نظام تبريد المياه

نظام تبريد الهواء

المميزات

- المياه لها سعة حرارية عالية للتخلص السريع من كميات عالية من الحرارة (نحتاج إلى 4 مرات وزن مماثل من الهواء للماء أو 4000 حجم مماثل من الهواء للماء للتخلص من نفس كمية الحرارة) ولكن الهواء يمكن جمعه والتخلص منه ولكن الماء يجب أن يظل ويحمل بالسيارة (دائرة مغلقة).

- المياه لها سعة حرارة عالية؛ فإن كمية معينة من المياه, تسخن إلى درجة حرارة معينة, تحتاج إلى كمية حرارة أعلى من أي مادة أخرى.

- المياه متوفر في معظم بقاع الأرض وتكلفتها رخيصة.

- العمر التشغيلي لمحركات تبريد المياه أطول 50% من العمر التشغيلي لمحركات تبريد الهواء المماثلة, بسبب درجة الحرارة التشغيل الثابتة, والصحيحة التي توفرها محركات تبريد المياه أثناء التشغيل. فلا يحدث انهيار زيت التزييت بسرعة.  

- توفر محركات تبريد المياه في استهلاك الوقود نتيجة الحرارة التشغيل الثابتة بالمقارنة بمحركات تبريد الهواء. 

- يمكن وضع الاسطوانات بشكل متقارب مما يجعل المحرك أقل حجما

- المروحة في نظام تبريد المياه أصغر وأقل ضوضاء وتستهلك جزء بسيط من قدرة المحرك.

- ليس هناك ما يعيق الوصول لأجزاء المحرك لعدم وجود موجه الهواء فوق وحول هذه الأجزاء.

- قمصان الماء تخمد الضوضاء الصادرة من داخل المحرك (محرك أقل ضوضاء).

- يعمل المحرك في ظروف جوية قاسية من الحرارة دون التعرض لمشكلة زيادة الحرارة.

- ارتفاع درجة التشغيل مع النظام المغلق يزيد من كفاءة التشغيل. ولذلك يسمح باستخدام ردياتير أصغر للمحركات التي تعمل عند درجة حرارة أقل (الأجواء الباردة).

- الهواء أرخص, أخف, ويمكن الحصول عليه بسهولة عن الماء.

- الميزة الأساسية لمحركات تبريد الهواء هي بساطة التصميم حيث إنها تحتوي على أجزاء أقل مشاركة في النظام, وبسبب ذلك فإنها أقل كلفة وأقل سعر وكذلك أقل في مصاريف الصيانة.

- البساطة, ولا توجد هناك مشكلة متعلقة بتسرب المياه, أو الردياتير, أو مضخة المياه ... ليس هناك أخطار من ثقب المشع أو الوصلات.. الخ.

- الصيانة المطلوبة للنظام قليلة إلى درجة متدنية جدا.

- ليس هناك احتمال تلف نتيجة التجمد في الأجواء الباردة. ولهذا ليس هناك حاجة إلى مانع التجمد أو إضافات منع الصدأ مطلوبة.

- تستخدم في العادة سبيكة الألمنيوم لتصنيع المحرك وأجزائه حيث إنها أفضل من ناحية التوصيل من حديد الزهر أو الصلب؛ هذا يضمن أن محرك تبريد الهواء أخف وزنا عن محرك تبريد المياه المماثل له. بالإضافة إلى وزن قميص المياه.

- يمكن لمحركات تبريد الهواء الوصول السريع لدرجة حرارة التشغيل في وقت أقصر من محركات تبريد المياه.

- المحرك يمكنه العمل في درجات حرارة أعلى من محركات تبريد المياه المماثل له, مما يزيد كفاءة التشغيل.

- محرك أرخص.

- في حالة تلف حابك رأس الاسطوانة. ففي محركات تبريد الهواء, يمكن قيادة المعدة أو السيارة إلى ورشة التصليح مع وجود هذا العيب. وفي بعض الحالات قد لا يشعر مشغل المعدة أو السيارة بأي مشكلة جراء هذا العطل. أما بالنسبة لوحدات تبريد المياه, فإن تلف حابك رأس الأسطوانة سيؤدي إلى تسرب ضغط الاسطوانة داخل نظام التبريد. وهذا سوف يؤدي إلى ضغط عالي يتخلص من مياه التبريد مما يؤدي إلى سخونة المحرك وعدم القدرة على العمل. كما أن مياه التبريد الخارجة من النظام لا يتحملها خزان الفائض مما يؤدي إلى تسربها للخارج مما يؤثر سلبيا على البيئة, حيث أن سائل التبريد يعتبر ضار بالبيئية.

- وضع كمية كبيرة من مياه التبريد هو زيادة حد الأمان من خطر سخونة المحرك عندما يتعرض المحرك لظروف تشغيل قاسية, بحيث يمكن للماء قبول حرارة زائدة لفترة طويلة من الوقت.

أما بالنسبة لمحركات تبريد الهواء فهي ليست مجهزة بهذا النوع من الزيادة في حد الأمان ولهذا تزداد حرارة زيت التزييت (حيث هو الوسيط المتاح للتخلص من حرارة المكبس وحلقات المكبس وكراسي التحميل) ولهذا تحتاج محركات تبريد الهواء إلى مبادل حراري (مبرد زيت) لزيت التبريد- هذا على الرغم من إنه أصغر وأخف عن مشع المياه فهو ليس أرخص.

-في كلتا حالتين التبريد فإن انتقال الحرارة يكون أكثر كفاءة عندما تكون درجة السطح الذي يعطي الحرارة للهواء أعلى بكثير من الهواء- بتعبير أخر عندما يكون ميل فرق درجات الحرارة أعالي

ولذلك في درجات حرارة الجو المرتفعة فإن محركات تبريد الهواء تكون أحسن من محركات تبريد المياه.

- أسهل وأقل كلفة عند أجراء التوضيب, العمرة.

العيوب

- تسريب المياه يعد من أكبر المشاكل التي تواجه محركات تبريد المياه, ارتفاع درجة الحرارة تؤدي إلى تلف المحرك. في المركبات الحربية إصابة الردياتير برصاصة أو شاظية يؤدي إلى توقف المركبة نتيجة قفش المحرك (تصلبه).

- التخلص غير السليم من سائل التبريد يضر بالبيئية.

- تلف المفتاح الحراري (الثروموستات) (غلق مستمر), تعطل عمل المروحة,  يؤدي إلى سخونة المحرك, وتلف الأجزاء.

- فتح الثرموستات, يؤدي إلى تبريد زائد, قلة كفاءة المحرك وزيادة استهلاك الوقود.

- مشكلة انهيار حابك رأس الاسطوانات. يؤدي إلى تسرب المياه.

- أن الماء يغلي عند درجة حرارة أقل من المطلوبة للأداء الأمثل للمحرك, وخاصة في المناطق المرتفعة عن مستوى سطح البحر, (درجة الغليان للماء تنخفض كلما زاد الارتفاع لأن الضغط يقل مع الارتفاع).
يمكن التغلب على تلك المشكلة عن طريق تشغيل النظام تحت ضغط. درجة حرارة الغليان يمكن زيادتها 1 درجة مئوية لكل زيادة مقدارها 4 كيلو نيوتن/ مم² .

- أنه يتجمد عند درجة حرارة غالبا تواجه المحرك خلال فصل الشتاء في العديد من بقاع الأرض. وحيث أن الثلج يتمدد مع انخفاض درجة الحرارة, هناك مخاطرة كبيرة لحدوث شرخ بالكتلة المحرك في حالة أن حدوث التجمد.

- يمكن خفض درجة حرارة تجمد سائل التبريد عن طريق إضافة مانع التجمد, مانع التجمد الأكثر استخداما هو إثيلين جليكول ethylene glycol ومحلول منه يحتوي على 20% من ذلك مع الماء يكون كافي ليعطي حماية كافية من مخاطر المناطق الباردة. والذي يمثل تكلفة إضافية لنظام تبريد المياه. سائل تبريد مثل بروبيلن جليكول propylene glycol يظل سائل حتى درجة حرارة -55 مئوية وله عمر تشغيلي مقداره 10,000 ساعة.

- قد تؤدي المياه إلى صدأ لبعض الأجزاء المعدنية التي تتلامس معها. (خطورة الصدأ يمكن تجنبها بإضافة بعض الكيماويات. هذا في الغالب يتم عن طريق الإضافات مع مانع التجمد) والتي تزيد من تكلفة تشغيل النظام.

- تترك المياه رواسب جيرية وأملاح داخل النظام تعتمد على نوعية المياه.

- مشاكل في الصيانة؛ يشكل نظام تبريد المياه خطورة الحروق نتيجة التعرض لماء الردياتير الساخن (فتح غطاء المشع والمحرك ساخن).

- مشاكل في الصيانة؛ يجب الحذر عند العمل بالقرب من مروحة التبريد (خطورة التعرض لإصابة اليد نتيجة ريش المروحة) وخاصة المروحة الكهربائية, والتي قد تعمل فجأة دون سابق إنذار. (عند العمل بالقرب من المروحة الكهربائية ينصح بفصل القطب السالب).

- المحرك أثقل ليس فقط بالنسبة للأجزاء ولكن بسبب المياه أيضا وعموما المحرك أثقل بالنسبة لمحرك تبريد الهواء المماثل.

- المحرك يأخذ وقت أطول للوصول إلى درجة حرارة التشغيل (الوقت اللازم لتسخين المياه)

- في حالة استخدام المياه فلا يجب أن تزيد درجة الحرارة عن 85 إلى 90 درجة مئوية لتجنب غليان المياه

- المحرك معرض للتلف نتيجة تجمد المياه في الأجواء الباردة

- يحتاج إلى العديد من عمليات الصيانة مثل الكشف على مستوى المياه, إضافة مانع التجمد, تنظيف الرواسب.

- مياه التبريد تغلي عند نفس درجة الحرارة المطلوبة لتبريد المحرك. هذا يعطي لها ميزة كبيرة من ناحية امتصاص كمية كبيرة من الطاقة مصاحب لارتفاع طفيف في درجة حرارة المياه (يطلق عليها حرارة التبخير), والتي هي جيدة لإبقاء الأشياء باردة, خاصة عند مرور تيار من سائل التبريد على عدة أجزاء ساخنة للوصول لدرجة حرارة متساوية. هذا بالعكس, عند مرور الهواء على عدة أجزاء ساخنة على التوالي والتي تؤدي إلى سخونة الهواء (ارتفاع درجة حرارته) خلال عملية المرور على الأجزاء, وقد يبرد الجزء الأول تبريد زائد والجزء الأخير تبريد قليل.
ولكن في حالة غليان الماء يصبح الوسيط عازل, ويؤدي إلى فقد مفاجئ في التبريد حيث أن تكون هناك فقاعات هواء. ولسوء الحظ أن البخار قد يعود إلى الحالة السائلة عند اختلاطه مع سائل التبريد الأخر, وهذا قد يخدع حساس الحرارة, حيث قد يبين الحساس حرارة مقبولة على الرغم من أن هناك نقاط محلية وصلت فيها الحرارة لدرجة عالية قد تعرض تلك الأجزاء للتلف. 

- المحرك أغلى من نظيره المبرد بالهواء.

- أجزاء أكثر ويحتاج إلى صيانة أكثر

- يحتاج إلى مروحة كبيرة وموجه للهواء (غلاف صاج). مروحة بهذا النوع تستهلك جزء من قدرة المحرك عند إدارتها عن طريق المحرك وبالتالي تقلل من قدرة المحرك المستفاد منها. كما أن المروحة بهذا الحجم يصدر منها صوت دفع الهواء, مما يزيد من الضوضاء.

- موجه الهواء المحيط بالمحرك يصعب عملية الوصول إلى أجزاء المحرك لإجراء الصيانة والضبط. ويعمل كمكبر للصوت كما إنه في حالة عدم تربيطه جيدا فإنه يؤدي إلى عمل ضوضاء.

- في غياب تخميد القميص المائي للضوضاء الصادرة من المحرك, فإن ذلك يؤدي إلى تشغيل ذو ضوضاء عالية والتي في الغالب سوف تكبّر عن طريق أجزاء نظام موجه الهواء.

- الضوضاء الميكانيكية للمحرك تكبر نتيجة الزعانف.

- من الصعب التحكم في تغيير درجة حرارة التشغيل في نظم تبريد الهواء وهذا يؤدي إلى تغيير في درجات الحرارة لأجزاء مختلفة من المحرك والتي قد تؤدي إلى التشوه في الأجزاء الأساسية.

صعوبة الوصول إلى المناطق الحساسة داخل المحرك لتبريدها (قاعدة صمامات العادم, وفتحة شمعة الإشعال), ولهذا يستخدم الماء أو الزيت كوسيط.

- المحرك عرضة لزيادة درجة الحرارة تحت تأثير عوامل جوية صعبة عكس محرك تبريد المياه.

- في معظم الحالات إنه من الضروري لجعل الاسطوانات منفصلة لضمان تشكيل الزعانف بشكل مناسب؛ فإن الاسطوانات يجب أن تكون على مسافات كبيرة نسبيا لضمان تشكيل الزعانف, مم يتسبب في طول المحرك ذو الشكل المستقيم, طول لعمود المرفق وعلبة المرفق وبالتالي أثقل وزناُ. ولهذا فإن معظم محركات تبريد الهواء تكون مرتبه في شكل حرف V أو أفقية متقابلة والتي تكون أقل طول وأكثر تكلفة من النظام البسيط للمحرك المستقيم.

- الأسطوانات تصنع منفصلة لوضع الزعانف, هذا مما يجعلها أكثر كلفة.

- من الصعب عمل نظام تدفئة لحيز السيارة من الداخل.

- تعمل محركات الهواء عند درجات حرارة عالية عن الأنواع الأخرى من المحركات, ولهذا يجب تصميمه بخلوصات أكبر بين الأجزاء المتحركة للسماح بالتمدد.

- بالنسبة لأن درجة حرارة التشغيل مرتفعة فإنه يحتاج إلى نوع متطور من زيت التزييت, أعلى سعرا.

- محرك تبريد الهواء معرض أكثر لاحتمال الحريق, حيث أن موجة الهواء المحيط بالمحرك عرضة لان يمتص الزيت والوقود بالإضافة إلى عوالق أخرى مما يجعل منهم مصدر لاحتمال الحريق.

- في بعض التطبيقات (القديمة) كان يتم تشغيل محركات تبريد الهواء بوقود غني حتى تبرد عن طريق الوقود. هذا يزيد من استهلاك الوقود.

- بعض محركات سيارات تبريد الهواء تعاني من تآكل سريع في الاستخدام العادي وفي بعض الأحيان يحدث لها عطل فجائي عند العمل في الأجواء الحارة.

- أنه من الصعب الحصول على تلوث منخفض أو ضوضاء منخفضة من محرك تبريد الهواء هذان سببان  آخران لاستخدام معظم السيارات تبريد المياه.

- هناك مشكلة تصنيع محركات كبيرة تبريد هواء, فإن معظم محركات تبريد الهواء أقل من 500 كيلووات حيث أن محركات تبريد المياه قد تصل إلى 80 ميجا وات.

الاستخدام

- معظم السيارات تستخدم محركات تبريد المياه.

- العديد من الدرجات النارية (موتوسيكل) تستخدم تبريد الهواء لتخفيف الوزن, وتقليل تعقيد النظام.

- معظم محركات الطائرات ذات المكبس تستخدم تبريد الهواء.

- المعدات التي تحمل باليد, والتي تدار عن طريق المحرك تكون تبريد هواء. مثل قاطع الأشجار. وماكينات قص الحشائش.

- المركبات الحربية في الغالب تكون تبريد هواء.