Categoria: Motorismo, Motorsport e Meccatronica

Al bar tutti ne sanno tutto… Nelle corse il discorso cambia…

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400.000 km e non sentirli: quando la cura dell’auto raggiunge lo stato dell’arte

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili
Titolo o argomento: Raggiungere 400.000 km con la vettura in ottime condizioni

Circa 4 anni fa ho scritto un articolo sul traguardo dei 300.000 km raggiunto con la mia auto. Oggi sono qui ad aggiornare il punto della situazione dato che qualche settimana fa ho raggiunto anche il traguardo successivo dei 400.000 km. Certo rispetto ad una volta abbiamo impiegato di più per macinare 100.000 km ma con la crisi economica abbiamo organizzato diversamente i nostri spostamenti ed i mezzi impiegati nelle varie situazioni (tratti brevi, città, extraurbano, ecc.) così da riuscire a scendere sino alla media di circa 25.000 km annui. Solo una cosa è rimasta invariata, la cura e le attenzioni dedicate al nostro amato mezzo anche se, ci tengo a precisare, non sono un fanatico del marchio della mia auto né di altri marchi. Questo può accadere quando si vive il settore dell’automotive dall’interno e si conoscono più o meno i pregi e le beghe di tutti i principali marchi.

A distanza di 4 anni dal precedente articolo sono stati effettuati nuovi interventi tra cui la revisione della pompa del gasolio, delle valvole di turbolenza e la sostituzione della batteria e della frizione (vedi i link correlati in basso). Inoltre per questioni puramente estetiche ho sostituito le plastiche dell’abitacolo che mostravano segni di maggiore usura così da far sembrare il veicolo praticamente nuovo. Stesso dicasi per la carrozzeria e per quei piccoli accorgimenti meccanici che rendono il veicolo preciso, silenzioso ed in grado di offrire quella sensazione di nuovo che a macchina appena acquistata spesso non ci sappiamo spiegare. Ho quindi sostituito, senza che vi fossero problemi tecnici rilevanti, i cuscinetti delle ruote, i tiranti della barra antirollio, i supporti motore più affaticati e qualunque gommino, silent block o altro imputato di condurre o generare vibrazioni. Ognuno di questi interventi è stato accuratamente seguito in laboratorio per comprendere come si è consumato ogni organo, eventuali anomalie ed i metodi più ragionevoli di intervento senza necessariamente far ricorso alla sostituzione integrale delle componenti.

Il risultato si è tradotto in una spesa tutto sommato piuttosto limitata e nella riduzione di possibili problemi tecnici per i quali sono state comprese le cause generatrici. Anche il manovellismo e la distribuzione sono costantemente tenuti sotto controllo in laboratorio. E’ ovvio che una simile cura sia adottata generalmente solo in campo aeronautico dove, se un aereo ha un problema, non può certo rallentare e accostarsi. D’altra parte però trattandosi di una materia alla quale mi dedico sempre molto volentieri è stato per me impossibile resistere ai due principali vantaggi che questa scelta, nonostante il notevole impegno richiesto, ha offerto. In primis un veicolo equivalente costa oggi circa 25.000 Euro mentre gli interventi più importanti sono costati oltre 10 volte meno per avere un mezzo sicuramente non diverso esteticamente, sicuramente non sfizioso sotto il punto di vista delle mode, ma nuovo e funzionale. In secondo luogo, eseguendo da anni delle ricerche su questo campo (anche grazie alla collaborazione di diverse aziende che sono costantemente in contatto con me) ho raccolto una mole non indifferente di materiale tecnico su cui studiare e questo, nella ricerca tecnica, per me, non ha prezzo.

Aggiornando quindi il precedente articolo, posso affermare che le condizioni del mezzo siano tutto sommato migliori oggi che 4 anni fa. Inoltre se dovessi attribuire una percentuale, che identifichi lo stato del veicolo rispetto a quando era nuovo nel 1998, posso senza ombra di dubbio affermare: circa il 95%. Quindi in definitiva la possibilità di raggiungere elevati chilometraggi ed ottimi ammortamenti delle spese con un veicolo di media categoria a cavallo tra le piccole utilitarie e le ammiraglie, c’è… ma richiede controlli, cure e attenzioni che possiamo definire sopra la media, per chi è del settore, impossibili per chi si occupa d’altro.

Certo devo ammettere che l’uso che ne faccio in città è prossimo allo zero altrimenti non sarebbe stato possibile mantenere simili livelli di integrità (per qualche suggerimento vedi il paragrafo “Fattori determinanti” dell’articolo linkato in basso “300.000 km con la stessa auto…”). Del resto credo non si discuta il fatto che muoversi in città con una normale bicicletta o con una bicicletta elettrica (come sto facendo di recente in seguito al nuovo caso di studio sul quale ci stiamo adoperando costruendo alcuni prototipi), sia oltremodo vantaggioso per la semplicità, la rapidità, l’esercizio fisico e la convenienza economica che ne deriva.

Continua…

Curiosità

La distanza tra la terra e la luna ha un valore medio pari a 384.403 km. Un’autovettura che ha all’attivo 400.000 km ha affrontato, da un punto di vista prettamente chilometrico, un viaggio analogo.

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La distanza tra la terra e la luna ha un valore medio pari a 384.403 km.
Un’autovettura che ha all’attivo 400.000 km ha affrontato, da un punto di
vista prettamente chilometrico, un viaggio analogo.
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Motori a combustione interna alimentati a biogas: Principali cicli di produzione e utilizzo del biogas

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

Prima di iniziare a parlare degli aspetti motoristici che ruotano attorno alla combustione del gas naturale e del biogas, si è ritenuto opportuno completare la carrellata introduttiva circa i gas stessi e la loro produzione. Vengono infine proposti alcuni casi di impianti di particolare interesse tecnico e tecnologico presenti in diversi paesi del mondo (attenzione, in seguito potrebbero essere aggiunti a questo articolo ulteriori casi).

Ciclo di produzione del biogas

Semplificando all’ennesima potenza, al fine di rendere comprensibile il tema soprattutto ai non addetti al settore, si può schematicamente e sinteticamente affermare che il ciclo di produzione di biogas ha bisogno, ovviamente, di materia prima da cui partire per dar luogo agli opportuni processi di trasformazione che forniranno in uscita gas metano, anidride carbonica, agenti contaminanti da filtrare e, ove possibile, fertilizzante ricco di carbonio. La materia prima necessaria può provenire principalmente dal contenuto trasportato dalle acque reflue delle reti fognarie dei centri abitati (appositamente trattate nei depuratori), può venire dalla frazione organica dei rifiuti solidi urbani (sia da quelli appena raccolti, che non raggiungeranno quindi le discariche, che da quelli ormai già presenti nelle discariche stesse) e può provenire da liquami zootecnici prodotti negli allevamenti. Sebbene esistano anche altri metodi quelli appena citati sono da considerarsi al momento i più concreti e proficui.
Una volta ottenuta la materia prima da trasformare (stiamo parlando in ogni caso di materia prima di recupero, gratuita e rinnovabile) questa va trattata dividendo la parte solida da quella liquida. La parte solida verrà digerita in assenza di ossigeno (digestione anaerobica o fermentazione metanica) mentre la parte liquida potrà essere stoccata in appositi silos e riutilizzata nell’impianto oppure essere filtrata ed essere scaricata lungo le reti fognarie o impiegata per l’irrigazione o in processi industriali.
Inserita la biomassa nei digestori, assieme ad appositi nutrienti e le corrette flore batteriche, attivato il riscaldamento ed il mescolamento del preparato e create le condizioni ideali per l’ambiente di reazione, si ottengono (dopo circa 20 giorni per le basse velocità di crescita e di reazione dei microrganismi anaerobi) principalmente biogas pronto all’uso (in misura variabile dal 30 all’85% della materia organica introdotta) e fertilizzante.
La digestione anaerobica è un processo naturale complesso di biodegradazione di sostanze organiche in assenza di ossigeno (anaerobiosi) all’interno di digestori di dimensioni proporzionali al volume di sostanze da trasformare in biogas. La trasformazione avviene a carico di gruppi batterici specifici lungo 3 fasi che hanno luogo in successione: idrolisi, fermentazione e metanogenesi.

Durante l’idrolisi batteri denominati “idrolitici” demoliscono i composti organici complessi (carboidrati, proteine e grassi) formando sostanze più semplici.

La fase di fermentazione trasforma poi le sostanze semplici, precedentemente ottenute, in acidi organici prima (reazione di acidogenesi) e in acetato, anidride carbonica e idrogeno poi (processo di acetogenesi).

Infine l’ultimo stadio, detto metanogenesi, prevede che batteri chiamati “metanigeni” trasformino le sostanze ottenute dalla fermentazione principalmente in metano ed anidride carbonica.

Uso del biogas

Una volta ottenuto il biogas può alimentare direttamente gli impianti delle abitazioni e delle aziende (riscaldamento ambiente, riscaldamento acqua calda sanitaria, fornelli cucina, sistemi di rifornimento indipendenti di veicoli a metano, ecc.) delle zone limitrofe al sito di produzione. Generalmente viene iniettato nelle condotte del gas naturale in percentuale, variabile da nazione a nazione, non inferiore al 10%, tuttavia vi sono casi in cui se ne fa un uso primario e totalmente indipendente dal gas naturale, ad esempio per il rifornimento di veicoli pubblici a biogas (vedi casi come quello di Linköping o di Norrköping in Svezia) o per la produzione di energia elettrica e riscaldamento da sfruttare in aziende agricole, allevamenti, piccoli centri abitati. Il biogas può quindi essere impiegato miscelato o puro per raggiungere apposite reti così com’è. Può altresì essere impiegato come carburante per motori a combustione interna (motori a ciclo Otto, turbine a gas) dotati di appositi generatori per la sola produzione di energia elettrica, oppure può alimentare sistemi di cogenerazione o microcogenerazione per la produzione combinata di energia elettrica e riscaldamento.

Quindi per ricapitolare il biogas può:

essere utilizzato miscelato fornendolo in percentuale tramite le normali reti del gas,
essere utilizzato puro fornendolo tramite apposite reti parallele del gas,
essere utilizzato per combustione diretta in caldaia al fine di produrre sola energia termica,
essere utilizzato per alimentare un motore ciclo Otto per produrre energia elettrica,
essere utilizzato per alimentare una turbina a gas per produrre energia elettrica,
essere utilizzato per alimentare un sistema di cogenerazione o microcogenerazione,
essere stoccato per alimentare mezzi pubblici, aziendali, agricoli, ecc..

Principali cicli di produzione e utilizzo del biogas

A livello generale lo schema logico del ciclo è sempre il medesimo, ciò che cambia sono i batteri impiegati, i sistemi di filtraggio, i parametri costruttivi e di funzionamento dei digestori e, ovviamente, la fonte primaria dalla quale parte il ciclo. Migliore sarà la qualità dei reagenti e migliori saranno i prodotti ottenuti e quindi la composizione del biogas.

I cicli più diffusi di produzione di biogas vedono pertanto:

l’impiego di acque reflue civili, agricole o industriali – digestione anaerobica
l’impiego di liquami zootecnici – digestione anaerobica
l’impiego di frazioni organiche di rifiuti urbani (FORSU) – digestione anaerobica
l’impiego di effluenti zootecnici assieme a scarti organici – codigestione anaerobica

Biogas da acque reflue civili

Il caso di Didcot nell’Oxfordshire in Inghilterra

Grazie agli incentivi messi a disposizione dal governo inglese per la produzione di biogas da fonti totalmente rinnovabili, tre società (Thames Water, British Gas, Scotia Gas Networks) si sono alleate per realizzare un intelligente progetto che vede lo sfruttamento delle acque reflue domestiche come reagente iniziale per la produzione di gas metano da fornire a circa 200 abitazioni presenti nella contea di Didcot. Dalle acque reflue viene recuperata la parte solida che va ad alimentare dei digestori altamente specializzati. Un processo di assimilazione anaerobica permette di ottenere biogas il quale è sottoposto ad un processo di depurazione conforme ai più elevati standard normativi che lo rendono sicuro ed immediatamente utilizzabile lungo le reti di distribuzione domestica.

Il processo schematizzato nella figura sotto è così riassunto:

1. Produzione di acque reflue tramite gabinetti, lavandini, lavatrici, lavastoviglie.
2. Separazione del refluo in parte solida e acqua.
3. Trattamento di pulizia dell’acqua.
4. La parte solida viene inviata ai digestori e riscaldata, il riscaldamento attiva il naturale processo di digestione anaerobica dove appositi batteri demoliscono le sostanze organiche offrendo come risultato biomassa utilizzabile come fertilizzante e biogas ad alto contenuto di metano (dal 50% all’80%).
5. Il biogas viene incanalato in un apposito impianto di pulizia e depurazione.
6. Il biometano ricavato viene inviato alle abitazioni tramite la normale rete del gas.

 Ciclo di produzione del biogas da acque reflue domestiche - Il caso di Didcot nell'Oxfordshire in Inghilterra.

Ciclo di produzione del biogas da acque reflue domestiche – Il caso Didcot nell’Oxfordshire in Inghilterra.

Biogas da frazione organica dei rifiuti urbani e liquami zootecnici

Il caso della Michigan State University

L’Univesrsità dello stato del Michigan ha realizzato un impianto di cogenerazione (denominato SCAD ovvero South Campus Anaerobic Digester) che sfrutta un digestore anaerobico per la sua alimentazione. L’impianto è dotato di un silos completo di digestore anaerobico misto il quale utilizza circa 17.000 tonnellate all’anno di rifiuti organici (frazioni organiche, scarti alimentari, grassi e oli di scarto di ristoranti e sale di ristorazione universitarie) provenienti dall’MSU e dalla città di Lansing (capitale dello stato del Michigan), nonché il letame proveniente dall’allevamento di cui dispone il campus. Ciò permette di produrre qualcosa come 2.800.000 kWh di energia elettrica all’anno.

L’elettricità prodotta dall’impianto viene utilizzata per alimentare diversi edifici del campus. Le materie prime vengono depositate in due silos uno dei quali progettato appositamente per il letame e l’altro idoneo per diversi altri materiali (derrate alimentari, frazioni organiche, ecc.), successivamente vengono pompate in un silos di miscelazione dove i diversi materiali di partenza vengono omogeneizzati. Il preparato ottenuto, prima di raggiungere il digestore anaerobico, passa attraverso uno scambiatore di calore dove raggiunge la temperatura di 37,8°C.

Il digestore è un serbatoio fuori terra, realizzato in acciaio, il cui volume utile è pari a circa 1700 metri cubi. È progettato per un tempo di ritenzione idraulica di 25 giorni. Una membrana flessibile e apposite guarnizioni assicurano l’ermeticità del serbatoio impedendo sia l’ingresso dell’aria che la fuoriuscita di odori sgradevoli. Due miscelatori a immersione mantengono costantemente il preparato ben miscelato.

Il biogas prodotto dal digestore viene utilizzato per alimentare un cogeneratore da 450 kW che invia energia elettrica agli edifici del campus e impiega parte del calore prodotto per mantenere in temperatura lo scambiatore di calore dell’impianto e parte per riscaldare gli edifici stessi del campus. Il biogas in eccesso viene bruciato con apposite torce per evitare che il metano raggiunga l’atmosfera ove risulta 21 volte più dannoso per l’ozono rispetto all’anidride carbonica.

Una volta terminata la digestione, la miscela di solidi e liquidi rimanenti, denominata “digestato”, viene pompata verso un separatore solido-liquido. I solidi vengono decomposti ed una parte viene impiegata stagionalmente come fertilizzate ricco di carbonio. I liquidi invece raggiungono un serbatoio di stoccaggio specializzato il cui volume è leggermente superiore a 9000 metri cubi. Anche qui apposite tenute evitano la fuoriuscita di odori fastidiosi.

Viene quindi prodotta energia rinnovabile, si riduce l’impiego delle discariche e degli impianti di depurazione delle reti fognarie, si produce fertilizzante e sostanze nutritive per la terra.

Produzione di biogas da reflui zootecnici - Impianto realizzato da Michigan State University

 Ciclo di produzione del biogas da liquami zootecnici e frazione organica dei rifiuti
urbani – Il caso della Michigan State University

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Motori a c.i. alim. a biogas: Il vettore energetico.
Motori a c.i. alim. a biogas: Principali cicli di produzione e utilizzo del biogas.
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Motori a c.i. alim. a biogas: Pro e Contro dell’alimentazione a metano.
Motori a c.i. alim. a biogas: Metodo pratico per il calcolo dei consumi a metano.
Motori a c.i. alim. a biogas: Il sistema motore-generatore Doosan Infracore.
Motori a c.i. alim. a biogas: Adeguamento e ottimizzazione per il funzionamento a biogas.
Motori a c.i. alim. a biogas: Conclusioni e sviluppi. – Articoli in modalità PRO

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Copia e incolla sul tuo browser il link al video che descrive l’impianto di produzione di biogas a partire dalle acque reflue civili, realizzato a Didcot nella contea di Oxfordshire in Inghilterra:
https://www.youtube.com/watch?v=O51iwIpeWEg

Copia e incolla sul tuo browser il link al video che descrive l’impianto di produzione di biogas a partire da liquami zootecnici e da frazione organica dei rifiuti urbani realizzato dalla Michigan State University:
http://ipf.msu.edu/construction/projects/anaerobic-digester.html

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Motori a combustione interna alimentati a biogas: Il vettore energetico

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

Mio zio, quando ero bambino, mi diceva: “Se sapessi che gli escrementi hanno un qualche valore, inizierei a metterne da parte a quintali adesso che non costano nulla…”. Ora, al di là del fatto che lui lo diceva in modo molto più colorito, riferendosi al fatto che è sempre molto difficile “azzeccare” gli investimenti giusti, il concetto (inconsapevolmente) non era poi così lontano dalla realtà. Eh già perchè forse non tutti sanno che è possibile alimentare un motore a combustione interna (con opportune modifiche e accorgimenti tecnici) con il gas ricavato dal riscaldamento o la digestione anaerobica delle biomasse (fanghi di depurazione provenienti dalle reti fognarie delle città, rifiuti organici urbani, liquami zootecnici, ecc.). Il risultato? La produzione di quantità non indifferenti di energia elettrica collegando al motore a combustione interna, alimentato con il biogas estratto, un generatore ed un sofisticato sistema di controllo elettronico dei carichi e del regime di rotazione. Ma andiamo con ordine…

Il gas naturale

Che cos’è il gas naturale?

Il gas naturale è una fonte non rinnovabile, si tratta di una miscela di idrocarburi gassosi che viene prodotta naturalmente in seguito alla decomposizione di materiale organico in assenza di ossigeno (decomposizione anaerobica) e di luce. Il gas naturale e il metano non devono essere confusi in quanto non sono esattamente la stessa cosa. Il metano infatti è uno dei costituenti (il più importante) del gas naturale assieme ad idrocarburi gassosi più pesanti quali l’etano, il propano, il butano e, in quantità meno incisive, pentano e azoto. Generalmente il gas naturale contiene anche dei contaminanti (solfuro di idrogeno e mercurio) che è fondamentale rimuovere prima dell’utilizzo. Da notare che per ragioni di sicurezza ambientale specifiche normative sanciscono il preciso contenuto che il gas naturale deve avere per poter essere venduto (ad es. in Italia: 99,5% metano, 0,1% etano e 0,4% azoto).

Dove si trova?

Vi sono grandissime quantità di gas naturale che si trovano in forma di idrati sotto l’Antartide, le piattaforme continentali e il permafrost, inoltre si trova anche all’interno di rocce sedimentarie, presenti nel sottosuolo o in fondo ai mari, che non lo hanno ancora espulso (metano-shale). Quest’ultima opzione pare che offra la possibilità di raddoppio delle riserve. Da non dimenticare che è possibile estrarre metano anche dai combustibili fossili in seguito alla raffinazione del petrolio.

E’ quindi possibile estrarre gas naturale da:

Sacche formatesi sotto la crosta terrestre.
Rocce sedimentarie (metano-shale) presenti nel sottosuolo.
Rocce sedimentarie (metano-shale) presenti su taluni fondali marini.
Combustibili fossili.

Come si ottiene?

Il gas naturale è un combustibile di origine fossile che, come il petrolio, si è formato per lenta decomposizione di sostanze di origine animale. Specifici batteri (per la cui analisi si rimanda a fonti di informazione mirate alla biologia), in ambienti privi di aria e luce, trasformano i resti degli organismi in idrocarburi dando luogo a gas naturale e petrolio. Si tratta di un processo che può richiedere decine di milioni di anni.
Per semplificare e velocizzare la produzione di miscele di gas simili al gas naturale oggi vengono utilizzati degli impianti dotati di “digestori” i quali provvedono a ricavare un gas (in questo caso prende il nome di biogas) che può contenere percentuali di metano comprese tra il 50% e l’80%, oltre ad anidride carbonica ed elementi contaminanti da filtrare. I paesi che hanno mostrato più interesse per questa tecnologia (Germania, Gran Bretagna, Ontario, Svezia e Svizzera) sono stati in grado di raggiungere produzioni di energia elettrica con tetti pari a 250MW (utili a soddisfare le esigenze di una piccola città) sfruttando esclusivamente il biogas ricavato dai liquami zootecnici e vari tipi di reflui (civili, agricoli e industriali).

Il biogas

Che cos’è il biogas?

Il biogas è una fonte rinnovabile, si tratta di un gas ottenuto grazie a gruppi di batteri che operano la decomposizione di materiale biogeno ovvero biomasse (scarti vegetali, rifiuti, residui, fanghi di depurazione, ecc.) in assenza di ossigeno all’interno di appositi impianti dotati di digestori. Il biogas è un vettore energetico rinnovabile il cui bilancio di CO2 è neutro. Esso è costituito essenzialmente da metano, la percentuale è generalmente compresa tra il 50% e l’80%. Tra gli altri costituenti del biogas troviamo principalmente anidride carbonica (fino al 30%) e quantità meno rilevanti di ammoniaca, azoto, idrogeno, idrogeno solforato, monossido di carbonio e ossigeno. E’ sempre più utilizzato sia come carburante per l’autotrazione che per il riscaldamento residenziale o la produzione di energia elettrica. Molti non sanno che viene introdotto nel gas naturale in percentuale, variabile da nazione a nazione, non inferiore al 10%. Una tonnellata di biomassa permette di ricavare un volume di biogas compreso tra i 105 ed i 130 metri cubi. Anche il biogas viene trattato al fine di rimuovere dei contaminanti che sono ecologicamente pericolosi sia nel caso venga utilizzato come carburante, sia nel caso venga immesso nella rete di distribuzione del gas naturale utilizzata per il riscaldamento delle abitazioni. E’ ormai noto ai più che il biogas è un ottimo carburante rinnovabile che offre un impatto ambientale inferiore rispetto a quello dei carburanti fossili. Quello che invece può sorprendere è il fatto che il suo impatto sull’ambiente sia inferiore a quello generato dai carburanti rinnovabili ottenuti a partire da materie prime appositamente coltivate (si veda lo studio “Ecobilancio di prodotti energetici – Analisi ecologica dei biocarburanti” pubblicato dall’EMPA nel 2007).

Dove si trova?

Ovunque vi siano biomasse (scarti vegetali, fanghi di depurazione, rifiuti, residui, prodotti della terra di largo consumo, piante energetiche coltivate ad hoc, ecc.) da poter trattare in assenza di ossigeno mediante appositi batteri. Da notare che la produzione di biogas a partire da derrate alimentari e piante energetiche appositamente coltivate non è incentivata a livello economico per prevenire danni all’ambiente.

E’ quindi possibile estrarre biogas da:

Scarti vegetali.
Derrate alimentari.
Fanghi di depurazione ricavati da acque reflue civili, agricole, industriali.
Decomposizione di rifiuti solidi urbani nelle discariche.
Piante energetiche appositamente coltivate.
Fonti naturali quali ad esempio le paludi, le foreste, i campi, le stalle.
Processo di digestione degli animali (liquami zootecnici).
Risaie.

Come si ottiene?

Il biogas è un vettore energetico rinnovabile prodotto in grande quantità dalle paludi, dalle foreste, dai campi, dalle risaie, dai liquami zootecnici, dalle discariche e dai fanghi di depurazione trattati al termine delle reti fognarie. Si ottiene attraverso il riscaldamento o la digestione anaerobica di biomasse in impianti dotati di digestori in grado, tra l’altro, di controllare le emissioni maleodoranti e di stabilizzare le biomasse prima del loro eventuale utilizzo agronomico. Il processo di digestione anaerobica parte dalla sostanza organica e si sviluppa attraverso tappe intermedie durante le quali si formano vari metaboliti per giungere poi alla produzione di metano, anidride carbonica, fanghi residui (i quali, se il processo è stato condotto a regola d’arte con la corretta flora batterica, i nutrienti da aggiungere alla reazione ed i sistemi di filtraggio di cui necessita l’impianto, rappresentano un ottimo fertilizzante a basso tenore di carbonio) e minime porzioni di gas contaminanti (precedentemente citati).

Trasporto del gas

Problematiche nettamente differenti

Il biogas è prodotto nello stesso posto in cui viene consumato, quindi non è soggetto a particolari problemi di trasporto. Può essere utilizzato per alimentare i veicoli di una fattoria o di un servizio di trasporti locale, oppure può essere impiegato per la produzione (sempre locale) di energia elettrica e riscaldamento e può persino intercettare gli impianti già esistenti del gas naturale di un centro abitato ed esservi miscelato dentro. Lo stesso non accade per il gas naturale il quale presenta delle difficoltà di trasporto che non passano inosservate. Il gas viene estratto e incanalato nei metanodotti da cui si ramifica una fitta rete di distribuzione. La spinta iniziale viene fornita dal gas stesso tuttavia, lungo la rete, necessita di stazioni di pompaggio che garantiscano il corretto servizio. In fondo si tratta di una rete semplice ed allo stesso tempo economica la quale però presenta anche qualche problema, l’impossibilità di attraversare oceani e territori di diverse nazioni senza generare dipendenza da quest’ultime. In alternativa si sta lavorando per trovare le migliori soluzioni che permettono di liquefare il gas e trasportarlo in navi appositamente attrezzate. Nonostante l’indipendenza garantita da tale soluzione vi è il risvolto dei costi più elevati nonché qualche problema di sicurezza.

Gas to Liquid

Il gas naturale che fuoriesce durante l’estrazione del petrolio può essere reiniettato nel giacimento al fine di mantenere alta la pressione e permettere l’estrazione di una maggiore quantità di petrolio, oppure può subire un processo di trasformazione in combustibile liquido (prevalentemente gasolio) denominato GTL che sta per Gas To Liquids. La trasformazione GTL sfrutta una tecnica tedesca (Fischer-Tropsch) che, durante la seconda guerra mondiale, permetteva di portare il carbone allo stato gassoso e, successivamente, a quello liquido al fine di alimentare i mezzi militari. Tale tecnica faceva uso di catalizzatori a base di cobalto o di ferro utili a produrre condensati e cera a partire dal gas naturale trattato.

Continua…

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Produzione di biogas da reflui zootecnici - Impianto realizzato da Michigan State University

Impianto di produzione di biogas da frazione organica dei rifiuti urbani e reflui
zootecnici realizzato da Michigan State University. L’impianto dispone di un sistema
di cogenerazione (energia elettrica e riscaldamento) che viene sfruttato in loco.
Image’s copyright: Michigan State University
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Alberi motore in titanio: ecco perchè no

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori
Titolo o argomento: Come mai non vengono realizzati alberi motore in titanio?
Risponendo a: Federico

Federico scrive: Come mai risultano irrealizzabili alberi motore in titanio?

Realizzare un albero motore in titanio sarebbe notevolmente complicato per l’estrema difficoltà di lavorazione che il materiale comporterebbe. Il titanio, o meglio le leghe di titanio, sono molto difficili da lavorare alle macchine utensili nonostante gli elementi di alligazione che evitano rotture pressoché istantanee nel momento in cui l’utensile inizia a lavorare. In fin dei conti poi il titanio non offre particolari vantaggi su un albero motore per la cui costruzione, tra le altre cose, richiede dimensionamenti molto maggiori rispetto alle più collaudate leghe d’acciaio altoresistenziali. Dimensionamenti maggiori quindi più attriti e più difficoltà di lubrificazione dei perni di banco e di biella. Senza considerare poi che dimensionamenti maggiori comportano volumi maggiori del basamento motore che portano inevitabilmente ad alzare il baricentro del corpo vettura la quale, se dotata di un albero motore “estremo”, avrà compiti altrettanto estremi cui adempiere.

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Materiali: Albero motore
Sezione Motorismo della pagina specifica Motorsport

albero_motore_acciaio_500px.jpg

Albero motore in acciaio per motore motociclistico 4 tempi.
Immagine tratta da una ricerca sul web. Se siete i proprietari del diritto d’autore dell’immagine,
potete chiederne la rimozione o indicarci il copyright da specificare. Image taken from research
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La rotazione del motore può indurre una sbandata in staccata?

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori
Titolo o argomento: Se si stacca energicamente e si scalano repentinamente le marce, l’elevato regime di rotazione del motore può generare forze che inducono un testacoda?
Risponendo a: Stefano

Stefano scrive: Fra le numerose forze che agiscono sul veicolo (peso, forza centrifuga, forze di spinta delle ruote motrici, ecc…) debbono essere annoverate anche quelle indotte dalla rotazione del motore. Chiunque può facilmente rendersi conto che esse esistono, sol che esegua questo facile esperimento. Si prende una vettura con elevata potenza e motore longitudinale, ferma su un pavimento perfettamente piano. Si avvia il motore e si pone il cambio in folle. A questo punto si accelera fino a fondo corsa. La vettura compie un movimento di rollio. Tale rollio si manifesta secondo un senso di rotazione opposto rispetto a quello del motore. Tale effetto determina una compressione degli ammortizzatori e delle molle sul lato della vettura soggetto al caricamento ed un fenomeno opposto sull’altro lato. Di conseguenza si ha un movimento di tutte le sospensioni e, per effetto del movimento delle sospensioni, la variazione degli angoli assunti dal piano longitudinale delle ruote rispetto al pavimento. Immaginiamo adesso una vettura che procede lungo una traiettoria rettilinea su una strada piana. Ad un certo momento il pilota, sempre mantenendo lo sterzo dritto, frena con forza e scala le marce. Il fenomeno di cui sopra, ossia la variazione dell’angolazione del piano delle ruote anteriori, può determinare forze orientate lungo una direzione inclinata rispetto alla traiettoria rettilinea, tali da disallineare il corpo vettura rispetto alla sua traiettoria dritta e da indurre un testacoda? Ho formulato questa ipotesi in seguito all’osservazione di vari testacoda compiuti da vetture in fase di staccata, prima però che il pilota iniziasse a ruotare il volante. Infatti, il testacoda che avviene quando la vettura marcia lungo una traiettoria curvilinea, ha varie spiegazioni, ben note a tutti. Il fenomeno che ho descritto, invece, mi pare difficilmente spiegabile altrimenti.

Quando una vettura da corsa procede lungo un rettilineo a forte velocità e poi si appresta alla staccata ed all’ingresso in curva, alle volte può perdere il suo equilibrio ed entrare in testacoda (come si può osservare guardando le gare). Questo fenomeno però non è influenzato dalla rotazione del motore, bensì dai trasferimenti di carico o dalle differenze di motricità che possono innescarsi a seguito di vari fenomeni.

Un sobbalzo, difficilmente visibile tramite le telecamere, può portare ad una perdita di contatto di una o più ruote inducendo uno squilibrio considerevole che può terminare o meno in un testacoda a seconda di come il pilota sta agendo sui comandi. In altri casi è il pilota stesso a commettere l’errore, in un momento di particolare stress, frenando nel momento sbagliato (basta un decimo di secondo di ritardo) ed iniziando quindi la sterzata mentre la pressione sul freno è ancora troppo elevata. Il fenomeno può indurre un testacoda o una sbandata di diversa entità a seconda dei fattori in gioco (setup, trasferimenti di carico, forze agenti sul veicolo in quel dato istante, reazioni del pilota, risposta del veicolo) e del settore del tracciato (pendenze, asfalto, geometrie del percorso). L’angolo di sterzata, il carico presente su ogni pneumatico, il settaggio delle sospensioni e la presenza di eventuale sporco o imperfezioni sul tracciato giocano un ruolo determinante affinché un sobbalzo si trasformi in una sbandata o, nel peggiore dei casi, in un testacoda.

Quando la vettura è ferma al box e vengono impresse forti accelerazioni a folle si avvertono in effetti delle piccolissime variazioni dei valori rilevati dai giroscopi di bordo (collegati alla telemetria). Ovviamente le accelerazioni cui è soggetto il manovellismo con la vettura ferma in folle ai box sono maggiori rispetto a quelle subite dallo stesso in gara. Questo perchè con la vettura in folle il motore non è chiamato ad affrontare alcun carico (detto volgarmente, va a vuoto). Nonostante ciò tale fenomeno è di un’entità talmente contenuta che non può comportare significativi movimenti delle sospensioni. Per di più quando la vettura si muove in velocità il discorso cambia nettamente. Le forze che agiscono sul veicolo da corsa durante un rettilineo sono talmente elevate (effetto inerziale) che la rotazione del motore è considerata trascurabile.

I motori ad elevate prestazioni, ad esempio quelli da F1, sono oltremodo equilibrati fin dal principio grazie agli schemi scelti per la disposizione dei cilindri. Le forze di massa libere date dal moto alterno di bielle, pistoni e spinotti tenderanno ad annullare il loro effetto reciprocamente. Laddove un motore presenti invece degli squilibri importanti nella rotazione del suo manovellismo, viene dotato di contralberi di equilibratura che ne annullano, o riduco al minimo, gli effetti.

Se anche venisse rimosso un eventuale contralbero di equilibratura, gli squilibri indotti dal movimento delle masse alterne, e da quelle in pura rotazione, non riuscirebbero a provocare un testacoda in frenata per effetto della scalata. Se così fosse significherebbe che l’equilibrio della vettura è sempre e costantemente precario. Le masse in gioco nel manovellismo, nonostante siano fortemente accelerate in motori che raggiungono elevati regimi di rotazione, non hanno il potere di innescare un testacoda.

Il regime di rotazione può essere imputato come causa di un eventuale sbandata o, al limite, testacoda, solo per ragioni legate alla variazione repentina di coppia motrice disponibile alle ruote posteriori, ad esempio in caso di problemi connessi con la gestione elettronica (controllo di trazione, differenziale elettronico, azionamenti del cambio, antispin, torque vectoring brake, ecc.).

Quindi ricapitolando l’auto da corsa che apprestandosi all’ingresso in curva entra in testa coda può trovarsi in una simile situazione prevalentemente a causa di:

Trasferimenti di carico anomali difficilmente osservabili e valutabili in tv.
Una sconnessione sull’asfalto che produce importanti sobbalzi e perdita di aderenza.
Un’errata azione sui comandi da parte del pilota.
Una fascia di asfalto che offre differente grip alle ruote da un lato della vettura.
L’appoggio delle ruote, solo da un lato (anche solo per una piccola porzione) su erba o bagnato.
Problemi di gestione elettronica.

Sbandata in staccata

Nell’immagine una simulazione eseguita poggiando una minima porzione dei pneumatici del lato
destro del veicolo sull’erba mentre si agisce con vigore sui freni. Il medesimo fenomeno si verifica
anche a seguito di problemi di elettronica nella gestione della trasmissione o a causa della
presenza di sconnessioni sull’asfalto.
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Formula E – Le gare

Rubrica: Curiosità della tecnica da corsa

Titolo o argomento: Tra regolamento, ipotesi tecniche e possibili sviluppi

Le gare della Formula E si svolgeranno in maniera completamente differente rispetto alla nota Formula 1. Innanzitutto l’evento avrà luogo in una sola giornata, la pole position sarà il risultato di playoffs con vetture che si sfideranno in coppia, infine, come abbiamo già anticipato, il pit-stop non permetterà la sostituzione di gomme o batterie bensì la sostituzione dell’intero veicolo (l’opposto di ciò che accade nelle gare di endurance dove più piloti si alternano alla guida dello stesso veicolo).

La Formula E arriverà nel 2014 accostando il campionato F1 (anch’esso al centro di importanti evoluzioni con i nuovi dispositivi di recupero dell’energia E.E.R.S. Exhaust Energy Recovery System), una new entry oltremodo gradita che però si presenta in leggero ritardo dopo le proposte già testate di kart elettrici, superbike elettriche, e supersportive stradali elettriche dalle prestazioni di rilievo come la Tesla Roadster, che l’hanno abbondantemente preceduta. I team saranno dieci e le vetture schierate in pista venti ma non si esclude di poter aggiungere ulteriori team già a partire dalle stagioni 2015-2016.

Fatta eccezione per gli standard di sicurezza, molti saranno i gradi di libertà a disposizione di team e tecnici, probabilmente con l’intento di permettere una rapida diffusione della fama di questo campionato. Il tipo e la quantità di motori elettrici montati a bordo delle Formula E sarà completamente libero, sarà persino possibile dotare le vetture della trazione integrale. Questa non sarà necessariamente permanente dato che i sistemi di trazione elettrica possono fare a meno di complesse e pesanti trasmissioni integrali meccaniche e forniscono una versatilità tale da favorire egregiamente l’inventiva dei tecnici. Anche i traction control saranno liberamente utilizzabili senza la minima restrizione. Del resto se si considera che la particolarità di un veicolo elettrico, specie se prestazionale, è la quasi totale assenza di buchi di coppia, sembra praticamente impossibile poter fare a meno di una gestione “intelligente” della coppia motrice. Evitare il minimo pattinamento, inoltre, renderà possibile incrementare, o comunque tenere più agevolmente sotto controllo, l’autonomia di questi sibilanti prototipi. Ogni vettura sarà dotata di sistema R.E.S.S (Rechargeable Energy Storage System), questo significa che a bordo potremo trovare sistemi di accumulo elettrochimici (ovvero le batterie) così come super condensatori e flywheels atti a immagazzinare l’energia sia durante le frenate o quando si rilascia l’acceleratore, che in fase di carica ai box ove tra le altre cose saranno permessi sistemi di ricarica a induzione. Anche questa serie di dispositivi avrà il lasciapassare della federazione (FEH) per la libera progettazione ma sarà obbligatorio superare severi test di sicurezza effettuati dalla FIA. Tali test dovranno garantire l’isolamento totale dell’impianto RESS, la protezione da eventuali cortocircuiti, la disconnessione automatica del RESS in caso di incidenti o danni subiti per via di malfunzionamenti o difetti e l’impossibilità che fluidi provenienti dallo stesso RESS possano raggiungere l’abitacolo.

Come è possibile notare la massa del sistema d’accumulo dell’energia (prevalentemente batterie), che sfiora i 300 kg, costituisce un’elevata percentuale della massa del veicolo (circa il 38,5%) al fine di garantire un’autonomia di soli 30 minuti. D’altra parte però si deve tener conto del livello di sollecitazione estrema alla quale saranno sottoposte le batterie per garantire al veicolo prestazioni di rilievo. Verranno scaricate con grande rapidità e raggiungeranno temperature di esercizio vicine alle termperature critiche (circa 60°C) alle quali gli elementi delle batterie iniziano a deformarsi per poi distruggersi. Sarà proprio la spinta ad ottimizzare questi parametri che porterà ulteriore sviluppo tecnologico per le vetture elettriche ed ibride che circoleranno sulle nostre strade.

Attualmente sono allo studio batterie della famiglia Li-Ion che, sfruttando le nanotecnologie, dovrebbero permettere ricariche fino al 90% della loro capacità in soli 5 minuti e saranno in grado di reggere cicli di carica-scarica 10 volte superiori rispetto alle tradizionali batterie ricaricabili. Se in futuro la Formula E dovesse riuscire ad usufruire di simili batterie, il regolamento potrebbe andare in contro molto presto ad interessanti modifiche. Lo spettacolo sarà assicurato.

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E.E.R.S. – Exhaust Energy Recovery System

Formula E on track

Formula E on track.
Per cortesia di Formulec.
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Formula E – Una ipotesi plausibile

Rubrica: Curiosità della tecnica da corsa
Titolo o argomento: Tra regolamento, ipotesi tecniche e possibili sviluppi

Considerando, come introdotto precedentemente, una massa del veicolo non inferiore ai 780 kg compreso pilota e pacco batterie di massa non superiore ai 300 kg e supponendo che si intenda conferire alla vettura una potenza di picco di 480 kW (circa 650 cavalli) si può ipotizzare di dotare la vettura di due motori elettrici asincroni (quindi alimentati in corrente alternata) da 110 kW di potenza nominale e 240 kW di potenza di picco. In alternativa, per migliorare la trazione ed il bilanciamento delle masse a bordo, non è poi surreale l’ipotesi di dotare la vettura di 4 motori elettrici asincroni da 55 kW di potenza nominale e 120 kW di potenza di picco.

Tenendo conto di correnti di scarica intense si ipotizza un consumo medio a carico del pacco batterie compreso tra 0,51 e 0,85 kWh/km, ovvero un consumo medio dalle 3 alle 5 volte superiore a quello della migliore vettura elettrica stradale, pur essendo una Formula E più leggera e aerodinamicamente efficiente.

Dovendo le vetture competere in circuiti cittadini (generalmente più corti dei circuiti dedicati) ed essendo il limite temporale delle gare fissato ad un’ora, si ipotizza che queste debbano coprire una distanza di circa 160 km nel tempo totale, vale a dire 80 km per ognuna delle due auto a disposizione del pilota. Ciò significa che, nell’ipotesi di maggior consumo, è necessaria un’energia di 68 kWh per permettere alla vettura di completare una manche.

Tenendo conto del fatto che la maggiore energia specifica attualmente raggiunta dalle migliori batterie per trazione Li-Ion ai nanofosfati è pari a 0,157 kWh/kg, la massa del sistema d’accumulo elettrochimico dovrebbe essere equivalente a ben 433 chilogrammi. Ovviamente tale valore supera quello previsto per regolamento ma la sua riduzione può essere operata rapidamente se si tiene conto di diversi fattori. I conti sono stati effettuati con grande cautela operando sempre in difetto e lasciando quindi dei margini su ogni parametro; il pilota non chiede costantemente per l’intera gara la massima potenza esprimibile; le ricerche che sfruttano le nanotecnologie puntano ad incrementare, anche a fronte di investimenti iniziali consistenti mirati alla Formula E, l’energia specifica delle batterie Li-Ion; infine la vettura è in grado di recuperare quantità non trascurabili di energia ad ogni rilascio del gas, ad ogni frenata e, come vedremo tra poco, anche in un’altra interessante condizione.

I cosiddetti sistemi E.R.S. (Energy Recovery System) ora non interagiscono più esclusivamente con i sistemi di trazione. Come già sappiamo è possibile recuperare buone dosi di energia in frenata, così come in fase di rilascio dell’acceleratore, grazie ai motori che fungono da generatori quando non è richiesta loro potenza e grazie a dispositivi quali Flywheels, Supercondensatori e, ovviamente, accumulatori elettrochimici. Ma non è tutto…

Oltre alla frenata rigenerativa le Formula E potrebbero essere dotate di sospensioni rigenerative. Si tratta di un sistema che trasforma le oscillazioni del veicolo, provocate dal movimento dello stesso (pompaggio e asperità del manto stradale) e dai forti trasferimenti di carico (rollio e beccheggio), in corrente elettrica da inviare ad un sistema d’accumulo (batterie, supercondensatori, ecc.) che provvederà a fornirla nuovamente all’occorrenza.

L’ammortizzatore rigenerativo inventato e brevettato dal professor Ronald Goldner e dal suo collega Peter Zerigian della Tufts University (i cui diritti sono stati acquisiti da Electric Truck LLC) è all’apparenza un comune ammortizzatore. Esteticamente non si notano particolari differenze con i normali ammortizzatori tuttavia, all’interno, il discorso cambia nettamente. Una pila di magneti permanenti è fissata sullo stelo dell’ammortizzatore e con esso compie i movimenti lineari alterni dovuti ai sobbalzi cui è soggetto il veicolo. Sulle pareti interne del corpo cilindrico dell’ammortizzatore troviamo invece un avvolgimento in rame (statore) all’interno del quale può scorrere liberamente lo stelo con i relativi magneti permanenti. Quando lo stelo si muove su e giù, all’interno dell’ammortizzatore, i magneti producono una corrente continua nello statore che può essere storata in un dispositivo di accumulo. Alla Tufts University sostengono che si può aumentare considerevolmente l’autonomia in modalità elettrica di una vettura ibrida, o di una vettura puramente elettrica, addirittura di valori compresi tra il 20 ed il 70%. Il tutto con un aumento di peso trascurabile. Si tratta di valori sui quali andare cauti e per i quali i migliori effetti sembra siano stati riscontrati solo sui veicoli pesanti, tuttavia Goldner non esita a sostenere che gli ammortizzatori rigenerativi costituiranno un fattore nevralgico della progettazione dei futuri veicoli elettrici ed ibridi. Attualmente i partner della Formula E Holdings Ltd sono impegnati nella sperimentazione di sistemi di sospensioni rigenerative esplicitamente dedicati alle vetture da competizione. Sapremo presto con quali esiti.

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Sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia: Le batterie

Ammortizzatore rigenerativo - Tufts University

Ammortizzatore rigenerativo – Ronald Goldner, Peter Zerigian – Tufts University
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Formula E – Previsioni tecniche

Rubrica: Curiosità della tecnica da corsa
Titolo o argomento: Tra regolamento, ipotesi tecniche e possibili sviluppi

Con la dovuta cautela e approssimazione una Formula E necessiterebbe di 480 kw (c.a. 650 cv) per accelerare la sua massa di 780 kg da 0 a 200 km/h in circa 5 secondi, ovvero nel tempo che impiegherebbe mediamente una F1 per raggiungere la medesima velocità d’uscita. Questo calcolo basilare non tiene però conto della resistenza aerodinamica, dell’attrito e, cosa più importante, della grande differenza che si manifesta tra i combustibili fossili e gli accumulatori elettrochimici in merito alla costanza di prestazioni. A mano a mano che il carburante si esaurisce su una Formula 1, le prestazioni non subiscono calo alcuno imputabile al carburante le cui proprietà rimangono inalterate e, anzi, la vettura trae vantaggi dalla sua maggiore leggerezza. Al contrario su una Formula E, con l’esaurirsi della carica, la massa degli accumulatori rimane la medesima ed altro non è che un carico ulteriore gravante sulle prestazioni le quali tendono a ridursi tanto più quanto più ci si avvicina alla scarica completa. Si presenta quindi la necessità di lasciare un margine consistente di carica.

Considerato che 1 kg di benzina contiene oltre 12 kWh di energia contro i circa  0,13 kWh di energia accumulata in 1 kg della migliore batteria attualmente disponibile in commercio (le Formula E si prevede faranno uso di batterie Li-Ion ai nanofosfati attualmente in fase di sviluppo per contenere la massa dei pacchi batterie mantenendo prestazioni, in termini di potenza specifica, energia specifica e capacità, superiori alla media), se anche si risolvesse il problema del collocamento a bordo di una enorme massa di batterie, quest’ultime avrebbero prestazioni in netta diminuzione a mano a mano che ci si avvicina alla profondità di scarica massima. Ciò significa che non solo è al momento impossibile raggiungere le prestazioni di una Formula 1 con una Formula E, ma se anche la massa del sistema d’accumulo fosse relativamente limitata grazie ad accumulatori elettrochimici nanostrutturati ad alte prestazioni (in grado di esprimere potenze specifiche a partire da circa 2,7 kw/kg), l’energia accumulata dovrebbe essere comunque maggiore di quella utilizzata durante la gara, al fine di permettere alla vettura di raggiungere il termine della competizione con prestazioni ancora di rilievo. Si ricorda che la capacità effettiva delle batterie dipende dal regime di scarica, dal peso specifico dell’elettrolita, dalla temperatura dell’elettrolita, dalla tensione finale di scarica, dal tipo costruttivo di batteria e dalla loro vita utile. Inoltre la potenza di scarica incide notevolmente sull’effettiva energia utile erogabile dalle batterie. Ed è proprio per tali ragioni che il regolamento prevede gare della durata totale di un’ora suddivise in due curiose manches nelle quali il pilota tornerà ai box per salire a bordo di una nuova vettura già pronta, carica e con gomme nuove. Insomma un pit per il cambio auto. In visione di simili limiti, sui quali dovrebbero compiersi notevoli sforzi di ricerca, gli organizzatori parlano di prestazioni della Formula E confrontabili più con una vettura a cavallo tra la Formula 3 e la GP2.

I prototipi già esistenti, realizzati e testati da Formulec, sono dotati di impianti elettrici progettati per sopportare correnti di scarica con picchi di ben 250 Ampere e tensioni attualmente comprese tra 400 ed 800 Volt (la FIA ha già fissato il limite a ben 1000 Volt per le Formula E), dispongono di 2 motori elettrici da 125 kw e, nonostante il totale potenziale sia di 250 kw, la potenza massima esprimibile delle batterie a bordo è di 180 kw (c.a. 245 cv). Altro parametro importante che dovrà essere assimilato dagli appassionati sarà proprio il fatto che la potenza espressa dai motori elettrici non sarà quella indicata sui dati di targa dei motori stessi, bensì quella che effettivamente le batterie potranno rendere fruibile ai motori (il calcolo del bollo auto sulla Toyota Prius, ad esempio, non tiene conto della potenza massima di 60 kw del motore elettrico, bensì dei 27 kw di potenza massima erogabili dal pacco batterie sommati ai 73 kw erogabili dal motore endotermico).

Un pacco batterie come quello della Formula E, di massa non superiore ai 300 kg, se realizzato ad esempio con batterie la cui potenza specifica è pari a 2,7 kw/kg potrà permettere assorbimenti di potenza da parte dei motori fino ad un massimo, puramente teorico, di 810 kw (valore dal quale i costruttori si manterrebbero decisamente lontani per garantire l’autonomia e l’affidabilità necessaria). Saranno necessari numerosi test affinché si possa stabilire con precisione per quanto tempo sia realmente possibile mantenere elevate prestazioni e quali correnti di scarica (che possono raggiungere picchi compresi tra 10C e 100C, ovvero intensità della corrente di scarica espressa in Ampere pari a 10-100 volte il valore della capacità totale del pacco batterie espressa in Ah) possano tollerare le batterie più evolute al mondo senza superare le temperature di esercizio limite alle quali si rischiano gravi danni a partire dalla deformazione delle celle fino al rischio di incendio ed esplosione.

Certamente, visto che si parla della massima categoria di vetture elettriche a ruote scoperte, non mancherà l’esasperazione di ogni dettaglio che vedrà motore elettrico e pacco batterie raffreddati a liquido al fine di prolungare i picchi della corrente di scarica contenendo i danni semplicemente ad un ridottissimo numero di cicli di ricarica possibili e sanando l’appetito del pubblico desideroso di veder sfrecciare schegge elettriche con una sorprendente coppia subito disponibile e con un effetto velocità incrementato dai ristretti tracciati cittadini.

Da un punto di vista sportivo fondamentale sarà la gestione elettronica della scarica delle batterie, una serie di variabili nasconte in una “scatolina elettronica” saranno il nuovo parametro determinante per le strategie di gara soprattutto tenendo conto del fatto che la vettura dovrà completare almeno 25 minuti di gara per poter essere sostituita al box, 25 minuti di puro agonismo che potrebbero comportare un ridotto numero di cicli di ricarica viste le forti sollecitazioni subite dalle batterie. Probabilmente sentiremo una telecronaca inusuale dove si parlerà più della gestione elettronica delle batterie che dell’usura delle gomme e dei freni (abbondantemente agevolati in questo caso dai sistemi di recupero dell’energia). Le vetture disporranno di tre modalità di ricarica: tramite la rete elettrica, tramite sistemi ad induzione implementati nei pavimenti dei box o tramite generatori quando le vetture si troveranno sulla griglia di partenza. Il numero delle marce sarà libero (ma si prevede saranno almeno 2) così come sarà libera la gestione della coppia motrice.

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Sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia: Le batterie

Sotto il vestito delle prime Formula E

Sotto il vestito delle prime Formula E.
Per cortesia di Formulec.
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Formula E (introduzione alla)

Rubrica: Curiosità della tecnica da corsa
Titolo o argomento: Tra regolamento, ipotesi tecniche e possibili sviluppi

Alla massima categoria delle competizioni automobilistiche, la Formula 1, sta per accostarsi una classe a dir poco “elettrizzante”. Figlia di un’industria automobilistica che sta attraversando un netto cambiamento, alla continua ricerca di soluzioni più efficienti e sostenibili, la nuova proposta della FIA (Federation Internationale de l’Automobile) si chiamerà Formula E. Gli obiettivi principali sono tre, primo tra tutti dar vita ad una nuova eccitante competizione sportiva che attragga pubblico di tutte le fasce di età e che rappresenti un’importante sfida dove la migliore tecnologia ed il migliore pilota risulteranno vincenti. In secondo luogo generare una struttura di ricerca e sviluppo dei veicoli elettrici, dei loro sistemi di propulsione, di accumulo e recupero dell’energia, nonché di gestione elettronica. La Formula E si pone quindi l’obiettivo di diventare il punto di riferimento per lo sviluppo dei veicoli elettrici e dei relativi sistemi di trazione, così come la F1 lo è stato per le vetture che conosciamo oggi. Infine il terzo obiettivo ha lo scopo di portare la gente a credere di più nelle soluzioni di mobilità elettrica.

Un’interessante trovata della FIA vede la possibilità di ospitare le competizioni della Formula E nei centri delle principali città del mondo (si prevede che inizialmente gli appuntamenti saranno 8, primi tra questi Rio de Janeiro e Montecarlo) al fine di mostrare il ruolo fondamentale che questi speciali veicoli hanno nella riduzione dell’inquinamento atmosferico e, di conseguenza, per la vivibilità dei centri urbani. D’altra parte però è bene considerare quale sarà la fonte che ricaricherà le batterie e la possibilità di riciclare i materiali impiegati per per la realizzazione delle batterie stesse. Fonti non rinnovabili e materiali rari e costosi o altamente inquinanti potrebbero vanificare l’obiettivo ecologico. Il campionato sarà aperto a qualsiasi macchina omologata da FIA come Formula E, per le prime le prime stagioni le restrizioni regolamentari saranno ben poche al fine di lasciar maturare la ricerca tecnologica. Le vetture che vedremo schierate si baseranno sul prototipo realizzato da Formulec (associato tecnico e sportivo della Formula E Holdings Ltd) ovvero la EF01 da cui nasceranno in breve tempo ulteriori evoluzioni. Circolano già voci sulla possibilità che la McLaren Electronic System, molto interessata a questa categoria, possa fornire sia le trasmissioni che l’elettronica di bordo ma la federazione assicura piena libertà e ribadisce che non si tratterà di un campionato monomarca.

Tecnicamente parliamo di monoposto esclusivamente elettriche (è infatti vietato dal regolamento adottare motori a combustione interna, di qualunque dimensione essi siano, sia per l’ausilio alla trazione che in qualità di generatori -E.R.E.V. Extended-Range Electric Vehicle- per la ricarica delle batterie in marcia) dotate di una elevata accelerazione (da 0 a 100 km/h in circa 3 secondi) ed in grado di spingersi ad oltre 200 km/h (con punte di ben 250 km/h mantenibili per un tempo limitato) con l’ausilio della sola energia elettrica presente negli accumulatori elettrochimici (le batterie), nei flywheels o in eventuali super condensatori. Le vetture, comprensive di pilota e abbigliamento tecnico ma prive dei sistemi di accumulo (batterie e/o super condensatori), non dovranno avere una massa inferiore ai 540 chilogrammi. Le batterie e/o i super condensatorii non dovranno avere una massa superiore ai 300 chilogrammi. La vettura completa di pilota non dovrà avere una massa inferiore ai 780 chilogrammi.

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Formula E – Una ipotesi plausibile
Formula E – Le gare

Che cosa sono i sistemi E.R.E.V.?

Cockpit di una vettura Formulec progenitrice della Formula E

Cockpit di una vettura Formulec progenitrice della Formula E.
Per cortesia di Formulec.