Ruido de borboteo en el núcleo del calentador: causas, soluciones de diseño y optimización de la fabricación
Se debe usar un ruido de agua burbujeante, gorgoteante o que corre detrás del tablero es un problema común en los sistemas de calefacción automotriz. El ruido a menudo se vuelve más notable cuando el vehículo cambia entre ralentí y aceleración.
En la mayoría de los casos, la causa principal es aire atrapado dentro del núcleo del calentador. El aire y el refrigerante forman un flujo bifásico, y las burbujas resultantes pueden impactar las paredes internas y generar ruido. Otras causas incluyen una velocidad excesiva del refrigerante, un diseño deficiente del tanque de cabecera, una distribución desigual del flujo y una purga insuficiente del sistema.
Resolver el problema de manera efectiva requiere más que simplemente purgar el sistema de refrigeración. El diseño del núcleo del calentador, el enrutamiento del refrigerante, la calidad de fabricación, el ensamblaje y las estrategias de control del vehículo deben ser considerados.
1. Optimizar el diseño del núcleo del calentador
Diseño del tanque de cabecera
El tanque de cabecera afecta directamente la distribución del refrigerante y la acumulación de aire. Varias mejoras de diseño pueden ayudar a reducir la turbulencia y el aire atrapado:
- Agregar estructuras de guía de flujo y amortiguación alrededor de la entrada para evitar que el refrigerante de alta velocidad impacte directamente la pared del tanque. Los chaflanes y las nervaduras de guía pueden reducir el impacto del chorro y la turbulencia local.
- Agregar un bolsillo o ranura de recolección de aire en el punto más alto del tanque de cabecera, permitiendo que el aire atrapado se mueva hacia la salida.
- Evitar escalones internos y esquinas afiladas. Usar transiciones redondeadas para reducir las zonas de vórtice de baja presión donde se pueden formar burbujas.
- Posicionar la salida en el punto geométricamente más alto siempre que sea posible. Evitar colocar la entrada y la salida en la parte inferior del núcleo, lo que puede dejar aire atrapado en la sección superior.
Optimización del flujo de tubos planos
Una velocidad de flujo local excesiva puede crear presión negativa y promover la formación de burbujas. Un rango de velocidad de refrigerante recomendado para tubos planos es 0.6–1.2 m/s, con simulación CFD utilizada para verificar la distribución del flujo.
También se deben minimizar las restricciones repentinas en las entradas de los tubos. Las entradas achaflanadas pueden reducir las caídas de presión locales, mientras que el flujo equilibrado entre los tubos ayuda a prevenir zonas muertas de bajo flujo donde el aire puede acumularse.
Calidad de soldadura y limpieza
La calidad de fabricación puede influir directamente en el comportamiento del flujo interno.
El exceso de acumulación de soldadura en las uniones de la cabecera a los tubos puede perturbar el flujo del refrigerante y crear vórtices locales. El filete de soldadura debe permanecer uniforme y debidamente controlado.
La limpieza interna es igualmente importante. Las virutas de aluminio y los residuos de fundente de soldadura pueden convertirse en sitios de nucleación para las burbujas. La limpieza adecuada y el enjuague de aire posterior a la producción pueden ayudar a reducir este riesgo.
2. Optimizar el sistema de enrutamiento del refrigerante
El núcleo del calentador a menudo se encuentra en un punto alto local en el circuito de refrigeración, por lo que el enrutamiento de las mangueras es fundamental.
Prevenir trampas de aire
La manguera desde la salida del núcleo del calentador hacia el tanque de expansión debe ascender continuamente siempre que sea posible. Se deben evitar las secciones bajas en forma de U, ya que pueden retener aire que luego regresa al núcleo del calentador.
Agregar una línea de retorno de aire
Una solución efectiva es conectar una pequeña línea de retorno de aire desde el punto más alto del tanque de cabecera del núcleo del calentador al tanque de expansión.
Esto proporciona un camino directo para que escape el aire acumulado. Estructuras similares se utilizan ampliamente en sistemas de calefacción de vehículos de nueva energía.
El diámetro interno recomendado de la línea de retorno de aire es 2–4 mm. No debe ser sobredimensionado porque puede ocurrir un flujo excesivo de refrigerante a través del circuito de retorno.
Optimizar mangueras y válvulas de calentador
El diámetro interno de la manguera debe coincidir con las conexiones del núcleo del calentador. Los cambios de diámetro repentinos y las curvas pronunciadas pueden crear restricciones y turbulencia.
La válvula del calentador se prefiere que se posicione en el lado de salida en lugar del lado de entrada. Restringir la entrada puede crear una caída de presión que promueve la formación de burbujas y aumenta el ruido del flujo de agua.
3. Mejorar el llenado y ensamblaje del refrigerante
Incluso un núcleo de calentador bien diseñado puede desarrollar ruido si se introduce aire excesivo durante el ensamblaje del vehículo.
Se debe usar un sistema de llenado de refrigerante por vacío en lugar de un simple llenado por gravedad. El sistema de refrigeración debe ser evacuado suficientemente antes de agregar refrigerante.
Después del llenado, el proceso de purga puede incluir:
- Establecer el calentador a temperatura máxima.
- Ciclar el motor entre ralentí y mayor velocidad.
- Permitir que el ventilador de refrigeración electrónico comience y se detenga al menos dos veces.
- Levantar ligeramente la parte delantera del vehículo para ayudar a que el aire se mueva hacia el tanque de expansión.
Durante el ensamblaje de la manguera, evitar pellizcos locales, dobleces excesivos o secciones en forma de bolsa que puedan crear bolsas de aire.
4. Optimizar las estrategias de control del vehículo
El control de la bomba de agua también puede influir en el ruido del núcleo del calentador.
Durante el arranque en frío, un flujo de refrigerante alto inmediato puede perturbar el aire atrapado y generar ruido de gorgoteo. Por lo tanto, el flujo del circuito de calefacción se puede reducir temporalmente durante la etapa inicial.
Para vehículos convencionales, la apertura del termostato puede aumentar repentinamente el flujo de refrigerante a través del circuito de calefacción. Una estrategia de aumento gradual del flujo puede reducir esta perturbación.
Para sistemas de bomba de calor y calefacción de agua de nueva energía, evitar operaciones frecuentes de arranque-parada de la bomba y cambios bruscos de velocidad. Una estrategia de rampa de velocidad de la bomba puede reducir las perturbaciones al aire atrapado.
5. Estrategia de desarrollo y solución de problemas
Para el desarrollo de nuevos núcleos de calentador, el enfoque preferido es identificar problemas potenciales antes de la producción en masa.
La simulación de flujo bifásico CFD se puede utilizar para identificar áreas de acumulación de aire y optimizar el tanque de cabecera, las posiciones de entrada/salida y la línea de retorno de aire.
Las pruebas de banco NVH pueden simular las condiciones de flujo y presión del vehículo para evaluar el ruido del flujo de agua y establecer un umbral de ruido apropiado.
Para piezas producidas en masa que permiten pequeños cambios de hardware, agregar una línea de retorno de aire en el punto alto, cambiar el ángulo de entrada/salida o mejorar la estructura de guía de flujo del tanque de cabecera pueden ser efectivos.
Cuando los cambios de hardware no son prácticos, concéntrese en el llenado por vacío, los procedimientos de purga y el control de la rampa de velocidad de la bomba.
6. Lista de verificación de diagnóstico postventa
Al investigar el ruido del flujo de agua del núcleo del calentador, verifique:
- Nivel de refrigerante: Un nivel bajo de refrigerante puede permitir que el aire ingrese al sistema.
- Tanque de expansión: Las burbujas grandes continuas pueden indicar una microfuga o una entrada continua de aire.
- Válvula del calentador: Verifique si la válvula restringe el lado de entrada.
- Mangueras de refrigerante: Busque secciones en forma de U u otras áreas de atrapamiento de aire.
- Núcleo del calentador: Pruebe el núcleo por separado en un banco de circulación externa para determinar si el ruido se origina en el núcleo o en el sistema de refrigeración del vehículo.
Malentendidos comunes
Aumentar el flujo de refrigerante no necesariamente resuelve el problema. Una velocidad excesiva puede aumentar la turbulencia, el ruido relacionado con la cavitación y el ruido del flujo de agua.
La purga del vehículo por sí sola puede no proporcionar una solución permanente. Si el núcleo del calentador o el enrutamiento del refrigerante tienen una mala gestión del aire en el punto alto, el aire puede regresar después de la vibración y los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.
También es poco realista esperar que un núcleo de calentador no contenga absolutamente ninguna burbuja de aire. El objetivo del diseño es garantizar que las burbujas no permanezcan atrapadas durante largos períodos y puedan ser transportadas continuamente por el flujo del refrigerante.
La calidad de fabricación importa
El ruido del flujo de agua del núcleo del calentador no es solo un problema de calibración del vehículo. El diseño del paso de flujo, la formación de aletas, el ensamblaje del núcleo, la calidad de soldadura, la limpieza interna y las pruebas de fugas contribuyen al rendimiento constante del producto.
Para los fabricantes que desarrollan o actualizan la producción de núcleos de calentador e intercambiadores de calor, SUNHOPE proporciona equipos que cubren la formación de aletas, el ensamblaje del núcleo, la soldadura de aluminio, las pruebas de fugas y los procesos de fabricación relacionados de radiadores e intercambiadores de calor.
La formación consistente, el ensamblaje preciso del núcleo, la soldadura controlada y las pruebas de fugas confiables proporcionan una base más sólida para un rendimiento estable del intercambiador de calor y una producción en masa confiable.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un núcleo de calentador hace un ruido de gorgoteo?
La causa más común es el aire atrapado dentro del núcleo del calentador o el circuito de refrigeración. La velocidad excesiva del refrigerante, el enrutamiento deficiente de las mangueras y la purga insuficiente también pueden contribuir.
¿Cuál es la velocidad recomendada del refrigerante para tubos planos?
El rango recomendado es 0.6–1.2 m/s, con simulación CFD utilizada para verificar la distribución del flujo y la posible acumulación de aire.
¿Cómo se puede eliminar el aire atrapado de un núcleo de calentador?
Una línea de retorno de aire en el punto alto conectada al tanque de expansión puede proporcionar un camino directo para que escape el aire acumulado. El diámetro interno recomendado es 2–4 mm.
¿Puede la calidad de fabricación afectar el ruido del flujo de agua del núcleo del calentador?
Sí. La acumulación desigual de soldadura, la contaminación interna, la geometría deficiente del paso de flujo y el ensamblaje inconsistente del núcleo pueden afectar el flujo del refrigerante y contribuir a la turbulencia o la retención de aire.
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