Automotive e Automotive alternativo

9 luglio 2014

Qualche mito da sfatare sui motori elettrici

Rubrica: Automotive alternativo
Titolo o argomento: Piccola parentesi sui powertrain elettrici per le piccole barche

Mi contattano spesso amici e conoscenti per sapere se è vero o meno quanto è stato detto loro circa l’acquisto di alcuni prodotti. Di recente uno di questi mi ha informato del fatto che sta montando su un piccolo gommone un motore elettrico al fine di potersi muovere comodamente nei laghi senza far rumore mentre pesca. Ottima idea senza dubbio, peccato però per quel simpaticone del rivenditore di motori elettrici per barche che nella sua esposizione ha inserito dei mastodontici orrori fisici spacciando tali affermazioni per finezze tecnologiche.

Nello specifico ha affermato che i motori da 1000 Watt che vende erogano in realtà la stessa potenza di un motore a combustione interna da 3000 Watt. Più precisamente il venditore sosteneva che quando il suo motore eroga all’albero 1000 Watt, offre le stesse prestazioni di un motore a combustione interna da 3000 Watt. Questo mi ricorda un po’ quel gioco mentale che ci proponevano da bambini quando ci dicevano: “Pesa più un chilo d’aria o un chilo di piombo?”. E tutti i bambini: “Un chilo di piomboooo!”. Però eravamo bambini e ci poteva stare. Quello che la logica nelle nostre menti ci proponeva era in realtà “E’ maggiore la densità del piombo!” ragione per cui rispondevamo a favore del piombo.

In realtà un motore elettrico mentre eroga 1000 Watt eroga la stessa identica potenza di un motore a combustione interna che sta erogando 1000 Watt. Le prestazioni all’albero sono esattamente le medesime. E, fidatevi, non ci sono santi. Se qualcuno è scettico può aprire i libri di fisica 1 e fisica 2 della scuola media superiore e verificare da sé.

A parte il fatto che cambia sicuramente come questa potenza viene espressa e come la coppia venga erogata, quello che su un motore elettrico (ma, come ho già detto in altri articoli, sarebbe più corretto dire “macchina elettrica rotante”) cambia di tre volte è il rendimento. Se su un buon motore a combustione interna siamo mediamente intorno al 28-30% di rendimento complessivo, su un motore elettrico, ad esempio brushless destinato alla trazione, siamo prossimi al 90%. Con un rendimento 3 volte superiore avremo sicuramente un consumo energetico minore per compiere lo stesso tragitto ma… 1000 Watt restano 1000 Watt.

Quindi dovrete sicuramente sfruttare una quantità minore di energia (kWh) per coprire il vostro percorso (a patto che il vostro pacco batterie ve lo consenta, a tal proposito vi consiglio di leggere i nostri articoli sulle batterie per trazione, presenti alla pagina Automotive di questo blog) ma la potenza erogata non cambierà, né sarà tre volte superiore, anzi… nei sistemi di trazione elettrici le prestazioni decadono a mano a mano che il pacco batterie si scarica, la capacità diminuisce e la tensione scende.

Ma non solo! Se sulla targhetta del motore elettrico del vostro gommoncino da pesca c’è scritto 1000 Watt, sappiate che in realtà non verranno mai erogati 1000 Watt di potenza massima se il pacco batterie non sarà realmente in grado di fornire questo livello di prestazione. Nei powertrain elettrici non conta quasi nulla il valore della potenza di picco erogabile dal motore, conta invece la potenza di picco erogabile dal pacco batterie abbinato all’elettronica di potenza necessaria. La potenza di picco del motore elettrico dovrà avere un valore superiore a quella del pacco batterie solo per questioni cautelative di progetto, ovvero per evitare che il pacco batterie possa danneggiare il motore (anche se poi subentra il settaggio dell’elettronica).

E’ molto probabile quindi che il motore elettrico in questione non eroghi nemmeno 1000 Watt ed a mio avviso, considerato l’esiguo pacco batterie, caratterizzato tra l’altro da bassi valori di scarica e bassissima capacità, credo che a stento possa erogare 500-600 Watt. Insomma un’onda o la corrente del lago (senza considerare eventualmente quella del mare), avranno la meglio.

Curiosità

Due remi su un lago non sono una cattiva idea. Un uomo medio eroga circa 250 Watt senza troppi problemi, uno mediamente allenato anche 500 Watt e viene alimentato da pasta, frutta e verdura. Nel bilancio tutto sommato trattasi di una soluzione economica, affidabile e pronta all’uso, inoltre, permettetemi la digressione, le donne gradiranno.

Note

Il venditore di motori elettrici per gommoni ha chiesto a Piero (il ragazzo che mi ha posto la domanda) circa 2000 Euro per il motore completo di centralina, trasmissione ed elica; circa 700 Euro per un pacco batterie da 10Ah (non posso scrivere quanti Volt altrimenti si potrebbe capire di quale marchio sto parlando e non sarebbe professionale a mio avviso) e circa 1500 Euro per un pannello fotovoltaico “speciale” utile a ricaricare il pacco batterie quando il natante è fermo ad esempio mentre si sta pescando. Stiamo parlando di 4200 Euro per avere autonomia sufficiente per un’ora di mare (solo in caso di assenza totale di correnti e onde) viaggiando tra metà ed un terzo della potenza di picco. In caso si tenti di erogare sempre la potenza massima (realmente disponibile) l’autonomia scenderebbe a pochi minuti.
Nonostante ciò Piero, da quanto mi dice, procederà all’acquisto perchè si è innamorato del prodotto. Lo capite perchè scrivo tanti articoli anche sugli aspetti psicologici della società e del mercato e non solo sulla tecnica? 😀

Pensate ad una cosa… sicuramente c’è un’alternativa : )
Image’s copyright: www.ippinka.com

8 luglio 2014

Pneumatici specifici per biciclette elettriche (ebike)

Rubrica: Automotive alternativo
Titolo o argomento: Quando pneumatici speciali sono realmente utili

Ecco che con l’ingresso a pieno titolo delle biciclette elettriche nei pensieri degli italiani, iniziano a farsi strada (come al solito) chiacchiere geometricamente indefinite e variegate voci di corridoio. Perfetti estranei del settore si tramutano improvvisamente in mastri artigiani e iniziano a dispensare consigli non di rado privi di fondamenti.

Uno dei temi topici riguarda i pneumatici destinati all’impiego sulle bici elettriche. Senza ingombranti giri di parole sottolineo subito come i costruttori di pneumatici, per primi, ci tengano a sottolineare che “non” è assolutamente vero che una bicicletta elettrica a pedalata assistita (a norma di legge) necessiti di pneumatici speciali con particolari omologazioni. Anche le norme sulla circolazione stradale di tali biciclette non prevedono (nel momento in cui scrivo) particolari omologazioni.

Questo è subito spiegato dal fatto che, anche se molti non se ne saranno accorti, con una normale bicicletta da trekking, non è poi così difficile raggiungere i 50-60 km/h in discesa. Come fa quindi un pneumatico a reggere serenamente alle sollecitazioni imposte a simili velocità dalle vostre gambe, la vostra massa, quella del mezzo e la forza di gravità e poi non reggere improvvisamente a velocità fino a 3 volte più basse?
Sarà facile rendersi conto che non ha senso quindi pensare di dover montare pneumatici speciali su una bicicletta elettrica a norma di legge (25 km/h di Vmax, 250 Watt di potenza max, pedalata assistita).

Se poi si considera che nelle gare di Cross Country e, ancor peggio, di soft Down Hill, non è poi così difficile in gara buttarsi giù per una discesa a velocità prossime ai 70-80 km/h (e ne sono testimone diretto avendo gareggiato nel Cross Country, essendo amatore nel Down Hill e, in tutte le altre salse, pedalando praticamente da tutta la mia vita), ne vien da sé che un pneumatico normalissimo di una bici da competizione è in grado di reggere velocità, urti e dissesti senza particolari problemi. Ovviamente è logico che bisogna saper scegliere un pneumatico e conoscerne le caratteristiche tecniche; non sarà infatti un casuale pneumatico del centro commerciale a garantire la vostra sicurezza mentre sfrecciate giù da una montagna, macinate chilometri per strada o vi esibite in ardue manovre di freestyle.

Ma allora i pneumatici destinati alle biciclette elettriche e dotati di particolari omologazioni a cosa servono? E’ presto detto, finché pedalate su una bici a norma di legge dalle ridotte prestazioni e la ridotta autonomia, avrete una massa addizionale (rispetto alla bici normale) minore o uguale a quella di uno zaino scolastico. Uno zaino scolastico con qualche libro dietro la schiena non pregiudica la sicurezza di una bicicletta e ne converrete con me immagino. Se però la bici viene dotata di particolari Powertrain (vedasi il nostro Caso di studio circa la bici Ralph DTE EBK Endurance), anche nel caso questa sia destinata alla circolazione su strada, ovvero con prestazioni limitate ma autonomia estesa, e quindi portando con sé un carico supplementare di batterie, allora sarà necessario tenere conto delle sollecitazioni introdotte dalle ulteriori masse aggiunte ed adottare i pneumatici che garantiscano il maggior grado di sicurezza.

Stesso dicasi nel caso simile ma inverso in cui non siano ulteriori masse a gravare sul telaio ma prestazioni molto elevate. Allora sì che in tal caso risulterà d’obbligo (progettualmente parlando) ricorrere a pneumatici speciali, con carcasse in grado di sopportare maltrattamenti consistenti e dotati di omologazioni che ne attestino il grado d’impiego cui possono essere sottoposti.

Ovviamente simili biciclette possono essere usate solo in aree private, in montagna, in impieghi speciali e via discorrendo. Se però vengono omologate, targate e assicurate (casco obbligatorio), allora i pneumatici dotati di particolari omologazioni diventano obbligatori non più solo progettualmente bensì anche per il codice stradale. Pertanto, se vi trovate in una di queste tre ultime condizioni citate, solo in tal caso, dovreste iniziare a pensare a pneumatici speciali con omologazione ad esempio di tipo ECE-R75 (valida in tutta Europa) che certifica l’idoneità del prodotto fino a 50 km/h tenendo conto di carichi superiori a quelli sopportati da una bici normale.

Per biciclette elettriche a norma di legge non sono al momento previsti particolari prerequisiti/omologazioni
dei pneumatici. Al contrario è richiesta una particolare omologazione per le biciclette elettriche targate
capaci di raggiungere velocità superiori ai 25 km/h e non superiori ai 50 km/h. Infine su biciclette elettriche
come quelle che costruiamo noi per particolari applicazioni su qualunque tipo di percorso al di fuori
della strada, pneumatici dotati di particolari omologazioni non sono obbligatori ma assolutamente
necessari per la sicurezza.

1 luglio 2014

eBike: test #3 prototipo Ralph DTE EBK Endurance

Il caso di studio

Questo caso di studio inquadra i problemi cruciali della trasformazione di una bicicletta tradizionale in eBike e si pone l’obiettivo di testare i migliori compromessi tra semplicità di trasformazione, gestione razionale delle masse aggiunte (al fine di non penalizzare la guidabilità), autonomia, prestazioni, economia d’esercizio, ammortamento della spesa sostenuta, scelta di componenti affidabili, scelta delle celle più idonee, scelta dell’elettronica più idonea, scelta dei sistemi di gestione, ecc. Grazie a sofisticate strumentazioni durante l’intero arco della prova verranno rilevati tutti i dati necessari per scrivere un breve ma completo trattato tecnico.

Il test #3 del 2014

Il terzo test ha introdotto nuove variabili, esso infatti è stato condotto in giornate caratterizzate dal maltempo e, in particolare, in presenza di vento. Abbiamo inoltre svolto delle prove di tipo “race” sfruttando una pista ciclabile comunale chiusa al traffico e destinata al solo allenamento dei ciclisti. Infine abbiamo coperto dei percorsi colmi di dislivelli, caratterizzati da pendenze variabili tra il 10% ed il 15%, effettuando delle “ripetute” che mettono a dura prova il treno di potenza.

L’impatto con l’aria di una bicicletta è, ovviamente, assai modesto. In giornate ventose abbiamo riscontrato riduzioni di velocità di punta di soli 2 km/h in pianura ed in salita. La riduzione di prestazioni, seppur minima è stata attribuita al vestiario non professionale indossato durante la prova. Un normale capo d’abbigliamento (felpa, giaccone, tuta…) non ha infatti le caratteristiche idonee per un ciclista e, invece di rimanere aderente al corpo, tende al rigonfiamento, tipo vela, generando un effetto frenante non trascurabile. Abbigliamento aderente da ciclismo, oltre a proteggere meglio dal vento, riduce notevolmente l’attrito con l’aria specie in caso di maltempo. Sarebbe interessante valutare la riduzione di autonomia in base alla velocità media del vento in una data giornata.

Per variare la sequenza di prove di tipo “endurance” ci siamo recati presso una pista ciclabile chiusa al traffico in un orario in cui l’impianto era completamente vuoto. Anche dopo 40 km circa di test, non si sono registrate temperature anomale del motore, dell’elettronica e delle celle del pacco batterie. Nemmeno una volta l’elettronica è intervenuta per tagliare la potenza o per segnalare dei surriscaldamenti, né tantomeno per interrompere nettamente l’alimentazione. Non si sono inoltre rilevati cali di velocità di punta significativi, al termine della prova avevamo infatti quasi tutti i valori al massimo o in prossimità del massimo. L’anello della pista scelta è caratterizzato da 2 salite e 2 discese di lieve entità, 4 curvoni principali (2 dei quali si possono prendere in pieno), alcune sconnessioni ed ampie vie di fuga sulla terra. Al momento abbiamo in programma di ripetere il test presso un kartdromo sia in una giornata fresca che in una giornata afosa (riporteremo volentieri nel prossimo articolo relativo i dati tratti dai sistemi di diagnosi del treno di potenza installati a bordo, nonché i dati meteo comprese le temperature, l’umidità e la velocità del vento).

Altro interessante test prevedeva di effettuare più volte un percorso ricco di salite di pendenze comprese tra il 10 ed il 15%. Con nostra sorpresa il calo di tensione del pacco batterie è aumentato, rispetto a percorsi di analoga lunghezza ma prevalente pianura, di pochi decimi di Volt (al momento non possiamo fornire valori dettagliati per questioni di riservatezza ma, in ogni caso verranno resi disponibili in futuro a prove ultimate e prototipo completato). Variando i parametri motore ed andando ad aumentare la coppia in basso contiamo di raggiungere i medesimi risultati ottenuti in questa prova anche con pendenze maggiori e mantenendo comunque una elevata autonomia a scapito però della velocità massima (che ovviamente risulta inutile su percorsi ostili).

Segnaliamo ai lettori che abbiamo già iniziato a mettere a punto la variante Superlight di Ralph DTE EBK, questa avrà un’autonomia ridotta al livello suggerito dai nostri studi ma permetterà in compenso azioni di freestyle e la possibilità di praticare percorsi decisamente ostili. Contiamo di offrirvi più informazioni e qualche dimostrazione quanto prima…

Nota

Attualmente l’intero powertrain messo a punto da noi, completo in ogni sua parte descritta nella scheda tecnica, è installato su un normale telaio da trekking. Soluzione utile per le prove elettriche, elettroniche e prestazionali. Stiamo lavorando duro affinché il telaio dedicato sia presto pronto per le nostre prove.

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eBike: scheda tecnica prototipo Ralph DTE EBK Performance – Prossimamente…
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eBike: test #1 prototipo Ralph DTE EBK Endurance
eBike: test #2 prototipo Ralph DTE EBK Endurance
eBike: test #3 prototipo Ralph DTE EBK Endurance
eBike: test #4 prototipo Ralph DTE EBK Endurance – In preparazione
eBike: test #5 prototipo Ralph DTE EBK Endurance – In preparazione

Il nostro powertrain è progettato per impieghi heavy duty di durata. Continue salite,
con pendenze variabili ripetute comprese tra il 10 ed il 15 %, comportano abbassamenti
di tensione maggiori solo di pochi “decimi di Volt”. Variando i parametri motore ed
andando ad aumentare la coppia in basso contiamo di raggiungere i medesimi risultati
ottenuti in questa prova anche con pendenze maggiori e mantenendo comunque una
elevata autonomia a scapito peròd ella velocità massima (inutile su percorsi ostili).

31 maggio 2014

eBike: test #2 prototipo Ralph DTE EBK Endurance

Il caso di studio

Il test #2 del 2014

Il secondo test condotto su Ralph DTE EBK Endurance (in versione aggiornata secondo gli ultimi sviluppi e necessità tecniche) ha avuto termine questa settimana. La moltitudine di prove eseguite ci ha dato modo di ricavare numerosi dati provando anche qualche brivido dovuto ad imprevisti tecnici. Si tratta in ogni caso di inconvenienti graditi ed importanti per capire di cosa ha bisogno una eBike, concepita con un elevato standard qualitativo, per funzionare al meglio ed in modo affidabile.

La curva dei consumi

Il motore elettrico (ma sarebbe più corretto dire la “macchina elettrica”) che monta EBK Endurance è concepito per offrire un minore consumo alle andature sostenute. Volendo verificare abbiamo rilevato che il consumo energetico sostenuto per percorrere circa 8 km tra i 5 km/h ed i 30 km/h è pressoché analogo a quello sostenuto per percorrere circa 15 km tra i 45 km/h ed i 56 km/h (a parità di massa trasportata a bordo). Qualora si desideri invertire questa tendenza l’intervento sull’elettronica non è sufficiente ed è necessario operare radicali modifiche all’architettura del motore elettrico; ma di questo parleremo meglio in seguito, quando potremo esporre anche la curva del consumo energetico.

Le sollecitazioni: effetti sui cablaggi

Quindi sui lunghi percorsi dove è richiesta potenza piena ed un elevato numero di giri non abbiamo avuto alcun problema di autonomia ed il prototipo ha rispettato pienamente le aspettative e, anzi, ci ha permesso di andare oltre quello che avevamo previsto mesi fa. D’altra parte però le sollecitazioni, alle alte andature, specie sui percorsi pieni di buche, fanno sentire in modo più incisivo la loro influenza richiedendo una cura dell’assemblaggio ricca di accorgimenti.

Durante uno sterrato percorso a circa 52 km/h, infatti, uno dei generosi cavi di alimentazione, che dal pacco batterie raggiungono il controller, si è sfilato dal faston interrompendo bruscamente il flusso di corrente. In seguito ad un sonoro schiocco la trazione del mezzo è venuta meno ma il sistema di rigenerazione è rimasto attivo andando però ad alimentare solo i sistemi di bordo e non il pacco batterie. Il cockpit ci ha fornito un quadro della situazione ma quando l’eBike si è fermata del tutto, anch’esso ha cessato le sue funzioni (salvando comunque prima tutti i dati). In sostanza dal momento in cui il cavo si è scollegato, generando il cosidetto schiocco (parliamo sempre di circa 50A), il sistema di protezione del pacco batterie ha rilevato in pochi millisecondi l’anomalia, ha disattivato il pacco batterie, ha bloccato il teleruttore ed ha impedito eventuali cortocircuiti. Dopo una rapida assistenza tecnica e dopo il ripristino della gestione elettronica e del pacco batterie, è stato necessario bloccare i cavi nei faston anche con un bagno di stagno di sicurezza. I cavi di alimentazione infatti hanno una massa considerevole rispetto al resto della cavetteria che porta esclusivamente dei segnali e sarà opportuno lavorare per assicurarli nel modo più consono.

Nota

Ralph DTE EBK Endurance

Attualmente l’intero powertrain messo a punto da noi, completo in ogni sua parte descritta
nella scheda tecnica, è installato su un normale telaio da trekking. Soluzione utile
per le prove elettriche, elettroniche e prestazionali. Stiamo lavorando duro
affinché il telaio dedicato sia presto pronto per le nostre prove.

21 maggio 2014

Stazioni di ricarica super rapide per auto elettriche Tesla Motors

Rubrica: Simple news
Titolo o argomento: Notizie di rapida lettura da fonti professionali nel mondo
Fonte: Tesla Motors

Aperta in questi giorni la centesima stazione di ricarica super veloce per le auto elettriche Tesla Motors, si chiama Tesla Supercharger.

Il numero delle stazioni è in costante crescita, sono infatti già attive (o in fase di imminente apertura) 114 stazioni nel mondo. Di queste 94 si trovano in Nord America, 17 in Europa e 3 in Cina.

Le stazioni sono alimentate da pannelli fotovoltaici e le ricariche per i clienti Tesla Motors sono “gratuite”. Tesla Motors infatti sostiene: “Con noi viaggiate gratis, a vita”.

Le stazioni Tesla Supercharger permettono di ricaricare oltre 40 kWh di energia in poco meno di 20 minuti. La carica superveloce può proseguire fino all’80% della capacità della batteria (equivalente a 384 km di autonomia a 88 km/h costanti nelle vetture con pacco batterie da 85 kWh), valore oltre il quale necessariamente la curva di ricarica deve subire un rallentamento per non danneggiare le celle.

Le stazioni di ricarica Tesla Supercharger si trovano ad un massimo di 160 km le une dalle altre e sono collocate in posizioni strategiche inizialmente studiate sulla base delle esigenze dei clienti delle principali città statunitensi, europee e cinesi.

Tesla Motors permette ai clienti di suggerire dove collocare ulteriori stazioni di ricarica al fine di espandere notevolmente la propria rete.

I clienti Tesla Motors nel mondo hanno già effettuato ricariche presso le stazioni Tesla Supercharger sufficienti a coprire una distanza 573 volte superiore al giro del pianeta.

24 marzo 201423 novembre 2018

eBike: scheda tecnica prototipo Ralph DTE EBK Endurance

Ralph DTE EBK Endurance è una bicicletta elettrica unica al mondo sia per il livello di sofisticazione tecnica ed elettronica, sia per le notevoli prestazioni di durata, sia per l’enorme livello di espandibilità del progetto (stiamo infatti lavorando ad un innovativo telaio dedicato). Guidarla è un piacere sovrumano…
Grazie ai particolari parametri di progetto adottati, EBK Endurance ha una vita utile dell’intero powertrain superiore a quella delle migliori vetture elettriche attualmente circolanti al mondo. Con un’autonomia che, in pedalata assistita ed in configurazione a norma di legge, può coprire ben 580 km*, non esiste pari sul mercato mondiale. Ed anche se presto la concorrenza sarà agguerrita, saremo comunque stati i primi a bruciare una simile tappa.

*Leggi i paragrafi “Prestazioni”, “Note sulle prestazioni” e “Note sull’autonomia”.

Scopo del progetto

Non si tratta di un prodotto destinato alla vendita anche se, tramite “www.Berardi-Store.eu” (partner ufficiale di questo Blog), vengono vendute tutte le componenti necessarie per realizzare autonomamente biciclette elettriche da strada a norma di legge e biciclette da competizione o per esigenze speciali. Ci serviamo di questi prototipi al fine di studiarne ogni minimo dettaglio e poter sfruttare il bagaglio di conoscenze maturato di volta in volta per dedicarci ad applicazioni più particolari di cui avremo modo di parlare meglio in seguito. Siamo in grado di trarre da questi progetti centinaia di dati da studiare e soluzioni a numerose problematiche tecniche dei veicoli puramente elettrici ed ibridi non necessariamente solo a due ruote (biciclette, trike, tandem, citybike, mountainbike, moto enduro, moto da corsa, ecc.) ma anche a quattro ruote (kart, piccole FSAE, Formulini, ecc.). Ralph DTE EBK Endurance non nasce per offrire prestazioni brucianti bensì per una elevatissima autonomia ed una altrettanto elevata affidabilità di marcia, nasce quindi, come dice il nome, per prestazioni di durata.

Motore
Elettrico di tipo brushless;
installazione nel mozzo ruota;
trasmissione diretta;
efficienza ∼90%;
potenza erogabile impostabile elettronicamente nel range tra 250Watt e 3000Watt;
coppia massima sviluppata >100Nm;
hall sensors;
sensori temperatura;
sensore velocità motore giri/min;
sensore coppia motore Nm;
possibilità di viaggiare in continuo a 2000 Watt senza surriscaldamenti anche in Agosto a circa 40°C di temperatura ambiente per decine e decine di chilometri anche con ripetute salite grazie al nostro setting professionale e ad opportune implementazioni.

Gestione elettronica
Display per la visualizzazione di tutti i parametri del powertrain (velocità media, velocità istantanea, velocità massima, tensione minima, tensione istantanea e tensione massima, corrente istantanea, corrente massima, Watt erogati, Watt di picco, Wh consumati, Wh/km, Wh rigenerati, Ah consumati, Ah rigenerati, % rigenerazione, km percorsi… ecc.. Impostazione della potenza massima erogabile, impostazione della velocità massima raggiungibile, impostazione della pedalata assistita, ecc..).
Controller con gestione della rigenerazione dell’energia in frenata/rilascio su vari livelli.
Elettronica di gestione del pacco batterie (funzioni di controllo, protezione, datalogging, elaborazione dati…).
Due sistemi di datalogging.
Due collegamenti satellitari.
Un sistema telemetrico per la dinamica del veicolo.
Sistema di diagnosi.
Upgrade: Controllo separato per la frenata rigenerativa con manettino impostabile su più livelli tipo F1.

Pacco batterie
Upgrade: nuovo pacco batterie Li-Ion con elettronica aggiornata, chimica riservata.
Elevatissima ciclabilità grazie a particolari parametri del progetto.
Protezione da corto circuito, sovratensione, sottotensione, sovratemperatura, scariche eccessive.
Bilanciamento passivo delle celle in carica/scarica.
Rilievo di tutti i dati elettrici e delle condizioni di funzionamento.
Sensori di temperatura.
Teleruttore.
Sonda di corrente.
Tracciamento di tutti i dati in relazione al percorso ed alle mappe tracciate dal GPS.
Sistema di diagnosi.

Controlli
Acceleratore mediante potenziometro lineare.
Sensore di coppia nella guarnitura dei pedali.
Possibilità di switching da PAS a eBike.
Connessione del powertrain al computer mediante cavo seriale RS232 o USB.
Possibilità di connettere al computer in maniera indipendente i vari dispositivi elettronici del powertrain (è possibile lavorare sull’elettronica di un dispositivo durante interventi di manutenzione sugli altri dispositivi, come nelle massime categorie motosportive).
Cruise control con possibilità di variazione dei valori +/-.
Ignition cut e Frenata rigenerativa.
Upgrade: Controllo separato per la frenata rigenerativa con manettino impostabile su più livelli tipo F1.

Ciclistica
Telaio monoammortizzato o biammortizzato.
Cerchione posteriore rinforzato per i carichi apportati dal powertrain.
Raggi rinforzati e tagliati a misura per ospitare il motore elettrico.
Pneumatici con corpo rinforzato e basso numero di tele per pollice.
Camere d’aria rinforzate.

Implementazioni a breve termine
Sistema frenante a disco anteriore da 210mm.
Sistema frenante a disco posteriore da 180mm.
Sistemi di raffreddamento.
Nuovi strumenti di analisi del percorso effettuato.
Nuovo cablaggio cavi con relativi sistemi di connessione derivati dalla F1.
Nuova serie sterzo e forcella specifica per le maggiori sollecitazioni.

Prestazioni
Velocità massima in puro elettrico: 62 km/h.
Velocità massima in pedalata assistita: 25 km/h
Potenza massima in puro elettrico: 3000 Watt
Potenza massima in pedalata assistita: 250 Watt
Coppia massima: >100Nm
Corrente massima: >100A
Pendenza massima superabile: n.d.
Accelerazione da 0 a 25 km/h: 1,2 secondi
Accelerazione da 0 a 50 km/h: 2,8 secondi
Autonomia in puro elettrico: c.a. 120 km (con una coppia >100Nm e una potenza di 3kW).
Autonomia in pedalata assistita: 200-250 km (con una coppia di 80Nm e una potenza di 2kW).
Autonomia in pedalata assistita: c.a. 580 km (con una coppia di 27Nm, intervento di assistenza alla pedalata su livello 1, una potenza di picco di 250Watt e una velocità massima di 25 km/h).

Note sulle prestazioni

L’autonomia e la velocità massima raggiungibile nelle varie configurazioni dipendono dal tipo di percorso effettuato (pendenza delle salite, frequenza delle salite, intervallo tra le salite e le discese, tratti pianeggianti, grado di rigenerazione in discesa/rilascio, ecc.), dalla massa del ciclista, dall’aerodinamica (l’abbigliamento può costituire un freno aerodinamico ad esempio nel caso di giacconi invernali), dalle condizioni ambientali (in caso di vento i consumi aumentano come per tutte le tipologie di veicoli), dalla qualità delle celle impiegate nel progetto, dal livello di sofisticazione dell’elettronica a corredo, dal tipo di motore elettrico scelto (il progetto del rotore, dello statore, degli avvolgimenti, ecc. influenza notevolmente le capacità del motore di esprimere coppia e potenza, nonché di consumare più o meno energia ai diversi regimi di rotazione) e dalla massa della bicicletta sommata a quella del powertrain.

Note sull’autonomia

Attenzione, i valori forniti circa le percorrenze chilometriche “non” sono stati ottenuti affidando l’eBike ad un ciclista minuto, molto leggero, su un percorso di sola pianura, in assenza di vento, ostacoli, sconnessioni e ponderando la richiesta di prestazioni. I valori sono stati ottenuti “andando costantemente al massimo” delle prestazioni erogabili nelle varie configurazioni, con un ciclista di 74 kg, in presenza di “numerose salite”, sconnessioni del fondo, intemperie, considerata la massa delle strumentazioni installate a bordo per il test, ecc. Questo significa che i circa 100-120 km coperti in modalità “puro elettrico” sono stati effettuati con il gas quasi sempre aperto al massimo. Per il termine “quasi” non ci sono asterischi, il quasi simboleggia il fatto che è naturale che esistano tratti dove si debba chiudere il gas, frenare, decelerare o fermarsi. Non è poco…

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eBike: test #4 prototipo Ralph DTE EBK Endurance – In preparazione

Motore prototipo eBike Ralph DTE EBK Endurance

Non è affatto facile risolvere le innumerevoli problematiche tecniche che si celano
dietro la realizzazione di una buona bicicletta elettrica DIY, ma quando si parte e si
va ogni sforzo è ripagato e la sensazione di libertà che si prova è indescrivibile.

22 marzo 2014

eBike: test #1 prototipo Ralph DTE EBK Endurance

Il caso di studio

Il test #1 del 2014

Si è concluso da poche ore il primo test del 2014 a bordo del nostro prototipo di bicicletta elettrica studiato per le lunghe distanze: Ralph DTE EBK Endurance. Dopo aver messo a punto in mattinata gli ultimi ritocchi ed aver rivisitato numerosi particolari nelle ultime settimane (utili a risolvere problematiche tecniche legate alla gioventù della prima versione), siamo stati finalmente pronti per affrontare il nostro primo percorso di prova di soli, si fa per dire, 20 chilometri.

I test condotti in un percorso di campagna chiuso al traffico ci hanno permesso di rilevare i primi dati anche se, non appena avremo messo a punto il datalogger, ci sarà più facile fornire maggiori informazioni ed esportare tabelle di dati ed i relativi grafici (compreso anche il percorso tracciato dal GPS che riprodurremo in 3D con l’ausilio di Google Earth). Siamo partiti con una tensione di 41,5 Volt e siamo arrivati, dopo 30 minuti scarsi (comprensivi delle soste per rimediare ad alcuni imprevisti), con una tensione di 40,2 Volt (la tensione nominale è pari a 36 Volt). La massima velocità raggiunta è stata di ben 56.7 km/h, oltretutto mantenuti molto a lungo su percorsi pieni di salite, fango, breccia, buche e quant’altro senza troppo stress a carico dell’intero powertrain. La massima potenza erogata è stata costantemente attorno ai 2 kW eccezion fatta per un picco di 3 kW causato da un sensore di temperatura montato male che ha permesso al motore di “eccedere” oltre il dovuto. Siamo stati in grado di rigenerare durante le frenate ed i rilasci dell’acceleratore il 4,3% dell’energia impiegata per coprire il percorso.

La marcia sulle strade è stata invece limitata al relativo codice impostando il programma di pedalata assistita (250 Watt – 25 km/h) che aziona il nostro motore solo quando viene rilevata una coppia, nella guarnitura dei pedali, generata dal ciclista. Inutile dire che grazie alla sofisticata elettronica di cui è dotato il nostro prototipo nonché alle batterie ad elevate prestazioni, la marcia in pedalata assistita a 25 km/h non ha praticamente mai termine e siamo in attesa di verificare nelle prossime settimane il muro dei 200 km di autonomia (chilometraggio che, ovviamente, cala drasticamente fino a circa 50-60 km se si utilizza il motore costantemente a piena potenza nelle aree dedicate).

Gli imprevisti

Non sono mancati gli imprevisti come la rottura improvvisa di uno dei supporti del pacco batterie (per il quale si è adottato un materiale il cui carico di rottura a trazione si rivelato insufficiente) e la rottura della camera d’aria della ruota posteriore la quale, in seguito all’urto sullo spigolo di un tombino, è esplosa proprio al ventesimo chilometro. Nel primo caso le ripetute accelerazioni e decelerazioni, che provocavano un momento torcente del pacco batterie attorno al telaio, hanno stressato intensamente un supporto in alluminio che ora verrà sostituito con due supporti in acciaio al cromo manganese. Mentre nel secondo caso le strade piene di buche e dissesti hanno messo letteralmente sotto il torchio il piccolo pneumatico (e la relativa camera d’aria) 700 x 35C che era stato scelto per massimizzare l’autonomia. In laboratorio sono già pronti pneumatici specifici per le ebike dotati di spalle rinforzate, camere d’aria rinforzate ed un basso numero di tele per pollice (tpi) aventi questa volta le seguenti misure: 700 x 47C.

I sistemi di bordo

EBK Endurance monta a bordo due sistemi di datalogging per memorizzare tutti i dati legati al powertrain, un sistema telemetrico per il rilievo dei dati di dinamica del veicolo e due sistemi satellitari GPS. Il primo sistema di datalogging fornisce dati con un margine di errore grossolano ma immediatamente visibili su display assieme ad i dati ottenuti dal collegamento a circa una dozzina di satelliti. Il secondo sistema di datalogging invece offre misure estremamente accurate (anche delle cariche realmente utilizzate all’interno delle celle ai litio polimeri, nonchè tutti i dati delle 250 celle che costituiscono il nostro pacco speciale) ma richiede una messa a punto più problematica con l’installazione di un notebook a bordo. Presto saremo in grado di pubblicare più dati delle nostre prove.

La dinamica del veicolo

Per massimizzare l’autonomia si è optato per dei pneumatici 700 x 35C, questi però innescano forti ondeggiamenti quando si superano i 40 km/h sulle sconnessioni. Il motore nel mozzo non genera problemi di sorta in nessuna delle condizioni testate (sia alle andature basse che a quelle alte), mentre il posizionamento del pacco batterie incide abbondantemente sulla maneggevolezza e la sicurezza di guida. I nostri sforzi ora sono incentrati nel trovare la migliore posizione, compatibilmente alle possibilità che abbiamo sui nostri mezzi, al fine di studiare un telaio dedicato ad EBK Endurance che permetta la guida sostenuta anche in condizioni di scarsa aderenza, sconnessioni e persino in sbandata.

Nota

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Display dati EBK Endurance

Inizialmente avrei giurato che raggiungere i 60 km/h su una ebike sarebbe stato limitativo in quanto,
quando partecipavo alle gare di Cross Country, raggiungevamo i 70-80 km/h (in discesa) senza troppi problemi
e senza alcun timore. In realtà la differenza di massa, tra le snelle da Cross Country ed una eBike, si sente
e ci si rende subito conto di come sfiorare i 60 km/h sia già un ottimo traguardo dal quale tenersi addirittura lontani.

2 dicembre 2013

Motori a combustione interna alimentati a biogas: Il sistema motore-generatore Doosan Infracore

Rubrica: Automotive alternativo
Titolo o argomento: Da escrementi, rifiuti e scarti energia quasi pura da utilizzare

All’inizio di questa rubrica abbiamo visto le differenze tra gas naturale e biogas ed abbiamo analizzato i metodi di produzione ponendo particolare attenzione a quelli impiegati per il biogas. Ora, una volta ottenuto il gas, una volta operato il miglior filtraggio possibile dagli elementi contaminanti e una volta immagazzinato in appositi silos, è possibile utilizzarlo come combustibile su specifici motori a combustione interna studiati per l’abbinamento con un generatore elettrico al fine di produrre energia elettrica e/o calore.

La Doosan Infracore è un’azienda coreana rara nel suo genere, è infatti in grado di prendere motori di cilindrate considerevoli già presenti sul mercato e trasformarli in gruppi moto-generatori alimentabili a gas naturale operando opportune modifiche agli accessori motore, all’elettronica di controllo ed a parte delle componenti meccaniche coinvolte nel processo di combustione. Volendo è possibile anche l’alimentazione a biogas operando ulteriori modifiche. In questo caso viene esposto il curioso caso di un motore Daewoo ciclo Diesel 8 litri 6 cilindri in linea destinato ai mezzi pesanti e trasformato dalla Doosan in un moto-generatore ciclo Otto alimentato a gas.

Ciclo

Il motore che siamo andati a studiare è installato presso un impianto di depurazione urbano delle acque reflue. Il ciclo di produzione del biogas dalle acque reflue viene esposto in maniera chiara e sintetica nell’articolo specifico di questa rubrica “Motori a c.i. alim. a biogas: Principali cicli di produzione e utilizzo del biogas.“

Da notare che il ciclo parte prelevando gas metano dall’ordinaria rete di distribuzione al fine di alimentare le caldaie che permetteranno la digestione della frazione solida di refluo da destinare alla produzione di biogas. Una volta prodotto un volume sufficiente di biogas, questo viene suddiviso nella frazione che alimenterà il motore a combustione interna e la frazione che alimenterà le caldaie dedite alla digestione.

Moto-generatore a biogas Doosan Infracore
Specifiche motore
Motore 6 cilindri in linea, 4 tempi, ciclo Otto (canne riportate).
Alesaggio: 111 mm.
Corsa: 139 mm.
Cilindrata: 8071 cc.
Rapporto geometrico di compressione: 10,5:1.
Sovralimentazione mediante turbocompressore e intercooler aria/acqua.
Raffreddamento a liquido.
Alimentazione con miscela stechiometrica, iniezione indiretta.
Accensione comandata da una candela per cilindro.
Ordine d’accensione: 1-5-3-6-2-4.
Accensione: 13° prima del punto morto superiore.
Sistema di mantenimento del regime di rotazione costante al variare del carico.
Valvole per cilindro: 2 in testa.
Rotazione manovellismo: in senso antiorario guardando dal volano.
Massa motore: circa 750 kg a secco.
Prime power a 1500 giri/min: 128 kWm.
Standby power a 1500 giri/min: 141 kWm.
Prime power a 1800 giri/min: 150 kWm.
Standby power a 1800 giri/min: 165 kWm.
Specifiche generatore
Fasi: 3
kVA: 150 a 1500 giri/min
kVA: 180 a 1800 giri/min
Hz: 50/60
Cosphi: 0,8
Volt: 115 / 200 / 230 / 400
Ampere: 753 / 433 / 377 / 217
Massa generatore: 491 kg
IP: 21
Temperatura ambiente di lavoro: Max 40°C
Aspetti energetici
Consumi di carburante

I consumi sono espressi in Nm3/h ovvero in metri cubi normali all’ora. I valori fanno riferimento al gas naturale con contenuto di metano del 99% circa ma variano in misura tutto sommato trascurabile se viene impiegato biogas purificato con contenuto di metano del 95% circa.

25% del prime power a 1500 giri/min, ovvero erogando 32 kWm: 13,3 Nm3/h
50% del prime power a 1500 giri/min, ovvero erogando 64 kWm: 17,8 Nm3/h
75% del prime power a 1500 giri/min, ovvero erogando 96 kWm: 24,3 Nm3/h
100% del prime power a 1500 giri/min, ovvero erogando 128 kWm: 31,8 Nm3/h
25% del prime power a 1800 giri/min, ovvero erogando 37,5 kWm: 13,9 Nm3/h
50% del prime power a 1800 giri/min, ovvero erogando 75 kWm: 21,8 Nm3/h
75% del prime power a 1800 giri/min, ovvero erogando 112,5 kWm: 29,9 Nm3/h
100% del prime power a 1800 giri/min, ovvero erogando 150 kWm: 38,5 Nm3/h
Note sull’energia impiegata e prodotta

Per intenderci a 1500 giri/min questo motore, montato su un mezzo pesante, permette di percorrere 80 chilometri in un’ora. Questo dato ci servirà per capire successivamente l’equivalente in strada percorsa ricavato dalle ore effettive di funzionamento.

Erogando una potenza costante di 128 kWm, con il 100% del carico a 1500 giri/min, in un’ora viene impiegata un’energia pari a 128 kWh ottenuta dalla combustione di 31,8 Nm3 di gas naturale.

Considerato che 31,8 Nm3 di gas naturale (costituito dal 99% c.a. di metano) hanno una massa di c.a. 22,75 kg, ciò significa che la combustione di ogni chilogrammo di gas naturale genera in questo motore, con il 100% del carico a 1500 giri/min, un’energia fruibile all’albero di 5,62 kWh (l’energia dissipata in calore, attriti, rumore, vibrazioni, ecc. è già stata sottratta infatti l’energia prodotta dalla combustione di un chilogrammo di metano vale 14,8 kWh).

Considerato per l’appunto che 1 kg di metano sviluppa in seguito alla combustione 14,8 kWh di energia, significa che il motore, arrivando a quota 5,62 kWh, ha un rendimento del 38% (grazie al fatto che lavora sempre ad un regime costante ed ogni singolo dettaglio è ottimizzato affinché il motore esprima il meglio di sé in questa data condizione). Ricapitolando quindi:

La combustione di 1 kg di metano sviluppa 14,8 kWh di energia complessiva.
La combustione di 1 kg di metano nel motore analizzato genera 5,62 kWh fruibili all’albero.
Si ottengono 128 kWh fruibili all’albero bruciando 22,75 kg di metano a 1500 giri/min.
Si ottengono globalmente 336,7 kWh dalla combustione di 22,75 kg di metano.
Il rendimento complessivo del motore a c.i. è pari al 38%.

La potenza di 128 kWm è riferita al valore disponibile in uscita dall’albero motore a combustione interna quando il regime di rotazione è di 1500 giri/min ed il carico è al 100%. In realtà, nelle medesime condizioni, in uscita dal generatore elettrico accoppiato si ha una potenza di circa 109 kWe (se il rendimento della macchina elettrica è pari all’85% circa).

Pertanto per i consumi di gas si deve far riferimento alla potenza erogata dal motore a c.i. mentre per la vendita dell’energia elettrica prodotta si deve far riferimento alla potenza in uscita dal generatore elettrico.

Il gruppo moto-generatore analizzato in questo articolo viene tenuto in moto 20 ore al giorno, ciò significa che quotidianamente, nel suo funzionamento costante, produce 2180 kWh di energia elettrica (109 kWe x 20h) se impiegato al regime di 1500 giri/min con carico massimo.

Nel passaggio dall’utilizzo di gas naturale all’utilizzo di biogas tutto il conteggio va rieseguito nuovamente sulla base della resa energetica fornita dal biogas (diverso da caso a caso a seconda delle sostanze iniziali utilizzate per la digestione anaerobica, del livello di purificazione ottenuta e dei contaminanti rimasti) che comporta ovviamente diversi consumi, differenti produzioni di energia elettrica nonché differenti problematiche tecniche che vedremo nel prossimo articolo di questa rubrica.

Tecnica
Curiosità

Il motore originario è un Daewoo ciclo diesel destinato a mezzi pesanti e trasformato in motore ciclo otto a gas (da abbinare ad un generatore elettrico) dalla coreana Doosan Infracore. La trasformazione da ciclo Diesel a ciclo Otto si è operata in particolar modo inserendo le candele al posto degli iniettori e la ruota fonica al posto della pompa del gasolio.

Il motore è dotato di acceleratore elettronico ed una cabina di controllo che rileva ogni tipo di anomalia sia sul motore a combustione interna che sul generatore. Variazioni del regime di rotazione nell’intorno dei 50 giri/min generano un segnale di errore (il motore deve girare regolarmente in maniera costante ed operando nel range di temperature previste).

Un sistema di preriscaldamento impedisce al motore di essere avviato se prima non è stato scaldato il fluido refrigerante. Ciò permette di controllare la combustione ed i prodotti che ne derivano.

Utilizzo medio del moto-generatore pari a 20h/giorno.
128 kWm potenza meccanica all’albero a 1500 giri/min con il 100% del carico.
109 kWe potenza elettrica fornita dal generatore a 1500 giri/min con il 100% del carico.
Picchi di energia prodotta in un giorno pari a 2180 kWh.
Picchi di consumo gas: max 455 kg.
Energia prodotta mediamente in un giorno: compresa tra 1150-1730 kWh.
Massa di gas consumato mediamente in un giorno: compresa tra 255-350 kg.
Ricapitolando quindi:
Intervallo di tempo considerato pari a 20h.
Regime di rotazione considerato pari a 1500 giri/min.
Carico considerato pari al 100%.

Il consumo di gas da parte del motore a c.i. corrisponde a: 455 kg.
L’energia sviluppata alla combustione da una tale massa di gas vale: 6734 kWh
Il rendimento del motore a c.i. è: 38%
Il rendimento del generatore è: 85%
Il rendimento complessivo del moto-generatore è: 0,38 x 0,85 = 0,32 (32%)
L’energia resa disponibile dal moto-generatore in 20h vale: 2180 kWh
Dal confronto tra l’energia sviluppata in seguito alla combustione della massa di gas consumata e quella fruibile si ottiene la conferma che il rendimento del moto generatore è:
6734 kWh : 100% = 2180 kWh : x, dove l’incognita risulta nuovamente (ed ovviamente) x=32%.

Manutenzione e revisioni

Il cambio dell’olio motore e delle candele viene effettuato una volta ogni settimana anche se l’intervallo può essere esteso, al limite, a 10 giorni.

Viene impiegato olio lubrificante speciale appositamente additivato per offrire un elevato grado di affidabilità anche in seguito alla combustione di biogas con tracce di contaminanti.

Analisi chimiche settimanali dei prodotti della combustione e dell’olio motore sono importanti per conoscere l’andamento della combustione ed eventuali anomalie nel processo di filtraggio del biogas.

Ogni 20.000 ore di funzionamento (equivalenti ad oltre un milione e mezzo di chilometri) il motore viene completamente smontato, revisionato, rettificato e controllato in ogni sua parte. Si procede poi al riassemblaggio ed alla messa in moto che può richiedere anche un’ora prima che tutti i parametri siano a posto e la centrale di controllo dia l’ok per l’avvio.

Ogni due cambi d’olio, ovvero circa ogni 3 settimane, si effettua il registro delle valvole.

Problematiche tecniche

Maggiori informazioni disponibili su richiesta

Al primo utilizzo alimentando il motore a biogas anziché a gas naturale, si sono manifestati seri problemi di affidabilità e rotture. Dopo un funzionamento di sole 2000 ore (equivalenti a circa 160.000 km) gli organi dotati di boccole si sono degradati in maniera anomala. Il problema è stato completamente studiato e risolto.

Al secondo utilizzo, una volta effettuate le dovute ricerche sulle cause, e risolti tutti i problemi, il motore ha lavorato per ben 22000 ore (equivalenti a circa 1.760.000 km) senza guasti né problemi di sorta.

Da notare l’erosione marcata della battuta delle valvole in seguito alla combustione del gas, leggermente minore quella delle sedi e delle guide delle valvole.

Per quanto concerne i vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo del gas naturale come carburante puoi leggere il relativo articolo di questa rubrica “Motori a c.i. alim. a biogas: Pro e Contro dell’alimentazione a metano” tenendo conto del fatto che nel passaggio dall’uso del gas naturale al biogas alcune problematiche si aggravano e richiedono opportuni adeguamenti.

Maggiori informazioni disponibili su richiesta

Aspetti economici
Vantaggio economico

L’azienda in questione produce 2180 kWh giornalieri di energia elettrica se il motore è impiegato al regime costante di 1500 giri/min con il carico massimo (20h/24 di funzionamento). Dell’energia prodotta 1000 kWh vengono messi in rete (circa 50 kWh ogni ora), e quindi venduti, e circa 1180 kWh vengono utilizzati per alimentare i propri impianti. La società elettrica paga circa 0,3 Euro per ogni kWh prodotto e messo in rete. Moltiplicando per i 1000 kWh (ovvero 1 MWh) messi in rete giornalmente si ottiene un’entrata lorda di 300,00 Euro al dì, più il risparmio offerto dall’energia autoprodotta ed utilizzata per alimentare gli impianti aziendali. In realtà l’energia prodotta giornalmente è sempre minore dei valori sopra citati al fine di tenere il motore in sicurezza e garantire la massima affidabilità e durata nel tempo.

Il prezzo di acquisto dell’energia da parte delle società elettriche (circa 300,00 Euro al MWh) fa riferimento a tariffe che variano in base alla potenza di picco dell’impianto ed alla fonte dalla quale si ricava energia.

Ad oggi l’impianto in questione, tanto per fare un esempio, ha reso al lordo circa 380.000 Euro producendo oltre 1,2 milioni di kWh. Cifra dalla quale devono essere sottratte le spese di manutenzione settimanali, i ricambi, la manutenzione dell’impianto delle acque reflue, le tasse, gli stipendi degli operatori che vi lavorano, ecc.

Impegno economico
Costi sostenuti per installazione impianto.
Costi sostenuti per effettuare le ricerche e la risoluzione dei problemi.
Costi sostenuti per il corretto adeguamento del motore al funzionamento a biogas.

Il bilancio economico è nettamente a favore dell’utilizzo del biogas (o in alternativa del gas naturale) per la produzione di energia elettrica e/o calore mediante moto-generatori come quello preso in esame in questo articolo o, perché no, mediante turbine a gas se desidera andare oltre. Diversi sono i benefici su un mezzo di trasporto come un autoveicolo nel quale il reale risparmio, al termine della vita utile del mezzo, dipende fortemente da una moltitudine di fattori analizzati nel relativo articolo di questa rubrica “Motori a c.i. alim. a biogas: Pro e Contro della alimentazione a metano“.

Note
kWm: Esprime la potenza meccanica che il motore a combustione interna fornisce all’albero quando è a regime nominale.
kWe: Esprime la potenza elettrica che eroga il generatore quando il relativo motore a combustione interna è a regime nominale.
kVA: Massima potenza apparente che l’impianto può erogare verso la rete elettrica interna o esterna al sito di collocamento dell’impianto.

Prime power: è la massima potenza disponibile a carichi variabili per un numero di ore illimitato. La potenza media prelevabile durante un periodo di 24 h di funzionamento non deve superare l’80% della prime power dichiarata tra gli intervalli di manutenzione prescritti ed alle condizioni ambientali standard. E’ ammesso un sovraccarico del 10% per 1 ora ogni 12 ore di funzionamento.

Standby power: è la potenza massima disponibile per un periodo di 500 ore/anno con un fattore di carico medio del 90% della potenza standby dichiarata. Non è ammesso alcun sovraccarico per questo utilizzo.

s_cm³ significa metro cubo standard a 1,01325 bar a 15°C.
Nm³ significa metro cubo normale a 1,01325 bar a 0°C.

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$Moto-generatore, alimentato a gas naturale oppure a biogas, Doosan Infracore.$

Moto-generatore, alimentato a gas naturale oppure a biogas, Doosan Infracore.
1. Pompa dell’acqua. 2. Pistone. 3. Valvola di scarico. 4. Valvola di aspirazione.
5. Bobina di accensione. 6. Molla valvola di aspirazione. 7. Filtro aspirazione.
8. Molla valvola di scarico. 9. Coperchio delle punterie. 10. Testata. 11. Monoblocco.
12. Biella. 13. Punterie. 14. Albero a camme. 15. Paraolio posteriore. 16. Paraolio anteriore.
17. Pignone su albero motore. 18. Smorzatore di vibrazioni. 19. Pompa dell’olio.
20. Tubo aspirazione olio. 21. Coppa dell’olio. 22. Albero motore.

24 novembre 2013

Motori a combustione interna alimentati a biogas: Metodo pratico per il calcolo dei consumi a metano

Rubrica: Automotive alternativo
Titolo o argomento: Da escrementi, rifiuti e scarti energia quasi pura da utilizzare
La logica

Sebbene sul web brulichino domande al riguardo, nessuno potrà dirvi quanto si consuma “in generale” alimentando a metano un motore a combustione interna. Nessuno potrà dirvelo se non specificate nella vostra domanda che tipo di veicolo e che tipo di motore avete a disposizione, ma non solo, anche le condizioni di utilizzo (stile di guida, percorsi, situazione del veicolo, ecc.) sono fattori determinanti che influenzano abbondantemente il valore dei consumi. Voi chiedereste al bar quanto consuma più o meno un’auto a benzina? Immagino di no perchè vi aspettereste già domande del tipo: Quale auto? Con quale motore? Guidata dove e come? In che condizioni? Per il metano la logica è la stessa, tentare di fornire un numero pressappoco indicativo equivale a dare letteralmente i numeri.

Il metodo più semplice che un neofita può usare consiste nel sapere quanti litri di benzina consuma solitamente per percorrere 100 km (ipotizzando che percorra sempre gli stessi tratti di urbano, extraurbano, autostrada) per poi effettuare un semplice confronto energetico con i carburanti alternativi. Conoscere i litri di benzina consumati offre un’idea dell’energia totale impiegata dal vostro motore per effettuare il vostro “percorso tipo” di 100 km in quanto:

1 kg benzina = 12 kWh energia | 1 litro di benzina = 0,750 kg | 1 kg di benzina = 1,33 litri
1 kg metano = 14,8 kWh energia
inoltre
1 kg di benzina costa 2,50* Euro c.a.
1 litro di benzina (ovvero 0,750 kg) costa 1,80* Euro c.a.
1 kg di metano costa 1,00 Euro* c.a.

Quindi sapendo quanti litri di benzina consumate solitamente per percorrere 100 km sapete quanta energia impiegate per muovere il vostro veicolo, i vostri passeggeri, i vostri bagagli, ecc.. Conoscendo l’energia utilizzata e dividendola per l’energia specifica posseduta dal metano saprete così indicativamente di quanti kg di metano necessiterete per poter coprire il medesimo percorso. Moltiplicando poi per il costo unitario saprete la spesa totale e dividendo per i chilometri saprete il costo sostenuto per chilometro**.

*Nel momento in cui è stato scritto l’articolo.
**Non comprensivo dell’ammortamento dell’impianto e dei costi ordinari/straordinari di manutenzione.

In sostanza, ricapitolando

Rileva quanti litri di benzina utilizza la tua auto per percorrere 100 km e trasforma il totale dei litri di benzina impiegati in kg con una semplice proporzione.

Moltiplica la massa in kg di benzina utilizzata per l’energia specifica della benzina stessa (12 kWh/kg), ottieni quindi il valore dell’energia che impieghi solitamente per percorrere 100 km.

Dividi ora il valore dell’energia che utilizzi (per percorrere 100 km) per l’energia specifica del metano (14,8 kWh/kg), ottieni così la massa in kg di metano necessaria per coprire lo stesso percorso nelle stesse condizioni con lo stesso veicolo.

Cerca di arrotondare sempre i valori ottenuti a tuo sfavore (leggi le motivazioni al paragrafo “Fai attenzione a…”). Se cambi tipo di veicolo e motore la procedura rimane la medesima, quello che cambia sarà il valore iniziale dei litri di benzina utilizzati per percorrere 100 km

Un semplice esempio numerico

Ammettiamo che la vostra vettura sfrutti 5 kg di benzina (ovvero 6,6 litri) per percorrere 100 km del vostro tipico percorso. Ovviamente se moltiplicate i 6,6 litri per il costo al litro sapete la spesa che sostenete solitamente. Mettete ora questo dato da parte.

Quindi per coprire 100 km con il veicolo dell’esempio:

Infine sarà cautela di chi effettua i calcoli arrotondare ogni passaggio nel modo più sfavorevole in modo da avere dati quanto più vicini alla realtà (il risultato reale potrà così essere solo uguale o migliore di quello calcolato e non deluderà le aspettative). Bisognerà poi tener conto del fatto che l’impianto che si va ad aggiungere al veicolo implica una massa aggiuntiva di circa 100 kg che ovviamente influirà negativamente sui consumi di carburante. Il calcolo riportato poco sopra parte da una stima di consumo di 6,6 litri di benzina per percorrere 100 km, dato ricavato facendo riferimento ad una vettura con una massa pari a 1000 kg ed avente un motore aspirato 3 o 4 cilindri. Ovviamente se vengono aggiunti i 100 kg dell’impianto a metano per usufruire della nuova alimentazione più ecologica, i consumi saranno un po’ più alti, dei 4 kg riportati nell’esempio, per la maggiore massa gravante (come avere perennemente due ragazze a bordo, o due ragazzini o un atleta in forma). In ogni caso la procedura di calcolo è sempre la medesima anche se state considerando vetture e motori differenti, quello che cambierà sarà solo il dato iniziale dei litri necessari per percorrere 100 km con il vostro veicolo.

Per chi desidera essere particolarmente minuzioso va ricordato inoltre che i conti eseguiti prendono in considerazione la sola spesa per il carburante. In realtà il costo al chilometro per entrambi i carburanti diventa maggiore se si considera l’ammortamento delle spese di manutenzione che, nel caso dell’alimentazione a metano sono più alte (vedi l’articolo relativo “Pro e Contro dell’alimentazione a metano” nei Link correlati) e vanno aggiunte, tra le altre cose, al costo di ammortamento dell’impianto (se aggiunto in un secondo momento) o al prezzo più alto pagato per il veicolo (se dispone dell’alimentazione a metano di primo impianto), nonché ai maggiori costi assicurativi. Vanno infine sottratte agevolazioni o esenzioni bollo spalmate sui chilometri totali annui che percorrete in modo da ricavare il risparmio su ogni singolo km.

Link correlati

Distributore automatico di biogas per autotrazione (in Svizzera),
aperto 24h, non necessita di assistenza del personale ed è rapido.
Image’s copyright: www.erdgas.ch

Pensate ad una cosa… sicuramente c’è un’alternativa : ) Image’s copyright: www.ippinka.com

Non è affatto facile risolvere le innumerevoli problematiche tecniche che si celano dietro la realizzazione di una buona bicicletta elettrica DIY, ma quando si parte e si va ogni sforzo è ripagato e la sensazione di libertà che si prova è indescrivibile.

*Nel momento in cui è stato scritto l’articolo. **Non comprensivo dell’ammortamento dell’impianto e dei costi ordinari/straordinari di manutenzione.

Distributore automatico di biogas per autotrazione (in Svizzera), aperto 24h, non necessita di assistenza del personale ed è rapido. Image’s copyright: www.erdgas.ch

Pensate ad una cosa… sicuramente c’è un’alternativa : )
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Non è affatto facile risolvere le innumerevoli problematiche tecniche che si celano
dietro la realizzazione di una buona bicicletta elettrica DIY, ma quando si parte e si
va ogni sforzo è ripagato e la sensazione di libertà che si prova è indescrivibile.

*Nel momento in cui è stato scritto l’articolo.
**Non comprensivo dell’ammortamento dell’impianto e dei costi ordinari/straordinari di manutenzione.

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