Ferrari e Red Bull sfruttano diversamente la valvola wastegate

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Con l’introduzione dei motori ibridi dalla stagione 2014 la Formula Uno ha cambiato profondamente la maniera di intendere i propulsori, dando la possibilità a differenti scuderie di “approfittare” del regolamento per cercare di trarre vantaggi. Lo scarico attuale di una Power Unit consente il posizionamento esterno di uno o due “tubi” che fungono da terminali alla linea di scarico che parte dalla valvola Wastegate

Uno dei componenti più rilevanti di questi nuovi è il complesso turbocompressore. Per poter garantire una maggior potenza dell’ ICE nonostante la cilindrata ridotta, è necessario assicurare un apporto di flusso a pressione maggiore all’interno delle diverse camere di combustione. Al contempo risulta evidente come, a causa del funzionamento del turbocompressore secondo diversi regimi di rotazione, sia necessario smaltire a valle della combustione una diversa quantità di gas di scarico, che necessariamente devono oltrepassare la turbina e provvedere al suo azionamento. In questa fase senza la presenza della suddetta valvola si andrebbe inevitabilmente incontro a rischi enormi per il turbocompressore prima, e per il motore poi, rischiando un funzionamento anomalo che potrebbe portare ad una vera e propria “strozzatura” (Choking). Per questa semplice ragione si utilizza la Wastegate per parzializzare il flusso di gas di scarico passante attraverso la girante della tribuna, capace di garantire un efflusso “ in perdita” di una certa porzione di gas.

A causa di tutto ciò occorre pensare al fatto che il lavoro di compressione (spesa per il motore) ha inizialmente trattato una certa quantità di flusso, e che successivamente in turbina, dove il lavoro viene recuperato, la quantità di flusso trattato è inferiore, proprio perché parte del totale viene espulso tramite la Wastegate. Detto questo i team nel corso degli anni hanno via via affinato la tecnica in modo da sfruttare questo “scarto”, essendo capaci di approfittare la situazione per fini streattamente aerodinamici.

In particolare, sebbene le diverse posizioni degli scarichi e delle valvole derivino dal posizionamento e dalla composizione strutturale degli elementi che compongono la Power Unit, è divenuta predominante l’esigenza di trovare vantaggi aerodinamici grazie alla “flessibilità” del regolamento stillato dalla Federazione Interazionale.

Le differenti filosofie che andiamo ora ad analizzare indicano certamente una differente compattezza componentistica del propulsore, che inoltre rivela una costruzione interna dissimile come filosofia. Queste caratteristiche discordanti sono dovute in parte alla gestione degli spazi ed alle modalità di gestione flussi in uscita dai condotti.

Wastegate Ferrari

Con gli scarichi posizionati nella parte superiore solitamente si cerca di generare un’accelerazione capace di energizzare i flussi che investono la zona inferiore dell’ala posteriore. Nonostante tale soluzione non produca effetti paragonabili alle enormi quantità di carico già generate dalle superfici aerodinamiche posteriori, tale flusso permette un’aumento della velocità nella porzione di spazio inferiore all’ala posteriore, producendo un’effetto di ulteriore depressione che permette la generazione di ulteriori punti di carico in downforce. Energizzare il flusso nell’intradosso dell’ala posteriore significa inoltre incrementare l’energia dello strato limite, permettendo di nuovo l’effetto di cui sopra. Prendendo in esame la soluzione studiata dai tecnici della Ferrari notiamo la “compatezza” del sistema, derivante da una coesione strutturale interna. In questo caso però la creazione di un’apertura nel capò per permettere il passaggio dello scarico è necessaria.

Anche la specifica studiata da Red Bull è molto interessante a fronte di queste considerazioni. Si potrebbe infatti pensare che sebbene la versione della Rossa permetta di andare a massimizzare l’energizzazione del flusso nella porzione centrale, o dove comunemente è presente il “cucchiaio” dell’ala come da configurazione vista in questo GP, quella del team austriaco vada a distribuire l’effetto su una porzione maggiore. 

Wastegate Red Bull

Ovviamente siamo ormai abituati a pensare anche a quanto sia importante rastremare la zona di scarico e del cofano motore per migliorare l’effetto di penetrazione e ridurre la resistenza all’avanzamento, sebbene allo stesso tempo risulti evidente quanto i flussi nella zona dell’ala posteriore arrivino sporcati dai vortici generati dalla parte anteriore della vettura. Anche per questo semplice motivo tutte le appendici nella zona delle pance e le curvature del cofano vengono accuratamente studiate. 

Negli ultimi anni la valvola Wastegate ha preso una importanza maggiore?

A margine di quanto detto in precedenza nasce un’ulteriore interessante riflessione sull’importanza che la valvola Wastegate assume nei moderni propulsori. Le differenti mappature, oltre le ovvie funzioni di sblocco potenza, tarano altresì in modo elettronico lo sfogo dei gas in uscita dagli scarichi, essendo regolamentati nel funzionamento (i due scarichi non possono agire in maniera differente) ma non nella quantità di emissioni permesse. Per questa ragione cambiando la mappatura si modifica l’utilizzo del compressore, che alterando lo sfiato modifica la fuoriuscita dei gas potendo così energizzare il flusso in modo diverso nella zona sottostante l’ala posteriore, andando in modo limitato anche a gestire il carico generato dal posteriore della vettura.

Autori e foto : Alessandro Arcari@berrageizf1

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