F1: Sistemi di pressurizzazione (ed ibridi). Cosa ne pensate?

[Guest frallog]

Abbiamo visto che i sistemi di messa in pressione di un qualunque fluido (ad esempio l'aria) possono contribuire in modo alquanto determinante alla potenza di un motore (diciamo da un 10% an un 30% della potenza chimica). In un passato remoto affrontai il problema delle riserve di potenza che un motore di F1 poteva mettere da parte, ponendo l'accento su un accumulo per via elastica dell'energia. Il problema di questo modo di procedere e' che la potenza accumulata per via elastica ha una durata limitatissima nel tempo. Ora vorrei soffermarmi su un secondo modo per effettuare l'accumulo, precisamente per la messa in pressione di un fluido.

Durante le frenate e durante le curve il motore rimane assolutamente attivo ad un numero di giri ragguardevole, magari il numero di giri corrispondente alla coppia massima. Durante questo periodo la potenza e' trasferita ad un compressore che accumula aria in un serbatoio separato di aria compressa. Diciamo che tra tutte le curve di un corcuito si riesce a riempire un serbatorio addizionale di 50 Lt a 700 bar con un rendimento di circa il 50%, rispetto alla potenza consumata. Allora nei rettilinei quando il pilota spinge di 5a marcia e di 6a marcia (se la vettura ha sei marce) il motore funziona nel modo seguente:

Aspirazione: il motore aspira miscela ricchissima molto oltre il valore stechiometrico

Compressione: regolare

Scoppio: il per 1/3 della corsa tutto avviene regolarmente poi viene immessa l'aria dal serbatorio alla pressione originaria di 700 bar. Oltre alla pressione dell'aria sul pistone si ha un effetto di combustione secondario.

Scarico: regolare.

La potenza aggiuntiva naturalmente viene usata dalla vettura per produrre una velocita' superiore. A tutti gli effetti questo e' una specie di turbo, ma con la potenza che viene accumulata per poi essere richiesta solo nel momento del bisogno.

Io credo che la Federazione di F1 potrebbe un po' lasciar perdere i cicli otto puri per provare a far sperimentare soluzioni di avanguardia del genere. Questo per il semplice motivo che tecnologie del genere potrebbero servire anche sulle macchine di tutti i giorni. In particolare io mi riferisco ai tanti decantati ibridi, vetture che montano pesanti batterie e pesanti motori elettrici aggiuntivi. Ecco che le vetture potrebbero viaggiare con parte del carburante che mette in pressione dei serbatoi d'aria compressa stivati nel bagagliaio. Ed ecco che quando e' su un percorso strettamente cittadino la vettura funziona nel modo in cui sopra (magari con due soli cilindri al posto di quattro) con parte della potenza proveniente dall'accumulo di pressione. Il vantaggio consiste nel fatto che il motore viaggia piu' o meno sempre allo stesso regime che e' il regime di coppia massima che abbiamo dimostrato essere anche il regime di massimo rendimento. Vedi che si superano ampiamente i 20Km/lt. In alternativa per le vetture d'uso comune si potrebbe pensare di accumulare aria compressa a 80 bar e dunque intervallare un ciclo di scoppio con un ciclo di aria compressa nel cilindro. Ci sarebbe anche il vantaggio che il cilcindro caldo cederebbe calore all'aria compressa e dunque si genererebbe un ulteriore guadagno termico. Infine sempre per le vetture d'uso comune si potrebbe pensare che le stesse possano funzionare o a carburante oppure finche' c'e' pressione accunulata nei serbatoi con sola aria compressa, a tutto vantaggio della pulizia dell'aria in citta'.

Ecco dunque una seconda classe di ibridi.

Opinioni in merito sono gradite.

Regards,

Francesco 8)

[Guest frallog]

Su un altro forum mi hanno risposto. Ecco i punti interrogativi sollevati nonche' le mie risposte in merito.

> il primo, che se espandi durante lo scoppio gas ad alta pressione

> in camera, riduci moltissimo la temperatura di combustione (e

> questo potrebbe essere nocivo oltre che per la potenza anche

> per gli inquinanti);

dunque prima per un terzo usi la pressione dello scoppio piu' o meno 90 bar, poi introduci aria a molti ma molti bar e dunque non perdi in potenza. comunque se non va si puo' parlare di ciclo combinato un ciclo completo a scoppio ed un ciclo completo a pressione.

> il secondo, che in ogni caso l'energia accumulata è spesa,

> per cui l'effetto di boost lo si paga in termini energetici

> molto alti.

dunque e' chiaro che si deve raggiungere un'efficienza nella compressione di almeno il 50% altrimenti e' tutto inutile. fatto fermo questo punto nel ciclo combinato il ciclo in pressione sfrutta anche il calore della camera di scoppio e dunque si hanno due effetti: maggiore pressione del gas in camera di scoppio, raffreddamento del cilindro. in questo modo moltissima della potenza dispersa altrimenti dal calore del motore e dal radiatore viene recuperata a mezzo del ciclo in gas in espansione.

> se comunque è realizzabile meccanicamente, una qualche prova

> la si potrebbe pur fare (ad esempio, sulle macchine turbo per

> aumentare la pressione di sovralimentazione quando il motore è

> ancora basso di giri recuperando parte della sovrapressione ad

> alti regimi)...

considera che rispetto ad un ibrido attuale addirittura avresti il vantaggio di non portare una vagonata di batterie a seguito, di non portare una vagonata di motori elettrici a seguito, ma solo un potente compressore. il motore che consente la marcia e' e rimane unico!

Regards,

Francesco 8)

[Guest frallog]

Spiegatemi una cosa.

Se queste mie idee non piacciono oppure le esprimo malamente per cui sono diventato antipatico, allora molto semplicemente non posto proprio piu' nulla di queste cose. Non ricevo piu' risposte da nessuno, allora devo capire se comunque le idee interessano oppure e' meglio che le vado a postare altrove.

Regards,

Francesco 8(

[Omphalos]

Nonnò! personalmente trovo molto interessanti le tue argomentazioni, e infatti quando ho qualcosa da dire non mi tiro indietro (cercando di portare un pur piccolo contributo alla discussione; scrivere tanto per farlo non mi piace); forse negli ultimi giorni non ci sono state molte risposte ai tuoi messaggi a causa della nuova disposizione del forum, ma penso sia una cosa normale, anche a me un topic nel forum BMW non è stato praticamente preso in considerazione, come pure dei topic di altri forumisti. Penso sia dovuto esclusivamente alla transizione

[Guest frallog]

Grazie egregio! Mi rincuori un po'!

Best regards a te,

Francesco :)

[Omphalos]

Questa idea mi piace, soprattutto però la vedrei bene su motori da competizione, perché mantengono un numero di giri elevatissimo anche in rilascio; nei motori delle automobili normali non so se il risultato sarebbe altrettanto buono, proprio per le caratteristiche di guida in città

Per la precisione posso dire che la prima obiezione che ti è stata posta

(se espandi durante lo scoppio gas ad alta pressione

> in camera, riduci moltissimo la temperatura di combustione (e

> questo potrebbe essere nocivo oltre che per la potenza anche

> per gli inquinanti)

non è completamente giusta: a seconda delle condizioni di immissione dell'aria si può avere addirittura un riscaldamento della stessa, con gli ovvi benefici per la combustione: tutto dipende dal rapporto (dT/dp) calcolato ad entalpia costante (quello che viene chiamato "Coeff. di Joule-Thompson)

[Guest frallog]

Dunque.

Grazie egregio della tua risposta davvero molto documentata. (Purtroppo confesso che io con l'entalpia ci faccio a botte.....). Pero' credo di aver afferrato il concetto.

Comunque mi aspetto sempre che la temperatura dell'aria in pressione si aggiri su valori inferiori ad un centinaio di gradi, la' dove le pareti interne del cilindro siano a qualche centinaio di gradi.

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Visto che mi trovo ed ho trovato a chi interessa, aggiungo un altro problema sollevato su di un altro forum.

> in camera di combustione alla fine della fase di compressione in un

> diesel si sviluppa una pressione di circa 12 megapascal cioè circa

> 120 bar.

> come può l'aria a 120 bar accedere entro in un serbatoio in cui

> regnasse (per ipotesi ) una pressione di 700 bar?

>come si potrà allora raggiungere 700 bar?

dunque 700 bar sono un'ipotesi visto che si stanno sperimentando serbatoi per l'idrogeno da 700 bar. il compressore potrebbe essere una pompa rotativa, molto compatta e molto efficiente, una pompa azionata da una parte della potenza del motore. una pompa che abbia un rendimento non minore del 50%. non c'e' problema per la compressione in quanto il motore e' vero che funziona a 90-120 bar, ma e' anche vero che fa un sacco di cicli al secondo e dunque la potenza aumenta a dismisura. altrimenti scusa come si farebbe ad avere una pressione di 2000 bar nei common rail?

dunque nessun problema a mettere nel serbatorio 700 bar. il punto e' che se si adotta un "ciclo misto", cioe' un ciclo di combustione ed un ciclo ad aria compressa allora non bisogna sovraccaricare il ciclo ad aria compressa con troppi bar, quindi il rilascio va fatto intorno ai 100-150 bar. sinceramente non so come realizzare questa cosa. ma non posso mica pensare a tutto.....

Best regards,

Francesco 8)

[Omphalos]

A questo indirizzo trovi una decente figura (l'unica che ho trovato in rete senza perderci un'ora) che spiega il coeff. di J-T

http://www.siue.edu/CHEMISTRY/eilers/slides/J-Tinversion.GIF

Ci sono delle curve caratteristiche per ogni sostanza, che vengono determinate sperimentalmente: qui riportano quelle per l'azoto, l'idrogeno e l'elio; all'interno di queste il coefficiente in oggetto è positivo, quindi l'espansione del gas avviene con un abbassamento della temperatura, mentre all'esterno il coeff. è negativo e provoca un innalzamento della temperatura. Le curve che separano le due zone vengono dette "curve di inversione" per ovvio motivo

Ovviamente scegliendo i valori di temperatura e pressione ai quali far avvenire l'espansione si possono ottenere l'uno o l'altro effetto

L'entalpia in realtà non centra granché: si considera per semplicità che il processo di laminazione di un gas sia adiabatico e che non vi siano variazioni di energia cinetica e potenziale, semplificazioni accettabili in quanto avviene molto velocemente; in queste condizioni allora il 1° Principio della Termodinamica diventa in sostanza h=costante

[Guest frallog]

Grazie per la tua cortesia Omphalos!

Regards,

Francesco