Tutto quello che devi sapere sul liquido refrigerante

Funzione

Partiamo dalla funzione principale: un liquido refrigerante, come suggerisce il nome, deve raffreddare. In una situazione ideale, tutta l’energia derivata dalla combustione del carburante sarebbe utilizzata per il movimento. Tuttavia, la maggior parte dell’energia si trasforma in calore. Anche i veicoli elettrici e gli ibridi con un grande pacco batterie generano molto calore durante la guida (scarica) e la ricarica. Questi sistemi cessano di funzionare se si surriscaldano, ed è per questo che esiste un sistema di raffreddamento.

Oltre alla rimozione del calore, i liquidi refrigeranti hanno altre funzioni:

• Protezione contro il congelamento;
• Aumento del punto di ebollizione oltre la temperatura di esercizio;
• Protezione dei metalli del sistema contro la corrosione;
• Inibizione della formazione di schiuma.

Nozioni di base

La funzione primaria del liquido è distribuire il calore in eccesso verso il radiatore, dove viene dissipato nell’aria esterna. L’acqua assorbe e trasferisce calore molto bene, ma ha due svantaggi: congela a 0°C e bolle a 100°C. Inoltre, i minerali e i sali presenti nell’acqua potabile possono danneggiare i materiali del sistema.

Per evitare questi effetti negativi, si utilizzano i glicoli come base del liquido refrigerante, solitamente monoetilenglicole (MEG). Il monopropilenglicole (MPG) viene talvolta utilizzato, ma la sua capacità di trasferimento termico nei motori a combustione è generalmente insufficiente. L’MPG è meno tossico ed è quindi più utilizzato nell’industria alimentare. Un’altra opzione è il glicerolo (specifica G13), più ecologico rispetto al MEG, ma meno disponibile perché utilizzato anche nell’industria cosmetica. Il glicerolo è un sottoprodotto della produzione di biocarburanti o deriva da materie vegetali.

Composition

Un vero liquido refrigerante è composto da diverse parti, perché – oltre al monoetilenglicole (MEG) – sono necessari additivi per conferire al fluido le proprietà desiderate (ne parleremo più avanti). Ci riferiamo a MEG + additivi come “antigelo” o “concentrato”. L’antigelo deve essere diluito con acqua demineralizzata o addolcita prima di poter essere effettivamente utilizzato in un sistema di raffreddamento.

L’acqua demineralizzata è priva di minerali e sali. Il calcare riduce lo scambio termico e i sali possono corrodere i metalli del sistema.

Dopo la diluizione dell’antigelo si ottiene il liquido refrigerante pronto all’uso (“Ready-Mix”). La quantità di acqua demineralizzata determina l’intervallo di temperatura. In genere, una miscela 50/50 protegge fino a -36°C, mentre una miscela 40/60 protegge fino a -26°C. Percentuali più elevate di antigelo non offrono una protezione migliore. Una concentrazione troppo bassa perde invece le proprietà anticorrosione.

Additivi

Per conferire al liquido refrigerante le proprietà desiderate, sono necessari additivi chimici. Gli additivi vengono aggiunti per prevenire la formazione di corrosione, cavitazione (formazione e collasso di piccole bolle d’aria che possono danneggiare la pompa dell’acqua), depositi e fanghi (sedimenti di materiale insolubile), tra le altre cose.

Per evitare avvelenamenti in caso di ingestione del liquido refrigerante, viene sempre aggiunto un agente amaricante. In questo modo, in caso di perdita accidentale, i cani evitano il liquido. Questo garantisce anche che i bambini non lo bevano. Sia gli esseri umani che gli animali si ammalano gravemente dopo l’ingestione.

Possiamo dare al liquido refrigerante qualsiasi colore aggiungendo un colorante. Ciò significa che oggi non si può assolutamente “fare affidamento” sul colore del fluido o su ciò che si era abituati a usare. In altre parole, non è possibile determinare la qualità in base al colore.

Inoltre, sono presenti stabilizzanti contro precipitazioni (accumuli di depositi minerali di silicato), disperdenti per garantire la tolleranza all’acqua dura, un tampone di pH per mantenere il livello di acidità e additivi antischiuma per assicurare che durante il pompaggio venga intrappolata la minor quantità possibile di aria nel liquido.

IAT (Inorganic Acid Technology)

L’IAT è conosciuto anche come liquido refrigerante “convenzionale” o “tradizionale”. È quello con intervallo di sostituzione breve (ogni 2 anni), spesso di colore verde o blu.

Per soddisfare i requisiti descritti in precedenza, questo liquido refrigerante contiene inibitori inorganici (minerali) costituiti da silicati, nitrati, ammine, fosfati e/o borati. Questo tipo di liquido refrigerante funziona creando una sorta di piccolo “mantello” protettivo in modo che il metallo del sistema sia protetto. Gli inibitori minerali che creano tale effetto si consumano durante il processo e ciò significa che, dopo un certo periodo di tempo, non vi è più capacità di riparare questo strato protettivo. Questo rende il sistema più vulnerabile.

Il vantaggio di questo liquido refrigerante è che agisce rapidamente, ma allo stesso tempo lo svantaggio è che l’effetto chimico svanisce in un tempo relativamente breve. Lo strato protettivo creato agisce anche da isolante e limita quindi in una certa misura il trasferimento di calore.

OAT (Organic Acid Technology)

Un liquido refrigerante OAT è a base di glicole (MEG o MPG) con inibitori organici, costituiti da carbossilati. Questo contiene lo 0% di inibitori minerali. Gli inibitori organici sono selettivi; invece di creare un mantello protettivo su tutto il sistema come fa un IAT, gli inibitori reagiscono chimicamente solo nei punti in cui inizia la formazione di corrosione.

Per questo motivo, il consumo di additivi è molto inferiore rispetto a un IAT. Per tale ragione, l’intervallo di sostituzione di un OAT è notevolmente più lungo (long-life).

Lo svantaggio è che la protezione è sempre reattiva, quindi c’è sempre un certo ritardo nella protezione, poiché la superficie deve prima iniziare a corrodersi prima che la chimica entri in azione.

HOAT (Hybrid Organic Acid Technology)

In molti metalli leggeri, questa piccola forma di corrosione, come quella che si verifica con un OAT, non è desiderabile; per questo motivo è stato sviluppato un liquido refrigerante ibrido in cui vengono utilizzati sia inibitori minerali derivati da un IAT sia inibitori organici derivati da un OAT. La base è un OAT con piccole quantità aggiunte di silicato, borato, molibdato o nitrato, a seconda dell’applicazione. Questo liquido refrigerante combina l’effetto long-life (OAT) con la protezione rapida (IAT) delle due varianti descritte sopra.

Lobrid

I lobrid rappresentano l’ultima generazione di liquidi refrigeranti, in cui l’effetto ibrido di un HOAT è ulteriormente ottimizzato e meglio adattato all’applicazione. Il livello di inibitori minerali è ridotto e viene utilizzata una maggiore quantità di inibitori organici, da cui il nome che combina low e hybrid. Gli inibitori minerali utilizzati sono spesso indicati nella denominazione, ad esempio: Si-OAT e P-OAT (OAT al silicato o al fosfato) o una combinazione dei due: PSi-OAT.

Veicoli elettrici a batteria e raffreddamento

La gestione termica in un veicolo elettrico a batteria (BEV) è molto importante, sia per quanto riguarda la temperatura delle batterie, sia per il motore, sia per i componenti elettrici di potenza dedicati al controllo. Si distinguono due varianti di questo tipo di raffreddamento:

• Raffreddamento convenzionale del pacco batterie;
• Batterie immerse in un liquido (immersed battery pack).

Le batterie perdono capacità quando si surriscaldano troppo. Perdono capacità anche quando sono troppo fredde. Batterie eccessivamente fredde non si caricano nemmeno. L’attuale soluzione dominante è ancora un pacco batterie raffreddato esternamente tramite liquidi refrigeranti convenzionali a base di MEG. Esempi di veicoli che utilizzano questo sistema sono: Tesla Model S, Audi eTron, Mercedes-Benz EQC e BMW i3.

La tecnologia di ricarica rapida è un punto centrale per gli sviluppatori di veicoli. La ricarica rapida può generare temperature molto elevate. Esistono già veicoli che raggiungono velocità di ricarica equivalenti a 960 km/h. Nel prossimo futuro vengono già promesse velocità superiori a 1400 km/h. Tali prestazioni possono essere ottenute solo mediante pacchi batterie immersi in liquido, poiché consentono una gestione ottimale della temperatura. I fluidi utilizzati in questo sistema somigliano maggiormente a fluidi per trasformatori, ma con una viscosità molto più bassa, e sono chiamati “fluidi termici” o “fluidi dielettrici”.

I fluidi termici hanno requisiti diversi rispetto ai liquidi refrigeranti per motori a combustione descritti in precedenza, devono avere un punto di infiammabilità elevato, essere ignifughi e non conduttivi.

Utilizzo

Ora che abbiamo illustrato le differenze e gli sviluppi avvenuti nel tempo, sorge spontanea la domanda: “perché abbiamo bisogno di così tanti tipi diversi di liquidi refrigeranti?”. In teoria, la soluzione ideale sarebbe utilizzare il liquido refrigerante long-life più protettivo per tutti i sistemi, ma purtroppo la pratica dimostra il contrario. Esistono numerosi OEM (case automobilistiche) con visioni diverse sui loro motori e sui materiali utilizzati. I requisiti stabiliti dagli OEM per un liquido refrigerante approvato sono generalmente definiti in una specifica, affinché il fluido richiesto sia conforme a una delle tecnologie sopra descritte. Per questo motivo, consulta sempre il Consulente Olio Eurol. Questo strumento ti aiuta a scegliere il fluido o liquido refrigerante corretto per la tua applicazione.

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