di  -  lunedì 2 luglio 2012

Dopo avere completato la serie di post sul Petrolio (sebbene ritorneremo in futuro sui temi discussi nell’ultimo post), andiamo oggi a parlare di una notizia non più recente ma che merita ugualmente di venire discussa nelle pagine della rubrica Energia e Futuro, infatti andremo a parlare della 24 Ore di Le Mans e di alcune caratteristiche comuni a diverse vetture, ed in particolare di quelle della vincitrice, l’Audi R18 E-Tron quattro.

LA 24 ORE DI LE MANS – UNA TRADIZIONE LUNGA QUASI UN SECOLO

La 24 ore di Le Mans è una delle corse automobilistiche storiche, figlia di una tradizione sportiva antica nella quale le corse erano delle vere e proprie avventure, articolate su lunghi tracciati quando non su vere e proprie strade civili (ad esempio la 1000 miglia) e su distanze molto elevate che comportavano lunghe sessioni di guida anche in notturna.

La trasformazione di questo automobilismo nella forma moderna ha visto la scomparsa di molte competizioni storiche, ma alcune di queste sono sopravvissute e giunte fino a noi sebbene con alcune differenze, e la celebre e “classicissima” 24 Ore di Le Mans ne è una delle più celebri esponenti.

La corsa si disputa sin dal 1923, seppure con alcune interruzioni, e si sviluppa lungo i 13.629 km (attuali) del circuito della Sarthe situato nei pressi della cittadina di Le Mans, il quale spesso è stato teatro di grandi sfide tecniche tra le più grande case automobilistiche del mondo, molto spesso impegnate in prima persona per questa competizione, e tali sfide sono state spesso possibili grazie ai particolari regolamenti di questa categoria di competizioni automobilistiche che cercano di equilibrare il livello prestazionale delle vetture (seppure con dei limiti) mediante opportune limitazioni tecniche (flange all’aspirazione, peso della vettura, dimensione serbatoio, ecc.) che permettono alle varie case automobilistiche di presentare soluzioni abbastanza variegate (motori turbocompressi che convivono con i motori aspirati sino ad arrivare ai recenti motori Diesel ed Ibridi).

Tra le marche che appartengono alla storia della 24 Ore ci sono in particolare Alfa Romeo, Ferrari, Ford, Matra, Bentley, Jaguar, Porsche, Peugeot ed in tempi piuttosto recenti l’Audi.

Proprio quest’ultima si è distinta nelle ultime edizioni per alcuni successi ottenuti attraverso motorizzazioni inusuali nel mondo sportivo, ovvero il motore Diesel (vincente per la prima volta nel 2006) ed il motore Ibrido nell’edizione di quest’anno.

IL MOTORE IBRIDO ALLE PRESE CON LA COMPETIZIONE – AUDI R18 E-TRON QUATTRO

Se dal 2006 il dominatore incontrastato è stato il motore Diesel, caratterizzato come ben noto da consumi più contenuti rispetto ad un analogo a benzina, l’edizione 2012 è stata quella del motore ibrido e della sua presenza “in massa” nella competizione, infatti le tre case automobilistiche favorite, Audi, Peugeot e Toyota (con l’outsider Nissan) hanno presentato le proprie vetture dotate di soluzioni atte a recuperare energia in fase di frenata del veicolo per restituirla alle ruote motrici in accelerazione impiegando soluzioni differenti, tra le quali anche il KERS già utilizzato in Formula1, ma sicuramente la soluzione più inusuale (e per certi versi inaspettata) è stata quella dell’Audi.

La casa di Ingolstadt è da diversi anni la regina quasi incontrastata della 24 Ore di Le Mans, e la soluzione introdotta è basata su un sistema di recupero dell’energia in frenata con accumulo meccanico attraverso un volano (e non elettrico con batterie o super condensatori) il cui azionamento avviene attraverso il funzionamento di un motore/alternatore elettrico.

In fase di frenata tale unità recupera una parte dell’energia che altrimenti verrebbe dissipata dai freni e la utilizza per accelerare il volano di accumulo, mentre in fase di accelerazione tale energia accumulata viene restituita all’unità motore/alternatore e trasmessa alle sole ruote anteriori (difatti la vettura è complessivamente quattro ruote motrici, sebbene non stabilmente).

L’apparente semplicità del funzionamento si scontra con una complessità di gestione estrema, complessità “addomesticata” dai tecnici Audi che sono riusciti a rendere trasparente al pilota la gestione dell’intero sistema.

Il risultato di tale competizione, sebbene maturato in un contesto tecnico estremo e strettamente correlato alle esigenze delle competizioni (per loro natura molto differenti rispetto a quelle dell’uso stradale), ha fornito all’Audi un grande ritorno in termini di immagine e non solo, in quanto le tecnologie sviluppate possono rappresentare una solida base per un loro sviluppo ed impiego nell’ambito automobilistico tradizionale, sebbene la tecnologia di accumulo a volano sia molto interessante e discussa (ma ancora immatura) anche per impieghi differenti legati all’accumulo di energia da fonti fluttuanti come quelle rinnovabili.

Anche per oggi è tutto, vi aspetto lunedì prossimo sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

28 Commenti »

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  • # 1
    Alexander
     scrive: 

    Il Motore dell’AUDI è perfetto per le gite in montagna.

    Per salire si usa l’alternatore a scoppio, mentre per scendere si usa la stessa energia gravitazionale che ci fa pure accumolare energia per percorrere eventuali tratti in piano o in leggera salita….

    Maaaaa chi sa se con qualche pannello fotovoltaico sul tetto o addirittura qualche film sottile e trasparente di fotocellule fotovoltaiche ….. forse potrebbero anche usare meno l’alternatore!

    Comunque è un bene che si sperimentano nuovi sistemi di propulsione meno dipendenti dal petrolio…

    Questo filone delle energie alternative al petrolio è molto interessante visto che ormai il petrolio ci ha già messo un serto senso di nausea e che dopo lo sviluppo ci ha portato anche guerre e inquinamento …. speriamo che questi motori siano la base per dei futuri e più economici mezzi di locomozione!

  • # 2
    TheFoggy
     scrive: 

    Per precisione, l’Audi era una 4WD solo in caso di forte accelerazione oltre i 120Km/h, come previsto dal regolamento, nel caso l’unità elettrica fornisca potenza alle ruote anteriori (infatti questa limitazione non c’era per la Toyota, che aveva il boost applicato alle ruote posteriori). Una domanda (sperando che non ne abbia già parlato..nel qual caso, chiedo venia), ma non è pericoloso avere a bordo un disco di metallo che ruota vorticosamente? La Porsche 911 GT3 R Hybrid (serie 998), ce l’aveva addirittura nell’abitacolo, al posto del sedile del passeggero! Vero che faceva “solo” 36Krpm (45Krmp quello Audi)…ma in caso di incidente quella cosa mi fa un po’ paura… Forse sono solo un po’ paranoico perchè non conosco bene i sistemi di sicurezza di contorno (doppio contenitore? Ho letto qualcosa su di un sistema simile, con un fluido tra il primo e il secondo serbatoio, che doveva occuparsi di frenare il volano in caso di rottura del contenitore più interno..), per questo chiedo lumi al riguardo a chi ne sa sicuramente più di me! :)

    E aggiungo: una soluzione simile, potrebbe rivelarsi utile anche in un appartamento, come accumulatore per l’energia prodotta con pannelli solari? Ovviamente con dimensioni maggiori… (oddio…quello Audi produce 150KW, quindi potrebbe anche bastare…ma bisogna vedere il tempo di carica/scarica…)

  • # 3
    TheFoggy
     scrive: 

    Oddio..chiedo scusa, ho scritto un po’ di fretta e mi sono accorto che il mio italiano ha fatto un po’ pietà…spero di essere stato comunque chiaro!!

  • # 4
    Alexander
     scrive: 

    @ TheFoggy

    Aggiungerei … la domanda… e se si usasse negli ascensori in discesa?… potremmo recuperare una quota di energia spesa per la salita e contenere i consumi…. magari già funziona così?… le applicazioni del recuperare di energia usando volani e freni motore collegati a generatori elettrici è una tecnologia che potrebbe avere sviluppi immediati…. e se poi si potessero avero superconduttori a temperature ragionevoli… sarebbe un grande passo!

    Il Volano che gira vorticosamente c’è già… è quello della frizione e poi le ruote stesse… se mai il volano tenderebbe ad esercitare una certa resistenza nei cambi di direzione, e quindi sarebbe ottimo come stabilizzatore … basterebbe per esempio prevedere dei meccanismi di leggera inclinazione, per favorire la tenuta anche anche nell’inserimento in curva !

    …..

  • # 5
    Alessio Di Domizio
     scrive: 

    Dev’essere stata dura fare sì che l’accelerazione/decelerazione del volano non influisse sull’assetto della vettura!

  • # 6
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Alexander

    Maaaaa chi sa se con qualche pannello fotovoltaico sul tetto o addirittura qualche film sottile e trasparente di fotocellule fotovoltaiche ….. forse potrebbero anche usare meno l’alternatore!

    la superficie disponibile (senza entrare nel merito dell’orientamento) sarebbe irrisoria al punto da essere perfettamente inutile l’installazione del pannello anche se il suo rendimento fosse unitario

    @ TheFoggy

    sulla questione 4WD non permanenti ho infatti scritto (anche se magari poteva non essere chiaro)

    tale energia accumulata viene restituita all’unità motore/alternatore e trasmessa alle sole ruote anteriori (difatti la vettura è complessivamente quattro ruote motrici, sebbene non stabilmente)

    per la questione sicurezza sono abbastanza colpito anche io, ma non tanto per il numero di giri, bensì per la densità di energia che immagazzina, perché è quella il problema in caso di rottura… ma non conosco le caratteristiche della struttura di contenimento

    @ Alexander

    negli ascensori credo sia poco utile, sebbene lo dica senza disporre di dati per valutare correttamente, in quanto il carico utile non viene lasciato completamente libero ma controbilanciato dai contrappesi, pertanto il motore deve fornire un differenziale di energia che (credo) non sia così rilevante al punto da recuperarlo mediante soluzioni esotiche (che si portano dietro costi, manutenzione e problematiche)

    Per quanto riguarda l’uso come stabilizzatore la vedo nera, più che stabilizzare tende, con l’effetto giroscopico che genera, ad ostacolare i cambi direzione complicando la guida, cosa assolutamente da ridurre all’estremo nei veicoli, fenomeno che tra l’altro è generato anche dai dischi freno e dai cerchi, ma la massa ed il diametro dei primi sono molto ridotti mentre i secondi hanno massa ridotta ma diametro consistente (ma su questo secondo punto non si può intervenire)

    @ Alessio Di Domizio

    Sarei curioso di sapere nei dettagli le soluzioni adottate dai tecnici Audi, ma penso che siano riusciti molto bene nell’intento

  • # 7
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Alexander

    rileggendo la mia risposta preciso meglio un punto… è ovvio che l’effetto di impedire i cambi di direzione è un effetto stabilizzante, solo che è una forma deleteria per una vettura, pertanto preferisco evitare in questo caso l’uso della parola “stabilizzare” che può far pensare ad un effetto positivo

    Comunque è vero che ogni vettura di suo possiede un volano, c’è in tutti i motori e serve per regolarizzare il funzionamento del motore,il quale risente della ciclicità delle fasi, in particolare di combustione e tramite il suo impiego si cerca di rendere di ridurne l’effetto “impulsivo” sul ciclo motore

  • # 8
    Pippo
     scrive: 

    Questa cosa venne studiata negli anni ’70 del secolo scorso al Centro Ricerche Fiat per quanto riguarda gli autobus.
    L’intento era di diminuire il carico del motore viste le continue fermate e ripartenze di un autobus urbano.
    In questo modo si sarebbero dovuto avere minori consumi e minori emissioni inquinanti.
    Un’altra ricerca andata perduta probabilmente per i problemi tecnici che all’epoca erano stati insormontabili.
    L’ing. Palazzetti invece il co-generatore denominato TOTEM lo fece eccome ma anche lì era troppo avanti rispetto alle esigenze del mercato.

  • # 9
    overnoise
     scrive: 

    Per eliminare l’effetto giroscopico basta usare 2 volani, paralleli, giranti in senso opposto l’uno con l’altro…

  • # 10
    Massimo M
     scrive: 

    Ho lovorato per 5 anni per un’azienda che realizzava inevrter, tra cui per impieghi ascensoristici. Il recupero della energia di frenatura (altriemnti dissipata con resistenza di alto “wattaggio”) è ormai cosa già fatta. (www.gefran.com : vedere qualche pdf, purtroppo non c’è nulla direttamente sul sito – o meglio nonl’ho trovato!)
    Chiaramente nell’ascensore esistono dei contrappesi quindi si cerca di “bilanciare” il carico senza mail lasciarlo “al caso”. Studi sul tipo delle corse a vuoto / a pieno carico / a medio carico suggeriscono il tipo di contrappeso da impiegare. Potete notralo in caso di mancaza di tensione/malfunzionamento con il sistema (obbligatorio) di ritorno al piano: non è mai il piano più basso, ma potreste anche salire: In questo caso è il sistema di controllo (che sto progettandoin questi giorni) che “capisce” in quale senso deve far girare le pulegge (in salita se il carico è inferiore al contrappeso quindi!). Esistono anche delle batterie (o dei banali UPS generici) che si occupano dell’apertura porte, ma l’alimentazione della scheda di controllo(e del sistema di chiamata al centro assietnza, anch’esso obbligatorio) è tamponato con sistema differente.
    La differenza tra volano e generatore/batteria sarebbe da affrontare da un diverso punto di vista: Il rendimento. Un sistema di accumulo tramite volano richiede tyrasferimenti e sistemi di rotazione che hanno tipicamente un rendimento molto basso (95, ~99%). Ma le perdite di un accumulatore elettrico, unite alsistema di rigenerazione (alternatore e inverter) forse fanno ancora propendere per il sistema volano (di cui si sfrutta principalmente l’inerzia!).
    Ma mi son sempre chiesto .. COme viene montato il volano per ridurre l’effetto giroscopio (e la stabilità come indicato nella risposta qui sopra)?

  • # 11
    Massimo M
     scrive: 

    Errata:
    Mi è satata una riga nello scrive (?? come mai ??).
    Il rendimento di un sistema meccanico è circa il 70%, mentre ad esempio un inverter arriva anche al citato 95-99%.
    Non avevo vistola risposta di Overnoise: grazie

  • # 12
    Marco
     scrive: 

    “Sarei curioso di sapere nei dettagli le soluzioni adottate dai tecnici Audi, ma penso che siano riusciti molto bene nell’intento”

    Da quel che ne so, Audi e Porsche usano un KERS sviluppato a suo tempo dalla Williams per la F1.
    E’ stata creata anche una spin-off per la commercializzazione del sistema:

    http://www.williamshybridpower.com

    I dettagli ovviamente sono segreti, ma non credo che usi due masse volaniche controrotanti.
    Come si vede dallo spaccato, Audi monta il volano in prossimità del baricentro della vettura e con l’asse in verticale: in questo modo l’eventuale effetto giroscopico potrebbe addirittura essere d’aiuto contro rollio e beccheggio suppongo.

  • # 13
    Notturnia
     scrive: 

    mi fa ridere pensare che questo sistema è vecchio di almeno 50 anni se non di più e che solo ora se ne siano accorti della sua bontà :-D

  • # 14
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Pippo

    ti riferisci all’impiego dell’accumulo meccanico tramite volano?
    Che il CRF abbia lavorato parecchio sul recupero dell’energia in frenata è cosa nota (ci collaborò anche il mio dipartimento per il recupero sotto forma di energia pneumatica), così come lavorò sui vari concetti di ibrido

    @ overnoise

    in quel caso elimini l’effetto giroscopico ma sei costretto a raddoppiare il sistema ed introdurre altri problemi… comunque non mi sembra che l’Audi ne abbia due controrotanti, e su questo che facevo riferimento con la mia curiosità

    @ Marco

    l’asse verticale può in effetti portare a quanto indichi, ma non escludo che posa comunque influenzare l’assetto in maniera negativa sotto certi aspetti, ma su tutto ciò è meglio non entrare nel merito perché la dinamica del veicolo è materia piuttosto articolata e non voglio lanciarmi su un settore dove ho competenze ristretta

    [OT]mi sa che frequentiamo lo stesso forum su una passione comune[/OT]

    @ Notturnia

    anche le celle a combustibile hanno 50 anni, ma solo di recente hanno subito lo sviluppo che le ha rese maggiormente interessanti… una cosa è il concetto che ruota intorno ad un sistema, un conto è lo sviluppo del sistema stesso in modo da permetterne un impiego serio

  • # 15
    florian
     scrive: 

    Volevo dire la stessa cosa di Massimo M. Gli ascensori vengono equipaggiati con motore ad inverter e risulta molto facile buttare in rete l’energia della frenatura invece che dissiparlo su una resistanza

  • # 16
    florian
     scrive: 

    Volevo fare un’altra domanda.
    Qual’è il vantaggio di un sistema KERS a volano invece che a batterie. Ovvio la pericolosità dell’alta tensione. Chi ha il rendimento maggiore?

  • # 17
    Pippo
     scrive: 

    @ Simone Serra
    Sì, confermo, era proprio un volano per il recupero dell’energia in frenata dal punto di vista meccanico.

  • # 18
    overnoise
     scrive: 

    @ florian
    Secondo me il vantaggio di un sistema KERS a volano invece che a batterie è proprio insito nella coppia (ed effetto giroscopico) introdotto dallo stesso (o dagli stessi, potrebbero essere più di uno).
    Questo proprio dal punto di vista della dinamica del veicolo, che potrebbe beneficiarne, soprattutto quando questa coppia viene ad esprimersi al massimo, tramite il KERS (ossia in fase di decelerazione/accelerazione dell’auto).
    Sto “fantasticando”, ma per quel poco che ne so, gli stessi principi si usano per le auto sportive nel decidere la disposizione (trasversale piuttosto che longitudinale) di un classico motore a pistoni, che per sua natura presenta diverse masse con effetto volano.

    Altro vantaggio potrebbe essere il non aver a che fare con il peso “morto” delle batterie, il quale credo offra solo svantaggi.

  • # 19
    Marco
     scrive: 

    “la disposizione (trasversale piuttosto che longitudinale) di un classico motore a pistoni”

    Nelle auto non l’ho mai avvertito, ma nelle moto si sente eccome vista la massa complessiva ridotta del veicolo in relazione alle forze in gioco.
    Per questo si prediligono motori montati in modo che l’asse di rotazione dell’albero motore sia trasversale.
    Non mancano nemmeno casi di propulsori con due alberi motore controrotanti per compensarne gli effetti giroscopici (per esempio la Suzuki RGV 500).

    “Altro vantaggio potrebbe essere il non aver a che fare con il peso “morto” delle batterie, il quale credo offra solo svantaggi.”

    Delle batterie ci sono già a bordo di quasi tutti i veicoli, ma probabilmente sarebbero poco adeguate.
    I supercondensatori sono più indicati per peso, rapidità di caricamento e affidabilità, visti i numerosi cicli di carica che una batteria dovrebbe sobbarcarsi.

  • # 20
    overnoise
     scrive: 

    @ Marco
    Nelle auto tale fenomeno si avverte tanto più “grosso” è il motore in questione. Ad esempio le muscle car americane (quelle famose negli anni ’70) hanno motori che possono arrivare anche a 7000cc di cilindrata, quindi ti puoi immaginare la coppia che generano.

    Questi bestioni erano sempre montati longitudinalmente e quindi nelle forti accelerazioni (ad esempio da fermo), l’auto pattinando, scoda da un lato (sempre lo stesso ovviamente).

    Nelle moto spesso montano degli alberi aggiuntivi, ma al solo scopo di smorzare le vibrazioni indotte dal meccanismo biella-manovella.

  • # 21
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ florian

    Volevo fare un’altra domanda.
    Qual’è il vantaggio di un sistema KERS a volano invece che a batterie. Ovvio la pericolosità dell’alta tensione. Chi ha il rendimento maggiore?

    più che il rendimento penso possano essere la densità di energia ed il periodo di carica/scarica le chiavi per la scelta di un sistema o dell’altro… onestamente non ho dati su nessuno dei due sistemi per potere fare valutazioni oggettive

    @ Pippo

    interessante come notizia, se hai qualche info in più non mi dispiacerebbe, potrebbe essere lo spunto per un articolo

    @ overnoise & Marco

    la disposizione del motore risente maggiormente di esigenze di spazio e sicurezza, e comunque un po’ tutti i motori dispongono di sistemi di equilibratura per ridurre le vibrazioni del moto alterno… si tratta di veicoli comunque molto diversi in termini di dinamica e farne un discorso unico non penso sia facile (oltre il fatto che servono competenze specifiche che non possiedo).

    Sul fatto delle batterie già a bordo delle vetture (@Marco), queste non sono minimamente adeguate per un accumulo di potenza, lo dimostra il fatto che le auto elettriche utilizzano un grosso numero di accumulatori che si fa sentire in termini di peso

    @ Marco giusto per curiosità, hai letto il mio commento #14?

  • # 22
    Marco
     scrive: 

    @Simone Serra
    Si, scusa se non ti ho risposto prima: comunque non sono io (magari se mi dici il forum ci do un’occhiata, sono curioso, grazie!)

    “Sul fatto delle batterie già a bordo delle vetture (@Marco), queste non sono minimamente adeguate per un accumulo di potenza”

    Per quello che dici tu è vero, ma per un utilizzo esclusivamente di tipo KERS la capacità degli attuali accumulatori utilizzati per l’avviamento (e vari altri servizi) sarebbe più che sufficiente: pensiamo alla batteria della Insight che ha una capacità di circa 1 KWh. Quello che non è adeguato è la loro tecnologia costruttiva.

    @overnoise
    Hai perfettamente ragione!
    Lo stesso effetto (coppia di rovesciamento) lo si nota anche nelle meno esotiche Moto Guzzi e BMW (con motori a rotazione trasversale).
    Comunque per le moto io parlavo di riduzione degli effetti giroscopici più che attenuazione delle vibrazioni.

  • # 23
    overnoise
     scrive: 

    @ Marco
    Esatto, sulle moto a motore trasversale si sente molto!

  • # 24
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Marco

    il forum è fumarelapipa.com

  • # 25
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Marco

    la questione degli accumulatori in realtà è molto complessa… da una parte hai perfettamente ragione nell’evidenziare i limiti tecnologici di questa tipologia, una loro scarica brutale le renderebbe completamente inutilizzabili subito dopo, ma dall’altra resto scettico anche sui “dati di targa” delle stesse, ovviamente molto dipende da quanta energia si vuole accumulare e restituire alle ruote… comunque le alternative ci sono e sono interessanti, e credo che nel prossimo futuro la “frenata rigenerativa” sarà sempre più diffusa

  • # 26
    Marco
     scrive: 

    @Simone Serra
    Si, sono io anche sull’altro forum :-)
    Concordo pure su tutto il resto ^_^

  • # 27
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Marco

    il tuo link sul nome mi ricordava qualcuno infatti :-)

  • # 28
    marosini
     scrive: 

    grazie per l’articolo e bentrovati a tutti. Io – dopo la 24 ore – terrei d’occhio la Pikes Peak di quest’anno: da quando Monster Tajima ha dichiarato lo scorso anno che avrebbe corso con un elettrico puro, ci si sono messi in parecchi. Ne vedremo delle belle, o almeno me lo auguro fortemente :)

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