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Quanto incide il riscaldamento sui consumi di un’auto?

12 Gen

Un’auto elettrica vede aumentare di parecchio i consumi quando si accende il riscaldamento; questo accade perchè mentre sulle auto a benzina il riscaldamento è “gratis“, perchè il motore si riscalda in ogni caso e si tratta solo di deviare o meno il suo calore verso l’abitacolo, nelle auto elettriche il riscaldamento del motore è trascurabile, quindi il calore deve essere prodotto in altro modo.

Un modo molto poco efficiente è usare la classica “stufetta”, cioè una semplice resistenza elettrica riscaldata, attraverso cui far passare l’aria; più parsimoniosa in termini di consumi elettrici è la cosiddetta “pompa di calore“, che non è altro che un “condizionatore montato al contrario”: qualunque condizionatore, infatti, produce aria fredda semplicemente perchè “dall’altro lato” produce aria calda. (però resta da capire perchè non tutte le auto dotate di condizionatore dispongono anche di riscaldamento a pompa di calore, venduto a parte).

In ogni caso, il riscaldamento assorbe diversi kW, arrivando fino a 4 o 5 kW nei sistemi meno efficienti. Con questo risultato:

Muoversi ad appena 35 km/h ma col riscaldamento al massimo comporta gli stessi consumi di sfrecciare in autostrada a 130 km/h senza riscaldamento.

Quanto aumentano i consumi con la pioggia?

27 Dic

Con la pioggia i consumi di un veicolo aumentano, perchè aumenta l’attrito delle ruote con l’asfalto (*).

Più sotto trovate la spiegazione tecnica del come, quanto e perchè. Qui una rapida immagine riassuntiva che spiega come questo aumento di consumi si faccia sentire di più alle basse velocità:

Osservare anche, come nota a margine, come a bassissime velocità l’autonomia teorica sia altissima rispetto alle velocità autostradali: 1000 km a 30 km/h contro 220 km a 130 km/h.

Si nota anche come la pioggia abbia un effetto molto basso sul calo di autonomia, se la velocità media è molto alta: a 130 all’ora l’autonomia varia tra 218 e 220 km; solo che ovviamente con pioggia intensa non si può viaggiare a 130 km/h.

In generale, alle varie velocità queste sono le riduzioni di autonomia:

50 km/h: da 762km a 610 km ( -152km, -20%)
70 km/h: da 559 km a 473 km (-86, -15%)
90 km/h: da 413 a 364 (-49, -12%)
110 km/h: da 311 a 282 (-29, -9%)
130 km/h: da 240 a 223 (-17, -7%)

Quest’altra immagine è fatta da un altro “punto di vista”, cioè traccia le autonomie alle varie velocità, e usa una curva separata per ogni livello di pioggia, partendo da strada asciutta in alto, fino ad arrivare a 1mm di velo d’acqua sulla strada nella curva più in basso; inoltre questo grafico tiene conto di un ulteriore fattore: i consumi da fermo. Ogni auto, infatti (elettrica e non), ha anche dei consumi da fermo, per mantenere attivi i servizi: non solo i fari e l’autoradio, ma anche le pompe a vuoto di servofreno e servosterzo, e di qualunque altro apparato elettrico di bordo. Questo significa che, come caso estremo, a velocità nulla un’auto ha… autonomia nulla, perchè col passare del tempo consumerà comunque tutto il carburante; questo effetto si inizia a notare sotto i 20-25 km/h, mentre a velocità superiori influiscono più i consumi “mobili” che i consumi “statici”.

Le formule

Questa formula dice quanta potenza assorbe il motore in base ad attrito dell’aria e delle ruote:
P = 0.5 * rho * Cx * A * v^3 + m *g * Crr * v

Quel “Crr” è l’attrito volvente delle ruote, quello che con la pioggia aumenta (*): se normalmente vale 0.008-0.010, con la pioggia può arrivare fino a 0.014.

Questa pagina calcola l’assorbimento del motore a varie velocità costanti: la colonna “Rolling (B)” dice quanti W assorbe il motore a causa dell’attrito delle ruote. Ecco un estratto della tabella:

Velocità
(km/h)
Forza attrito aria (Newton)Forza attrito ruote (Newton)Forza Totale (Newton)% Aria% Ruote Potenza totale (Watt)
82.29147.10149.391.53%98.47%333.91
169.16147.10156.265.86%94.14%698.53
2420.60147.10167.7012.28%87.72%1,124.53
3236.62147.10183.7219.93%80.07%1,642.63
4057.22147.10204.3228.01%71.99%2,283.53
4882.40147.10229.5035.91%64.09%3,077.91
56112.16147.10259.2643.26%56.74%4,056.48
64146.49147.10293.5949.90%50.10%5,249.93
72185.41147.10332.5155.76%44.24%6,688.97
80228.90147.10376.0060.88%39.12%8,404.28
89276.97147.10424.0765.31%34.69%10,426.58
97329.61147.10476.7169.14%30.86%12,786.55
105386.84147.10533.9472.45%27.55%15,514.90
113448.64147.10595.7475.31%24.69%18,642.32
121515.02147.10662.1277.78%22.22%22,199.51
129585.98147.10733.0879.93%20.07%26,217.16
LINK a fonte

La formula vista all’inizio deriva da quella della forza di attrito, per mezzo della relazione P = F * v , che dice anche che F vale P/v, cioè:

F = 0.5 * rho * Cx * A * v^2 + m *g * Crr

Ma è anche vero che dividendo una potenza P espressa in Watt per una velocità V espressa in km/h si ottiene come unità di misura Wh/km, cioè i consumi; tenendo conto del fatto che nelle formule di P e F la velocità va messa in metri/secondo invece che in km/h, basta considerare il fattore di conversione 3.6 tra i due (m/s * 3.6 = km/h) per ricavare i consumi dalla forza; ad esempio, a 129 km/h (ultima riga della tabelal sopra), i 733 Newton di forza corrispondono a 733/3.6 = 203.6 Wh/km.

Se andiamo a tabellare le autonomie che si ottengono per vari valori di Crr, otteniamo questa tabella, che indica l’autonomia di un ipotetico veicolo con batteria da 50 kWh, peso di 1500 kg, Cx=0.34 e area frontale pari a 2.2 m2:

km/hAsciuttoP1P2P3P4
30 km/h        1.005           928           863           806           756
50 km/h           762           717           678           642           610
70 km/h           559           535           513           492           473
90 km/h           413           400           387           375           364
110 km/h           311           304           296           289           282
130 km/h           240           236           231           227           223

Versione in formato immagine:

Graficando questi dati si ottiene l’immagine di inizio articolo:

I 4 livelli di pioggia si riferiscono a pneumatici generici adatti a qualunque stagione (denominati SRTTD nella ricerca originale, v. fonti):

Si può osservare che, oltre gli 0.8mm di spessore, l’effetto del velo d’acqua sull’asfalto sull’attrito delle ruote non aumenta più.

Per pneumatici invernali i valori di Crr sono molto diversi: si va da 0.016 già con strada asciutta, addirittura a 0.025 con pioggia battente:

Per gli pneumatici invernali si nota che all’aumentare della pioggia l’attrito non si assesta su un valore costante ma continua ad aumentare fino a 0.8mm, e presumibilmente oltre.

Considerando che per confrontare l’incremento del contributo ai consumi dovuto all’attrito delle ruote in due situazioni basta dividere i Crr dei due casi, è facile calcolare che con le gomme invernali tale incremento vale, tra asciutto e molto bagnato, 0.025/0.016 = 1.67, cioè +67%, ma parliamo addirittura di un +150% tra gomme invernali con pioggia e gomme generiche su asciutto (0.025/0.010=2.5).

Queste percentuali vanno moltiplicate per la percentuale di contributo a una data velocità; ad esempio, considerando che a 65 km/h il contributo viene al 50% dall’aria e al 50% dalle ruote, con ruote invernali sotto la pioggia si ha (150% * 50%) = 75% di consumo globale in più.

Quest’unica immagine riassume l’intero articolo:

Fonti

Note

(*) Solo quello di rotolamento, non quello statico, che invece diminuisce, rendendo la strada più scivolosa

Barche elettriche

23 Feb

In questo blog ho trattato mezzi elettrici di ogni tipo… ma non mi erano ancora mai capitate le imbarcazioni.

Ecco invece apparire un lungo e completo articolo sul retrofit elettrico per barche, da cui traggo qualche dato che potrebbe essere utile a qualche “avventuroso convertitore elettrico”. Naturalmente ci sono i “soliti” errori su kW e kWh e sulla resa dei pannelli solari, però c’è una tabella dei consumi che è interessante confrontare coi consumi dei mezzi terrestri:

  • Bici: 0.008 kWh/km
  • Ciclomotore: 0.035 kWh/km
  • Moto: 0.060 kWh/km
  • Minicar: 0.100 kWh/km
  • Automobile: 0.150 kWh/km
  • Autobus: 1.0 kWh/km

Convertendo i valori da miglia nautiche (nm –  nautical miles) a km (1 nm = 1.85 km) si ha:

tabella consumi barca 50 piedi

Aggiungendo al grafico dei veicoli terrestri quello della barca da 50 piedi riportata nell’articolo si ottiene questo grafico:

 

Chiaramente la densità enormemente maggiore dell’acqua rispetto all’aria comporta consumi enormemente più alti.

Per quanto riguarda la faccenda dei pannelli solari citata nell’articolo: loro dicono che con 4 metri quadri di pannelli con efficienza del 18% (=720Wp) possono produrre 5 kWh/giorno d’estate nel Mediterraneo, ma purtroppo le cose sono molto diverse, per i motivi approfonditi in altro articolo; qui ci limitiamo a citare la “regola d’oro” per gli impianti solari italiani:

1 kWp produce 2 kWh al giorno d’inverno e 4 kWh/giorno d’estate (latitudine di Roma)

Questo significa che gli 0.72 kWp produrrebbero 1.44 kWh/giorno d’inverno e 2.88 kWh/giorno d’estate… ma solo se i pannelli fossero costantemente esposti a sud e inclinati di 35°, cosa che è ovviamente impossibile in un veicolo in movimento; ipotizzando che la resa scenda all’80% di questi valori, si avrebbero 1.2 kWh/g e 2.4 kWh/g; incrociando i dati con quelli della tabella sopra, alle varie velocità si avrebbero queste percorrenze:

autonomia barca 50 piedi

Non ho idea di quali siano le necessità di percorrenza giornaliera e di velocità di un 50 piedi, però diciamo che se si vuole solo fare un giretto sottocosta a 8-10 km/h, in estate un tetto di 4-5 m2 di pannelli solari sembrerebbe sufficiente…. a patto di caricare  la batteria il giorno precedente, perchè andando a 8 km/h, 15 km si percorrono in 2 ore, e in 2 ore si ricaricano forse 2-3 km.

Costi di ricarica

8 Ott confronto costi di ricarica benzina/elettrico

Un comodo grafico per confrontare a colpo d’occhio quanto costa utilizzare un’auto elettrica rispetto a un’auto a benzina/diesel:

confronto costi di ricarica benzina/elettrico

confronto costi di ricarica benzina/elettrico

confronto costo ricarica colonnine pieno benzina

 

Risulta evidente che la ricarica domestica con tariffa bioraria 0.06/0.20 euro/kWh è molto più conveniente della costosa ricarica pubblica, che rende invece i costi di utilizzo paragonabili a quelli di un’auto a benzina.

Il grafico è calcolato considerando un consumo di 0.150 kEh/km, consumo tipico di un’auto elettrica; questa pagina interattiva permette di personalizzare i dati in modo da effettuare un confronto più accurato caso per caso.

 

Quest’altro grafico è un po’ più complicato da consultare perchè ha due assi verticali, però è valido per qualunque prezzo dei kWh, indicati sull’asse verticale destro: partendo con una linea orizzontale e procedendo verso sinistra, quando si incontra una linea nera si può dedurre a che consumi di un’auto a benzina corrisponde quel prezzo per kWh:

confronto costo ricarica colonnine pieno benzina

Ad esempio, un costo di 0,60 E/kWh corrisponde a:

  • Auto da 15 km/L (linea con cerchi) ad un costo di 1,3 Euro/Litro per la benzina.
  • Auto da 20 km/L (linea con triangoli) ad un costo di 1,7 Euro/Litro per la benzina.

La ricarica domestica è ben lontana dai costi di qualunque auto a benzina, anche se il carburante costasse un euro al litro.

Campionato Italiano Energie Alternative

4 Mag

In italia esiste una competizione chiamata “Campionato Italiano Energie Alternative”, che vede partecipare esclusivamente veicoli ecologici, anche se non necessariamente full-electric.

Nell’ambito di questo campionato si svolge l’evento “Aci Sport – smartEQ fortwo e-cup 2019“, iniziato sabato 4 maggio 2019.

Questo documento viene usato per calcolare l’inquinamento dei veicoli che partecipano al Campionato (link preso da qui); dentro c’è questa tabella, calcolata sulla base di un report ufficiale dell’unione europea, citato nel documento stesso, il JRC WELL-TO-TANK (WTT) REPORT:

Quindi per sapere quanta CO2 produce un’auto in gara, basta moltiplicare le “unità di carburante” consumate per i rispettivi valori nell’ultima colonna.

Ogni gara si articola in 4 manche da 100 km ciascuna.

Il regolamento dice:

Il calcolo del consumo sarà determinato da:

● kWh immessi nella vettura durante le fasi di ricarica prima della partenza dell’ultima Manche.

● Litri di benzina immessi nei serbatoi nel rifornimento finale.

● Kg di metano/biometano secondo quanto determinato nell’allegato 3 – Serbatoi Gassosi

Se per esempio un’auto elettrica consuma 10 kWh per fare 100 km, significa che ha prodotto 10×507.96/100 = 50.8 grammi di CO2. Un’auto a benzina per coprire la stessa distanza consumerà sui 7 litri di benzina, cioè 196,2 g Co2 per km.

Interessante notare che il report su cui si basano tutti i calcoli è del 2014 ed è basato sul presupposto che le auto elettriche abbiano solo 120 km di autonomia e che ne avranno al massimo 200 nel 2020.

Confronto Formula 1 – Formula E

29 Apr

Tutti i dati di cui avete bisogno per poter confrontare Formula 1 e Formula E

 

In breve

 

Formula 1 Formula E Auto elettrica
di serie
Unità di misura
Potenza 710 250 100 kW
Peso auto+pilota+carburante 702 900 1300 kg
Densità di potenza 1000 277 76 kW/ton
Energia a bordo 1400 54 50 kWh
Energia utilizzabile (Nota 14) 350 48 45 kWh
Accelerazione 0-100 2.1 2.8 12 secondi
Velocità max 380 280 140 km/h
Velocità media 247 120 km/h
Rumorosità 134 80 dB
Consumi 4.70 0.60 0.15 kWh/km
Consumi teorici (Nota 14) 1.14 0.53 0.15 kWh/km
Lunghezza circuito 3.0-5.0 2.5-3.0 km
Lunghezza totale gara 305 90 km
Durata max gara 120 45 minuti

 

 

 

 

Dettagli

Formula 1:

  • Peso carburante: max 110 kg per gara  (3)
  • Flusso carburante max: 100 kg/h (4)
  • Durata gara: 75-120 min (10)
  • Tempo-giro tipico: 1′ 30s
  • Lunghezza tipica circuito: 3-5 km
  • Lunghezza totale gara: 305 km (6)
  • Velocità media: 247 km/h (11)
  • Lunghezze dei circuiti:  https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Formula_One_circuits
  • Risultati: https://it.motorsport.com/f1/results/2018/
  • Peso motore: 145 kg (12)
  • Potenza motore: 920 CV , 708 kW(12)
  • Densità potenza motore: 4.88 kW/kg
  • Densità potenza auto: = ~ 1000 W/kg
  • Densità di potenza auto di serie: 100 W/kg
  • Consumi:
    • 1 kg = 1,3L (9)
    • 1 L = 9.4 kWh (8.9-10 tra benzina e diesel) (13)
    • max 110 kg (143 L)
    • Lunghezza gara: 305-308 km
    • Energia max imbarcabile: 1430 kWh
    • Consumi massimi: 4.68 kWh/km

 

Formula E:

  • Peso auto+pilota + batteria: 900 kg
  • Peso batteria 2019: 385 kg (2018: 320 kg)
  • Energia 2019: 54 kWh (2018: 28 kWh)
  • Densità energetica batteria 2019:  140 Wh/kg (2018: 87,5 Wh/kg)
  • Densità di potenza auto: 277 W/kg
  • Densità di potenza auto di serie: 100 W/kg
  • Durata gara: 45 min
  • Lunghezza tipica circuito: 1.9-3.4 km (7)
  • Consumi energetici (dati):
    • Batteria: 54 kWh
    • Velocità media: 120 km/h
    • Tempo-giro tipico: 1′ 10s
    • Lunghezza tracciato: 2.5-3.0 km
    • Lunghezza gara: 80-90 km
    • Consumo: 0.6 kWh/km

 

Fonti

(1) https://it.wikipedia.org/wiki/Vettura_di_Formula_1

(2) https://it.wikipedia.org/wiki/Motori_di_Formula_1

(3) https://www.formulapassion.it/manifestomotore/gianluca-calvaresi/regolamento-tecnico-f1-2019-vetture-piu-lunghe-e-pesanti-404995.html

(4) https://www.fia.com/regulation/category/110

(5) https://f1grandprix.motorionline.com/f1-formula-1-vs-formula-e-le-differenze-tra-le-due-categorie/

(6) https://en.wikipedia.org/wiki/Formula_One_racing

(7) https://en.wikipedia.org/wiki/Formula_E

(8) https://www.fiaformulae.com/en/discover/cars-and-technology  (Gen1 vs Gen2)

(9) https://motori.fanpage.it/ibride-e-veloci-ecco-quanto-consumano-le-formula-1-moderne/

(10) https://it.wikipedia.org/wiki/Gran_Premio_di_Formula_1#La_durata,_la_distanza_e_la_safety_car

(11) https://it.wikipedia.org/wiki/Statistiche_di_Formula_1#Record_di_velocit%C3%A0

(12) https://it.motorsport.com/f1/news/scheda-tecnica-della-renault-rs19-la-power-unit-2019-ha-piu-di-950-cavalli/4336351/

(13) http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0033:IT:NOT

(14) Considerando efficienza totale del 25% per la Formula1 e del 90% per la Formula E

(calc) Calcolato qui

 

Quanto inquinamento in più andando a 150 km/h invece che 130?

13 Feb

E’ attualmente in discussione alla Camera la possibilità di elevare i limiti di velocità da 130 a 150 km/h su “certe” autostrade.

Lasciando stare le questioni politiche, che non vengono trattate in questo blog, limitiamoci alle questioni scientifiche. Qualcuno dice che l’aumento di inquinamento dovuto al passaggio da 130 a 150 è trascurabile.

La scienza cosa dice?

Dice che l’energia necessaria per muovere un’auto a una certa velocità per 1 ora è data (approssimativamente) dalla formula:

E = 0.0085 * v^3 + 40 * v

Con v = velocità in km/h ed E = energia in kWh

Più energia viene consumata, più inquinamento viene prodotto.

Come varia l’energia consumata viaggiando per un’ora a 130 km/h o 150 km/h?

  • E1 = 0.0085 * 130^3  + 40 * v= 24 kWh
  • E2 = 0.0085 * 150^3  + 40 * v = 34 kWh

Cioè andando a 130 km/h per un’ora si consumano 24 kWh, andando a 150 se ne consumano 34.

E’ però anche vero che andando a 150 invece che 130, un viaggio dura ovviamente meno tempo.

Considerando un viaggio di 1950 km (solo perchè è divisibile sia per 150 che per 130), otteniamo che i tempi per percorrerlo sono:

  • 130 km/h: 15 ore
  • 150 km/h: 13 ore

Consumi:

  • 130 km/h: 360 kWh
  • 150 km/h: 442 kWh

Quindi l’incremento dei consumi è del 22%.

 


Dati di base:

  • Densità aria = 1.2 kg/m3
  • Cx = 0.3
  • A = 2.2 m^2

 

  • m = 1500 kg
  • g = 9.81 m/s2
  • Crr = 0.01

 

  • P(aria) = 0.5 * rho * Cx * A * v^3
  • P(ruote) = 1500 * 9.81 * 0.01

 

  • 0.5 * rho * Cd * A / (3.6^3)  = 0.0085
  • m * g * Crr /3.6 = 40.6

 

Tutta la verità sul recupero di energia in frenata (“regen” o “frenata rigenerativa”)

6 Ott

–> vedi anche “Quanto è utile la rigenerazione di energia in frenata sui mezzi elettrici?


Questa ricerca, vecchia (1984) ma pur sempre valida (la fisica non invecchia!), mostra come sono distribuiti in percentuale i consumi di energia di un’auto a seconda del percorso:

aria/ruote/inerzia:

  • Traffico congestionato: 55%/14%/31%
  • Traffico urbano normale: 48%/36%/15%
  • Autostrada: 34%/63%/3%

L’unica parte di energia recuperabile è la terza, quella usata per vincere l’inerzia dell’auto; le altre componenti dovute all’attrito dell’aria e delle ruote vanno perse in calore.

Di questi 31%, 15% e 3%, solo il 90% è recuperabile per via dell’efficienza del sistema di recupero, il che significa che le percentuali diventano:

  • Traffico congestionato: 28%
  • Traffico urbano normale: 14%
  • Autostrada: 2.7%

Chiaramente si tratta di valori medi, ogni percorso è diverso e ogni veicolo è diverso, e la massa del veicolo influisce moltissimo sulla quantità di energia recuperabile, che sarà quindi molto maggiore in un camion o in un autobus (15 tonnellate, Cx=0,5 o 0,6) rispetto a uno scooter (300 kg incluso il guidatore, Cx=0,8) o a una bicicletta (80 kg incluso il guidatore, Cx=0,9).

In questi 3 casi, i risultati sarebbero all’incirca questi (efficienza di regen inclusa):

Distribuzione percentuale energia in ciclo FTP (aria/ruote/inerzia):

Percentuale di energia recuperabile in frenata/decelerazione in percorso urbano:

  • Autobus/camion: 44%
  • Auto: 37%
  • Moto: 15%
  • Bici: 3.9%

In autostrada le cose cambiano molto, perchè non si passa molto tempo ad accelerare e frenare, ma più che altro a correre, con questi risultati sulla distribuzione dell’energia:

  • Autobus/camion: 36/48/15 –> 14%
  • Auto: 54/36/10 –> 9 %
  • Moto: 87/12/1  –> 0.9%
  • Bici (!): 98/2/0.1 –> 0.09%

Per ottenere questi risultati ho inserito “valori tipici” dei vari tipi di veicolol veicolo in questo calcolatore online; i dati che servono sono:

Veicolo:

  • Massa (kg)
  • Area frontale (m^2) (6 m^2 autobus, 2.5 m^2 automobile, 0.8 scooter e bici)
  • Coefficiente aerodinamico (Cx o Cd o Cw) (adimensionale) (0.6 autobus, 0.3 automobile, 0.8 moto/bici)
  • Coefficiente attrito ruote (Crr o Nrr, in genere pari a 0.01 per le au, 0.005 per le bici)  (adimensionale)

Il calcolatore, anche se pensato per auto a benzina, in realtà è utile anche per auto elettriche (anzi, per qualunque veicolo con qualunque carburante), perchè  fornisce i 3 dati grezzi che possiamo chiamare:

  • energia aerodinamica
  • energia di attrito delle ruote
  • energia di inerzia

I cicli di test

La cosa interessante del sito è che si può specificare non solo il tipo di auto, ma anche il ciclo di test tra i vari disponibili in America ed Europa. Non è purtroppo presente il World harmonized Light-duty Test Cycle, WLTC per gli amici, che fa parte della complessa World harmonized Light-duty Test Procedure (WLTP), in vigore dal 1° settembre 2018, ma in teoria dovrebbe bastare copiarsi la pagina da qualche parte e aggiungere il file di testo che rappresenta il WLTP, magari un giorno o l’altro lo faccio.

I cicli di test sono molto diversi tra loro, come si può vedere nella panoramica qui sotto:

NEDC (Europa)

EPA FTP75 (urbano, USA)

EPA HWFET (Autostrada, USA)

Il nuovo ciclo WLTC (o meglio, uno dei tanti che la WLTP include) è invece fatto così:

Le differenze sono notevoli, e salta soprattutto all’occhio la schematicità e l’irrealismo dell’europeo NEDC; totalmente lontano dalla realtà, fu probabilmente impostato così per essere facilmente ripetibile meccanicamente e automaticamente anche al banco sul dinamometro, mentre gli altri cicli sono così complessi da richiedere un guidatore in carne ed ossa per essere implementati (almeno, un tempo, quando fu inventato, negli anni ’70, quando non esisteva nemmeno il commodore 64. Oggi la potenza di calcolo di un cellulare sarebbe più che sufficiente per controllare volante e acceleratore di un’auto in tempo reale per farla “guidare” sui rulli di un dinamometro)

La schematicità del NEDC ha quindi il grosso vantaggio della facile ripetibilità scientifica; sfortunatamente, il grosso svantaggio è che fornisce consumi del 30-40% più bassi del reale! Quindi, se è utile per confrontare due veicoli in modo oggettivo, è del tutto inutile per sapere quanto consuma in  realtà un’auto (a meno appunto di moltiplicare per 1.3 i risultati di consumo: se daè 5L/100 km, significa che in realtà sono 6.5, che espresso, all’inverso, in km/l, fa  rispettivamente 20 e 15 km/L.

Il “coasting” o “guida in folle”

Negli “ambienti elettrici” gira voce che guidare in folle faccia aumentare l’autonomia, ma la cosa è molto dibattuta: è vero? QUANTO è vero? è utile?

Vediamo cosa risponde la fisica, prima brevemente, poi con le spiegazioni:

  1. è vero? 
  2. QUANTO è vero?  Poco
  3. è utile? Quasi per niente
  1. E’ vero perchè se passiamo da 0 km/h a  100 km/h  e poi di nuovo a 0 km/h , possiamo percorrere il tratto in decelerazione in due modi: facendo rigenerare corrente al motore, o spegnendolo e andando in folle. Nel primo caso, quel 41% di “energia  di inerzia” torna in parte nella batteria: “in parte” perchè la rigenerazione ha un’efficienza del 90%, e il 90% di 41% è quel 37% visto prima; quando poi riutilizziamo questo 37% rimandandolo alle ruote, per via dell’efficienza del 90% del motore non ci tornerà tutto, ma solo, di nuovo, il 90%; e il 90% del 37% è il 33%.
    Forse si capisce meglio con questo schema:

    Lo schema evidenzia anche la pericolosità intrinseca del viaggiare senza freno a pedale e senza freno motore, il che rende necessario usare comunque i freni, diciamo per il 50% del tempo, riducendo così alla fine l’energia risparmiabile a un misero 4%, a discapito della sicurezza di guida.
  2. Quindi è vero che si risparmia energia andando in folle rispetto a usare freno motore e frenata rigenerativa, ma se ne risparmia davvero poca.
  3.  Quanto all’utilità: rischiare tamponamenti o incidenti per risparmiare il 4% di energia, che su un’auto da 300 km equivale a 10-12 km, mi pare una cosa davvero poco utile, soprattutto in considerazione della pericolosità della guida in folle (chissà perchè l’avranno chiamata così…).

Consumi da fermo e distribuzione dell’energia in un veicolo

12 Ago

Ci siete mai chiesto quanto consuma un’auto ferma al semaforo?

Questa vecchia ricerca del 1984 risponde a questa curiosa domanda, riassumendo i dati in questa tabella:

Da 0,787 a 1,45 litri di carburante l’ora, a seconda della cilindrata.

Considerando che ogni litro di benzina  contiene circa 10 kWh di energia, significa da 7,87 a 14,5 kWh consumati in un’ora (o un assorbimento istantaneo di 7,87-14,5 kW). Un’auto elettrica da ferma consuma solo per via dei servizi ausiliari: fari, pompa del servofreno, pompa del servosterzo, autoradio, per un totale stimabile in 0,3-0,5 kW. Nella tabella sopra non sono inclusi i consumi extra dovuti ad aria condizionata o riscaldamento, che arrivano ad assorbire fino a 6-7 kW, che vorrebbe dire 6-7kWh consumati in un’ora, cioè circa  0,6-0,7 litri di carburante.

Quest’altra tabella mostra come si ripartisce l’energia nel ciclo “centro storico” (CBD), urbano ed extaurbano, evidenziano come nei tre casi la percentuale di energia recuperabile tramite frenata rigenerativa sia  rispettivamente del 31%, 16% e 3%:

Un dato molto difficile da trovare in letteratura, e più difficile ancora da calcolare a mano, è il contributo alla massa inerziale dato dalla presenza di masse rotanti (ruote, albero di trasmissione, motore, volano,…); quest’altro documento a p.20 afferma che si può stimare il contributo delle masse rotanti in un 4% della massa totale del veicolo, mentre di per sè la “massa rotazionale” o “massa equivalente” di una ruota (cerchione + pneumatico) è pari al 50% della massa della ruota stessa.

La distribuzione di contributi alla massa equivalente complessiva è (link):

  • Ruote e assi: 78%
  • Albero di trasmissione: 1.5%
  • Motore: 6%
  • Volano e frizione: 14.5%

Un calcolo più preciso si può fare considerando l’inerzia complessiva di un oggetto rotolante (una ruota), che è data dalla somma dell'”forza di inerzia lineare” e della “forza di inerzia circolare”:

Fi = m*a + I/R  * α

  • m= massa [kg]
  • a= acceleraziome lineare [m/s2]
  • α = accelerazione angolare [rad/s2]
  • I = Momento di inerzia [kg*m2]
  • R = raggio [m]

Quindi: kg * m /s2 + kg * m2 /m   * rad/s2   = kg * m / s2

La faccenda si fa ancora più complessa in inglese perchè l'”inerzia” di un corpo in movimento lineare si traduce in “momentum”, mentre in italiano il “momento” riguarda il moto circolare, maquesto blog divulgativo non è la sede più adatta per approfondire l’argomento, pena fuga in massa dei lettori… 🙂 . Qui c’è un’ottima spiegazione (p.21)

 

 

 

 

 

 

Effetti della temperatura sull’autonomia della Nissan Leaf

7 Mar

Da http://insideevs.com/real-world-nissan-leaf-fleet-data-reveals/?utm_source=feedburner&utm_medium=email&utm_campaign=Feed%3A+InsideEvs+%28Inside+EVs%29

 

Consumi reali Nissan Leaf USA

Consumi reali Nissan Leaf USA

Variazione consumi Nissan Leaf con temperatura

Variazione consumi Nissan Leaf con temperatura

I grafici mostrano i dati reali ricavati da una flotta di Nissan Leaf nel corso di 7000 viaggi.

I grafici confermano quanto già noto: aria condizionata e riscaldamento sottraggono circa il 30% dell’autonomia totale.