Approfondimenti sul consumo dei motori

Il consumo dei nostri motori fuoribordo...............

Vecchia storia, mai risolta, forse, se non per quanto riguarda il consumo WOT.
Ma noi andiamo WOT forse l'1% del tempo di navigazione e quindi ci interessa molto di più il consumo ai regimi intermedi.
Niente, sul consumo a questi regimi le case costruttrici sono assolutamente impermeabili a qualsiasi informazione.
E allora fioccano modelli e formule empiriche che, per la loro estrema semplificazione, sono relativamente poco affidabili e quindi danno luogo a discussioni da bar infinite.

Però, si può approfondire qualche aspetto e si possono trovare alcune informazioni, soprattutto in quei settori in cui il consumo può essere una discriminante importante per la scelta del motore.

Inoltre, studiando e approfondendo, , ho capito che quello che conta non è la potenza erogabile dal motore ma la potenza assorbita dall'elica. Questo concetto non ha niente a che fare con i rendimenti meccanici (spesso si sente dire potenza all'albero / potenza all'elica) ma è insito nel funzionamento dell'elica. Non ho competenze fluidodinamiche adeguate per spiegarne il perchè, ma ogni elica può assorbire ad ogni regime di rotazione una certa potenza. Analogamente, ogni motore può erogare ad ogni regime una certa potenza.

Qui sta il cuore del problema: ad un certo regime di giri la potenza che può assorbire l'elica è DIVERSA dalla potenza che può erogare il motore.
O, meglio, la potenza che può assorbire l'elica coincide con la potenza che può erogare il motore ad un SOLO regime di funzionamento, quello per cui è stata progettata l'accoppiata motore elica.
Questo regime è il regime WOT in base al quale, nota la potenza erogabile, si progetta l'elica in modo da poter assorbire tutta la potenza che il motore può fornire. Il regime WOT non è solo il regime massimo del motore, ma è anche il regime massimo a cui l'elica può trasformare energia.
A TUTTI gli altri regimi la potenza assorbibile è SEMPRE minore della potenza erogabile ed è proprio questa disponibilità di potenza ulteriore che ci permette di accelerare: infatti, il motore aumenta il numero di giri, fornisce più potenza e l'elica può assorbire questa surplus di potenza, da trasfomare in energia cinetica, e quindi il gommone accelera.

Per spiegare meglio questo concetto, guardate la Fig. 1, trovata in rete sul sito della Lombardini Marine e riferita ad un motore diesel veloce da circa 80 hp. (Ovviamente i dati per i motori a benzina saranno diversi ma questo fatto non inficia il ragionamento, ndr.)

FIG. 1

La curva 1 rappresenta la potenza erogabile dal motore.
La curva 2 rappresenta la potenza assorbibile dall'elica.
La curva 3 rappresenta la coppia erogabile dal motore.
La curca 4 rappresenta il consumo specifico.

Misurando al banco prova motori:
con un freno dinamometrico applicato all'albero motore la coppia erogabile,
con un Tubo di Pitot la velocità a monte e a valle dell'elica e quindi la variazione di energia cinetica del fluido,
con un flussimetro la portata di carburante,
con un contagiri la velocità di rotazione,
è possibile con semplici formule ricavare le curve indicate e quindi conoscere per ogni regime, ad esempio 2500 rpm, i valori di coppia, potenza e consumo specifico.



Per adesso mi fermo qui.

Meditate (se volete.........) su queste curve.




continua

bellissimo ragionamento , logico e filante ,ma non ci avevo mai pensato.
eros

come facciamo a far si che la curva B si sposti verso la curva A.... perchè così vedendo è... UNA BELLA FREGATURA

lo stavo aspettando dopo l'anticipazione dell'altra sera........ci ho pensato e ripensato anche dopo

fran...questa logica si puo ricondurre o almeno affiancare alla modifica delle eliche di donno per far si che la curva B si avvicini alla curva A ?

mmm...quindi a 2000 rpm il motore esprime potenza e coppia ma l'elica non assorbirebbe.... spè cos'è che assorbe l'elica? Potenza?

Buongiorno , per avvicinare la curva B alla curva A basta che aumentiamo passo e diametro dell'elica , ma questo non e' possibile!

Mi spiego meglio , tra potenza erogabile dal motore e potenza assorbita dall'elica ci deve essere sempre un equilibrio , se abbiamo un'elica che ipotizziamo a 2500 G/m assorbe tutta la potenza che in quel range il motore può erogare , andando a dare gas lo stesso non salirebbe di giri e quindi non si avrebbe accelerazione.

Quello che la curva A rappresenta e' la potenza massima che il motore può dare in relazione al numero di giri ma come si vede l'elica ne assorbe di meno e pertanto facendo un banale esempio generico , un motore può erogare a 2500 giri 50 cavalli , alla nostra elica per far avanzare il gommone in quella condizione di esercizio ne necessita di 30 , quindi il motore non eroga tutta la potenza di cui potrebbe disporre a farfalla tutta aperta ma si troverebbe a lavorare in una condizione di apertura farfalla parziale .

A questo punto , diamo tutto gas , aumenta la portata di aria e benzina e il motore inizia ad erogare tutti i 50 cavalli disponibili a 2500 g/m permettendo al gommone di accelerare.

Semplice !

in questo ragionamento ci può entrare la velocità di rotazione dell'elica oppure è una variabile ininfluente?

Allora, seconda puntata.

Analizziamo in dettaglio le curve riportate nella Fig. 1 del mio precedente post.


Cominciamo dal motore
Le curve di coppia e di potenza erogabile mostrano andamenti abbastanza noti.
Bisogna fare però una precisazione, importante per il prosieguo: queste due curve vengono determinate al banco prova, tramite un freno dinamometrico in condizioni di manetta completamente aperta. Quindi, per ogni numero di giri si misura la massima coppia e di conseguenza (tramite la semplice relazione Potenza = Coppia x Velocità_di_rotazione) si calcola la massima potenza che il motore PUÒ erogare ad ogni numero di giri. Due tipici andamenti della coppia e della potenza sono riportati qualitativamente in Fig. 2 (curva nera = coppia, curva blu = potenza). Se, allo stesso numero di giri vogliamo erogare meno potenza, allora si chiude un po’ la manetta (parzializzazione) e la potenza erogata diminuisce (seconda curva blu in Fig. 2).
Fig. 2

Veniamo all’elica
Compito dell’elica è trasformare l’energia dall’albero (sotto forma di coppia) al fluido (sotto forma di energia cinetica). Ogni elica, in funzione del numero di pale, della forma delle pale, della finitura superficiale, del materiale con cui è fatta, e qualche altro fattore meno importante, può convertire una ben determinata quantità di energia, variabile ad ogni regime di rotazione. Rapportando all’unità di tempo, ogni elica può convertire (assorbire) una certa quantità di potenza, curva fucsia in Fig. 3. Un’elica diversa (per esempio a 4 pale invece di 3) avrà un tipo di assorbimento diverso come si vede nella seconda curva fucsia di Fig. 3
Fig. 3

L’accoppiamento motore elica
Per far muovere bene una barca è necessario che funzioni bene l’accoppiata motore/elica, che è un concetto moooooooolto diverso dal buon funzionamento del motore o dell’elica presi singolarmente. L’esempio più evidente e chiaro è dato da un motore di Formula 1 (un motore eccezionale) che montato su un TIR da 400 quintali neanche riesce a muoverlo oppure l’elica di una superpetroliera (un’elica eccezionale) che montata su un gommone al massimo riesce ad affondarlo ma certamente non riesce a muoverlo
Per studiare il funzionamento congiunto motore/elica, bisogna sovrapporre i grafici di Fig. 2 e di Fig. 3, come riportato in Fig. 4 ed individuare l’intersezione delle curve. L’intersezione rappresenta il punto di funzionamento stabile, cioè le condizioni in cui la potenza fornita dal motore è uguale alla potenza richiesta dall’elica, e quindi la barca procede a velocità costante.
Per il funzionamento a manetta completamente aperta, il punto di funzionamento stabile si ha a circa 6000 rpm (punto A di Fig. 4).
Per il funzionamento a manetta parzializzata, il punto di funzionamento stabile si ha a circa 4000 rpm (punto B di Fig. 4).
Se si cambia l’elica, ovviamente, ci si deve spostare sulla curva di potenza assorbibile dalla nuova elica, ed individuare i nuovi punti di funzionamento stabile, punto C e punto D, a manetta tutta aperta e a manetta parzializzata, rispettivamente.
Fig. 4

Nella prossima puntata parleremo di consumo (vedi titolo del topic ) e arriveremo alle conclusioni (speriamo ).



continua

Una cosa è certa: quando ci incroceremo in Adriatico, si parla solo di calcio!!!!
(basta che non mi disegni gli schemi anche lì....)