Idrogeno nel motore? Vantaggi (SI) - Difficoltà (TANTE) - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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Idrogeno nel motore? Vantaggi (SI) - Difficoltà (TANTE)

Il post, di qualche giorno fa, in cui veniva spiegato che l'idrogeno poteva essere uno dei tanti segreti della Mercedes, ha riscosso un grosso successo e soprattutto ha incuriosito molti i lettori ai quali Rosario Zorzi ha risposto cercando di togliere loro ogni dubbio. Non è detto, ripetiamo, che tale soluzione sia stata davvero  implementata dagli ingegneri anglo-tedeschi ma è una possibilità visto che il regolamento tecnico permette di farlo.

Per questo, noi di F1Analisitecnica, abbiamo coinvolto in questo argomento uno dei nostri collaboratori, Niccolò Bertipaglia che attualmente fa parte di un Team studentesco del Politecnico, il Team H2politO, che progetta e realizza prototipi di vetture che partecipano a gare internazionali a basso consumo come la Shell Eco Marathon e la Future Car Challenge.

Niccolò in collaborazione con Filippo Conta cerca di spiegarci le possibilità che può offrire questa tecnologia e, soprattutto, le grosse problematiche che i motoristi possono incontrare nell'implementarla.
Queste idee si basano sullo stoccaggio all'interno dell’olio lubrificante di molecole di idrogeno che vengono poi immesse nella camera di combustione, rispettando il regolamento, in modo tale da migliorare le performance.
Iniziamo elencando i punti fermi: 
L’idrogeno, in percentuali intorno al 5-6% rispetto al carburante, aumenta la velocità di propagazione della fiamma riducendo emissioni e migliorando l'efficienza (fino al 35% di risparmio sui consumi). 

Fino al 5% della miscela di combustione durante la fase di compressione può trafilare tra cilindro e pistone e finire nel basamento motore, anche per questo ricircolare i gas del basamento non è assolutamente una novità, si tratta del blowby ed è un modo furbo di usare della miscela altre-sì persa; pensate che si usa già su diversi tipi di motore anche di serie. Per far capire che non si tratta di una novità pensate che questa tecnica è già vietata da diversi anni alla Shell Eco-Marathon, la più importante gara di regolarità (vince chi consuma meno) per veicoli progettati e realizzati da studenti. D’altro canto la F1 di quest’anno non è poi così lontano da questa filosofia. In ogni caso, qui, il regolamento tecnico della F1 ha sicuramente una colpa, perché si tratta di un buco enorme, che già i regolamenti di altre gare automobilistiche avevano colmato anni fa.
Quello sui lubrificanti è uno spunto molto interessante, ma non so quanto sia conveniente la separazione delle molecole di idrogeno dall'olio lubrificante, visto che stiamo parlando di reazioni chimiche che necessitano di molta energia; anche se si parlasse di reazioni endotermiche, sarebbe comunque calore perso che toglierebbe energia alla turbina.
Inoltre l’idrogeno in pressione e ad alte temperature presenta un pericolo non indifferente di esplosione. Senza dimenticare che la regolazione di quanto immetterne nei cilindri è una sfida ancora più complessa e pericolosa per qualunque tipo valvola.
Mi vengono anche altri dubbi: l’idrogeno che verrebbe combusto, dovrebbe essere massimo 5 kg calcolando il 5% dei 100 kg di benzina. Ecco, come può non venire mai un dubbio alla Federazione che ogni gara queste macchine perdano così tanto peso? 
L’aumento di potenza riportato dai media si può giustificare in altro modo, avendo i dati della stagione scorsa: la Mercedes può sicuramente usare valori più specifici sulle mappature, usare condotti più performanti e/o migliorare la geometria della camera di combustione: la potenza del motore non si gioca solo con la combustione! 
Se invece fosse tutto vero e il segreto fosse veramente l’idrogeno? Beh, mi auguro proprio che sia una idea tutta Mercedes e non di Petronas! Perché? Il gruppo Malese ha acquistato Selenia dal gruppo Fiat qualche anno fa; il loro principale Centro di Ricerca si trova vicino a Torino. Insomma se questa idea fosse arrivata da un centro di ricerca italiano che fino a qualche anno fa sarebbe stato a portata della Ferrari, come potrei non arrabbiarmi?


Cristiano Sponton

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8 commenti

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22 gennaio 2015 15:46 delete

Questo articolo sinceramente lo trovo molto utile in quanto mette insieme anche tanti dubbi sollevati nel precedente articolo dai vari lettori, me incluso.
Non conosco il regolamento a menadito, quindi magari dico una cavolata, ma sarebbe possibile usare un gas da iniettare nella "coppa" (coppa sempre fra virgolette in quanto sono ovviamente tutti motori a carter secco) con la scusa di raffreddare l'olio e poi tale gas essere trasferito in combustione?
Sarebbe ovviamente una forzatura del regolamento, ma se nessuno lo vieta.... ;-)
Ad esempio potrebbe essere iniettata acqua che evaporando porta vapore in camera di combustione. L'iniezione di acqua ha un ottimo potere antidetonante potendo di conseguenza girare con un AFR più alto.
Ciò che è palese è che Mercedes riesce a girare con un AFR più alto della concorrenza. Ciò è chiarito dal fatto che a pari valore di debimetro carburante la mercedes riesce a raggiungere regimi di rotazione più alti.

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Ros
AUTHOR
25 gennaio 2015 21:32 delete

Nessuno pensa di stoccare l'idrogeno in forma gassosa, ma stiamo considerando la possibilità di utilizzare una frazione del lubrificante ovvero degli idruri metallici e far fluire l'idrogeno allo stesso modo dei gas di blow-by o, al limite, di produrlo dalla stessa benzina direttamente nel collettore di aspirazione tramite micro fuel converter microplasmatron.
Considerando ad esempio l'ipotesi dell'idruro metallico considera che esiste un materiale noto come ammonio borano, borano ammoniaca o idruro di azoto inorganico e boro NH3BH3 che assorbe idrogeno fino al 20% in peso rilasciandolo gradualmente somministrandogli calore ad una temperatura variabile da 80 a circa 200° (temperature assolutamente compatibili con il lubrificante utilizzato come fluido termovettore)

l'ammonio borano rilascia l'idrogeno in due successive fasi:

NH3BH3 → NH2BH2 + H2 ~ 80 – 110°C
NH2BH2 → NHBH + H2 ~ 120 – 180°C

Quindi, volendo fare un esempio, mi sembra ragionevole ipotizzare di stoccare circa 2 kg di idrogeno in poco più di una decina di Kg di borano di ammonio nel fondo del serbatoio del lubrificante utilizzato anche come zavorra. Possibile considerando anche le dichiarazioni recenti di Pat Symonds: "La FW36 doveva caricare una ragionevole quantità di zavorra, per questo siamo riusciti sulla FW37 ad apportare diverse modifiche interessanti senza il timore di aumentare troppo la massa".

Per quanto riguarda la difficoltà tecnologica della stabilizzazione del rilascio di Idrogeno dall'idruro, penso che Mercedes abbia un'esperienza ultraventennale nella ricerca e realizzazione di serbatoi di stoccaggio dell'idrogeno quindi abbia tutta la tecnologia sufficiente per risolvere questi problemi.

Considerate che già oggi esiste una tecnologia commerciale che prevede l'uso di questo materiale incapsulato in un contenitore di polistirene realizzando delle piccole sfere
Secondo lo società produttrice Cella energy, potranno essere usate per alimentare le auto del futuro senza i problemi di sicurezza legati ai metodi di stoccaggio 'tradizionali'.
Peraltro uno dei possibili usi indicato è proprio equivalente a ciò di cui parliamo:
"The hydrogen can also be used as a supplement to reduce current emissions in gasoline, diesel, JP-8, jet-fuel or kerosene."
http://www.hydrogencarsnow.com/blog2/index.php/hydrogen-fuel-production/cella-energy-uses-coaxial-electrospinning-to-create-low-cost-h2/
http://technews.it/eeRca
http://cellaenergy.com/our-materials/

Per quanto riguarda poi il fatto che la FIA potrebbe accorgersene, guardate che è tutto perfettamente legale stante i regolamenti attuali

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27 gennaio 2015 11:57 delete

qesta tecnologia non poteva essere usata si v8 ?

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27 gennaio 2015 11:58 delete

Questa tecnologia non poteva usarla la MERCEDES sui suoi v8 ??

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27 gennaio 2015 11:59 delete

e perche la usa soltanto adesso con i v6..!?

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Ros
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27 gennaio 2015 20:55 delete

Prima di tutto non sappiamo se sia usata adesso, ricordati che è sempre e solo una supposizione, figurati se possiamo sapere se è stata usata o anche solo testata in passato.
In ogni caso la differenza non la fa il v6 o il v8, ma i 100kg max imbarcati ed ancora di più i 100 kg/h di consumo instantaneo.
E' lì che può essere il vero vantaggio!

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29 gennaio 2015 17:01 delete

Più ci penso a questa "idea" e più mi chiedo quanto sia realizzabile e quanto sia reddizia...

- Stoccare il gas prodotto nella "coppa" è un rischio enorme.
- Per produrre gas c'è necessità di una grande energia termica sottratta dal motore.
- le % di gas prodotte dovrebbero essere relazionate al consumo di carburante che è variabile in base alla mappa. Quindi o si ha un serbatoio di questo gas o non riesco a immaginarmi come possa essere prodotto all'istante in misura variabile.
- Un serbatoio posto fra la "coppa" e l'aspirazione sono certo che potrebbe essere fonte di molti reclami.
- 10 kg di zavorra posti in una zona ben specifica per questo utilizzo non la vedo una cosa molto intelligente. La zavorra viene posizionata dove serve e se serve... in molti REALMENTE, tolta la propaganda, hanno poca o niente zavorra e quella poca che hanno la mettono dove serve.

Io credo che qualche cosa del genere lo abbiano già pensato e applicato tutti quanti, ma si tratta di % davvero ridicolissime e continue. un 6-8 litri di olio e qualche kg di materiale adatto in modo da tentare di migliorare la combustione.
Ciò che noi oggi pensiamo, di norma loro lo usano già da anni. Tale procedura è poi addirittura scritta su regolamenti di altre specialità, ho serissimi dubbi che ci abbia pensato solo Mercedes. ;-)

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19 febbraio 2015 18:17 delete

Penso che non ci sia bisogno di aggiungere altro.......


Enrico Benzing: “Mi sono sentito chiamato in causa sul tema che ultimamente ha attirato l’attenzione di alcuni, sui possibili benefici per l’eventuale aggiunta di idrogeno nella combustione di idrocarburi in motori termici, nello specifico, quelli usati in Formula 1. Specialisti hanno confermato le mie perplessità: è impossibile attuare il processo così come è stato indicato, considerando che il carburante non passa più dal condotto di aspirazione – condotto che in base al regolamento consente di far affluire unicamente carburante puro – in quanto, per effetto dell’iniezione diretta, la benzina finisce direttamente nella camera di combustione. Evidenzio piuttosto come il regolamento non sia stato aggiornato, ma sostenere tesi come quella dell’uso in Formula 1 dell’idrogeno come additivo, mi sembra un semplice esercizio per ottenere pubblicità a buon prezzo. Ammesso che fosse possibile ricavare idrogeno in quantità adeguata alla bisogna dai liquidi imbarcati sulla monoposto, quanto ne servirebbe?”

Mauro Forghieri: “Ammesso che si voglia ricavare idrogeno dall’olio lubrificante e dalla benzina, liquindi presenti sulla monoposto di Formula 1, quanto se ne potrebbe produrre per ottenere apprezzabili benefici? Per produrre l’idrogeno necessario si consumerebbero fonti preziose di energia – ben contingentate dalle norme regolamentari – in notevole quantità. La questione è stata sollevata per ottenere un facile scoop giornalistico o per sminuire l’importante lavoro svolto in tre anni a questa parte dalla Mercedes? Trasformare l’affermazione ottenuta in pista dalla Mercedes, insinuando il dubbio di una non corretta interpretazione del regolamento, non è bello. E’ triste constatare che si vorrebbe mortificare il giusto merito del team di Toto Wolff, squadra che ha svolto bene un considerevole lavoro di ricerca. Tutta questa vicenda non mi piace. La Mercedes è stata la più brava e questo è un merito che deve essere riconosciuto.”

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