HOPE SERGIO BRONDIN DUE CARRARE PADOVA _ ITALIA AUTO DIESEL 2400 cc ANALISI FRATELLI UMANI
pag 1 1) Analizziamo un' auto di alta cilindrata ciclo Diesel Volvo V 70 2.4 D5 Momentum Dati: a) Motore 5 cilindri in linea anteriore trasversale Alesaggio 81 mm Corsa 93.2 mm Cilindrata 2401 cc Compressione 17,3 : 1 Potenza max 136 Kw a 4000 giri/min Coppia max 400 Nm a 2000 giri/min Iniezione Diretta Common Rail TurboCompressore e InterCooler giri/min Potenza Kw Coppia Nm 1000 20 186 1500 55 356 2000 83 400 2500 105 400 3000 123 390 3500 134 360 4000 136 325 b) Combustibile : Gasolio Peso Specifico γg = 0.835 Kg/l Potere Calorifico Inferiore Pci = 8520 Kcal/l Aria Comburente Necessaria 14 KgAria/KgGasolio Aria a 15 C e 760 mmhg Peso Specifico dell' Aria γa = 1.2255 Kg/m³ Densità ρ = 0.125 Kg* s² / m⁴ Prodotti della Combustione per ogni Kg di Gasolio 3.2 Kg di CO2 / Kg di Gasolio 1.2 Kg di H2O / Kg di Gasolio 10.6 Kg di Azoti / Kg di Gasolio 0.18 Kg di Argo / Kg di Gasolio
pag 2 c) Cambio di Velocità Marcia Rapporto al Cambio Rapporto Coppia Finale Riduzione Totale 1ª 3.385 4 13.54 2ª 1.905 4 7.62 3ª 1.194 4 4.776 4ª 0.868 4 3.472 5ª 0.652 4 2.608 6ª 0.54 4 2.16 RM 3.231 4 12.924 d) Trazione Anteriore Ripartizione 59% Anteriore 41% Posteriore e) Pneumatici 225 / 50 R 17 94 W Pressione Portata Pressione Portata Pressione Portata Kg/cm² Kg Kg/cm² Kg Kg/cm² Kg 1.83 515 2.11 585 2.39 635 1.9 530 2.18 590 2.46 650 1.97 540 2.25 605 2.53 670 2.04 560 2.32 625 3.58 670 Il diametro esterno De = 22.5 * 0.5 * 2 + 17 * 2.54 = 65.68 cm Il raggio esterno Re = De / 2 = 32.84 cm
pag 3 f) Dimensioni - Lunghezza - Larghezza - Altezza - Passo 4823 mm 1861 mm 1547 mm 2820 mm g) Area Frontale Penetrante A = 1.861 * 1.547 * 85 / 100 = 2.447 m² h) Coefficiente di Penetrazione Cx = 0.31 i) Massa della Vettura - di calcolo 1868 Kg - a Vuoto 1704 Kg l) Dati Sensibili Consumo a 90 Km/h 19.2 Km/l Consumo a 100 Km/h 16.9 Km/l Consumo a 130 Km/h 12.2 Km/l Consumo a 150 Km/h 10.2 Km/l Max V = 214 Km/h ( 59.45 m/s ) Dichiarato Resistenza a 100 Km/h 18.37 Kw presunto Rendimento a 100 Km/h 33.5% presunto
pag 4 2) Iniziamo da qui i calcoli necessari in questa fase - La massa della vettura considerata è di 1868 Kg ripartiti al 59% all'anteriore e 41% al posteriore. - Il carico all'anteriore vale : Qa = 1868 * 59 / 100 = 1102 Kg che agirà su ogni ruota con un carico Pa = Qa / 2 = 551 Kg - Il carico al posteriore vale : Qp = 1868 * 41 / 100 = 766 Kg che agirà su ogni ruota con un carico Pp = Qp / 2 = 383 Kg Al punto (1e) vediamo che per questi carichi basta una pressione di gonfiaggio di 2.04 Kg/cm². Per avere un migliore rotolamento usiamo una pressione di gonfiaggio di 2.18 (Portata 590 Kg ) - Facciamo un riepilogo dei dati : * Qa = 1102 Kg * Pa = 551 Kg * Qp = 766 Kg * Pp = 383 Kg * p = 2.18 Kg/cm² - Avremo al suolo le seguenti impronte : * All'anteriore Sa = Pa / p = 551 / 2.18 = 252.76 cm² * Al posteriore Sp = Pp / p = 383 / 2.18 = 175.69 cm² -Calcoliamo ora il raggio reale di rivoluzione dei pneumatici * Pneumatico 225 / 50 R 17 94 W * Raggio Esterno Pneumatico Re = 32.84 cm * Larghezza del pneumatico b = 22.5 cm * Impronta all'anteriore Sa = 252.76 cm * Impronta al posteriore Sp = 175.69 cm
pag 5 R = Raggio Reale di Rivoluzione della Ruota Considero portanti i 4/5 della larghezza del Pneumatico
pag 6 - All'anteriore Sa = a * 4/5 b a = ( 5 * Sa ) / (4 * b ) a = 5 * 252.76 / 4 * 22.5 = 14 cm a / 2 = 7 cm Il raggio reale di rivoluzione della ruota anteriore che è pure MOTRICE vale : R = Rm = ² [Re² - ( a/2 )²] = ² (32.84² - 7²) = 32 cm Ogni giro della ruota si percorreranno : Lr = 2 * π * Rm = 2 * π * 32 = 201.6 cm = 2.016 m/giro - Al posteriore Sp = a * 4/5 b a = ( 5 * Sp ) / ( 4 * b ) a = 5 * 175.69 / 4 * 22.5 = 9.76 cm a / 2 = 4.88 cm Il raggio reale di rivoluzione della ruota posteriore vale : R = Rp = ² [Re² - ( a/2 )²] = ² (32.84² 4.88²) = 32.475 cm 3) Calcoliamo ora la Forza resistente al Rotolamento Per fare questo abbiamo bisogno di conoscere il raggio del mozzo della ruota Considero tale raggio r = 3 cm Ordiniamo i dati necessari - all'anteriore: + Carico all'anteriore Qa = 1102 Kg + Raggio all'anteriore Rm = 32 cm + Raggio del perno r = 3 cm - al posteriore: + Carico al posteriore Qp = 766 Kg + Raggio al posteriore Rp = 32.475 cm + Raggio del perno r = 3 cm - coefficienti + x = 0.4 Rotolamento Gomma / Asfalto + µ = 0.02 Attrito cuscinetti a rulli / Perno + φ = 1.15 di Planarità della strada ( ondulazioni )
pag 7 - Le Forze resistenti al Rotolamento * All'anteriore : Fra = Qa * ( x + μ * r ) * φ / Rm = = 1102 * ( 0.4 + 0.02 * 3 ) * 1.15 / 32 = 18.22 Kg * Al posteriore : Frp = Qp * ( x + μ * r ) * φ / Rp = = 766 * ( 0.4 + 0.02 * 3 ) * 1.15 / 32.475 = 12.48 Kg Lo sforzo totale al rotolamento Fr = Fra + Frp = 18.22 + 12.48 = 30.7 Kg +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 4) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 100 Km/h ( 27.78 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 100 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m² V = Velocità del veicolo = 27.78 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 27.78² = 36.6 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg
pag 8 La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N100 = ( Fv + Fr ) * V / ( 102 * ηm ) = = ( 36.6 + 30.7 ) * 27.78 / ( 102 * 0.86 ) = 21.32 Kw - Per fare 100 Km in 1 h alla velocità di 100 Km/h occorre impegnare 21.32 Kw * 1 h = 21.32 Kwh pari a 21.32 * 1000 / 100 = 213.2 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 100 Km in 1 h alla velocità di 100 Km/h saranno necessarie : 21.32 * 860 = 18336 Kcal / 100 Km Nella realtà a questa velocità si percorrono 16.9 Km con 1 litro di Gasolio. Occorreranno perciò 100 / 16.9 = 5.92 litri di Gasolio/100 Km poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l abbiamo dovuto usare realmente 5.92 * 8520 = 50438 Kcal / 100 Km pari a 50438 / 100 = 504 Kcal / Km Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/100 Km Kcal/100 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 21.32 18336 213.2 ----------- Usati ---------- 50438 ---------- 504 Avremo un rendimento termico ηte = 18336 / 50438 = 0.3635 36.35 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86 avremo un rendimento totale ηt = 0.3635 * 0.86 = 0.3152 31.26 %
pag 9 Per questa velocità ( 100 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 36.6 + 30.7 = 67.3 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 67.3 * 0.32 = 21.54 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 21.32 Kwh/100 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 100 Km in 1 h alla velocità di 100 Km/h. 21.32 Kwh / 1h = 21.32 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna. + 18336 Kcal / 100 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento. + 50438 Kcal / 100 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 18336 Kcal ne sono state usate 50438 Kcal.
pag 10 La quantità Q = 50438 Kcal / 100 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 50438 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 50438 / (0.238 * 1) = 211924 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 211924 / 1.2255 = 172929 m³ pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 17.3 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 211924 / 100 = 2119 Kg di Aria / Km 172929 / 100 = 1729 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale + 213.2 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 21.32 Kw fosse elettrico. + 504 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità.
pag 11 --Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 100 Km in 1h alla velocità di 100 Km/h occorrono 5.92 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 5.92 * 0.835 = 4.943 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto (1b ), per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 4.943 * 14 = 69.2 Kg di Aria pari a 69.2 / 100 = 0.692 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 4.943 Kg di Gasolio con 69.2 di Aria si produrranno : + 3.2 * 4.943 = 15.82 Kg di CO2 / 100 Km ( 158.2 g / Km ) + 1.2 * 4.943 = 5.93 Kg di Acqua ( H2O ) / 100 Km + 10.6 * 4.943 = 52.4 Kg di Azoti / 100 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 4.943 = 0.89 Kg di Argo / 100 Km ------------------------------------------------------------------------------5) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 90 Km/h ( 25 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 90 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m² V = Velocità del veicolo = 25 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 25² = 29.64 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg
pag 12 La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N90 = ( Fv + Fr ) V / 102 * ηm = = ( 29.64 + 30.7 ) * 25 / 102 * 0.86 = 17.2 Kw - Per fare 90 Km in 1 h alla velocità di 90 Km/h occorre impegnare 17.2 Kw * 1 h = 17.2 Kwh pari a 17.2 * 1000 / 90 = 191 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 90 Km in 1 h alla velocità di 90 Km/h saranno necessarie : 17.2 * 860 = 14792 Kcal / 90 Km Nella realtà a questa velocità si percorrono 19.2 Km con 1 litro di Gasolio. Occorreranno perciò 90 / 19.2 = 4.69 litri di Gasolio/90 Km poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l abbiamo dovuto usare realmente 4.69 * 8520 = 39959 Kcal / 90 Km pari a 39959 / 90 = 444 Kcal / Km Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/90 Km Kcal/90 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 17.2 14792 191 ----------- Usati ---------- 39959 ---------- 444 Avremo un rendimento termico ηte = 14792 / 39959 = 0.3702 37.02 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86 avremo un rendimento totale ηt = 0.3702 * 0.86 = 0.3183 31.83 %
pag 13 Per questa velocità ( 90 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 29.64 + 30.7 = 60.34 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 60.34 * 0.32 = 19.31 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 17.2 Kwh/90 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 90 Km in 1 h alla velocità di 90 Km/h. 17.2 Kwh / 1h = 17.2 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna. + 14792 Kcal / 90 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento. + 39959 Kcal / 90 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 14792 Kcal ne sono state usate 39959 Kcal.
pag 14 La quantità Q = 39959 Kcal / 90 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 39959 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 39959 / (0.238 * 1) = 167895 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 167895 / 1.2255 = 137001 m³ pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 13.7 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 167895 / 90 = 1865 Kg di Aria / Km 137001 / 90 = 1522 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale + 191 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 17.2 Kw fosse elettrico. + 444 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità.
pag 15 --Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 90 Km in 1h alla velocità di 90 Km/h occorrono 4.69 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 4.69 * 0.835 = 3.92 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto 1b, per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 3.92 * 14 = 54.9 Kg di Aria pari a 54.9 / 90 = 0.61 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 3.92 Kg di Gasolio con 54.9 di Aria si produrranno : + 3.2 * 3.92 = 12.6 Kg di CO2 / 90 Km ( 139.4 g / Km ) + 1.2 * 3.92 = 4.7 Kg di Acqua ( H2O ) / 90 Km + 10.6 * 3.92 = 41.6 Kg di Azoti / 90 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 3.92 = 0.7 Kg di Argo / 90 Km -----------------------------------------------------------------------------6) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 130 Km/h ( 36.12 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 130 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m² V = Velocità del veicolo = 36.12 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 36.12² = 61.86 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg
pag 16 La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N130 = ( Fv + Fr ) * V / ( 102 * ηm ) = = ( 61.86 + 30.7 ) * 36.12 / ( 102 * 0.86 ) = 38.12 Kw - Per fare 130 Km in 1 h alla velocità di 130 Km/h occorre impegnare 38.12 Kw * 1 h = 38.12 Kwh pari a 38.12 * 1000 / 130 = 293.3 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 130 Km in 1 h alla velocità di 130 Km/h saranno necessarie : 38.12 * 860 = 32784 Kcal / 130 Km Nella realtà a questa velocità si percorrono 12.2 Km con 1 litro di Gasolio. Occorreranno perciò 130 / 12.2 = 10.66 litri di Gasolio/130 Km poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l abbiamo dovuto usare realmente 10.66 * 8520 = 90823 Kcal / 130 Km pari a 90823 / 130 = 699 Kcal / Km Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/130 Km Kcal/130 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 38.12 32784 293.3 ----------- Usati ---------- 90823 ---------- 699 Avremo un rendimento termico ηte = 32784 / 90823 = 0.361 36.1 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86 avremo un rendimento totale ηt = 0.361 * 0.86 = 0.31 31 %
pag 17 Per questa velocità ( 130 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 61.86 + 30.7 = 92.56 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 92.56 * 0.32 = 29.62 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 38.12 Kwh/130 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 130 Km in 1 h alla velocità di 130 Km/h. 38.12 Kwh / 1h = 38.12 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna. + 32784 Kcal / 130 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento. + 90823 Kcal / 130 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 32784 Kcal ne sono state usate 90823 Kcal.
pag 18 La quantità Q = 90823 Kcal / 130 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 90823 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 90823 / (0.238 * 1) = 381609 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 381609 / 1.2255 = 311390 m³ pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 31 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 381609 / 130 = 2935 Kg di Aria / Km 311390 / 130 = 2395 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale + 293.3 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 38.12 Kw fosse elettrico. + 699 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità.
pag 19 --Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 130 Km in 1h alla velocità di 130 Km/h occorrono 10.66 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 10.66 * 0.835 = 8.9 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto 1b, per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 8.9 * 14 = 124.6 Kg di Aria pari a 124.6 / 130 = 0.96 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 8.9 Kg di Gasolio con 124.6 di Aria si produrranno : + 3.2 * 8.9 = 28.5 Kg di CO2 / 130 Km ( 219 g / Km ) + 1.2 * 8.9 = 10.7 Kg di Acqua ( H2O ) / 130 Km + 10.6 * 8.9 = 94.34 Kg di Azoti / 130 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 8.9 = 1.6 Kg di Argo / 130 Km -----------------------------------------------------------------------------7) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 150 Km/h ( 41.67 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 150 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m² V = Velocità del veicolo = 41.67 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 41.67² = 82.33 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg
pag 20 La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N150 = ( Fv + Fr ) * V / ( 102 * ηm ) = = ( 82.33 + 30.7 ) * 41.67 / ( 102 * 0.86 ) = 53.69 Kw - Per fare 150 Km in 1 h alla velocità di 150 Km/h occorre impegnare 53.69 Kw * 1 h = 53.69 Kwh pari a 53.69 * 1000 / 150 = 358 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 150 Km in 1 h alla velocità di 150 Km/h saranno necessarie : 53.69 * 860 = 46174 Kcal / 150 Km Nella realtà a questa velocità si percorrono 10.2 Km con 1 litro di Gasolio. Occorreranno perciò 150 / 10.2 = 14.7 litri di Gasolio/150 Km poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l abbiamo dovuto usare realmente 14.7 * 8520 = 125244 Kcal / 150 Km pari a 125244 / 150 = 835 Kcal / Km Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/150 Km Kcal/150 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 53.69 46174 358 ----------- Usati ---------- 125244 ---------- 835 Avremo un rendimento termico ηte = 46174 / 125244 = 0.3687 36.87 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86 avremo un rendimento totale ηt = 0.3687 * 0.86 = 0.317 31.7 %
pag 21 Per questa velocità ( 150 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 82.33 + 30.7 = 113 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 113 * 0.32 = 36.17 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 53.69 Kwh/150 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 150 Km in 1 h alla velocità di 150 Km/h. 53.69 Kwh / 1h = 53.69 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna. + 46174 Kcal / 150 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento. + 125244 Kcal / 150 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 46174 Kcal ne sono state usate 125244 Kcal.
pag 22 La quantità Q = 125244 Kcal / 150 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 125244 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 125244 / (0.238 * 1) = 526235 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 526235 / 1.2255 = 429404 m³ pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 43 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 526235 / 150 = 3508 Kg di Aria / Km 429404 / 150 = 2863 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale + 358 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 53.69 Kw fosse elettrico. + 835 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità.
pag 23 --Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 150 Km in 1h alla velocità di 150 Km/h occorrono 14.7 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 14.7 * 0.835 = 12.27 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto 1b, per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 12.27 * 14 = 171.8 Kg di Aria pari a 171.8 / 150 = 1.15 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 12.27 Kg di Gasolio con 171.8 di Aria si produrranno : + 3.2 * 12.27 = 39.3 Kg di CO2 / 150 Km ( 261.8 g / Km ) + 1.2 * 12.27 = 14.7 Kg di Acqua ( H2O ) / 150 Km + 10.6 * 12.27 = 130 Kg di Azoti / 150 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 12.27 = 2.2 Kg di Argo / 150 Km -------------------------------------------------------------------------------A questo punto sono curioso di conoscere i valori di Forza Coppia Potenza alla massima velocità dichiarata di 214 m/s ( 59.45 m/s ) e alle velocità di 70 Km/h ( 19.45 m/s ) e di 50 Km/h ( 13.89 m/s ). Sarà istruttivo conoscere i valori a 50 Km/h e 70 Km/h nella prospettiva di pensare questa auto a Trazione Elettrica a bassa velocità e corto/medio raggio. Per calcolare questi valori ci manca un dato fondamentale quale il consumo al Km a quelle velocità. Per calcolare questi valori ci appoggiamo ai rendimenti termici noti. I rendimenti termici noti sono: ηte = 0.3702 ------------- a 90 Km/h ηte = 0.3635 ------------- a 100 Km/h ηte = 0.361 ------------- a 130 Km/h ηte = 0.3687 ------------- a 150 Km/h
pag 24 Di solito il rendimento termico scende alla massima velocità e scende ancora di più andando verso le velocità minime. Sceglieremo perciò i seguenti rendimenti termici : ηte = 0.36 ---- alla massima velocità di 214 Km/h ηte = 0.355 ---- alla velocità di 70 Km/h ηte = 0.33 ---- alla velocità di 50 Km/h ------------------------------------------------------------------------------8) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 214 Km/h ( 59.45 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 214 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m² V = Velocità del veicolo = 59.45 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 59.45² = 167.6 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N214 = ( Fv + Fr ) * V / ( 102 * ηm ) = = ( 167.6 + 30.7 ) * 59.45 / ( 102 * 0.86 ) = 134.4 Kw
pag 25 - Per fare 214 Km in 1 h alla velocità di 214 Km/h occorre impegnare 134.4 Kw * 1 h = 134.4 Kwh pari a 134.4 * 1000 / 214 = 628 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 214 Km in 1 h alla velocità di 214 Km/h saranno necessarie : 134.4 * 860 = 115584 Kcal / 214 Km A questa velocità si presume un rendimento termico di ηte = 0.36 Occorreranno perciò 115584 * 100 / 36 = 321067 Kcal pari a 321067 / 214 = 1500 Kcal / Km inoltre poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l presumiamo di usare 321067 / 8520 = 37.7 litri di gasolio / 214 Km pari a 214 / 37.7 = 5.68 Km/l Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/214 Km Kcal/214 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 134.4 115584 628 ----------- Usati ---------- 321067 ---------- 1500 Avremo un rendimento termico ηte = 115584 / 321067 = 0.36 36 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86 avremo un rendimento totale ηt = 0.36 * 0.86 = 0.3096 30.96 %
pag 26 Per questa velocità ( 214 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 167.6 + 30.7 = 198.3 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 198.3 * 0.32 = 63.5 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 134.4 Kwh/214 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 214 Km in 1 h alla velocità di 214 Km/h. 134.4 Kwh / 1h = 134.4 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna. + 115584 Kcal / 214 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento. + 321067 Kcal / 214 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 115584 Kcal ne sono state usate 321067 Kcal.
pag 27 La quantità Q = 321067 Kcal / 214 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 321067 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 321067 / (0.238 * 1) = 1349021 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 1349021 / 1.2255 = 1100792 m³ pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 110 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 1349021 / 214 = 6304 Kg di Aria / Km 1100792 / 214 = 5144 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale + 628 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 53.69 Kw fosse elettrico. + 1500 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità.
pag 28 --Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 214 Km in 1h alla velocità di 214 Km/h occorrono 37.7 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 37.7 * 0.835 = 31.48 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto 1b, per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 31.48 * 14 = 440.7 Kg di Aria pari a 440.7 / 214 = 2.06 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 31.48 Kg di Gasolio con 440.7 di Aria si produrranno : + 3.2 * 31.48 = 100.8 Kg di CO2 / 214 Km ( 471 g / Km ) + 1.2 * 31.48 = 37.8 Kg di Acqua ( H2O ) / 214 Km + 10.6 * 31.48 = 333.7 Kg di Azoti / 214 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 31.48 = 5.67 Kg di Argo / 214 Km ---------------------------------------------------------------------------------9) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 70 Km/h ( 19.45 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 70 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m² V = Velocità del veicolo = 19.45 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 19.45² = 17.94 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg
pag 29 La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N70 = ( Fv + Fr ) * V / ( 102 * ηm ) = = ( 17.94 + 30.7 ) * 19.45 / ( 102 * 0.86 ) = 10.79 Kw - Per fare 70 Km in 1 h alla velocità di 70 Km/h occorre impegnare 10.79 Kw * 1 h = 10.79 Kwh pari a 10.79 * 1000 / 70 = 154 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 70 Km in 1 h alla velocità di 70 Km/h saranno necessarie : 10.79 * 860 = 9280 Kcal / 70 Km A questa velocità si presume un rendimento termico di ηte = 0.355 Occorreranno perciò 9280 * 100 / 35.5 = 26141 Kcal pari a 26141 / 70 = 373.5 Kcal / Km inoltre poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l presumiamo di usare 26141 / 8520 = 3.07 litri di gasolio / 70 Km pari a 70 / 3.07 = 22.8 Km/l Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/70 Km Kcal/70 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 10.79 9280 154 ----------- Usati ---------- 26141 ---------- 373.5 Avremo un rendimento termico ηte = 9280 / 26141 = 0.355 35.5 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86
pag 30 avremo un rendimento totale ηt = 0.355 * 0.86 = 0.3053 30.53 % Per questa velocità ( 70 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 17.94 + 30.7 = 48.64 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 48.64 * 0.32 = 15.6 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 10.79 Kwh/70 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 70 Km in 1 h alla velocità di 70 Km/h. 10.79 Kwh / 1h = 10.79 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna. + 9280 Kcal / 70 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento. + 26141 Kcal / 70 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna
pag 31 in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 9280 Kcal ne sono state usate 26141 Kcal. La quantità Q = 26141 Kcal / 70 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 26141 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 26141 / (0.238 * 1) = 109836 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 109836 / 1.2255 = 89625 m³ pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 9 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 109836 / 70 = 1569 Kg di Aria / Km 89625 / 70 = 1280 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale
pag 32 + 154 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 10.79 Kw fosse elettrico. + 373.5 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità. -- Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 70 Km in 1h alla velocità di 70 Km/h occorrono 3.07 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 3.07 * 0.835 = 2.56 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto 1b, per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 2.56 * 14 = 35.9 Kg di Aria pari a 35.9 / 70 = 0.513 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 2.56 Kg di Gasolio con 35.9 di Aria si produrranno : + 3.2 * 2.56 = 8.2 Kg di CO2 / 70 Km ( 117 g / Km ) + 1.2 * 2.56 = 3 Kg di Acqua ( H2O ) / 70 Km + 10.6 * 2.56 = 27.14 Kg di Azoti / 70 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 2.56 = 0.46 Kg di Argo / 70 Km -------------------------------------------------------------------------------10) Calcoliamo Forza-Coppia-Potenza necessarie alla Velocità di 50 Km/h ( 13.89 m/s ) - La resistenza opposta dal mezzo attraversato ( Aria ) per l'auto che viaggia a 50 Km/h vale : Fv = ½ * ρ * Cx * A * V² dove ρ = Densità dell'aria = 0.125 Kg*s² / m⁴ Cx = Coefficiente di Penetrazione = 0.31 A = Area Frontale Penetrante = 2.447 m²
pag 33 V = Velocità del veicolo = 13.89 m/s Fv = ½ * 0.125 * 0.31 * 2.447 * 13.89² = 9.15 Kg - Ricordando che lo sforzo totale al rotolamento vale: Fr = 30.7 Kg La Potenza necessaria a questa velocità considerando un rendimento meccanico ηm = 0.86 N50 = ( Fv + Fr ) V / ( 102 * ηm ) = = ( 9.15 + 30.7 ) * 13.89 / ( 102 * 0.86 ) = 6.31 Kw - Per fare 50 Km in 1 h alla velocità di 50 Km/h occorre impegnare 6.31 Kw * 1 h = 6.31 Kwh pari a 6.31 * 1000 / 50 = 126.2 Wh / Km poiché 1 Kwh = 860 Kcal per fare i 50 Km in 1 h alla velocità di 50 Km/h saranno necessarie : 6.31 * 860 = 5427 Kcal / 50 Km A questa velocità si presume un rendimento termico di ηte = 0.33 Occorreranno perciò 5427 * 100 / 33 = 16444 Kcal pari a 16444 / 50 = 329 Kcal / Km inoltre poiché ogni litro di Gasolio vale 8520 Kcal/l presumiamo di usare 16444 / 8520 = 1.93 litri di gasolio / 50 Km pari a 50 / 1.93 = 25.9 Km/l Possiamo ora stendere la seguente tabella di riepilogo ---------- Kwh/50 Km Kcal/50 Km Wh/Km Kcal/Km Necessari 6.31 5427 126.2 ----------- Usati ---------- 16444 ---------- 329
pag 34 Avremo un rendimento termico ηte = 5427 / 16444 = 0.33 33 % poiché abbiamo considerato un rendimento meccanico ηm = 0.86 avremo un rendimento totale ηt = 0.33 * 0.86 = 0.2838 28.38 % Per questa velocità ( 50 Km/h ) -- il Motore con la trasmissione devono esprimere i seguenti valori minimi: Rm = 32 cm = 0.32 m Forza minima necessaria F = Fv + Fr = 9.15 + 30.7 = 39.85 Kg Coppia minima necessaria M = F * Rm = 39.85 * 0.32 = 12.8 Kgm - Descriviamo ora i dati in tabella: + 6.31 Kwh/50 Km---è l'energia necessaria al veicolo per percorrere 50 Km in 1 h alla velocità di 50 Km/h. 6.31 Kwh / 1h = 6.31 Kw è la potenza necessaria al motore sia che sia Elettrico che a Combustione Interna.
pag 35 + 5427 Kcal / 50 Km---è una equivalenza da Kwh a Kcal per avere in Kcal il valore della energia necessaria per compiere questo lavoro.questa equivalenza è necessaria per calcolare il rendimento e le Kcal perdute. + 16444 Kcal / 50 Km---è l'energia termochimica fornita dal Gasolio bruciato nel motore a Combustione Interna in oggetto per compiere questo lavoro. Per compiere questo lavoro erano necessarie 5427 Kcal ne sono state usate 16444 Kcal. La quantità Q = 16444 Kcal / 50 Km Queste Kcal vanno perdute: + Parte nei gas di scarico. + Parte nel radiatore e poi espulse dall'aria. + Parte per irraggiamento del motore. Queste Kcal perciò vanno a riscaldare l'aria circostante. Vediamo per quanta aria -- viene elevata la temperatura di 1 C con questa quantità di Energia. Dalla formula Q = Cm * G * ( tf ti ) dove Q = Quantità di energia = 16444 Kcal Cm = Calore specifico medio dell'aria a Pressione Costante = 0.238 Kcal / Kg * C G = Peso di Aria scaldata -- Kg ( tf - ti ) = Differenza di temperatura = 1 C G = Q / [Cm * ( tf - ti ) ] = 16444 / (0.238 * 1) = 69092 Kg di Aria Dato che 1 m³ di Aria pesa 1.2255 Kg ( a 15 C e 760 mmhg ) saranno stati scaldati 69092 / 1.2255 = 56378 m³
pag 36 pari alla superficie di 1 Ettaro per una altezza di 5.6 m Ad ogni Km aumenteranno di 1 C 69092 / 50 = 1382 Kg di Aria / Km 56378 / 50 = 1127 m³ di Aria / Km Questi dati ci dicono chi e cosa produce il Riscaldamento Globale + 126.2 Wh / Km--- è il consumo al Km che si avrebbe se il motore da 6.31 Kw fosse elettrico. + 329 Kcal / Km è il consumo specifico reale, del motore a Combustione Interna in oggetto, a questa Velocità. -- Ora riportiamo in primo piano i litri di Gasolio consumati. Per fare 50 Km in 1h alla velocità di 50 Km/h occorrono 1.93 litri di Gasolio. Poiché 1 litro di Gasolio pesa 0.835 Kg ( vedi punto 1b ) occorreranno 1.93 * 0.835 = 1.62 Kg di Gasolio. Dai dati riportati al punto 1b, per bruciare 1 Kg di Gasolio occorrono 14 Kg di Aria. Servono in totale 1.62 * 14 = 22.7 Kg di Aria pari a 22.7 / 50 = 0.454 Kg di Aria / Km Dalla combustione di 1.62 Kg di Gasolio con 22.7 di Aria si produrranno : + 3.2 * 1.62 = 5.18 Kg di CO2 / 50 Km ( 103.7 g / Km ) + 1.2 * 1.62 = 1.95 Kg di Acqua ( H2O ) / 50 Km + 10.6 * 1.62 = 17.2 Kg di Azoti / 50 Km ( N2, Nox ) + 0.18 * 1.62 = 0.29 Kg di Argo / 50 Km ------------------------------------------------------------------------------- Stendiamo ora una tabella di riepilogo finale
pag 37 Velocità Km/h 50 70 90 100 130 150 214 Potenza Necessaria KW 6.31 10.79 17.2 21.32 38.12 53.69 134.4 Coppia Necessaria Kgm 12.8 15.6 19.31 21.54 29.62 36.17 63.5 Forza Necessaria Kg 39.85 48.64 60.34 67.3 92.56 113 198.3 Forza Dovuta al Rotolamento Kg 30.7 30.7 30.7 30.7 Forza Resistente dell'aria Kg 9.15 17.94 29.64 36.6 61.86 82.33 167.6 Energia Necessaria Wh/Km 126.2 154 191 Energia Usata Kcal/Km 329 373.5 444 504 Gasolio Litri/100 Km 3.86 4.39 5.21 30.7 30.7 30.7 213.2 293.3 358 628 699 835 1500 5.92 8.2 9.8 17.62 Rendimento Totale % 28.38 30.53 31.83 31.26 31 31.7 30.96 Aria Necessaria Kg/Km 0.454 0.513 0.61 0.692 0.96 1.15 2.06 835 1500 Calore Perduto Kcal/Km 329 373 Aumento 1 C Kg Aria/Km 1382 1569 1865 Aumento 1 C m³aria/km 1127 1280 1522 1729 2395 2863 5144 CO2 Prodotti g/km 103.7 117 Azoti Prodotti g/km 343.5 388 444 504 2119 2935 3508 6304 139.4 158.2 462 699 524 219 261.8 471 726 867 1560
pag 38 Vediamo ora, grazie al cambio di velocità, le Forze - Coppie Potenze ai vari numeri di giri espressi dal Motore. Caratteristiche del motore giri/min Potenza Kw Coppia Nm 1000 20 186 1500 55 356 2000 83 400 2500 105 400 3000 123 390 3500 134 360 4000 136 325 Caratteristiche del Cambio Marcia 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª RM Rapporto 13.54 7.62 4.8 3.47 2.6 2.16 12.92 130 150 214 Valori minimi necessari alle varie velocità Velocità Km/h 50 70 90 100 Potenza Necessaria KW 6.31 10.79 17.2 21.32 38.12 53.69 134.4 Coppia Necessaria Kgm 12.8 15.6 19.31 21.54 29.65 36.17 63.5 Forza Necessaria Kg 39.85 48.64 60.34 67.3 92.66 113 198.3
pag 39 Grafico delle Performance del motore Potenza max. 136 Kw a 4000 giri/min Coppia max. 400 Nm a 2000 giri/min
pag 40 Calcoliamo ora la massima velocità alle varie marce con il motore a 4000 giri/min. ( Ricordando che Rm = 0.32 m e Lr = 2.016 m/giro ) V = n * Lr * 60 / (1000 * τ ) dove 60 è per passare a giri/h e = Km/h 1000 è per passare a Km/h τ è il rapporto al cambio 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª Marcia Marcia Marcia Marcia Marcia Marcia 4000 * 2.016 * 60 / ( 1000 * 13.54 ) = ~ 36 Km/h 4000 * 2.016 *60 / ( 1000 * 7.62 ) = ~ 63 Km/h 4000 * 2.016 * 60 / ( 1000 * 4.8 ) = ~ 100 Km/h 4000 * 2.016 * 60 / ( 1000 * 3.47 ) = ~ 139 Km/h 4000 * 2.016 * 60 / ( 1000 * 2.6 ) = 186 Km/h 4000 * 2.016 * 60 / ( 1000 * 2.16 ) = 224 Km/h Calcoliamo ora per ogni singola marcia Potenze,Coppie, Forze di Trazione espresse dal motore+cambio+ruota ai vari numeri di giri/min Legenda 20 Kw Potenza del motore a 1000 giri/min 1000 giri/min velocità di rotazione albero motore 186 Nm Coppia espressa dal motore a 1000 giri/min 9.81 per passare da Nm a Kgm 256 Kgm risultato del valore della coppia in Kgm 0.32 m Raggio ( Rm ) di rivoluzione della ruota motrice 802 Kg Forza di trazione al contatto gomma/asfalto vedi valori completi pagine successive
pag 41 1ª Marcia 20 Kw - 1000 g/min - 186 Nm * 13.54 / 9.81 = 256 Kgm / 0.32 = 802 Kg 55 Kw - 1500 g/min - 356 Nm * 13.54 / 9.81 = 491 Kgm / 0.32 = 1535 Kg 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 13.54 / 9.81 = 552 Kgm / 0.32 = 1725 Kg 105 Kw - 2500 g/min - 400 Nm * 13.54 / 9.81 = 552 Kgm / 0.32 = 1725 Kg 123 Kw - 3000 g/min - 390 Nm * 13.54 / 9.81 = 538 Kgm / 0.32 = 1682 Kg 134 Kw - 3500 g/min - 360 Nm * 13.54 / 9.81 = 496 Kgm / 0.32 = 1552 Kg 136 Kw - 4000 g/min - 325 Nm * 13.54 / 9.81 = 448 Kgm / 0.32 = 1401 Kg
pag 42 2ª Marcia 20 Kw - 1000 g/min - 186 Nm * 7.62 / 9.81 = 144 Kgm / 0.32 = 451 Kg 55 Kw - 1500 g/min - 356 Nm * 7.62 / 9.81 = 276 Kgm / 0.32 = 864 Kg 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 7.62 / 9.81 = 310 Kgm / 0.32 = 970 Kg 105 Kw - 2500 g/min - 400 Nm * 7.62 / 9.81 = 310 Kgm / 0.32 = 970 Kg 123 Kw - 3000 g/min - 390 Nm * 7.62 / 9.81 = 302 Kgm / 0.32 = 946 Kg 134 Kw - 3500 g/min - 360 Nm * 7.62 / 9.81 = 279 Kgm / 0.32 = 873 Kg 136 Kw - 4000 g/min - 325 Nm * 7.62 / 9.81 = 252 Kgm / 0.32 = 788 Kg
pag 43 3ª Marcia 20 Kw - 1000 g/min - 186 Nm * 4.8 / 9.81 = 91 Kgm / 0.32 = 284 Kg 55 Kw - 1500 g/ min - 356 Nm * 4.8 / 9.81 = 174 Kgm / 0.32 = 544 Kg 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 4.8 / 9.81 = 195 Kgm / 0.32 = 611 Kg 105 Kw - 2500 g/min - 400 Nm * 4.8 / 9.81 = 195 Kgm / 0.32 = 611 Kg 123 Kw - 3000 g/min - 390 Nm * 4.8 / 9.81 = 190 Kgm / 0.32 = 596 Kg 134 Kw - 3500 g/min - 360 Nm * 4.8 / 9.81 = 176 Kgm / 0.32 = 550 Kg 136 Kw - 4000 g/min - 325 Nm * 4.8 / 9.81 = 159 Kgm / 0.32 = 496 Kg
pag 44 4ª Marcia 20 Kw - 1000 g/min - 186 Nm * 3.47 / 9.81 = 65.8 Kgm / 0.32 = 205 Kg 55 Kw - 1500 g/ min - 356 Nm * 3.47 / 9.81 = 125.9 Kgm / 0.32 = 393 Kg 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 3.47 / 9.81 = 141.5 Kgm / 0.32 = 442 Kg 105 Kw - 2500 g/min - 400 Nm * 3.47 / 9.81 = 141.5 Kgm / 0.32 = 442 Kg 123 Kw - 3000 g/min - 390 Nm * 3.47 / 9.81 = 138 Kgm / 0.32 = 431 Kg 134 Kw - 3500 g/min - 360 Nm * 3.47 / 9.81 = 127.3 Kgm / 0.32 = 398 Kg 136 Kw - 4000 g/min - 325 Nm * 3.47 / 9.81 = 115 Kgm / 0.32 = 359 Kg
pag 45 5ª Marcia 20 Kw - 1000 g/min - 186 Nm * 2.6 / 9.81 = 49.3 Kgm / 0.32 = 154 Kg 55 Kw - 1500 g/ min - 356 Nm * 2.6 / 9.81 = 94.3 Kgm / 0.32 = 294 Kg 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 2.6 / 9.81 = 106 Kgm / 0.32 = 331 Kg 105 Kw - 2500 g/min - 400 Nm * 2.6 / 9.81 = 106 Kgm / 0.32 = 331 Kg 123 Kw - 3000 g/min - 390 Nm * 2.6 / 9.81 = 103.3 Kgm / 0.32 = 323 Kg 134 Kw - 3500 g/min - 360 Nm * 2.6 / 9.81 = 95.4 Kgm / 0.32 = 298 Kg 136 Kw - 4000 g/min - 325 Nm * 2.6 / 9.81 = 86 Kgm / 0.32 = 269 Kg
pag 46 6ª Marcia 20 Kw - 1000 g/min - 186 Nm * 2.16 / 9.81 = 41 Kgm / 0.32 = 128 Kg 55 Kw - 1500 g/ min - 356 Nm * 2.16 / 9.81 = 78.3 Kgm / 0.32 = 245 Kg 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 2.16 / 9.81 = 88 Kgm / 0.32 = 275 Kg 105 Kw - 2500 g/min - 400 Nm * 2.16 / 9.81 = 88 Kgm / 0.32 = 275 Kg 123 Kw - 3000 g/min - 390 Nm * 2.16 / 9.81 = 85.9 Kgm / 0.32 = 268 Kg 134 Kw - 3500 g/min - 360 Nm * 2.16 / 9.81 = 79.2 Kgm / 0.32 = 247 Kg 136 Kw - 4000 g/min - 325 Nm * 2.16 / 9.81 = 71.5 Kgm / 0.32 = 223 Kg
pag 47
pag 48 DATI CONCLUSIVI ** Vediamo ora, per ognuna delle velocità trattate ( 50 / 70 / 90 / 100 / 130 / 150 / 214 Km/h ), le marce migliori da usare. Vedremo le caratteristiche di Potenza, Coppia, Forza di trazione disponibili ( a quella marcia e a quel numero di giri al minuto ) e le confronteremo con quelle che abbiamo calcolato essere necessarie. Calcoleremo inoltre il Consumo Specifico di Gasolio in g/kw * h (grammi di Gasolio per ogni Kw per ogni Ora ) relativo sia alla Potenza disponibile che a quella necessaria. Velocità 50 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 --(avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti )-- vediamo che questa velocità è possibile in : 2ª Marcia - Possibile però siamo verso fine marcia 3ª Marcia - Migliore siamo a 1974 giri / min 4ª Marcia Possibile però siamo ad inizio marcia 5ª Marcia da Evitare troppo inizio marcia ( strappa ) Ho considerato migliore la 3ª marcia perchè ha un buon range sia in accelerazione che in decellerazione senza bisogno di essere cambiata. Questa marcia infatti, comprende un range di velocità compresa tra 25 Km/h e 100 Km/h (come si vede a pag 43 ). Usando la 3ª Marcia a 2000 giri/min il motore fornisce 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 4.8 / 9.81 = 195 Kgm / 0.32 = 611 Kg
pag 49 83 Kw di Potenza - 195 Kgm di Coppia - 611 Kg Forza di trazione Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 6.31 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 83 Kw 12.8 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 195 Kgm 39.85 Kg di Trazione - mentre disponiamo 611 Kg La differenza di valori tra il Necessario e il Disponibile -, così marcata, ci dice che abbiamo a disposizione una ottima accelerazione. A questa velocità abbiamo presunto un consumo di Gasolio di 1.62 Kg di Gasolio/ 50 Km che alla velocità di 50 Km/h vuol dire anche 1.62 Kg/h. A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 1.62 * 1000 / 83 = 19.52 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 1.62 * 1000 / 6.31 = 256.7 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità. Velocità 70 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 (avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti ) vediamo che questa velocità è possibile in : 3ª Marcia - Possibile siamo a 2763 giri / min 4ª Marcia - Migliore siamo a 2009 giri / min
pag 50 5ª Marcia - Possibile siamo a 1509 giri / min 6ª Marcia - da Evitare siamo a 1250 giri / min troppo basso Ho considerato migliore la 4ª marcia perchè ha un buon range sia in accelerazione che in decellerazione senza bisogno di essere cambiata. Questa marcia infatti, comprende un range di velocità compresa tra 35 Km/h e 139 Km/h (come si vede a pag 44 ). Usando la 4ª Marcia a 2000 giri/min il motore fornisce 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 3.47 / 9.81 = 141.5 Kgm / 0.32 = 442 Kg 83 Kw di Potenza 141.5 Kgm di Coppia - 442 Kg Forza di trazione Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 10.79 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 83 Kw 15.6 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 141.5 Kgm 48.64 Kg di Trazione - mentre disponiamo 442 Kg La differenza di valori tra il Necessario e il Disponibile -, così marcata, ci dice che abbiamo a disposizione una ottima accelerazione. A questa velocità abbiamo presunto un consumo di Gasolio di 2.56 Kg di Gasolio/ 70 Km che alla velocità di 70 Km/h vuol dire anche 2.56 Kg/h. A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 2.56 * 1000 / 83 = 30.85 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 2.56 * 1000 / 10.79 = 237.26 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità.
pag 51 Velocità 90 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 (avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti ) vediamo che questa velocità è possibile in : 3ª Marcia - fine Marcia da evitare 4ª Marcia - Buona siamo a 2583 giri / min 5ª Marcia Migliore siamo a 1940 giri / min 6ª Marcia Possibile siamo a 1600 giri / min Ho considerato migliore la 5ª marcia perchè ha un buon range sia in accelerazione che in decellerazione senza bisogno di essere cambiata. Questa marcia infatti, comprende un range di velocità compresa tra 47 Km/h e 185 Km/h (come si vede a pag 45 ). Usando la 5ª Marcia a ~2000 giri/min il motore fornisce 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 2.6 / 9.81 = 106 Kgm / 0.32 = 331 Kg 83 Kw di Potenza 106 Kgm di Coppia - 331 Kg Forza di trazione Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 17.2 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 83 Kw 19.31 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 106 Kgm 60.34 Kg di Trazione - mentre disponiamo 331 Kg La differenza di valori tra il Necessario e il Disponibile -, così marcata, ci dice che abbiamo a disposizione una ottima accelerazione. A questa velocità abbiamo un consumo di Gasolio
pag 52 di 3.92 Kg di Gasolio/ 90 Km che alla velocità di 90 Km/h vuol dire anche 3.92 Kg/h. A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 3.92 * 1000 / 83 = 47.23 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 3.92 * 1000 / 17.2 = 228 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità. Velocità 100 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 (avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti ) vediamo che questa velocità è possibile in : 4ª Marcia - Possibile siamo a 2870 giri / min 5ª Marcia Migliore siamo a 2156 giri / min 6ª Marcia Possibile siamo a 1785 giri / min Ho considerato migliore la 5ª marcia perchè ha un buon range sia in accelerazione che in decellerazione senza bisogno di essere cambiata. Questa marcia infatti, comprende un range di velocità compresa tra 47 Km/h e 185 Km/h (come si vede a pag 45 ). Usando la 5ª Marcia a ~2000 giri/min il motore fornisce 83 Kw - 2000 g/min - 400 Nm * 2.6 / 9.81 = 106 Kgm / 0.32 = 331 Kg 83 Kw di Potenza 106 Kgm di Coppia - 331 Kg Forza di trazione
pag 53 Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 21.32 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 83 Kw 21.54 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 106 Kgm 67.3 Kg di Trazione - mentre disponiamo 331 Kg La differenza di valori tra il Necessario e il Disponibile -, così marcata, ci dice che abbiamo a disposizione una ottima accelerazione. A questa velocità abbiamo un consumo di Gasolio di 4.943 Kg di Gasolio/ 100 Km che alla velocità di 100 Km/h vuol dire anche 4.943 Kg/h. A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 4.943 * 1000 / 83 = 59.56 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 4.943 * 1000 / 21.32 = 231.85 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità. Velocità 130 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 (avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti ) vediamo che questa velocità è possibile in : 4ª Marcia da evitare siamo a fine marcia 5ª Marcia Possibile siamo a 2800 giri / min 6ª Marcia Migliore siamo a 2300 giri / min
pag 54 Ho considerato migliore la 6ª marcia perchè ha un buon range sia in accelerazione che in decellerazione senza bisogno di essere cambiata. Questa marcia infatti, comprende un range di velocità compresa tra 56 Km/h e 214 Km/h (come si vede a pag 45 ). Usando la 6ª Marcia a 2300 giri/min il motore fornisce 97 Kw - 2300 g/min - 395 Nm * 2.16 / 9.81 = 87 Kgm / 0.32 = 271 Kg 97 Kw di Potenza 87 Kgm di Coppia - 271 Kg Forza di trazione Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 38.12 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 97 Kw 29.65 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 87 Kgm 92.66 Kg di Trazione - mentre disponiamo 271 Kg La differenza di valori tra il Necessario e il Disponibile -, così marcata, ci dice che abbiamo a disposizione una ottima accelerazione. A questa velocità abbiamo un consumo di Gasolio di 8.9 Kg di Gasolio/ 130 Km che alla velocità di 130 Km/h vuol dire anche 8.9 Kg/h. A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 8.9 * 1000 / 97 = 91.76 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 8.9 * 1000 / 38.12 = 233.5 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità.
pag 55 Velocità 150 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 (avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti ) vediamo che questa velocità è possibile in : 5ª Marcia Possibile siamo a 3234 giri / min 6ª Marcia Migliore siamo a 2678 giri / min Ho considerato migliore la 6ª marcia perchè ha un buon range sia in accelerazione che in decellerazione senza bisogno di essere cambiata. Questa marcia infatti, comprende un range di velocità compresa tra 56 Km/h e 214 Km/h (come si vede a pag 45 ). Usando la 6ª Marcia a 2678 giri/min il motore fornisce 109 Kw - 2678 g/min - 395 Nm * 2.16 / 9.81 = 87 Kgm / 0.32 = 271 Kg 109 Kw di Potenza 87 Kgm di Coppia - 271 Kg Forza di trazione Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 53.69 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 109 Kw 36.17 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 87 Kgm 113 Kg di Trazione - mentre disponiamo 271 Kg La differenza di valori tra il Necessario e il Disponibile -, ci dice che abbiamo a disposizione una buona accelerazione. A questa velocità abbiamo un consumo di Gasolio di 12.27 Kg di Gasolio/ 150 Km che alla velocità di 150 Km/h vuol dire anche 12.27 Kg/h.
pag 56 A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 12.27 * 1000 / 109 = 112.6 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 12.27 * 1000 / 53.69 = 228.6 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità. Velocità 214 Km/h Guardando i diagrammi delle Forze di trazione alle varie marce vedi Pag. 47 (avremo potuto portare nelle ordinate i valori della coppia,avremo ottenute curve equivalenti ) vediamo che questa velocità è possibile in : 6ª Marcia Unica siamo a 3821 giri / min Usando la 6ª Marcia a 3821 giri/min il motore fornisce 135 Kw - 3821 g/min - 340 Nm * 2.16 / 9.81 = 74.8 Kgm / 0.32 = 233 Kg 135 Kw di Potenza 74.8 Kgm di Coppia - 233 Kg Forza di trazione Per questa velocità abbiamo calcolato che servono: 134.4 Kw di Potenza - mentre ne disponiamo 135 Kw 63.5 Kgm di Coppia - mentre ne disponiamo 74.8 Kgm 198.3 Kg di Trazione - mentre disponiamo 233 Kg A questa velocità abbiamo un consumo di Gasolio di 31.48 Kg di Gasolio/ 214 Km che alla velocità di 214 Km/h vuol dire anche 31.48 Kg/h.
pag 57 A questo punto possiamo dettagliare i consumi : 31.48 * 1000 / 135 = 233.2 g/kw*h riferito alla Potenza fornibile dal motore. 31.48 * 1000 / 134.4 = 234.3 g/kw*h riferito alla Potenza calcolata per questa velocità. Facciamo ora un riepilogo dei consumi Velocità Km/h 50 70 90 100 130 150 214 Consumo rispetto alla Potenza fornita dal motore g/kw*h 19.52 30.85 47.23 59.56 91.76 112.6 233.2 Consumo rispetto alla potenza calcolata necessaria g/kw*h 256.7 237.26 231.85 233.5 228.6 234.3 6ª 6ª Marcia considerata giri/min 228 3ª 4ª 5ª 5ª 6ª 1974 2009 1940 2156 2300 2678 3821
pag 58 Simuliamo che questa auto sia Elettrica Dalla Tabella a pag. 37 riportiamo i dati sensibili per il confronto con il motore Diesel. Velocità Km/h 50 70 90 100 130 150 214 Potenza Necessaria KW 6.31 Energia Necessaria Wh/Km 126.2 154 191 Energia Usata Kcal/Km 329 373.5 444 Aumento 1 C m³aria/km 1127 1280 1522 1729 2395 2863 5144 In Nero Valori Calcolati 10.79 17.2 21.32 38.12 53.69 134.4 213.2 293.3 504 699 358 628 835 1500 In Rosso Valori del motore Diesel Consideriamo di montare un pacco di batterie al Litio da 20 kwh di Energia ( costo +- 15000 ) e vediamo la percorrenza chilometrica di questa auto alle varie velocità. Per un normale uso e durata delle batterie occorre non scaricarle mai sotto l' 80 % della carica totale. Avremo perciò usabili 20 * 0.80 = 16 kwh = 16000 Wh Dividendo l'energia usabile complessiva per quella specifica necessaria ( es. 16000 / 126.2 = 127 km ) otterremo la seguente Tabella delle percorrenze : Velocità Km/h Energia Necessaria Wh/Km Percorrenza km 50 70 90 126.2 154 191 127 104 84 100 130 213.2 293.3 75 55 150 214 358 628 45 25
pag 59 Per ricaricare i 16 kwh di energia delle batterie occorre comprimere le cariche. Per caricare 100 dovremo usare 140. Per ricaricare 16 kwh dovremo usare 16 * 140 / 100 = 22.4 kwh Supponiamo che questa energia elettrica derivi da produzione termica ( anche il Nucleare è produzione termica ) con un rendimento del 33 %. Per ottenere 22.4 kwh di energia elettrica dovremo impegnare 22.4 / 0.33 = 67.9 kwh di energia termica. Sapendo che 1 kwh = 860 kcal dovremo impegnare 67.9 * 860 = 58376 kcal Dividendo questo valore per la percorrenza chilometrica avremo il valore dell'energia termica specifica necessaria per la motorizzazione elettrica Es. 58376 / 127 = 460 kcal / km otterremo la seguente Tabella: Velocità Km/h 50 70 90 100 130 150 Energia Usata Diesel Kcal/Km 329 373.5 444 504 699 Energia Termica Usata dall'elettrico kcal / km 460 561 695 778 1061 1297 2335 Differenza kcal / km 131 188 251 274 362 835 462 Dal confronto è evidente che se l'auto fosse a motore elettrico inquinerebbe di più. 214 1500 835
pag 60 Diamo un aspetto Visibile a questo inquinamento determinando i m³ di Aria / km che a causa dell'uso della energia aumentano di 1 C. Per fare questo occorre ricordare che a pressione e temperatura normale (760 mmhg 15 C ) : - il calore specifico dell'aria a pressione costante vale 0.238 kcal / kg cioè per aumentare di 1 C la temperature di 1 kg di Aria occorrono 0.238 kcal. - 1 m³ di Aria in tali condizioni pesa 1.2255 kg / m³ Vediamo l'energia termica usata dal motore elettrico quanti m³ di aria riscalda. Es. 460 / ( 0.238 * 1.2255 ) = 1577 m³ Aria / km Calcoliamo e otteniamo la seguente Tabella Velocità Km/h 50 70 90 100 130 150 214 Aria che Aumenta 1 C Diesel m³/km 1127 1280 1522 1729 2395 2863 5144 Aria che Aumenta 1 C Elettrico m³/km 1577 1923 2383 2667 3638 4447 8006 Differenza kcal / km 450 643 861 938 1243 1584 2862 L'auto elettrica inquina di più. Cosa vuol dire inquinamento termico? Dal litro di Gasolio ( che è una Massa ) combusto con l'aria comburente produce energia termochimica che si trasforma in energia di pressione sulle teste dei cilindri che la trasformano poi in energia cinetica più i Gas di Scarico. La massa del Gasolio più Aria comburente è uguale alla massa dei Gas di Scarico. L'energia invece si trasforma alla fine in un tipo di energia che noi non riconosciamo perchè si confonde
pag 61 con l' Ambiente, una energia che viene chiamata Calore Uniformemente Diffuso. Questo tipo di energia è confuso per Noi ma è ben noto alla TERRA che lo usa per il ciclo dell'acqua facendo diventare quella energia massa. Vuol dire che masse d'acqua ( umidità ) evaporano sempre in più quantità, masse che poi ritornano al suolo come Pioggia. Vuol dire che il Calore Uniformemente Diffuso essica e fa evaporare luoghi in desertificazione, corsi d'acqua, paludi, nevai, ghiacciai e porta il vapore in alto, dove diventa Pioggia quindi la scarica in maniera furibonda dove può fare più danni vedi PAKISTAN, dove si è scaricata tutta la pioggia prodotta dall'inverosimile saccheggio energetico prodotto dalla economia Cinese. Ogni anno il Calore Uniformemente Diffuso causerà alluvioni e tempeste sempre più numerose e potenti. Pensiamo se tale energia prosciugasse la terraferma per poi scaricare sugli Oceani sarebbe la catastrofe. Diamo un aspetto visivo a tutto questo facendo un esempio. Il lago di Garda ha una superficie di 370 km². 370 km² = 370 000 000 m² Supponendo una temperatura media annua di 13 C abbiamo una evaporazione annua che vale EV = 75 * tma = 75 * 13 = 975 = 0.975 mh2o / ( anno * m² ) per una evaporazione di : 370 000 000 * 0.975 = 360 750 000 m³ di Acqua / anno supponiamo che la temperatura media annua si alzi di 1 C tma = 14 C EV = 75 * tma = 75 * 14 = 1050 = 1.05 mh2o / ( anno * m² ) per una evaporazione di :
pag 62 370 000 000 * 1.05 = 388 500 000 m³ di Acqua / anno per una maggiore evaporazione di : 388 500 000 360 750 000 = 27 750 000 m³ di Acqua in più Se pensiamo a quanta energia viene usata al Mondo, energia prodotta dal Carbone, dal Petrolio, dal Gas Naturale, dal Nucleare, dalle Biomasse, idroelettrico, Eolico, Solare, Fotovoltaico, Geotermico. Tutta l'energia, in qualsiasi modo ottenuta, quando usata degrada in CALORE UNIFORMEMENTE DISTRIBUITO Pensiamo a quante tempeste ed alluvioni ci aspettano, con la prospettiva sicura che sarà sempre peggio. Appare evidente che l'auto elettrica è una soluzione Locale e non Globale ( è come mettere la polvere di casa sotto il tappeto ) inoltre non si possono usare modelli simili alle auto con motore a scoppio perchè consumano troppo. Occorrono veicoli nuovi, nati appositamente, che imbocchino la strada della DECRESCITA e della Specificità del Trasporto. Come vedremo in un prossimo scritto occorre Pensare Differente cioè pensare su Rotaia per avviarsi alla Decrescita leggera ma Costante, all'uso ed a costumi più ragionati e ragionevoli dell'energia.
pag 63 INDICE pag. 1 pag. 4 pag. 7 pag. 11 pag. 15 pag. 19 pag. 24 pag. 28 pag. 32 pag. 37 pag. 38 pag. 39 pag. 40 pag. 41 pag. 42 pag. 43 pag. 44 pag. 45 pag. 46 pag. 47 pag. 48 pag. 57 pag. 58 Dati auto Inizio calcolo Analisi V = 100 km/h Analisi V = 90 km/h Analisi V = 130 km/h Analisi V = 150 km/h Analisi V = 214 km/h Analisi V = 70 km/h Analisi V = 50 km/h Tabella di Riepilogo Caratteristiche Motore/Cambio Curve caratteristiche Coppia/Potenza Marce del Cambio Giri Coppia Trazione 1ª Marcia Giri Coppia Trazione 2ª Marcia Giri Coppia Trazione 3ª Marcia Giri Coppia Trazione 4ª Marcia Giri Coppia Trazione 5ª Marcia Giri Coppia Trazione 6ª Marcia Complessivo Coppia, Trazione, Giri Considerazioni sui Consumi Tabella di Riepilogo Consumi Simulazione di conversione da Motore a Scoppio a Motore Elettrico.