Analisi Tecnica | Quanto conta l’efficienza?

Nel motorsport moderno e in particolare in Formula 1 e in Formula E si sente parlare sempre con maggior frequenza dell’importanza dell’efficienza. Insieme alla potenza e all’affidabilità, questa costituisce una delle caratteristiche fondamentali di un motore o di una power unit.

Efficienza Formula 1
Foto: Mercedes-AMG Formula 1 e Mercedes EQ Formula E Team

Si definisce l’efficienza come il rapporto tra l’energia spesa e quella effettivamente utile per compiere un lavoro. In una monoposto, la potenza concretamente utile a spingere la vettura infatti è minore di quella erogata dal motore, che in parte viene spesa per vincere altre resistenze.
Si può prendere come esempio l’apertura di una porta. Qualora i cardini fossero arrugginiti, si fa molta più fatica nel provare ad aprirla. Non tutta la forza applicata si traduce nel suo movimento, in quanto oltre al peso da spostare bisogna vincere anche un’alta forza d’attrito. Spesso si applica dell’olio per facilitare il compito, proprio con lo scopo di ridurre la resistenza della forza d’attrito e la forza necessaria ad aprire la porta. efficienza Formula 1

Perché aumentare l’efficienza?

Si può comprendere quindi come migliorare l’efficienza della power-unit e dell’intero powertrain si traduca nella possibilità di consumare meno energia per compiere lo stesso lavoro o di avere più potenza effettivamente utile a parità di energia consumata. Viceversa, in fase di frenata rigenerativa, una migliore efficienza si traduce anche in una maggiore quantità di energia realmente ricaricata.
In Formula E l’energia consumabile risiede in quella elettrica accumulata nelle batterie, mentre in Formula 1 è data dalla somma dell’energia chimica contenuta nella benzina sommata alla carica della batteria.

Gli attriti tra le parti meccaniche in movimento sono la prima resistenza da diminuire per ottimizzare l’efficienza. Per questo scopo i team si affidano anche all’esperienza delle aziende specializzate nella realizzazione di oli. Non è raro apprendere di una scuderia in grado di guadagnare qualche cavallo motore in più grazie ai soli lubrificanti.

Porsche - Formula E
Foto: ABB Formula E

Le trappole della potenza elettrica

Vi è poi un contributo consistente dato dall’efficienza elettrica. Qualsiasi componente che sfrutti una potenza elettrica per il proprio funzionamento possiede anche una resistenza interna e quindi è soggetto ad effetto Joule, che comporta una dispersione dell’energia sotto forma di calore.
Il calore innalza temperatura, che aumenta la resistenza andando ulteriormente ad accrescere a sua volta e l’effetto Joule e quindi la quantità di energia persa. Anche per questo  Formula E e in Formula 1 gli ingegneri via radio si assicurano che i piloti mantengano tutte le temperature interne sotto controllo.
Per migliorare l’efficienza quindi i progettisti devono cercare di ridurre al minimo le resistenze elettriche interne. Oltre questo sono fondamentali le strategie di gestione della potenza e della corrente elettrica, per non innalzare eccessivamente le temperature. Infine, un buon sistema di raffreddamento aiuta a dissipare il calore generato e a non alimentare l’effetto Joule.

Efficienza termica in Formula 1 da non sottovalutare

Credit: Ferrari

Se l’attrito e l’efficienza elettrica accomunano Formula 1 e Formula E, nella prima vi sono anche gli aspetti legati al motore termico.
I motoristi infatti concentrano gran parte dei propri sforzi nel disegno dei cilindri, così da ottimizzare il rilascio di energia dalla benzina durante il processo di combustione. Al risultato finale contribuisce anche uno studio accurato della fluidodinamica del carburante all’interno della camera di combustione, finalizzato a tarare al meglio la forma e la posizione degli iniettori di benzina.

In conclusione, l’efficienza riveste un ruolo fondamentale nelle prestazioni di un motore, tanto da assumere un’importanza pari a quella dell’affidabilità e della potenza.

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F1 | Alla ricerca della Formula…spettacolo

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Carlo Platella

Nato e cresciuto a Torino, studio ingegneria dell'Autoveicolo nel Politecnico della mia città. Ho una grande passione per il motorsport in tutte le sue forme che mi piace trasmettere negli articoli. Ho lavorato nella Squadra Corse della mia università con la speranza un giorno di entrare in Formula 1.