verso le pompe equipaggiate con motore elettrico.
    Il grande problema delle pompe dell’acqua è, infatti, che la loro portata è proporzionale al numero di giri del motore, poiché da esso è attivato, vuoi con la cinghia di distribuzione o con una cinghia ausiliaria. Il motore elettrico consentirebbe, invece, la variazione del flusso di liquido in funzione della reale esigenza di raffreddamento del motore. In un futuro probabile potrebbe essere addirittura la sola pompa a controllare la temperatura dell’acqua, eliminando quindi la necessità di un termostato.
    Tuttavia a oggi, il progetto di una pompa acqua azionata elettricamente presenta ancora costi troppo elevati per una produzione di serie e attualmente è utilizzata solo in alcune speciali applicazioni come pompa ausiliaria. Come nella Opel Astra H 2.0 Turbo, dove è montata per dare supporto a una pompa acqua tradizionale.

    Articolo di Tommaso Caravani pubblicato sul sito www.netcollins.com (Aprile 2006)

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