Deoarece eficiența termică a motoarelor cu ardere internă crește odată cu temperatura internă, lichidul de răcire este menținut la o presiune mai mare decât cea atmosferică pentru a-și crește punctul de fierbere. O supapă calibrată de reducere a presiunii este de obicei încorporată în capacul de umplere al radiatorului. Această presiune variază între modele, dar de obicei variază de la 4 la 30 psi (30 la 200 kPa).[4]
Pe măsură ce presiunea sistemului de răcire crește odată cu creșterea temperaturii, aceasta va ajunge în punctul în care supapa de limitare a presiunii permite scăparea presiunii în exces. Aceasta se va opri când temperatura sistemului încetează să crească. În cazul unui radiator supra-umplut (sau rezervor colector), presiunea este evacuată permițând puțin lichid să scape. Acesta se poate scurge pur și simplu pe sol sau poate fi colectat într-un recipient cu aerisire care rămâne la presiunea atmosferică. Când motorul este oprit, sistemul de răcire se răcește și nivelul lichidului scade. În unele cazuri în care excesul de lichid a fost colectat într-o sticlă, acesta poate fi „aspirat” înapoi în circuitul principal de răcire. În alte cazuri, nu este.
Înainte de al Doilea Război Mondial, lichidul de răcire a motorului era de obicei apă plată. Antigelul a fost folosit numai pentru a controla înghețul, iar acest lucru se făcea adesea doar pe vreme rece. Dacă apa simplă este lăsată să înghețe în blocul unui motor, apa se poate extinde pe măsură ce îngheață. Acest efect poate provoca daune interne severe ale motorului din cauza extinderii gheții.
Dezvoltarea motoarelor de aeronave de înaltă performanță a necesitat lichide de răcire îmbunătățite cu puncte de fierbere mai mari, ceea ce a condus la adoptarea amestecurilor de glicol sau apă-glicol. Acestea au dus la adoptarea glicolilor pentru proprietățile lor antigel.
De la dezvoltarea motoarelor din aluminiu sau metal mixt, inhibarea coroziunii a devenit chiar mai importantă decât antigelul și în toate regiunile și anotimpurile.
Un rezervor de preaplin care funcționează uscat poate duce la vaporizarea lichidului de răcire, ceea ce poate cauza supraîncălzirea localizată sau generală a motorului. Dacă vehiculul este lăsat să depășească temperatura, pot apărea daune grave. Rezultatul poate fi defecțiuni precum garniturile de chiulă suflate și chiulasele sau blocurile de cilindri deformate sau crăpate. Uneori nu va exista nicio avertizare, deoarece senzorul de temperatură care furnizează date pentru indicatorul de temperatură (fie mecanic sau electric) este expus vaporilor de apă, nu lichidului de răcire, oferind o citire dăunător falsă.
Deschiderea unui radiator fierbinte scade presiunea sistemului, ceea ce poate face ca acesta să fiarbă și să ejecteze lichid și abur periculos de fierbinte. Prin urmare, capacele radiatoarelor conțin adesea un mecanism care încearcă să elibereze presiunea internă înainte ca capacul să poată fi deschis complet.
Invenția radiatorului de apă pentru automobile este atribuită lui Karl Benz. Wilhelm Maybach a proiectat primul radiator tip fagure pentru Mercedes de 35 CP
Uneori este necesar ca o mașină să fie echipată cu un al doilea radiator sau auxiliar pentru a crește capacitatea de răcire, atunci când dimensiunea radiatorului original nu poate fi mărită. Al doilea radiator este instalat în serie cu radiatorul principal din circuit. Acesta a fost cazul când Audi 100 a fost turbo pentru prima dată creând 200. Acestea nu trebuie confundate cu intercoolerele.
Unele motoare au un răcitor de ulei, un radiator mic separat pentru răcirea uleiului de motor. Mașinile cu transmisie automată au adesea conexiuni suplimentare la radiator, permițând lichidului de transmisie să-și transfere căldura către lichidul de răcire din radiator. Acestea pot fi fie radiatoare ulei-aer, ca pentru o versiune mai mică a radiatorului principal. Mai simplu, pot fi răcitoare ulei-apă, în care o conductă de ulei este introdusă în interiorul radiatorului de apă. Deși apa este mai fierbinte decât aerul înconjurător, conductivitatea sa termică mai mare oferă o răcire comparabilă (în anumite limite) de la un răcitor de ulei mai puțin complex și, prin urmare, mai ieftin și mai fiabil. Mai rar, lichidul de servodirecție, lichidul de frână și alte fluide hidraulice pot fi răcite de un radiator auxiliar al unui vehicul.
Motoarele cu turbo sau supraalimentare pot avea un intercooler, care este un radiator aer-aer sau aer-apă utilizat pentru a răci încărcătura de aer de intrare, nu pentru a răci motorul.
Aeronavele cu motoare cu piston răcite cu lichid (de obicei motoare în linie mai degrabă decât radiale) necesită și radiatoare. Deoarece viteza aerului este mai mare decât cea a mașinilor, acestea sunt răcite eficient în zbor și, prin urmare, nu necesită suprafețe mari sau ventilatoare de răcire. Cu toate acestea, multe avioane de înaltă performanță suferă probleme extreme de supraîncălzire atunci când stau în gol pe sol - doar șapte minute pentru un Spitfire.[6] Acest lucru este similar cu mașinile de Formula 1 de astăzi, când sunt oprite pe rețea cu motoarele pornite, au nevoie de aer canalizat forțat în capsulele radiatorului pentru a preveni supraîncălzirea.
Reducerea rezistenței la rezistență este un obiectiv major în proiectarea aeronavelor, inclusiv în proiectarea sistemelor de răcire. O tehnică timpurie a fost de a profita de fluxul de aer abundent al unei aeronave pentru a înlocui miezul de tip fagure (multe suprafețe, cu un raport ridicat între suprafață și volum) cu un radiator montat pe suprafață. Aceasta folosește o singură suprafață amestecată în fuzelaj sau pielea aripii, cu lichidul de răcire curgând prin țevile din spatele acestei suprafețe. Astfel de modele au fost văzute mai ales pe avioanele din Primul Război Mondial.
Deoarece depind atât de viteza aerului, radiatoarele de suprafață sunt și mai predispuse la supraîncălzire atunci când rulează la sol. Avioanele de curse, cum ar fi Supermarine S.6B, un hidroavion de curse cu radiatoare încorporate în suprafețele superioare ale flotoarelor sale, au fost descrise ca „fiind zburate pe indicatorul de temperatură” ca principală limită a performanței lor.[7]
Radiatoarele de suprafață au fost folosite și de câteva mașini de curse de mare viteză, cum ar fi Blue Bird din 1928 a lui Malcolm Campbell.
În general, este o limitare a majorității sistemelor de răcire ca fluidul de răcire să nu fie lăsat să fiarbă, deoarece nevoia de a manipula gazul în flux complică foarte mult proiectarea. Pentru un sistem răcit cu apă, aceasta înseamnă că cantitatea maximă de transfer de căldură este limitată de capacitatea termică specifică a apei și de diferența de temperatură dintre ambiantă și 100 °C. Acest lucru asigură o răcire mai eficientă în timpul iernii sau la altitudini mai mari, unde temperaturile sunt scăzute.
Un alt efect care este deosebit de important în răcirea avioanelor este că capacitatea termică specifică se modifică și punctul de fierbere se reduce odată cu presiunea, iar această presiune se modifică mai rapid cu altitudinea decât scăderea temperaturii. Astfel, în general, sistemele de răcire cu lichid își pierd capacitatea pe măsură ce aeronava urcă. Aceasta a fost o limită majoră a performanței în anii 1930, când introducerea turbocompresoarelor a permis pentru prima dată călătoriile convenabile la altitudini de peste 15.000 de metri, iar proiectarea răcirii a devenit un domeniu major de cercetare.
Cea mai evidentă și comună soluție la această problemă a fost să funcționeze întregul sistem de răcire sub presiune. Aceasta a menținut capacitatea termică specifică la o valoare constantă, în timp ce temperatura aerului exterior a continuat să scadă. Astfel de sisteme au îmbunătățit astfel capacitatea de răcire pe măsură ce urcau. Pentru majoritatea utilizărilor, acest lucru a rezolvat problema răcirii motoarelor cu piston de înaltă performanță și aproape toate motoarele de avioane răcite cu lichid din perioada celui de-al Doilea Război Mondial au folosit această soluție.
Cu toate acestea, sistemele presurizate erau, de asemenea, mai complexe și mult mai susceptibile la deteriorare - deoarece fluidul de răcire era sub presiune, chiar și deteriorarea minoră a sistemului de răcire, cum ar fi o singură gaură de glonț de calibru pușcă, ar face ca lichidul să stropească rapid din interior. gaură. Defecțiunile sistemelor de răcire au fost, de departe, principala cauză a defecțiunilor motorului.
Deși este mai dificil să construiești un radiator de avion care să poată face față aburului, nu este deloc imposibil. Cerința cheie este de a furniza un sistem care condensează aburul înapoi în lichid înainte de a-l trece înapoi în pompe și de a finaliza bucla de răcire. Un astfel de sistem poate profita de căldura specifică de vaporizare, care în cazul apei este de cinci ori mai mare decât capacitatea termică specifică în formă lichidă. Pot fi obținute câștiguri suplimentare, permițând aburului să devină supraîncălzit. Astfel de sisteme, cunoscute sub numele de răcitoare evaporative, au constituit subiectul unor cercetări considerabile în anii 1930.
Luați în considerare două sisteme de răcire care sunt de altfel similare, funcționând la o temperatură a aerului ambiant de 20 °C. Un design complet lichid poate funcționa între 30 °C și 90 °C, oferind o diferență de temperatură de 60 °C pentru a elimina căldura. Un sistem de răcire prin evaporare poate funcționa între 80 °C și 110 °C. La prima vedere, aceasta pare a fi o diferență de temperatură mult mai mică, dar această analiză trece cu vederea cantitatea enormă de energie termică absorbită în timpul generării de abur, echivalent cu 500 °C. De fapt, versiunea evaporativă funcționează între 80 °C și 560 °C, o diferență de temperatură efectivă de 480 °C. Un astfel de sistem poate fi eficient chiar și cu cantități mult mai mici de apă.
Dezavantajul sistemului de răcire prin evaporare este suprafața condensatoarelor necesară pentru a răci aburul înapoi sub punctul de fierbere. Deoarece aburul este mult mai puțin dens decât apa, este necesară o suprafață mai mare pentru a asigura un flux de aer suficient pentru a răci aburul înapoi. Designul Rolls-Royce Goshawk din 1933 folosea condensatoare convenționale asemănătoare radiatoarelor, iar acest design sa dovedit a fi o problemă serioasă pentru rezistență. În Germania, frații Günter au dezvoltat un design alternativ care combină răcirea prin evaporare și radiatoarele de suprafață răspândite pe aripile aeronavei, pe fuselaj și chiar pe cârmă. Mai multe aeronave au fost construite folosind designul lor și au stabilit numeroase recorduri de performanță, în special Heinkel He 119 și Heinkel He 100. Cu toate acestea, aceste sisteme au necesitat numeroase pompe pentru a returna lichidul din radiatoarele răspândite și s-au dovedit a fi extrem de dificil să funcționeze corect. și erau mult mai susceptibili la daune de luptă. Eforturile de dezvoltare a acestui sistem au fost în general abandonate până în 1940. Nevoia de răcire prin evaporare a fost în curând anulată de disponibilitatea pe scară largă a lichidelor de răcire pe bază de etilenglicol, care aveau o căldură specifică mai mică, dar un punct de fierbere mult mai mare decât apa.
Un radiator de avion conținut într-o conductă încălzește aerul care trece prin el, determinând ca aerul să se extindă și să câștige viteză. Acesta se numește efectul Meredith, iar aeronavele cu piston de înaltă performanță cu radiatoare bine proiectate cu rezistență redusă (în special P-51 Mustang) obțin tracțiune din acesta. Împingerea a fost suficient de semnificativă pentru a compensa rezistența conductei în care era închis radiatorul și a permis aeronavei să atingă rezistența la răcire zero. La un moment dat, au existat chiar planuri de a echipa Supermarine Spitfire cu un post-ardere, prin injectarea de combustibil în conducta de evacuare după radiator și aprinderea acestuia [citare necesară]. Postarderea se realizează prin injectarea de combustibil suplimentar în motor în aval de ciclul principal de ardere.
