Formula 1, Ingegneria e analisi tecniche: la realtà è molto distante dai pensieri del pubblico

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori

Titolo o argomento: La progettazione delle vetture

Rispondendo a: Alessandro

Alessandro scrive: Ciao, vorrei chiederti un parere. Come valuti per quanto possibile “senza avere dati in mano” la povera prestazione della Ferrari? Da appassionato, noto una sospensione che se paragonata a quella Mercedes sembra di 30 anni di differenza. Possibile che una squadra come Ferrari progetti una macchina che secondo loro presenta problemi all’avantreno a causa della sola aerodinamica? A me pare troppo riduttivo, ma soprattutto se fosse aereodinamica, non credo sarebbe così difficile porre rimedio. Secondo me la meccanica della Ferrari è la maggiore responsabile del semi-fallimento del progetto 2019. Hanno un problema di sovrasterzo, caricano davanti, ma la coperta è corta e perdono il retrotreno. Tutto ciò, ripeto da ignorante, a me sembra dovuto ad un pacchetto aero-meccanico cannato. Grazie per un parere da esperto. Se un giorno rinascessi, sarò un ingegnere.
Ciao

Buongiorno Alessandro,
ti ringrazio per la considerevole fiducia, tuttavia ben poco posso dire in merito alle vetture di Formula 1 della Ferrari o di altri marchi (e quando lo faccio solitamente mi chiedono di scrivere articoli tecnici per riviste che mi limitano molto nel fornire un quadro complessivo che illustri in modo esaustivo gli aspetti tecnici e tecnologici nonché, cosa fondamentale, le tecnologie del futuro, eccezion fatta, va riconosciuto, per piacevoli esperienze condotte con riviste specializzate quali ad esempio Newton e AutoTecnica che mi hanno dato fiducia e mi hanno lasciato ampi spazi per fornire una visione completa d’insieme degli argomenti trattati).

Posso dire ben poco perché, come è naturale che sia, i progetti non vengono resi noti*, così come i relativi valori di interesse. Senza dati alla mano si tratta solo di un gran chiacchierare, quello che solitamente riempie giornali sportivi e forum vari. La realtà è che la Ferrari l’auto (quasi) perfetta la sa fare così come la sanno fare tutti gli altri, quello che crea i problemi sono solitamente il regolamento ed i piloti di cui si dispone. Il regolamento viene appositamente modificato, anche con interventi importanti, ogni tot anni al fine di rimuovere i privilegi alle squadre che meglio si son trovate con quello precedente. I cambiamenti di regolamento, oltre che per la sicurezza, servono sostanzialmente a questo. La Ferrari, nei primi del 2000, ha realizzato vetture che sono decisamente più performanti delle attuali nonostante siano passati quasi 20 anni. Il regolamento di quel tempo gli calzava alla perfezione. La Ferrari sa benissimo cosa sia il sottosterzo, il sovrasterzo e l’intera dinamica del veicolo. Lo sa talmente bene da annoiarsi quasi. Quello che la Ferrari, come tutti gli altri, deve fare ogni volta è: trovare il modo di adattare le sue conoscenze tecniche alle restrizioni del regolamento. Da qui emergono le difficoltà. Gli anni di Schumacher presentavano la giusta quadra: i tecnici giusti, la vettura giusta, il regolamento giusto, il pilota giusto e la direzione giusta. Tanti fattori di grande importanza hanno confluito in un punto ben preciso del tessuto tecnico interno all’insieme matematico denominato “Vittoria”.

*Io stesso non fornisco più da qualche anno info di carattere progettuale perché ci sono state aziende che non riuscivano a risolvere problemi tecnici con i loro prototipi e mi hanno contattato fingendosi semplici lettori per avere soluzioni gratuitamente (siamo in Italia).

Per quanto riguarda gli Ingegneri… ci tengo a sottolineare come essi rappresentino in realtà una variante dell’ignoranza qualora le loro conoscenze generali non siano fortemente forgiate da applicazioni pratiche e numerosi esercizi di esperienza. In sostanza un Ingegnere non sa affatto cosa occorre ad una vettura sottosterzante per non esserlo e non sa affatto districarsi in questo mondo, proprio perché fortemente ignorante. Gli Ingegneri di successo che vedi nel Motorsport non hanno seguito solo un percorso di studi che possiamo definire “ordinario”, ma hanno iniziato le loro carriere (spesso da studenti) in team minori, sovente di proprietà del padre, dello zio, dell’industriale locale che ama i motori… conoscendo così i problemi e le difficoltà che caratterizzano questo mondo. Lo studio in Ingegneria ha dato loro una visione analitica e matematica dei problemi che loro hanno appreso in via del tutto pratica nelle loro esperienze ad esempio estive.
L’Ingegneria è quella sublime specialità che ha profonde origini radicate nell’analisi matematica, l’Ingegneria nel Motorsport ha origini nella pratica di chi, anche da sé, ha costruito dapprima un piccolo kart, poi qualcosa di più, ancora di più, sempre di più… costantemente nel tempo martellando giorno dopo giorno. Puoi tranquillamente divertirti a testare gli effetti del sotto/sovrasterzo costruendo ad esempio un telaio a traliccio e spostando le più importanti masse in gioco lungo gli assi del veicolo.

Ringraziandoti ancora per la domanda e la fiducia riposta in me, ci tengo a precisare che non sono ancora laureato proprio perché ho prediletto che un’enorme mole di pratica accompagnasse i miei studi teorici (sono un ricercatore in campo tecnico e tecnologico avanzato). Se desideri capir meglio prova a costruire anche una semplice scatola magari in legno, incontrerai una quantità tale di problematiche e di lacune che ti formeranno come raramente un ingegnere viene formato ma, d’altra parte, senza la parte teorica, sarà difficile avere una visione d’insieme che è particolarmente affascinante (su quest’ultima parte proprio non ho un esempio semplice per stimolare la curiosità verso questa sublime scienza).

Cordialmente, Raffaele Berardi.

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DTM… Berline solo nella linea – Il Campionato Turismo Tedesco

Rubrica: Eventi

Titolo o argomento: DTM – Deutsche Tourenwagen Masters

Il Deutsche Tourenwagen Masters o DTM è il Campionato Tedesco Turismo nato nel 1984 ed inizialmente basato sul regolamento per le vetture “Gruppo A” della FIA. Gradualmente esso fu modificato per permettere la competizione di modelli evoluzione fino ad arrivare al regolamento “Gruppo D1” che prevedeva motori da 2500cc, elettronica sofisticata, telai a traliccio, carrozzerie in fibra di carbonio. Tra i marchi che più hanno caratterizzato questo campionato troviamo Audi, BMW, Mercedes, Opel e le gloriose e sorprendenti Alfa Romeo…

Ora le vetture DTM sono equipaggiate con propulsori 2 litri, dal semplice schema 4 cilindri turbo, esasperati al punto da erogare ben 600 cv (scheda tecnica 2019 in basso) ovvero prestazioni analoghe a quelle ottenute con i precedenti motori 4 litri aspirati (scheda tecnica 2018 in basso). Trattasi di un’operazione che prende il nome di “downsizing motoristico” che segue la stessa logica applicata negli ultimi anni anche alle vetture stradali, operazione che ha prodotto motori molto leggeri, spinti, brillanti ma poco longevi (la logica del “costa poco, corre tanto, dura tanto” in campo motoristico non esiste ed una delle tre affermazioni è sempre falsa se son vere le altre due – il discorso peggiora ulteriormente se si tenta di inserire una quarta ambita voce “consuma poco” assieme alle altre… ma abbiamo già trattato questo tema nell’articolo: “La moglie ubriaca, la botte piena ed il motore rotto).

Le vetture hanno un aspetto esteriore che richiama le loro sorelle stradali ma in realtà non vi è nemmeno un pezzo uguale, persino i fari si rifanno alle vetture stradali ma non sono esattamente gli stessi. E’ curioso osservare, inoltre, come i piloti sottolineino quanto la dinamica di guida sia più simile ad una vettura di formula piuttosto che ad una vettura turismo (e come potrebbe essere altrimenti con quei fantastici telai e quei sistemi di sospensioni?).

Grazie alla fornitura, da parte di aziende partner, di parte della componentistica meccanica uguale per tutti (trasmissioni, freni, pneumatici…) i costi vengono limitati, e le prestazioni rese simili. Anche l’aerodinamica è configurata ad inizio stagione (e resa immutabile per tutto il calendario) affinché non ci siano eccessive disparità. Di particolare interesse è l’idea del pulsante “Push to pass” che configura il motore affinché eroghi 30 cavalli in più, utili ad un attacco, e che può essere usato in gara un massimo di 12 volte.

Di seguito riportiamo le schede tecniche per gli anni 2019 e 2018 che includono sorprendenti quantità di dettagli di queste affascinanti vetture da agonismo puro.

Scheda 2019

Autovettura

Audi RS5 Turbo, Aston Martin Vantage AMR Turbo, BMW M4 Turbo.

Telaio

Telaio monoscocca in fibra di carbonio, kevlar ed altri compositi con rinforzi in acciaio alto resistenziale e soluzioni integrate, quali ad esempio il motore, la trasmissione, il radiatore…, che partecipano alla resistenza strutturale dell’assieme.

Carrozzeria

Carrozzeria in fibra di carbonio e alluminio.

Dimensioni e peso

Lunghezza: 4730 – 4775 mm esclusa l’ala posteriore;
Lunghezza: 4958 mm inclusa ala posteriore;
Larghezza: 1900 mm;
Altezza: 1150 – 1280 mm;
Passo: 2750 mm (passo regolabile non consentito);
Carreggiata: 1900 mm;
Massa veicolo: 986 kg (escluso pilota e carburante);
Massa veicolo: 1070 kg (incluso pilota e carburante).

Serbatoio carburante

Serbatoio di sicurezza a prova di rottura in gomma e kevlar;
Capacità: 120 litri.

Trasmissione

Trazione posteriore;
Cambio longitudinale in fibra di carbonio;
6 marce più retromarcia;
Tipo: semi-automatico con attuazione elettro-idraulica mediante paddles;
Frizione a 4 dischi da 140mm studiati per elevati carichi termici (può operare per un breve tempo fino a 400°C);
Frizione attuata mediante pedale (per la partenza e per le scalate);
Coppia trasmissibile: 900Nm;
Massa frizione: 3kg (frizioni per questi valori di coppia pesano generalmente 15 kg);
Differenziale autobloccante regolabile.

Freni

Comando mediante Drive-by-wire;
Bilanciamento della frenata regolabile dal pilota;
Pinze anteriori e posteriori a 6 pistoncini;
Dischi anteriori e posteriori in carbonio;
Pressione al pedale: 120 bar;
Temperatura operativa massima delle pasticche: 260°C;
Temperatura operativa massima dei dischi freno: 800°C.

Sterzo e sospensioni

Sistema di sterzo servoassistito;
Sospensioni indipendenti regolabili (anteriori e posteriori) di tipo pushrod.

Aerodinamica

Fondo piatto.
Skid block (30mm).
Splitter anteriore (90mm).
Ala posteriore a singolo elemento fisso con sistema DRS – Drag Reduction Systems flap (range da 10° a 40°) comandato dal pilota mediante paddle dietro al volante o da apposito pulsante.
Larghezza ala posteriore: 1850 mm.
Diffusore, larghezza rampa: 870 mm.
Deportanza: 3402 kg a 170 miglia orarie (273,6 km/h).
Drag: 1361 kg a 170 miglia orarie.

Ruote

Tipo:  a singolo bullone, forgiate in alluminio;
Misura anteriore: 12 in × 18 in (305 mm × 457 mm);
Misura posteriore: 13 in × 18 in (330 mm × 457 mm);
Coppia di serraggio: 430 lb (195 kg).

Gomme

Tipo: Radial slick dry – Rain con battistrada scolpito;
Due differenti mescole disponibili per le slick;
Dimensioni gomme anteriori: 300/680–R18;
Dimensioni gomme posteriori: 320/710–R18;
Disponibilità gomme: 14 treni per weekend di cui 8 treni per le slick e 6 treni per le rain;
Pressione pneumatici di default: minimo 18.85 psi (1.3 bar; 130.0 kPa; 974.8 Torr; 1.3 atm; 38.4 inHg);
Massa: 10.5–11 kg (23.1–24.3 lb) anteriore; 11–11.5 kg (24.3–25.4 lb) posteriore;
Vita utile: Oltre 100 miglia (161 chilometri);
Spessore del battistrada: 3/32 inch.

Interni, sicurezza ed esterni

Volante: in fibra di carbonio con pulsantiera e paddles integrati;
La progettazione del volante è libera per ogni costruttore;
Cinture di sicurezza: a 6 punti, Sabelt (Audi), Schroth (Aston Martin and BMW);
Dispositivo HANS (Head And Neck Support): a scelta del pilota;
Sedile: monoscocca in fibra di carbonio rinforzata, personalizzato per ogni pilota al fine di assicurare il massimo comfort. Include il passaggio per i 6 punti delle cinture, imbottitura centrale e laterali e poggiatesta;
Sicurezza del cockpit: firewall che ripara il guidatore dai detriti in caso di collisione;
Parabrezza e finestrini: policarbonato rinforzato;
Videocamera di visione posteriore;
Dashboard display: Bosch Motorsport DDU 10 LCD;
Garage radio wireless communication antenna: 3 GHz SHF wireless.

Motore

4 tempi ciclo Otto, 2 litri (122 cu in);
Configurazione ammessa: cilindri in linea;
Numero massimo di cilindri ammessi: 4
Sovralimentazione mediante turbocompressore;
Gli ibridi con sistemi ERS/KERS, MGU-K and MGU-H non sono ammessi;
I motori devono essere basati sulla produzione stradale ma possono essere pesantemente modificati per l’impiego racing;
Posizione del motore: anteriore longitudinale;
Diametro del cuscinetto dell’albero a camme: ≥ 22.9 mm (0.9 in);
Massa minima dell’albero a camme: 1 kg (2.2 lb);
Alesaggio: tra 86–90 mm (3.4–3.5 in);
Asse del cilindro parallelo al piano Y della vettura con una tolleranza di ±2°;
Distribuzione: doppio albero a camme in testa (DOHC);
Numero delle valvole: 16;
Alzata delle valvole: 15 mm (0.59 in);
Diametro della valvola di aspirazione: 36.5 mm (1.44 in);
Diametro della valvola di scarico: 32 mm (1.26 in);
Diametro dello spinotto: 20 mm (0.79 in);
Massa pistone e biella: 760 g (1.68 lb) di cui 390 g (0.86 lb) per la biella e 370 g (0.82 lb) per il pistone;
Carburante: Aral Ultimate 102 RON senza piombo;
Iniettore: singolo per ogni cilindro, centrale ad alta pressione, iniezione diretta;
E’ permessa lo modifica del pattern dello spry se necessario;
Pompa singola ad alta pressione;
Pressione della pompa del carburante: 200 bar (2,900.75 psi; 20,000.00 kPa; 150,012.34 Torr; 197.38 atm; 5,906.00 inHg);
Portata di carburante: limitata per regolamento a 95 kg/h (solo attivando il pulsante “push-to-pass” diventa 100 kg/h);
Pressione nel flauto di iniezione: massimo 350 bar (5,076.32 psi; 35,000.00 kPa; 262,521.59 Torr; 345.42 atm; 10,335.49 inHg);
Portata dell’iniettore a 3 bar: fino a 1,462 cc/min;
Pressione minima delle linee di alimentazione del carburante: 70 bar (1.015,26 psi; 7.000,00 kPa; 52,504,32 Torr; 69,08 atmosfere; 2,067,10 inHg);
Temperatura massima di esercizio delle linee di alimentazione: 135 ° C (275 ° F, 408 K; 735 ° R);
Aspirazione: mediante singolo turbocompressore;
Potenza: 610 + 30 CV (455 + 22 kW) a seconda della pressione di sovralimentazione turbo utilizzata in pista mediante il pulsante “push to pass”;
Coppia: 650 N⋅m (479 ft⋅lb)
Rapporto peso su potenza: 1.6 kg/hp;
Lubrificazione: sistema a carter secco, dotato di pompe di lavaggio multistadio;
Olio motore: 10W-60, 5W-40, 0W-40 a seconda delle esigenze;
Numero massimo di giri motore: 9,500 rpm + 200 rpm extra per il “push-to-pass”;
Acceleratore: tipo elettronico, 4 farfalle controllate da drive-by-wire;
Durata prevista del motore prima della revisione: circa 6.000 km (3,728 mi);
Rapporto geometrico di compressione: 15:1;
Temperatura massima di funzionamento del motore: oltre 2.500 ° C (4.532 ° F, 2.773 K, 4.992 ° R);
Candele: una candela per cilindro;
Materiale del monoblocco: pressofuso in acciaio o in lega di alluminio;
Materiale della testata: pressofuso in acciaio o in lega di alluminio;
Materiale del coperchio della distribuzione: pressofuso in acciaio o in lega di alluminio;
Materiale alberi a camme: acciaio;
Materiale delle valvole: lega di acciaio nichel e cobalto;
Materiale delle molle valvole: lega di acciaio;
Materiale dei pistoni: forgiati in lega di alluminio;
Materiale delle bielle: in acciaio ricavato dal pieno;
Materiale dell’impianto di alimentazione: metallo o, nel caso di linee flessibili, è obbligatoria una treccia esterna resistente all’abrasione e alla fiamma (ritardante di fiamma) e connessioni filettate;
Materiale albero motore: acciaio omogeneo;
Materiale del Plenum: Plastica rinforzata con fibra di carbonio;
Materiale dell’alloggiamento dell’albero motore: alluminio;
Materiale scudi termici: carbonio;
Materiali motore vietati: leghe contenenti più del 3% di berillio, iridio o renio, compositi a matrice metallica, leghe a base di magnesio, materiali intermetallici.

Scarico

Tipo: ad uscite separate per Wastegate e turbina poste sul lato destro della vettura;
Convertitore catalitico a 4 vie silenziato con uscita singola a destra;
Materiale dello scarico: acciaio, nichel e cobalto;
Spessore parete di scarico: 0,80 mm (0,031 pollici) nel tratto che parte dal turbocompressore; 1,15 mm (0,045 pollici) nel tratto che arriva al turbocompressore;
Diametro esterno uscita di scarico: 120 mm (4.72 in);
Aria di raffreddamento del collettore di scarico: consentita (nei limiti degli altri parametri del regolamento);
Posizione di ingresso collettore di scarico: -925 e 0 (X), -650 e 650 (Y);
Posizione di uscita del collettore di scarico: min. -200 (X), max 650 (Y).

Scambiatori di calore e radiatori

Raffreddamento: singola pompa idrica meccanica che alimenta il sistema di raffreddamento su un solo lato;
Termostato: consentito;
Radiatore: deve essere installato davanti al piano VA e l’unica rete/anima consentita da utilizzare per lo scambio di calore è quella definita come componente SB;
Materiale del radiatore: lega d’alluminio;
Liquido di raffreddamento: consentito ma con sole proprietà antiruggine e anticorrosione;
Sistema di climatizzazione: consentito (intervallo di temperatura del climatizzatore interno: 16-30 ° C (61-86 ° F, 289-303 K, 520-546 ° R) regolabile).

Dimensioni e peso del motore

Lunghezza: 600 mm;
Larghezza: 697 mm con il turbocompressore;
Altezza: 693 mm;
Massa: circa 85 kg (78 kg senza turbocompressore);
Push-To-Pass;
Turbocompressore: Garrett Advancing Motion 846519-15;
Massa del turbocompressore: 8 kg (18 lb) a seconda della chiocciola usata;
Limite giri del turbocompressore: 100.000 giri/min;
Pressione del turbo boost: Limitata a 3.5 bar (50.76 psi; 350.00 kPa; 2,625.22 Torr; 3.45 atm; 103.35 inHg). Essa può essere superiore di 0.15 bar (2.18 psi; 15.00 kPa; 112.51 Torr; 0.15 atm; 4.43 inHg) per massimo 500 ms;
Wastegate: massimo due unità consentite, con controllo elettronico o pneumatico; non sono consentiti altri flussi d’aria compressa per pilotare la wastegate;
Tipo di sovrapressione: compressore a singolo stadio con turbina calettata su un albero comune;
Push-to-pass: questa modalità permette di erogare 30 cavalli in più (22 kW) per circa 60 secondi ed è consentita massimo 12 volte a gara;
Condotto di raffreddamento del turbocompressore: ammesso.

Performance

Velocità massima: 300 km/h (186 mph; 83 m/s).
Accelerazione: 0-100 km/h in 2 secondi.

Elettronica

Engine management: Bosch Motronic MS 7.4;
ECU: Bosch;
Power management: Bosch PBX 190;
Data logging system: Bosch;
Marshalling system: EM Motorsport;
Cablaggi: Bosch;
Sensori gomme: Bosch;
Drive-by-wire system: Bosch;
Batteria: agli ioni di litio superleggera 12 Volt 90Ah;
Lunghezza batteria: 254 mm (10 in);
Larghezza batteria: 83 mm (3.27 in);
Altezza batteria: 165 mm (6.5 in);
Massa batteria: 3.99 kg (8.8 lb);
Ampere di avviamento a impulsi: 5 sec @ 80 F: 1482;
Avviamento del motore: azionato dal pilota in cabina;
Sensore Lambda: Bosch LSU 4.9;
Sensore Ossigeno: Bosch Premium Universal Oxygen (O2) Sensors with OE;
Sensore di cambio marcia: Bosch Gear Shift Sensor GSS-2.

Scheda 2017-2018

Autovettura

Audi RS5, BMW M4, Mercedes-Benz AMG C-Class Coupé

Telaio

Struttura di rinforzo in tubi di acciaio altoresistenziali direttamente collegata alla monoscocca in fibra di carbonio, serbatoio del carburante integrato, assorbitori d’urto CFRP in posizioni lateriali, anteriore e posteriore.

Dimensioni e peso

Massa (incluso pilota): 1.125 kg (2,480 lb) nel 2017,  1.115 kg (2,458 lb) nel 2018;
Capacità di carburante: 120 litri (31.7 US gallons; 26 imperial gallons);
Lunghezza: 4.650–4.775 mm (183–188 in) esclusa ala posteriore;
Lunghezza: 5.010 mm (197 in) inclusa ala posteriore;
Larghezza: 1.950 mm (77 in);
Altezza: 1,150 mm (45 in) measured from identical reference plane;
Passo: 2.750 mm (108 in);

Trasmissione

Cambio 6 marce;
Tipo: semi-automatico con attuazione elettro-idraulica mediante paddles;
Frizione a 4 dischi;
Trazione posteriore.

Freni

Impianto idraulico a doppio circuito;
Pinze dei freni in lega leggera,
Dischi freno ventilati in fibra di carbonio anteriori e posteriori;
Bilanciamento della frenata regolabile dal pilota.

Sterzo e sospensioni

Sistema di sterzo servoassistito;
Sospensioni indipendenti regolabili (anteriori e posteriori) di tipo pushrod.

Aerodinamica

Ala posteriore a doppio elemento;
Elemento superiore regolabile tra 10 e 40°;
Diffusori anteriori e posteriori;
Fondo piatto;
Skid block (30mm);
Due aree permesse per l’installazione di flaps.

Ruote

Cerchi in alluminio forgiato;
Misura anteriore: 12 in × 18 in (305 mm × 457 mm);
Misura posteriore: 13 in × 18 in (330 mm × 457 mm).

Gomme

Tipo: Radial slick dry – Rain con battistrada scolpito;
Due differenti mescole disponibili per le slick;
Dimensioni gomme anteriori: 300/680–R18;
Dimensioni gomme posteriori: 320/710–R18.

Interni, sicurezza ed esterni

Volante: in fibra di carbonio con pulsantiera e paddles integrati;
La progettazione del volante è libera per ogni costruttore;
Cinture di sicurezza: a 6 punti, Sabelt (Audi), Schroth (Aston Martin and BMW);
Dispositivo HANS (Head And Neck Support): a scelta del pilota;
Dashboard display: Bosch Motorsport DDU 8 LCD.

Motore

4 tempi ciclo Otto, 4 litri (244 cu in);
Configurazione: V8 di 90 gradi tra le bancate;
Doppio albero a camme in testa per bancate, 4 valvole per cilindro;
Pistoni forgiati in lega d’alluminio;
Albero motore in lega di acciaio su 5 supporti;
Bielle in lega d’acciaio ricavate dal pieno;
Carburante: benzina senza piombo 102 RON;
Iniezione elettronica indiretta;
Singolo iniettore per cilindro con pompa meccanica azionata dal motore;
Aspirazione atmosferica;
Ingresso dell’aria limitato da 2 flange da 29mm;
Potenza erogata: oltre 500 cavalli (373 kW);
Coppia: 500 N⋅m (369 ft⋅lb);
Lubrificazione a carter secco;
Massimo numero di giri: 9.000 giri/min;
Ignition system: Digital inductive

Radiatori e scambiatori di calore

Raffreddamento: singola pompa idrica meccanica che alimenta il sistema di raffreddamento su un solo lato;

Scarico

Convertitore catalitico a 4 vie silenziato con uscita singola a destra;
Materiali: acciaio e nichel.

Peso del motore

Massa: 148 kg (326 lb).

Performance

Velocità massima: fino a 274 km/h (170 mph).

Elettronica

Engine management: Bosch Motronic MS 5.1;
Engine Control Unit (ECU) personale realizzata dai singoli costruttori.

Note

All’interno della galleria fotografica sono presenti anche alcuni interessanti scatti della Formula W, ovvero della Formula Women, la categoria di Formula dedicata alle donne che amano la velocità pura.

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Cosa studiare per progettare un motore?

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori

Titolo o argomento: La progettazione dei motori

Rispondendo a: Kevin

Kevin scrive: “…Sono un giovane disegnatore meccanico con la smisurata passione per le automobili, in particolare tutto quanto riguarda il motore.
Con questa mail Le vorrei gentilmente chiedere di indirizzarmi verso la lettura e lo studio di testi inerenti a tutto ciò che contempla l’universo del motorismo, della progettazione di motori e del loro disegno”.

Buongiorno Sig. Kevin,
la ringrazio per avermi posto la domanda. I libri sono preziosi e allo stesso tempo pericolosi (nel senso che andrebbero studiati sempre con senso critico e cercando riscontri). Nel caso del motorismo, ad esempio, i libri forniscono generalmente le basi per “i conti della serva” come vengono chiamati in gergo.

I calcoli della serva sono i calcoli di base per avere un’idea generale di che motore si ha intenzione di progettare e di cosa si potrebbe teoricamente ottenere. Il problema, però, è che nella realtà è molto difficile che si progetti un motore partendo da uno o più libri. Quel che permette la progettazione di un motore è generalmente l’esperienza sul campo fatta (in principio) di una serie di errori e rotture che si concludono con il raggiungimento (in seguito) di progetti equilibrati che rappresentano sempre il risultato di “compromessi” e di “aggiustamenti” della teoria.

Con gli anni ci si accorge ben presto che si consultano più i propri dati, i propri appunti, o quelli forniti dall’azienda per cui si lavora, piuttosto che i libri di testo. In altri casi si consultano dati che si ottengono da aziende partner con le quali si è collaborato. Ma è veramente molto difficile che si inizi e concluda un progetto di un motore operando sui libri perché si rischia, come nel caso di alcuni amici che hanno preso parte al progetto della “Formula Student”, di realizzare oggetti che funzionano male o non funzionano affatto a causa di schemi di ragionamento “rigidi”. Pur con tutta la passione e la buona fede possibile.

Per i calcoli della serva le consiglio un qualunque testo di motori presente nelle librerie specializzate che trova con estrema facilità su qualunque motore di ricerca. Per una visione più chiara della meccanica, dei materiali, dei meccanismi le consiglio di cercare testi di Ingegneria Meccanica o di Ingegneria dell’Autoveicolo (per i quali si deve sempre tener conto del carattere matematico-analitico con cui sono scritti, proprio al fine di estendere la concezione del perché qualcosa, da un punto di vista matematico, funziona in un modo preciso). Per un’estensione di questi temi al fine di realizzare un primo progetto il mio modesto consiglio è di buttarsi, costruire e rompere.

E’ necessario poi completare il quadro con lo studio delle lavorazioni meccaniche necessarie ad ottenere i pezzi che si progettano. Conoscere come si realizza un motore è utile a rendersi conto di una moltitudine di cose in progettazione e ad andare d’accordo con chi opera in officina (figure che, nell’ambito della passione, non nell’industria, possono corrispondere con la stessa persona). Il monocilindrico è piacevolissimo per iniziare, permette di approcciare ogni problema dall’unità e, solo in seguito, estendere ogni dettaglio verso maggiori “complicazioni” (senza contare poi che risulta anche molto meno dispendioso da testare, ed eventualmente rompere, nei modi più svariati).

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Momenti di Motorismo – Parte I: Il manovellismo

Rubrica: Momenti di Motorismo

Titolo o argomento: Brevi sfumature per gli appassionati di motori a combustione interna

L’altro lato dei motori, quello che raramente si vede, presentato in questa occasione tramite sequenze integrali dedicate esclusivamente agli appassionati della tecnica. Sequenze il cui audio puro d’officina è stato appositamente lasciato inalterato. Sequenze nelle quali i più attenti potranno cogliere sfumature e apprezzare numerosi particolari; il video ne mostra molti ma, ovviamente, non tutti…

In questa parte viene proposto l’assemblaggio del manovellismo del motore N5F della Ford Escort RS Cosworth soffermandosi sulle fasi cruciali, lasciando che lo spettatore possa rendersi conto dei tempi, dei metodi e della cura con cui un motorista esperto si muove nel suo ambiente con i suoi strumenti e la sua esperienza.

Continua…

Ringrazio per la preziosa collaborazione i miei amici e colleghi motoristi Giorgio e Peppe, nonché l’officina meccanica di precisione operante, da oltre 40 anni, nel campo delle rettifiche di motori stradali, da competizione ed industriali:

Ancona Rettifiche
S.s. 16 Adriatica Km 309,5
60027 Osimo (Ancona)
Tel: +39 071.710.82.10

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Motore N5F Ford Escort RS Cosworth: Assemblaggio
Motore N5F Ford Escort RS Cosworth: Trasmissione
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Motore N5F Ford Escort RS Cosworth: Strumentazione – Articoli in modalità PRO
Motore N5F Ford Escort RS Cosworth: Test – Articoli in modalità PRO
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Hacking della trasmissione di potenza di un drone consumer

Rubrica: Hackerare l’hardware dei droni

Titolo o argomento: Modificare la trasmissione di un semplice drone di tipo consumer

I droni di tipo consumer offrono vantaggi non indifferenti quando si desidera approcciare il volo per la prima volta; essi permettono di sostenere costi tutto sommato contenuti, di imparare le tecniche di pilotaggio senza timore di fare danni consistenti e costosi, si riparano facilmente (con spese minime), si modificano facilmente e danno modo di capire se ciò a cui ci si sta avvicinando assomiglia più ad un temporale estivo o ad una passione da coltivare o, perché no, ad una interessante utilità per il lavoro (magari passando gradualmente ad un hardware più sofisticato o, come nel nostro caso, a costruire in autonomia i droni più idonei alle proprie esigenze con affascinanti personalizzazioni che vedremo nei prossimi articoli).

Tuttavia i droni a basso costo presentano un’ovvio svantaggio: la bassa qualità, in special modo dei materiali e dell’assemblaggio. In molti casi, però, esistono semplici metodi per risolvere la maggior parte dei problemi comuni.

Uno di questi è rappresentato dallo slittamento degli ingranaggi della trasmissione. Nei droni economici tali ingranaggi sono montati per interferenza sull’albero di ogni motore elettrico. Questo significa che, per contenere i costi, gli alberi dei motori elettrici non sono dotati di scanalature/calettamenti utili ad assicurare l’accoppiamento albero – pignone (nel caso la trasmissione sia dotata di un riduttore) o direttamente l’elica sull’albero (nel caso la trasmissione sia diretta).

Con le forti accelerazioni, le vibrazioni e l’uso continuativo, accade facilmente che gli ingranaggi si scaldino riducendo l’interferenza iniziale dell’accoppiamento albero – ingranaggio. Di conseguenza l’ingranaggio non riesce a trasmettere il moto dell’albero al resto della trasmissione, andando così in folle. L’elica riduce drasticamente il numero di giri ed il drone perde stabilità (specie nel caso dei semplici quadricotteri). Il giroscopio rileva uno sbilanciamento nell’assetto di volo ma i restanti motori non riescono a bilanciare l’azione se il pignone si è dilatato oltre un certo limite o se, una precedente scaldata, lo ha sfilato non rendendolo più in presa con la corona.

In questo caso ci si deve fermare spesso per aspettare che le temperature si abbassino e, sovente, è necessario smontare parte della scocca per rimettere l’ingranaggio in posizione. Un buon rimedio al problema è rappresentato dall’utilizzo di una goccia di frenafiletti (vedi ad esempio la Loctite 270) da far colare, magari con l’ausilio di un ago, dentro il foro del piccolo pignone prima che questo venga reinserito sull’albero di trasmissione del motore elettrico. Il frenafiletti, a differenza delle normali colle, offre una particolare resistenza alle vibrazioni, resiste fino a temperature di circa 180°C (ben oltre quelle in gioco sulla trasmissione di un drone) e si asciuga in circa 10 minuti. Un importante accorgimento consiste nel tenere il motore con l’albero orientato verso il basso quando si va a montare il pignone per evitare che il frenafiletti possa colare all’interno del motore stesso e “bloccarlo”. Pochi minuti di pazienza, una verifica di rotazione fluida dell’albero ed è possibile rimontare tutto, questa volta in maniera solidale e affidabile nel tempo, con un costo esiguo.

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In preparazione…

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Motori con architettura Boxer o Flat?

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori

Titolo o argomento: Architetture a confronto per la soluzione a cilindri contrapposti
Rispondendo a: Giacomo

Giacomo scrive: Mi stavo chiedendo come mai, benchè esistano molti V12 Flat (spesso erroneamente chiamati Boxer) ad alte prestazioni, per le competizioni si preferisca la “configurazione” dell’albero motore “non-boxer”.

La differenza tra Boxer e Flat, soluzioni che prevedono entrambe la disposizione dei cilindri contrapposti (ovvero con un angolo tra le bancate di 180°), sta nello schema dell’albero a gomiti. Più precisamente nel numero e nella disposizione dei perni di biella, nonché dei relativi bracci di manovella, che si ripercuotono su importanti caratteristiche del motore. Differenze che sono tutt’altro che trascurabili. Sul motore di tipo Boxer ogni biella ha, sull’albero motore, il suo perno di biella corrispondente (i pistoni si muovono l’uno in direzione opposta all’altro), sul motore di tipo Flat le bielle sono ancorate a coppie sullo stesso perno di biella (i pistoni si muovono nella stessa direzione… i cavalli scalpitano).

Questa differenza influisce in maniera non trascurabile sulle sollecitazioni (torsione, flessione, taglio) cui è sottoposto l’albero motore. Quello della soluzione Boxer è più lungo dovendo disporre del 50% in più di bracci di manovella necessari a sostenere i perni di biella singoli. Un motore 12 cilindri a V di 180° (così definisce L’Ingegner Forghieri il suo motore 12 cilindri Flat) dispone di 12 bracci di manovella, ogni coppia di bracci sostiene un perno di biella dove sono vincolate due bielle. Lo stesso motore, se adottasse lo schema Boxer, disporrebbe di 18 bracci di manovella. Questi andrebbero ad aumentare significativamente non solo la lunghezza dell’albero a gomiti, e quindi dell’intero motore, ma anche le masse in gioco.

Il tutto comporta notevoli difficoltà in fase di progettazione perché un motore più lungo pesa di più (a parità di tutti gli altri dimensionamenti), ingombra di più e costa di più. Ne segue che, nelle competizioni, anche se vi è una sospetta maggiore fragilità della soluzione Flat, l’ideale sia senz’altro proprio questa soluzione per via della minor massa e del minore ingombro. Questi fattori rappresentano la strada ideale per incrementare le prestazioni del propulsore (minori masse in rotazione significa maggiore numero di giri raggiungibile e conseguente maggiore potenza sviluppabile) e agevolare molto il lavoro cui saranno sottoposti telaio, sospensioni e gomme, da cui dipenderà poi la conseguente guidabilità del mezzo.

Ne segue che la soluzione Flat, più estrema, è più idonea proprio in un ambiente come quello delle corse dove gli organi sottoposti a sollecitazioni esasperate sono ripetutamente controllati e sostituiti in quanto deve essere soddisfatta principalmente l’esigenza della prestazione, mentre la durata la si tiene sì in considerazione espressamente in relazione all’impiego agonistico.

Gli schemi di tipo Flat sono stati impiegati, per quanto concerne il mondo del Motorsport, su motori 12 cilindri contrapposti come quelli delle Ferrari 312B e della Porsche 917/30 che, nel primo caso, ispirarono poi versioni stradali con omologhi schemi (si vedano le Ferrari 512 BB e TR), mentre nel secondo caso furono abbandonati a favore di unità più compatte probabilmente anche con l’idea di sviluppare conoscenze approfondite in diversi ambiti degli schemi motoristici e generare una propria personalità aziendale (un brand).

Nonostante ciò la soluzione a cilindri contrapposti non ha trovato larga diffusione perché ad un vantaggioso abbassamento del baricentro corrispondono pecche non trascurabili come le complicazioni circa l’alloggiamento del motore nel telaio (che implica sacrifici nella realizzazione dello schema delle sospensioni), nonché ulteriori complicazioni per il passaggio dei collettori e per diversi interventi di manutenzione che possono richiedere anche lo smontaggio dell’intero propulsore dal suo vano. Tali difficoltà aumentano tanto più quanto più è alta la cilindrata ed il numero di cilindri.

In sostanza il progettista, davanti alla scelta dello schema motore, si chiederà come dovrà essere sollecitato il suo albero motore (principalmente flessione e torsione ma anche taglio), come soddisferà le sue necessità circa l’equilibramento (forze centrifughe, forze alterne del 1° ordine, coppie dovute alle forze centrifughe, coppie dovute alle forze alterne del 1° ordine, forze alterne del 2° ordine e coppie dovute alle forze alterne del 2° ordine) e come desidererà che la coppia venga erogata, osservando quindi anche l’ordine di accensione nei cilindri (che influiscono sulla regolarità di funzionamento del motore nonché sul caratteristico suono emesso, sul suo modo di respirare e sul suo modo di vibrare).

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Motori con architettura Boxer o Flat?
Motori con architettura Boxer oppure a V?

 Motori a cilindri contrapposti - Architettura Boxer

Motori a cilindri contrapposti - Architettura Flat

Intervento di assistenza tecnica sull'Electrolux Trilobite 2.0 – Parte 1

Rubrica: Robotica

Titolo o argomento: Intervento sui motori stepper dell’Electrolux Trilobite 2.0

L’Electrolux Trilobite 2.0 rappresenta il Robot aspirapolvere per eccellenza, si tratta di un prodotto avveniristico se consideriamo le caratteristiche generali del progetto e, soprattutto, se pensiamo che è stato immesso sul mercato circa 15 anni prima dei prodotti della concorrenza (estremamente raro che accada).

Oggi un bambino con un LEGO Mindstorms può fare di meglio, ovvio. Un ragazzo neodiplomato, mediante schede quali Arduino o le roboRIO e myRIO della National Instruments può persino ambire a costruire un prodotto realmente funzionante e soggetto a numerosi stadi di sviluppo nel tempo (magari con progetti “aperti” ovvero i famosi Open Source).

Le pecche del Trilobite 2.0 sono rappresentate dal costo estremamente elevato che aveva all’epoca (circa 1600,00 Euro nel 2002, scesi poi intorno ai 1200,00 Euro, se non vado errato, negli anni a seguire) e dall’assistenza tecnica disponibile solo in Francia. Il problema del costo è stato risolto con il suo successore, il Motionsense (ERV5210TG), andando in contro alle nuove esigenze di mercato.

Per l’assistenza tecnica invece ci siamo attrezzati di teorie meccatroniche e tanta, tanta pazienza (grazie al trasferimento tecnologico il servizio ora è anche offerto su www.berardi-store.eu). Questo ha reso possibile intervenire su una buona parte degli errori che si possono verificare durante la “vita” del robot, partendo da banali problemi riguardanti i sensori di contatto, quelli ad infrarossi e quelli ad ultrasuoni, passando per problemi di alimentazione, la cura delle celle, la loro manutenzione, l’eventuale sostituzione, il controllo del sistema di ricarica, continuando poi con il sistema di aspirazione e filtraggio, fino agli interventi sui motori stepper, ed i relativi encoder, che azionano le ruote, ne riconoscono la posizione e permettono al robot, dialogando con l’unità centrale, di sapere in ogni momento come è posizionato (rispetto alla base di partenza e rispetto agli ostacoli che sta incontrando sul suo percorso).

Nella galleria fotografica esposta di seguito uno splendido Trilobite di circa 15 anni al quale, per mio errore, ho danneggiato un motore stepper, quello della ruota sinistra. Per anni e anni ho lasciato un espositore a terra sul quale lui puntualmente saliva, anche con un certo impegno… e dai e dai ho bruciato un motore. Ma potete immaginarvelo come sono gli studi e i laboratori dei secchioni, no?!

L’intervento per aprire l’intero Robot e verificare la provenienza dell’errore che lo ha fermato, nonché l’entità del danno, non è proprio una passeggiata. L’errore è sempre dietro l’angolo e si rischia di danneggiare facilmente parti molto costose. Anche i ricambi iniziano ad essere meno disponibili. I soli motori stepper ad esempio non sono disponibili e viene offerta solo la possibilità di acquistare l’intero set ruota comprensivo anche di sospensione, trasmissione, stepper ed encoder. Avere però numerose aziende nel mondo con le quali si dialoga per aggiornamenti tecnologici o per ordinare componentistica utile ai nostri prototipi offre qualche vantaggio, come vedremo nel seguito.

Continua…
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Intervento di assistenza tecnica sull’Electrolux Trilobite – Parte 1
Intervento di assistenza tecnica sull’Electrolux Trilobite – Parte 2

Electrolux Trilobite smontato pezzo per pezzo Elettronica Electrolux Trilobite Display Electrolux trilobite e ruota motrice sinistra dotata di stepper e trasmissione Suggestiva vista del robot aspirapolvere Electrolux TrilobiteScocca superiore Electrolux Trilobite Dettagli Electrolux Trilobite Elettronica in primo piano - Electrolux Trilobite Primo piano elettronica Electrolux Trilobite Componenti Electrolux Trilobite Componenti Electrolux Trilobite - Cover e pacchi batterie Vista dal retro dei sensori ad infrarossi e ad ultrasuoni Electrolux Trilobite durante l'assistenza tecnica

Diagnosi anomalia e intervento di ripristino su un pacco batterie agli Ioni di Litio ad elevate prestazioni per impiego nel settore Automotive & Motorsport. Parte 3 – Soluzione definitiva

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Rilievo e correzione di anomalie (quando possibile)

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Con la scheda di carica dedicata per le singole celle Li-Poly, connessa all’alimentatore da laboratorio, è stato possibile raggiungere una piena carica dei due banchi di celle che risultavano fuori tensione. Empiricamente è possibile rendersi conto che le celle riescono a sopportare “qualche” maltrattamento “oltre i limiti” se il periodo di tempo non è prolungato, se la situazione non si ripete un numero eccessivo di volte e se il pacco batterie non viene utilizzato durante la situazione anomala. L’operazione di ripristino è stata condotta con la strumentazione dedicata in modo preciso e monitorato verificando non solo le tensioni ma la quantità di cariche effettivamente introducibili nelle celle che hanno subito lo stress da sottotensione. Una volta raggiunte le 10 tensioni massime equalizzate, con uno sbilanciamento contenuto in pochi millivolt, è stato di nuovo possibile utilizzare il pacco batterie, scaricarlo e ricaricarlo con il normale caricatore avendo l’accortezza di monitorare tutti i passaggi dei diversi stati di utilizzo e verificare che ogni cosa fosse tornata al proprio posto.

Ora che la condizione per il pacco è fuori dalla situazione di pericolo risulta opportuno segnalare al costruttore della scheda BMS il consumo anomalo che l’elettronica esercita sulla 7a e 10a fila di celle, problema che però si verifica esclusivamente lasciando acceso  il sistema a pacco inutilizzato. Seguiranno numerosi test per controllare che le celle non abbiano subito una sorta di trauma irreversibile e vadano repentinamente a scaricarsi di nuovo nei settori incriminati.

Durante la fase di carica, se nella serie c’è una cella degradata, ovvero con capacità ridotta, c’è il pericolo che al raggiungimento della carica completa essa sarà soggetta a sovraccarica per tutto il tempo impiegato dalle altre celle a raggiungere anch’esse lo stato di carica completa. Il risultato è un possibile aumento di temperatura e pressione che può danneggiare la cella “traumatizzata”. Durante la scarica, la cella più degradata sarà soggetta ad una profondità di scarica maggiore e tenderà a fallire prima delle altre (fonte ENEA).

La capacità (espressa in Ah, Ampere Ora) è il parametro di riferimento dello stato di attività della cella. Una sua variazione rispetto ai dati di targa offre importanti informazioni riguardo la reale disponibilità di energia ed allo stato di invecchiamento delle celle. Le capacità delle celle che costituiscono un pacco batterie dovrebbero essere simili, questo per evitare un comportamento non uniforme che comporterebbe una distribuzione non omogenea della tensione in ogni cella con diminuzione complessiva delle prestazioni del pacco.

Ci sono molte cause di disequalizzazione delle celle. Uno dei fattori principali è connesso con il principio generale che non tutte le celle sono realmente uguali. Ciò accade per via delle inevitabili tolleranze di produzione. Altri fattori sono la distribuzione di temperatura all’interno del pacco ed il diverso invecchiamento delle celle oppure anomalie che possono verificarsi in seguito ad errori di funzionamento dell’elettronica (come nel caso riportato in questa serie di articoli) che, se protratti nel tempo, possono lasciare segni permamenti. Il tutto si traduce in variazioni nell’impedenza interna, che è il parametro secondo il quale le celle si comportano durante i processi di carica e scarica.

Quando una cella è danneggiata oltre un certo limite, deve essere sostituita l’intera batteria oppure deve essere rimossa la fila di celle in serie che presentano l’anomalia andando così a ridurre la tensione massima raggiungibile. In alternativa le conseguenze sarebbero estremamente costose. La sostituzione della singola cella non risolverebbe il problema poiché le caratteristiche di una cella “fresca” sarebbero abbastanza differenti da quelle delle celle invecchiate e ciò aumenterebbe le possibilità di rottura.

Mediante l’equalizzazione passiva ogni cella (o gruppo di celle in parallelo) ha in parallelo la serie di un resistore e un elemento di commutazione (interruttore). Gli interruttori vengono comandati da una logica di controllo che chiude selettivamente le batterie che hanno raggiunto la carica completa sulle rispettive resistenze: l’intera corrente di carica bypassa le celle completamente cariche e l’energia ad essa associata viene dissipata sulle resistenze, fino a che le celle più deboli, che continuano a caricarsi, raggiungono anch’esse lo stato di carica completa.

I principali fattori di rischio per le batterie, di qualunque tipo esse siano, sono la sovraccarica o la scarica troppo profonda. Il primo fattore può portare alla distruzione della batteria, mentre il secondo può condurre ad una riduzione permanente della capacità massima immagazzinabile ed è proprio questo il parametro che nel nostro caso dobbiamo tenere sotto controllo per sapere se l’anomalia è stata tollerata o se si sono superati i limiti oltre i quali è avvenuto un cambiamento chimico completo e irreversibile.

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Diagnosi anomalia e intervento di ripristino su un pacco batterie Li-Ion. Parte 1 – Rilievo dati
Diagnosi anomalia e intervento di ripristino su un pacco batterie Li-Ion. Parte 2 – Soluzione provvisoria
Diagnosi anomalia e intervento di ripristino su un pacco batterie Li-Ion. Parte 3 – Soluzione definitiva

Connessione alimentatore da laboratorio, abbinato alla scheda dedicata per le celle agli ioni di litio, al singolo banco di celle in serie

Diagnosi anomalia e intervento di ripristino su un pacco batterie agli Ioni di Litio ad elevate prestazioni per impiego nel settore Automotive & Motorsport. Parte 2 – Soluzione temporanea

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Rilievo e correzione di anomalie (quando possibile)

Questo articolo segue da:
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Non potendo utilizzare il normale caricatore del pacco batterie 40-42 Volt per caricare un solo banco di celle in serie, in quanto da solo corrisponde ad una frazione della tensione totale (in questo caso un decimo), ci siamo dovuti ingegnare in altro modo. Mediante un alimentatore da laboratorio è stato possibile impostare valori di tensione e corrente ideali per una singola fila di celle (nel caso delle Li-Poly, 4,2 Volt e circa 2 Ampere di corrente). Il problema è che le celle agli ioni di litio, a differenza di quelle al piombo o al nichel cadmio, non si possono caricare con una corrente continua ma con una corrente a impulsi.

Per ottenere questo proposito tra l’alimentatore e le celle va interposta una specifica scheda di carica per le celle agli ioni di litio. In attesa dell’arrivo di questa particolare scheda, non potendo la fila di celle numero 7 rimanere a lungo in stato di sottotensione, abbiamo posto rimedio alla situazione utilizzando un alimentatore della LEGO degli anni ’80 che veniva impiegato per i trenini 12 Volt. Questo alimentatore è dotato di un potenziometro il quale, mediante un multimetro, è stato tarato a 4,160-4,180 Volt erogando una corrente di 0,8 Ampere (di meglio non era proprio possibile). L’intervento ha avuto successo, le celle hanno accettato la carica portandosi rapidamente al di fuori della zona di rischio (sottotensione < 2,7 Volt).

La soluzione ovviamente non può ritenersi definitiva ma di puro e semplice tamponamento in attesa dell’arrivo della scheda dedicata per la carica delle singole file di celle li-ion. Un rimedio improbabile ha evitato che le celle permanessero troppo a lungo in uno stato chimicamente sfavorevole. A tensioni basse, infatti, la corrente del collettore può dissolvere il rame nell’elettrolita: ciò formerà delle placche sulle particelle dell’anodo di grafite, le quali inibiranno l’utilizzazione dei materiali attivi e ridurranno le prestazioni e la vita delle celle (fonte ENEA). Il riproporsi per più volte di questi bassi valori di tensione, può condurre alla formazione di dendriti di rame e provocare corto circuiti all’interno delle singole celle.

Di grande aiuto è stata la protezione elettronica da sottotensione che non ha permesso l’utilizzo del pacco in presenza di questa anomalia, nonché l’interfaccia che ci ha permesso di individuare, tramite una comunicazione seriale (RS232 convertita a USB con una seriale virtuale) i settori colpiti dall’anomalia.

La corrente proveniente dal solo alimentatore da laboratorio non è stata accettata dalle celle mentre quella proveniente dall’alimentatore della LEGO sì. E’ da osservare che l’alimentatore da laboratorio ha una ridottissima tensione e corrente di ripple (il residuo di alternata presente nella tensione e corrente continua) mentre l’alimentatore LEGO non presentava valori così puri di tensione e corrente continua e, inoltre, i valori di tensione oscillavano fortemente andando quasi a simulare degli impulsi (discorso che approfondiremo debitamente in seguito).

Continua…

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Alimentatore LEGO 0-12 Volt

Connessione alimentatore LEGO al singolo banco di celle in serie Connessione alimentatore LEGO al singolo banco di celle in serie