Elettropompe dell'acqua: principali usi nei motori a combustione e in veicoli ibridi ed elettrici

Le elettropompe dell'acqua sono in commercio da molti anni ormai. Tuttavia, prima dell'ultimo decennio, non sono state spesso oggetto di particolare attenzione. Ma questa situazione si è totalmente capovolta da quando le elettropompe dell'acqua sono sempre più indispensabili per mantenere il funzionamento ottimale del sistema di raffreddamento, sia nei motori a combustione che nei veicoli ibridi ed elettrici. In questo articolo tracceremo la loro evoluzione, approfondendo i vari usi delle elettropompe dell'acqua, sia di quelle principali che di quelle responsabili della gestione termica dei veicoli (dal raffreddamento del sistema di turbocompressione a quello della batteria). Presenteremo anche i componenti più importanti della pompa.  

I principali usi delle elettropompe dell'acqua

Approfondire gli usi principali delle elettropompe dell'acqua è uno dei modi migliori per comprenderne l'evoluzione.

Riscaldamento aggiuntivo programmabile

Il riscaldamento aggiuntivo programmabile è stata una delle prime applicazioni dotate di elettropompe dell'acqua. In tali sistemi, un riscaldatore aggiuntivo utilizza il carburante del veicolo per riscaldare il refrigerante alla temperatura richiesta per riscaldare l'abitacolo. Ciò non solo garantisce che l'abitacolo sia a una temperatura gradevole quando si sale in auto, ma anche che il motore inizia a funzionare a una temperatura ottimale, riducendo l'usura sulle parti corrispondenti. Nella maggior parte dei casi, l'unità di controllo del clima controlla sia il riscaldatore supplementare che l'elettropompa dell'acqua, in modo tale che l'eventuale calore residuo presente nel sistema di raffreddamento possa essere utilizzato per garantire un riscaldamento continuo anche una volta spento il motore.

Elettropompa dell'acqua

Pompe a supporto del sistema di raffreddamento

I sistemi di raffreddamento sono diventati sempre più complessi in quanto i produttori di veicoli continuano a migliorare le prestazioni delle auto. Al giorno d'oggi, questi sistemi necessitano non solo ditubi modulari ma anche di elettropompe dell'acqua per funzionare indipendentemente dal flusso di refrigerante fornito dalla pompa meccanica principale, o anche per operare in circuiti completamente separati. 

 

Evitare il surriscaldamento e prolungare la durata dei componenti

Le prime ad apparire sul mercato sono state le elettropompe che, una volta spento il motore, continuano a pompare refrigerante per un certo arco di tempo. Abbassando la temperatura del motore, queste pompe evitano il surriscaldamento e prolungano la durata dei suoi componenti. Funzionano in modo simile alle  pompe per il riscaldamento aggiuntivo, poiché in alcuni casi l'abitacolo continua a ricevere il riscaldamento per un periodo più lungo dopo che il motore è stato spento.

Sistema di gestione termica

Di recente, il sistema di raffreddamento è diventato il sistema di gestione termica di molti veicoli, in cui l'unità di controllo del motore gestisce tutti gli elementi e decide come rispondere per mantenere ogni componente alla giusta temperatura di esercizio.

Nell'ambito della gestione termica è importante evidenziare i veicoli micro-ibridi dotati di sistemi Start & Stop e altri veicoli ibridi. Per garantire il flusso di refrigerante agli elementi ausiliari come il turbo o l'impianto di riscaldamento dell'abitacolo nonostante frequenti arresti e avvii del motore, i veicoli micro-ibridi si affidano a una elettropompa dell'acqua. Pertanto, la pompa prolunga la durata del turbo ed evita guasti prematuri, oltre ad assicurare che l'abitacolo continui a ricevere aria calda, se necessario.

Inoltre, abbiamo osservato una crescente tendenza orientata al raffreddamento dei gas compressi dal turbo o dal compressore mediante un raffreddatore intermedio, che funziona utilizzando il refrigerante piuttosto che l'aria esterna. Questi gas devono essere raffreddati per aumentare l'efficienza, poiché l'aria calda ha una densità inferiore e quindi contiene meno ossigeno da bruciare per il motore. Quando questi gas vengono raffreddati, la densità e, quindi il livello di ossigeno, aumenta, rendendo il motore più potente.

 

Pompa dell'acqua 41554E

Alcuni veicoli elettrici moderni montano anche fino a quattro elettropompe dell'acqua per prendersi cura della loro gestione termica.

Veicolo elettrico dotato di quattro elettropompe dell'acqua

Pompe dell'acqua principali

 

Le elettropompe dell'acqua principali contribuiscono a un minor consumo di carburante rispetto alla versione meccanica: difatti, quelle meccaniche consumano costantemente energia dal motore essendo in continuo movimento, azionate dalla cinghia di distribuzione o dalla cinghia organi accessori. Quindi, sostituire una pompa meccanica con una pompa elettrica che può essere attivata in base alle effettive esigenze del motore può comportare una significativa riduzione del consumo di carburante. 

Nella fase di riscaldamento del motore, ad esempio, l'unità di controllo può decidere di non attivare affatto la pompa dell'acqua per raggiungere prima la temperatura di esercizio. Nel nostro articolo sui termostati a controllo elettrico, abbiamo visto come la pompa dell'acqua 41504E montata da BMW può aumentare o diminuire la portata del refrigerante e adattare la temperatura del refrigerante allo stile di guida. 

Pompa dell'acqua 41504E

Componenti della pompa

Nel corso degli anni, non solo è cambiato l'uso delle elettropompe dell'acqua, ma anche la tecnologia a cui si affidano è stata trasformata. Le prime tipologie di elettropompe dell'acqua utilizzate furono le pompe CC tradizionali con spazzole o contatti elettrici per condurre corrente elettrica tra parti del motore stazionarie e rotanti. Oggi, questa tendenza è cambiata e vengono maggiormente utilizzati i motori brushless. 

 

Sebbene esistano diverse progettazioni, la struttura delle varie pompe dell'acqua è molto simile. Le parti principali sono:

 

• Girante/rotore: questo componentee è responsabile dello spostamento del refrigerante utilizzando un rotore dotato di pale di azionamento. Internamente, questo rotore contiene i magneti permanenti necessari in un motore brushless per generare il movimento rotante. 
• Corpo/statore: questo componente genera campi magnetici attraverso gli avvolgimenti per far ruotare il rotore.
• Centralina: questa unità trasforma la corrente diretta ricevuta in corrente trifase che viene trasmessa allo statore. Grazie a un segnale di modulazione della larghezza dell'impulso (PWM), il circuito stampato (PCB) conosce la velocità con cui la pompa deve ruotare (anche se alcune pompe sono controllate dal bus dati del veicolo).

I componenti principali di una elettropompa dell'acqua

Modalità di guasto

Per conoscere le modalità di guasto più comuni, leggete il nostro articolo sulle caratteristiche esclusive delle elettropompe dell'acqua e le principali cause di guasto.

Queste nuovissime pompe vengono monitorate e generano un codice di guasto nel caso in cui l'unità di controllo rileva un problema, ma come sempre, è consigliabile controllare lo schema di cablaggio:

1. Cavo di alimentazione (controllare la tensione per assicurarsi che la batteria sia al massimo (da 12 a 14,8 V))
2. Filo di terra (misurare la resistenza a terra)
3. Cavo bus segnale/dati all'unità di controllo (la resistenza tra il connettore dell'elettropompa dell'acqua e l'unità di controllo del motore deve essere inferiore a 0,4 ohm)