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F1 2016: un doppio scarico per rendere più acute le Power Unit

Il Consiglio Mondiale FIA riunitosi qualche giorno fa a Ginevra, ha stabilito che a partire dalla prossima stagione, il terminale di scarico sarà sdoppiato. Uno scarico sarà in versione 2015, quindi come quello attuale, ricavato dall'unione dei sei scarichi singoli; l'altro invece, di dimensioni molto probabilmente inferiori, è utile ad espellere la parte di gas di scarico che bypassa la turbina grazie alla valvola wastegate.

Tale modifica è stata pensata esclusivamente per aumentare il rumore dei V6 ibridi introdotti due anni fa sulle vetture di Formula 1 visto che, fin dal 2014, molti appassionati hanno criticato questi gioielli tecnologici in quanto poco rumorosi. 

VALVOLA WASTEGATE: UNA "SEMPLICE" VALVOLA DI SFIATO 
Prima di tutto andiamo a capire che cos'è e come lavora la valvola wastegate. Nel motore endotermico turbo-compresso, tale valvola è un dispositivo di pressione massima utilizzata per il controllo delle condizioni d'esercizio della turbina.

Per evitare problemi strutturali, legati soprattutto alle sollecitazioni meccaniche del componente turbina e componente compressore, si limita il regime di rotazione (e quindi la pressione di compressione dell’aria comburente) semplicemente creando un by-pass ai gas di scarico; senza tale valvola, gli stress meccanici accoppiati ai notevoli stress termici che colpiscono soprattutto la turbina potrebbero portare alla rottura del sistema di sovralimentazione. I gas di scarico, superata una soglia di pressione prestabilita, non investono più la girante della macchina termica ma vengono convogliati direttamente nello scarico.


2015: LA WASTEGATE STROZZA IL SOUND DELLA NUOVE POWER UNIT
Una domanda che potrebbe sorgere spontanea a molti potrebbe essere questa: ma nel 2015, i gas di scarico che bypassano la turbina dove vanno a finire? La risposta è semplice: la parte di gas di scarico espulsi tramite la valvola di pressione massima vanno a confluire anch'essi nell'unico scarico, centrale, presente sulle vetture 2015 di F1. Insomma, dopo una breve divisione della portata dei gas esausti, a valle della turbina la portata torna ad essere quella totale. Questo collegamento però comporta uno smorzamento della pressione sonora delle attuali Power Unit; da qui quindi è nata la necessità di pensare ad un'altra soluzione.

LE NUOVE POWER UNIT MANCANO DI PRESSIONE SONORA
Checché se ne dica, i nuovi motori turbocompressi hanno molti decibel in meno rispetto ai motori aspirati che tanti di voi adoravano e rivorrebbero in pista. Stiamo parlando, secondo nostre informazioni "ufficiose", di circa 10 db in meno. 

Ma cosa è il Decibel? E' l'unità di misura della pressione sonora, ossia dell'energia emessa da una sorgente di rumore. Interessante poi sapere che la scala che va a misurare i suoni è logaritmica e quindi, facendo un esempio rapido, se la pressione aumenta di soli 3 db, in realtà si ha un raddoppio della pressione in termini assoluti. Ma attenzione che le nostre orecchie non percepiscono un raddoppio della potenza sonora con soli 3 db in più, ce ne vorrebbero molti di più.

2016: QUESTA NOVITÀ' RISOLVERÀ I PROBLEMI DI SOUND?
La risposta è NI, nel senso che avremo si un miglioramento del sound, rendendo più acuto il rumore emesso dalle nuove Power Unit, ma questa modifica non potrà far sicuramente miracoli. 

Perché diciamo questo? Perché in realtà, la valvola wastegate soprattutto in gara non è utilizzata molto, mentre per quanto la qualifica, i benefici potrebbero essere più importanti. Basti ricordare come utilizza Mercedes il suo BOOST (QUI l'articolo completo).

A questa nostra osservazione ci viene in aiuto uno studio realizzato dall'Università di Cambridge sulle attuali Power Unit, il quale stabilisce che è meglio utilizzare la wastegate aperta (quindi scaricare maggiormente i gas di scarico) soprattutto nelle fasi di qualifica quando le batterie hanno carica massima. In questo modo, la potenza del motore a combustione interna può essere incrementata di + 20 kW (~27 CV). Per far ciò ovviamente, MGU-H dovrà essere utilizzato come generatore, azionando il gruppo turbo compressore. Tale generatore richiederà alla batteria circa 40 kW. Quindi un effetto utile di 27 CV, con una spesa di energia stoccata in batteria di 54 CV.

Si riescono ad ottenere potenze maggiori dall'endotermico perchè utilizzando MGU-H per muovere il gruppo TC, si riescono a mantenere i settaggi del gruppo turbocompressore più spinti e costanti; questo perchè non c'è più di mezzo una portata variabile dei gas di scarico ma solo un dispositivo che comandato elettronicamente può imputarmi sicuramente con più precisione, rampe di salita e di discesa, e addirittura anche una determinata pressione di sovralimentazione. E in questo caso saremo noi a decidere quale pressione di sovralimentazione imputare ad un determinato numero di giri; non saranno più i gas di scarico che me la determineranno. 

Con la wastegate chiusa (in configurazione pressoché di gara solitamente) invece, si ha  una riduzione di potenza rispetto alla soluzione con wastegate aperta, ma si avrà il vantaggio di recuperare energia da MGU-H, portandola o in batteria o direttamente al motore elettrico K.

LA SOLUZIONE PIÙ PROBABILE? DUE SCARICHI DISPOSTI VERTICALMENTE
Se volessimo provare ad ipotizzare la disposizione dei due scarichi presenti sulle vetture del prossimo anno, secondo noi l'ipotesi più probabile è che vengano disposti verticalmente, uno sopra l'altro.
Lo scarico di dimensioni maggiori è quello che va ad espellere i gas dalla turbina, mentre quello in basso, di dimensioni ridotte, sarà quello destinato ad espellere i gas quando avviene l'apertura della valvola wastegate.

Elaborazione grafica di @Piusgasso - Silverstone 2014
Attenzione che questa immagine è solo una elaborazione grafica dell'utente di Twitter @piusgasso e non una immagine reale. Ferrari comunque aveva testato qualcosa di simile nei test di Silverstone dello scorso anno.

Cristiano Sponton

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