Come la tecnologia relativa alla produzione di combustibili bio potrebbe cambiare nei prossimi anni grazie alle alghe

Il progetto è condotto da un team di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca coordinato da Sergio Brovelli e Francesco Meinardi in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova

Nel 2017 arriverà sul mercato Aeromobil 3.0, un velivolo a 4 ruote “ibrido”, da utilizzare sia come auto che come aereo; è dotato di un propulsore Rotax 912 da 100 CV (con un consumo di circa 12 Km/l) che gli garantisce un’autonomia di 875 Km su strada e 700 Km in volo, ed una velocità massima rispettivamente di 160 km/h e di 200 km/h.

Questa “auto volante” presenta due ali ripiegabili sulla carrozzeria (quando funziona su strada), può ospitare due passeggeri all’interno di un telaio in acciaio rivestito da una scocca in fibra di carbonio e sarà disponibile ad un prezzo di circa 200000 €.

È lunga 6 m, larga 2,24 (8,32 m considerando anche le ali) e con un peso complessivo di 450 Kg.

“Il punto non è solo dimostrare che è possibile unire un aereo e un’auto, ma è commercializzare una macchina che vola realmente”

Ad affermarlo è Juraj Vaculik, CEO di AeroMobil, infatti, il maggiore ostacolo del progetto rimane la regolamentazione di un simile veicolo; rientrerà, probabilmente, nella categoria degli aeromodelli leggeri per uso sportivo e necessiterà del brevetto di volo.

Questo è un esempio di come due mezzi possono fondersi e creare quello che, in futuro, potrebbe diventare l’archetipo di una nuova generazione di veicoli.

Ingegnere Meccanico appassionato di tutto ciò che riguarda la meccanica dei veicoli; attualmente frequenta la magistrale in Ingegneria del veicolo.

L’ingegnere inglese Sam Pearce ha realizzato Loopwheels, un nuovo tipo di ruota per bicicletta che sostituisce i tradizionali raggi, con un sistema ammortizzante costituito da 3 molle anulari in fibra di carbonio; esse sono state accuratamente sviluppate e testate per dare una compressione ottimale, stabilità laterale, resistenza e durata, consentendo un trasferimento uniforme della coppia tra il mozzo ed il cerchio.

In vendita su Kickstarter (per ora solo nel formato 20”, 195 £ per la ruota anteriore e 230 sterline per quella posteriore, che comprende anche freno ed un cambio a 3 velocità), questo dispositivo rende la guida più piacevole, unendo ad un piccolo ingombro e un peso esiguo (300 g), un’elevata resistenza alle sollecitazioni.

È ideale per le bici compatte e pieghevoli, le quali, normalmente sprovviste di un sistema ammortizzante, ottengono, (rispetto alle normali ruote a raggi) una migliore resistenza alle sollecitazioni provenienti da ogni direzione; le molle con un escursione di circa 5 cm, riducono le vibrazioni trasmesse al telaio, al ciclista, ed assorbono gli urti.

Non si esclude che in futuro il meccanismo delle Loopwheels, potrebbe essere adottato per applicazioni automobilistiche.

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Qual è la differenza tra un’auto elettrica e una tradizionale dal punto di vista ambientale?

Il cambio consente di trasferire la coppia erogata, dal motore alle ruote, in base alle condizioni richieste di potenza, velocità e spunto. Le marce più basse conferiscono maggiore spunto, accelerazione e minore velocità, al contrario di quelle alte che si utilizzano in situazioni di velocità più elevate.

Schematicamente il cambio è costituito da 3 alberi (più quello della retromarcia) ed altri ingranaggi: l’albero primario riceve direttamente la coppia dalla frizione, il secondario è collegato con l’albero di trasmissione o al differenziale e l’ausiliario, che permette un collegamento tra i due e quindi tra il motore e le ruote. Quando il cambio è in “folle” gli ingranaggi del primario non sono collegati al secondario, quando invece la marcia è inserita tali ingranaggi ingranano con il secondario e permettono la trasmissione della coppia alle ruote. Il cambio automatico a differenza di quello tradizionale, garantisce la variazione automatica del rapporto di trasmissione. Un cambio automatico “ben progettato”, migliora le prestazioni, riduce i cambi marcia ed i consumi, selezionando la giusta marcia, ottimizza il rendimento della trasmissione e consente anche un aumento della comodità e del piacere di guida.

Analizziamo i vari tipi di cambio automatico:

È costituito da un cambio tradizionale, una centralina che seleziona il numero di giri ottimale (per la cambiata) ed un servo-meccanismo che sceglie la giusta marcia. Lo si può utilizzare con l’impostazione manuale (attraverso i paddle sul volante) o automatica. Generalmente è il tipo di cambio con minori consumi e maggiore efficienza ma con una scarsa fluidità di guida. È spesso montato su veicoli sportivi (per l’elevata efficienza) e piccole vetture per i consumi ridotti.

Presenta due frizioni ognuna adibita ad una serie di marce (dispari una e pari l’altra). Inserendo una marcia, l’altra frizione si prepara ad inserire la marcia successiva, migliorando rispetto al precedente cambio, la fluidità di guida. Implica bassi consumi ma una coppia trasmissibile non molto elevata.

Utilizza un convertitore idraulico (sostituendo la frizione dei cambi tradizionali) che connette motore e cambio mediante un fluido, realizzando così 2 importanti funzioni: ai regimi medio-alti e con il crescere delle forze fluidodinamiche, consente il trasferimento della coppia tra motore e cambio; a regimi decrescenti, permette al motore di non arrestarsi pur con il veicolo fermo. Nei veicoli con questo tipo di cambio automatico è prevista un’apposita funzione di parcheggio che blocca meccanicamente la trasmissione. È caratterizzato da elevati consumi, in special modo nei vecchi modelli. Al contempo permette un’elevata fluidità di utilizzo, non presente negli altri modelli (tranne che nei CVT).

Utilizza pulegge e cinghie, non presenta rapporti reali ma essi dipendono da quanto si sposta la cinghia sulle pulegge.  È spesso utilizzato sugli scooter ed è caratterizzato da un’eccellente fluidità di marcia con il maggior comfort possibile, anche se i consumi sono mediamente più alti di un cambio manuale.

Ingegnere Meccanico appassionato di tutto ciò che riguarda la meccanica dei veicoli; attualmente frequenta la magistrale in Ingegneria del veicolo.

Il KERS (Kinetic Energy Recovery System), è un dispositivo che consente un parziale recupero dell’energia cinetica dispersa in decelerazione e frenata(sotto forma di calore), in energia meccanica o elettrica, utilizzabile per la propulsione del veicolo, il funzionamento dei suoi dispositivi e consente anche una diminuzione del consumo di carburante. Tale sistema risulta(generalmente) costituito da un motore/dinamo, un accumulatore di energia(elettrico o meccanico) ed un sistema di controllo.

Il kers dal 2009 viene impiegato in formula uno, migliorando le prestazioni delle monoposto, recuperando 400 KJ di energia erogabili con una potenza di 60 KW (circa 80 CV) per 6,6 secondi. A seconda del sistema d’immagazzinamento dell’energia utilizzato, distinguiamo il kers in elettrico e meccanico.

Il kers meccanico è costituito da un volano connesso al motore mediante una trasmissione a rapporto variabile. L’energia prodotta dal  veicolo in fase di frenata viene conservata e convertita grazie ad un sistema di ingranaggi e pulegge che lavorano sul blocco cambio-variatore-volano.

Il kers elettrico rispetto a quello meccanico presenta uno schema costruttivo più semplice, ma risulta più complesso dal punto di vista della gestione e logistica dei pesi(pesa circa una decina di kg in più).

Il sistema è costituito da un motore-alternatore collegato ad una serie di pile. In fase di frenata il motore funziona da alternatore trasformando l’energia meccanica in energia elettrica, convertita poi in energia chimica per caricare le batterie; viceversa al momento dell’accelerazione il procedimento sarà invertito, alimentando il motore elettrico che funzionerà simultaneamente al propulsore termico. Questo tipo di kers, è caratterizzato da un processo di conversione dell’energia più complesso ed è in grado di recuperare il 40% dell’energia rispetto al 70% della soluzione meccanica. Il suo vantaggio principale risiede nella possibilità di modificare la configurazione d’installazione a seconda delle esigenze.

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La resistenza dei prezzi a diminuire o crescere in conseguenza di variazioni della domanda e dell’offerta

Il differenziale è un dispositivo meccanico che riceve la coppia motrice da un albero e la ripartisce su altri due, permettendo ad ognuno di essi di ruotare a velocità differenti in base alla traiettoria percorsa. È un meccanismo di riduzione, prima che la forza del motore venga trasferita alle ruote, ne gestisce potenza e velocità rotativa, permettendo alle due ruote (se necessario), sullo stesso asse di ruotare a velocità differenti.

Il differenziale nella sua configurazione più semplice, è costituito da una gabbia portasatelliti a cui sono vincolati i due assi, due satelliti posizionati sugli assi, ed in presa con due planetari solidali con i semialberi.

Tale rotismo epicicloidale, su di un percorso rettilineo, in condizioni ideali, trasmette alle ruote uguale coppia e quindi uguale numero di giri, in curva, dovendo la ruota esterna percorrere una traiettoria maggiore, le permette di ruotare più velocemente, in modo da non perdere aderenza; la differenza di velocità di rotazione fra la ruota interna ed esterna è più evidente quanto più stretta è la curva da percorrere.

Questo geniale meccanismo migliora la stabilità dell’auto in curva, e nella sua configurazione standard, ha il difetto di distribuire maggior coppia alla ruota con minore aderenza; tale problema è però risolvibile con un differenziale autobloccante, dotato di un sensore che percependo la differenza di coppia tra le due ruote, blocca i satelliti, ed elimina così l’uso del differenziale permettendo alle ruote di ruotare alla velocità ottimale. Il progredire della tecnologia ha permesso la realizzazione dei differenziali attivi, governati da un computer che analizza i dati forniti dai sensori, calcolando angolo di sterzata, accelerazione laterale e regolando automaticamente la distribuzione della coppia motrice, riducendo la durezza dello sterzo e tutti gli altri effetti negativi che si verificano nella condizione di sottosterzo.

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I moderni aeroplani utilizzano come propulsore un Turbofan, costituito essenzialmente da una presa d’aria anteriore, una ventola, un compressore, una camera di combustione, un condotto di scarico, una turbina a gas, un ugello posteriore ed altri organi secondari, tutti racchiusi in una struttura collocata sulla fusoliera del velivolo.

La ventola suddivide l’aria in due flussi separati:

Il flusso caldo che attraversa tutti gli stadi del motore e il flusso freddo il quale attraversa la ventola e l’ugello (Turbofan a flussi associati ) o la sola ventola (Turbofan a flussi separati).

In questi motori l’aria viene compressa attraverso un compressore e poi inviata nella camera di combustione, dove, miscelata con del combustibile, in seguito alla combustione, genera un flusso di gas caldi; tale flusso viene convogliato sulla pale della turbina, nella quale si realizza la conversione dell’energia cinetica dei gas in energia meccanica assorbita dalla turbina, necessaria alla rotazione del compressore, della ventola ed al funzionamento degli organi ausiliari mossi dal motore.

Il salto entalpico e di pressione, allo scarico della turbina, viene convertito, attraverso l’ugello di scarico, in energia cinetica generando una piccola parte della spinta necessaria per la propulsione. La maggior parte della spinta viene prodotta dal flusso di aria fredda, accelerato, poiché forzato ad attraversare un condotto a sezione decrescente. A causa dell’enorme portata di aria elaborata, basta un piccolo incremento della velocità del flusso esterno dell’aria, perché si sviluppi una notevole spinta.

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