Λύσεις — Ενότητα 1.5: Συστήματα Ψύξης (σελ. 149-151) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 1.5: Συστήματα Ψύξης

Εννέα ερωτήσεις (ανοιχτές, πολλαπλής επιλογής και Σωστού/Λάθους) για την ενότητα 1.5 «Συστήματα Ψύξης»: αναγκαιότητα ψύξης του κινητήρα, διάκριση αερόψυκτων/υγρόψυκτων κινητήρων, προβλήματα ανεπαρκούς ψύξης, μηχανισμός ψύξης υγρόψυκτου κινητήρα και ρόλος του ψυγείου, πλεονεκτήματα αερόψυκτων κινητήρων, ρόλος των κινητών θυρίδων (cowl flaps), λειτουργία του θερμοστάτη, συχνές βλάβες υγρόψυκτου συστήματος και λόγος προσθήκης αιθυλικής γλυκόλης στο νερό ψύξης.

Λόγοι ύπαρξης συστημάτων ψύξης

Ερώτηση: Αναφέρατε τους λόγους για τους οποίους χρησιμοποιούνται τα συστήματα ψύξης στους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Με ποιόν τρόπο απάγεται η θερμότητα από τον κινητήρα;

Απάντηση:

• §1.5.1. «Στην περίπτωση που ένα τμήμα του υπερβεί την ανώτερη θερμοκρασία λειτουργίας, τότε υπάρχει κίνδυνος να παρουσιαστούν διάφορες δυσλειτουργίες - όπως προανάφλεξη του καύσιμου μείγματος, μείωση της λιπαντικής ικανότητας του λιπαντικού μέσου, ή μείωση της αντοχής κάποιων υλικών κατασκευής, ακόμη και αστοχίες μερών του κινητήρα.» «Το τελευταίο [το ψυκτικό μέσο] αποτελεί το ρευστό με την κυκλοφορία του οποίου, επιτυγχάνεται η απαγωγή της θερμότητας από τα διάφορα μέρη του κινητήρα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα ψύξης χρησιμοποιούνται επειδή κάθε κινητήρας εσωτερικής καύσης είναι σχεδιασμένος να λειτουργεί μέσα σε συγκεκριμένα θερμοκρασιακά όρια· ένα μέρος της θερμότητας που παράγεται από την καύση του μείγματος παραμένει σε διάφορα τμήματα του κινητήρα και, αν δεν απαχθεί, η υπερθέρμανση μπορεί να προκαλέσει προανάφλεξη του μείγματος, μείωση της λιπαντικής ικανότητας του λιπαντικού, μείωση της αντοχής υλικών κατασκευής ή ακόμη και αστοχίες εξαρτημάτων. Η απαγωγή της θερμότητας πραγματοποιείται με την κυκλοφορία ενός ψυκτικού μέσου (αέρα στους αερόψυκτους κινητήρες, ή ειδικού υγρού στους υγρόψυκτους) γύρω από τα θερμά τμήματα του κινητήρα· η ποσότητα θερμότητας που απάγεται εξαρτάται από την επιφάνεια επαφής του ψυκτικού μέσου με τον κινητήρα και από την ταχύτητα ροής του.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αποφυγή υπέρβασης θερμοκρασιακών ορίων λειτουργίας· απαγωγή θερμότητας με κυκλοφορία ψυκτικού μέσου (αέρα ή υγρού)

Κατηγορίες ψύξης κινητήρων

Ερώτηση: Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης διακρίνονται ανάλογα με τον τρόπο ψύξης τους σε: Α) Εσωτερικής και εξωτερικής ψύξης. Β) Αερόψυκτους και υγρόψυκτους. Γ) Ψυχρούς και θερμούς. Δ) Περιστροφικούς και παλινδρομικούς.

Απάντηση:

• §1.5.1. «Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι αερόψυκτοι ή υγρόψυκτοι. Πιο συγκεκριμένα, οι εμβολοφόροι αεροπορικοί κινητήρες είναι, στη συντριπτική τους πλειοψηφία, αερόψυκτοι.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Β) Αερόψυκτους και υγρόψυκτους. Το βιβλίο αναφέρει ρητά ότι οι κινητήρες εσωτερικής καύσης διακρίνονται σε αερόψυκτους (ψύξη απευθείας από τον ατμοσφαιρικό αέρα) και υγρόψυκτους (ψύξη με κυκλοφορία ειδικού υγρού), με τους εμβολοφόρους αεροπορικούς κινητήρες να είναι στη συντριπτική πλειοψηφία τους αερόψυκτοι.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Β) Αερόψυκτους και υγρόψυκτους

Προβλήματα ανεπαρκούς ψύξης

Ερώτηση: Τα προβλήματα που μπορούν να παρουσιάσουν οι κινητήρες εσωτερικής καύσης όταν δεν ψύχονται επαρκώς είναι τα ακόλουθα: Α) Αλλοίωση των χαρακτηριστικών του λιπαντικού που χρησιμοποιούν. Β) Προανάφλεξη του μείγματος αέρα καυσίμου. Γ) Αστοχίες των εξαρτημάτων του κινητήρα. Δ) Όλα τα παραπάνω.

Απάντηση:

• §1.5.1. «...υπάρχει κίνδυνος να παρουσιαστούν διάφορες δυσλειτουργίες - όπως προανάφλεξη του καύσιμου μείγματος, μείωση της λιπαντικής ικανότητας του λιπαντικού μέσου, ή μείωση της αντοχής κάποιων υλικών κατασκευής, ακόμη και αστοχίες μερών του κινητήρα.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Δ) Όλα τα παραπάνω. Η θεωρία αναφέρει και τα τρία προβλήματα ως πιθανές συνέπειες ανεπαρκούς ψύξης: αλλοίωση/μείωση της λιπαντικής ικανότητας του λιπαντικού (Α), προανάφλεξη του μείγματος αέρα-καυσίμου (Β) και αστοχίες εξαρτημάτων του κινητήρα (Γ) — άρα η σωστή επιλογή είναι το «όλα τα παραπάνω».

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Δ) Όλα τα παραπάνω

Μηχανισμός ψύξης υδρόψυκτου κινητήρα

Ερώτηση: Με ποιο μηχανισμό απάγεται η θερμοκρασία που αναπτύσσεται σε έναν υδρόψυκτο εμβολοφόρο κινητήρα; Αναφέρατε με ποιο από τα εξαρτήματά του μεταφέρεται η θερμότητα στο περιβάλλον, κατά το μεγαλύτερο ποσοστό.

Απάντηση:

• §1.5.3. «Οι κινητήρες αυτοί είναι εφοδιασμένοι με διόδους μεταξύ των κυλίνδρων και του κυρίου σώματος με σκοπό την κυκλοφορία ψυκτικού υγρού. Αυτό ψύχει τα θερμά τοιχώματα όταν έρχεται σε επαφή μαζί τους...» «Το ψυγείο. Αποτελείται από σειρά σωληνώσεων μέσα στις οποίες κυκλοφορεί ψυκτικό υγρό, ενώ στον περιβάλλοντα χώρο τους διέρχεται αέρας ο οποίος πραγματοποιεί και την ψύξη του υγρού του ψυγείου.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον υγρόψυκτο (υδρόψυκτο) εμβολοφόρο κινητήρα, η θερμότητα απάγεται με κυκλοφορία ψυκτικού υγρού μέσα από ειδικές διόδους ανάμεσα στους κυλίνδρους και στο κύριο σώμα του κινητήρα· το υγρό απορροφά τη θερμότητα από τα θερμά τοιχώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή και τη μεταφέρει στο ψυγείο. Εκεί, το εξάρτημα από το οποίο η θερμότητα μεταφέρεται τελικά στο περιβάλλον, κατά το μεγαλύτερο ποσοστό, είναι το ψυγείο: αποτελείται από σειρά σωληνώσεων μέσα στις οποίες κυκλοφορεί το θερμό υγρό, ενώ γύρω τους διέρχεται ατμοσφαιρικός αέρας (μέσω ανεμιστήρα ή φυσικής ροής κατά την πτήση) που παραλαμβάνει τη θερμότητα και την αποβάλλει στο περιβάλλον.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κυκλοφορία ψυκτικού υγρού γύρω από κυλίνδρους· η θερμότητα αποβάλλεται στο περιβάλλον κυρίως μέσω του ψυγείου

Πλεονεκτήματα αερόψυκτων κινητήρων

Ερώτηση: Αναφέρατε τα πλεονεκτήματα των αερόψυκτων εμβολοφόρων κινητήρων; Ποια είναι η βασική προϋπόθεση για την ικανοποιητική λειτουργία ενός αερόψυκτου κινητήρα.

Απάντηση:

• §1.5.2. «Το σύστημα ψύξης των αερόψυκτων κινητήρων χαρακτηρίζεται από απλότητα, καθώς αποτελείται από πολύ λιγότερα τμήματα απ' ό,τι ένα αντίστοιχο υγρόψυκτου κινητήρα. Έτσι, παρουσιάζει μεγαλύτερη αξιοπιστία κατά τη λειτουργία του και έχει μικρότερο βάρος.» «Η ροή του ατμοσφαιρικού αέρα κατά την πτήση του αεροσκάφους πρέπει να οδηγηθεί στα θερμά μέρη του κινητήρα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα πλεονεκτήματα των αερόψυκτων εμβολοφόρων κινητήρων είναι η απλότητα κατασκευής (πολύ λιγότερα τμήματα σε σχέση με έναν υγρόψυκτο κινητήρα, χωρίς δεξαμενή, ψυγείο, αντλία κ.λπ.), η μεγαλύτερη αξιοπιστία λειτουργίας και το μικρότερο βάρος. Η βασική προϋπόθεση για την ικανοποιητική λειτουργία ενός αερόψυκτου κινητήρα είναι η ροή ατμοσφαιρικού αέρα να οδηγείται αποτελεσματικά και ομοιόμορφα στα θερμά μέρη (κυλίνδρους) του κινητήρα, ώστε να επιτυγχάνεται επαρκής και ισοκατανεμημένη ψύξη σε όλους τους κυλίνδρους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Απλότητα, αξιοπιστία, μικρότερο βάρος· προϋπόθεση: επαρκής και ομοιόμορφη ροή αέρα στους κυλίνδρους

Σκοπός των κινητών θυρίδων (cowl flaps)

Ερώτηση: Για ποιο λόγο τοποθετούνται οι κινητές θυρίδες αέρα στα αεροδυναμικά καλύμματα των εμβολοφόρων κινητήρων;

Απάντηση:

• §1.5.2.1. «...τοποθετούνται κινητές θυρίδες (cowl flaps) για την έξοδο του αέρα ψύξης... Σκοπός τους είναι να δημιουργήσουν μία περιοχή χαμηλής πίεσης στην έξοδο του αέρα ψύξης ώστε αυτός να επιταχύνεται εκεί και να πραγματοποιείται ομαλά η ροή του ανάμεσα στους κυλίνδρους. Μικρό άνοιγμα των θυρίδων επιφέρει θέρμανση του κινητήρα ενώ μεγάλο επιφέρει υπερβολική ψύξη και αύξηση του συντελεστή αντίστασης.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κινητές θυρίδες (cowl flaps) τοποθετούνται στο οπίσθιο τμήμα του αεροδυναμικού καλύμματος για την έξοδο του αέρα ψύξης. Σκοπός τους είναι να δημιουργούν μια περιοχή χαμηλής πίεσης στην έξοδο του αέρα, ώστε αυτός να επιταχύνεται και να ρέει ομαλά ανάμεσα στους κυλίνδρους, εξασφαλίζοντας την απαιτούμενη ψύξη. Παράλληλα επιτρέπουν τη ρύθμιση του βαθμού ψύξης: μικρό άνοιγμα θερμαίνει τον κινητήρα, μεγάλο άνοιγμα προκαλεί υπερβολική ψύξη και αυξημένη αντίσταση· γι' αυτό το άνοιγμά τους ρυθμίζεται ανάλογα με την ταχύτητα πτήσης (περισσότερο ανοιχτές σε χαμηλές ταχύτητες, λιγότερο σε υψηλές, ελάχιστα κατά την απογείωση, εντελώς ανοιχτές στο έδαφος).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δημιουργούν χαμηλή πίεση που επιταχύνει/ρυθμίζει τη ροή του αέρα ψύξης ανάλογα με την ταχύτητα πτήσης

Ρόλος θερμοστάτη σε υγρόψυκτο σύστημα

Ερώτηση: Ο θερμοστάτης σε ένα σύστημα ψύξης υγρόψυκτου κινητήρα χρησιμοποιείται για τον ακόλουθο λόγο: Α) Την επιτάχυνση της ροής του ψυκτικού για την αποτελεσματικότερη ψύξη του. Β) Τη διακοπή της ροής του ψυκτικού από το χειριστή για τη ρύθμιση της απόδοσης του κινητήρα. Γ) Τη διακοπή της ροής του ψυκτικού μέχρι να ανέλθει η θερμοκρασία του σε προκαθορισμένη τιμή. Δ) Κανένα από παραπάνω.

Απάντηση:

• §1.5.3. «Ο θερμοστάτης. Είναι μία βαλβίδα η οποία ρυθμίζει τη ροή του ψυκτικού υγρού μέσα στο ψυγείο. Ανοίγει μετά από ορισμένο χρόνο λειτουργίας του κινητήρα, όταν ανέλθει η θερμοκρασία του σε κάποια προκαθορισμένη τιμή, για να την επαναφέρει στην κανονική τιμή λειτουργίας της.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Γ) Τη διακοπή της ροής του ψυκτικού μέχρι να ανέλθει η θερμοκρασία του σε προκαθορισμένη τιμή. Ο θερμοστάτης είναι μια βαλβίδα που ρυθμίζει τη ροή του ψυκτικού υγρού προς το ψυγείο: παραμένει κλειστός/διακόπτει τη ροή αμέσως μετά την εκκίνηση, ώστε ο κινητήρας να ζεσταθεί γρήγορα, και ανοίγει μόνο όταν η θερμοκρασία φτάσει σε προκαθορισμένη τιμή, επαναφέροντάς την στο κανονικό επίπεδο λειτουργίας. Δεν πρόκειται για χειροκίνητο έλεγχο από τον χειριστή (Β) ούτε για μόνιμη επιτάχυνση της ροής (Α).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό: Γ) Διακόπτει τη ροή μέχρι να φτάσει σε προκαθορισμένη θερμοκρασία

Συχνές βλάβες υγρόψυκτου συστήματος — Σωστό/Λάθος

Ερώτηση: Μια από τις πιο συχνές βλάβες που παρατηρούνται σε ένα υγρόψυκτο σύστημα είναι η απόφραξη της αντλίας του ψυκτικού. ΣΩΣΤΟ ❐ ΛΑΘΟΣ ❐

Απάντηση:

• §1.5.3. «Οι πιο συχνές βλάβες που παρουσιάζει ένα υγρόψυκτο κύκλωμα ψύξης είναι: η διαρροή ψυκτικού υγρού που επιφέρει άνοδο της θερμοκρασίας του, η απόφραξη του κυκλώματος κυκλοφορίας που επιφέρει τοπικές υπερθερμάνσεις και, ίσως, θραύσεις, διαρροή υγρού προς τον κινητήρα με αποτέλεσμα το σβήσιμό του, εσφαλμένες ενδείξεις θερμοκρασίας και πίεσης, μειωμένη απόδοση του ανεμιστήρα, παγοποίηση σωληνώσεων που μπορεί να οδηγήσει σε θραύση.»

Σύνοψη: ΛΑΘΟΣ. Το βιβλίο αναφέρει ως πιο συχνές βλάβες ενός υγρόψυκτου κυκλώματος ψύξης τη διαρροή ψυκτικού υγρού, την απόφραξη του κυκλώματος κυκλοφορίας (όχι ειδικά της αντλίας), τη διαρροή υγρού προς τον κινητήρα, τις εσφαλμένες ενδείξεις θερμοκρασίας/πίεσης, τη μειωμένη απόδοση του ανεμιστήρα και την παγοποίηση σωληνώσεων. Η «απόφραξη της αντλίας» ειδικά δεν αναφέρεται πουθενά ως συχνή βλάβη — αναφέρεται γενικά η απόφραξη του κυκλώματος κυκλοφορίας, που αφορά κυρίως τις σωληνώσεις/το ψυγείο και όχι συγκεκριμένα την αντλία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Λάθος: το βιβλίο αναφέρει απόφραξη του κυκλώματος κυκλοφορίας, όχι ειδικά της αντλίας

Λόγος προσθήκης αιθυλικής γλυκόλης

Ερώτηση: Ποιος είναι ο λόγος που προσθέτουμε αιθυλική γλυκόλη στο νερό ψύξης ενός συστήματος ψύξης;

Απάντηση:

• §1.5.3. «Για την αποφυγή του τελευταίου φαινομένου [παγοποίηση σωληνώσεων], μία συνήθης πρακτική είναι η προσθήκη στο νερό ψύξης - σε υδρόψυκτους κινητήρες - υγρών με χαμηλό σημείο πήξης όπως η αιθυλική γλυκόλη (-170°C). Επίσης, λόγω του υψηλού σημείο βρασμού της (197°C), η αιθυλική γλυκόλη χρησιμοποιείται και εξ ολοκλήρου ως ψυκτικό υγρό.»

Σύνοψη: Η αιθυλική γλυκόλη προστίθεται στο νερό ψύξης επειδή έχει πολύ χαμηλό σημείο πήξης (-170°C), γεγονός που αποτρέπει την παγοποίηση του ψυκτικού υγρού μέσα στις σωληνώσεις του κυκλώματος ψύξης (φαινόμενο που θα μπορούσε να οδηγήσει σε θραύση τους). Επιπλέον, λόγω του υψηλού σημείου βρασμού της (197°C), η αιθυλική γλυκόλη χρησιμοποιείται μερικές φορές και ως πλήρες ψυκτικό υγρό, με μόνη προσθήκη ειδικού αντιοξειδωτικού υγρού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χαμηλό σημείο πήξης (-170°C): αποτρέπει την παγοποίηση του ψυκτικού υγρού/θραύση σωληνώσεων