Approfondimenti sul consumo dei motori [pag. 5]

Yatat si domanda se alla pari velocità e a meno giri il consumo e' diverso.
Dal punto di vista della fisica la risposta è no in quanto per far avanzare una barca ad una certa velocità gli attriti da vincere sono sempre gli stessi e quindi il lavoro da compiere e' lo stesso.
Dal punto di vista dell'ingegneria meccanica la risposta è si in quanto i rendimenti del motore e dell'elica sono diversi.

Adesso sono con il palmare ma domani cercherò di spiegare meglio con un grafico.

Dopo la risposta di Vanbob, che scrive "non corrisponde alla realtà", Stefano si domanda se ha sbagliato a scrivere qualcosa.
Penso che il suo post sia corretto ma imho Bob voleva intendere che non esistono motori con curva di coppia completamente piatta.

Fran, per favore tieni conto anche di questa richiesta derivata da una concreta prova empirica.

Dati:
- reale paritá di condizioni
- elica 3x16x20 di cui WOT 6400 rpm e 41 nodi
- elica 3x16x23 di cui WOT 5000 rpm e 35 nodi

Considerando l'evidente eccesso di passo della 23 (evidente perchè il decremento di giri a WOT è davvero fuori misura), e la lieve cortezza della 20, la richiesta è:

a 4000 rpm dovrei aspettarmi di consumare meno con la 20 o con la 23 ?

Per non saper nè leggere nè scrivere ho mantenuto montata la 20 e la 23 in gavone, ma devo ammettere che vedere il gommone filare ad una crociera di quasi 28 nodi contro i consueti 24, era una piacevole sensazione

Con la 23 non percepivo segnali di sforzo da parte del motore e l'unico segnale di inadeguatezza rimaneva il basso regime a WOT, se invocato.

Tuttavia la mia richiesta deriva dal dubbio che la 23 possa essere una alleata salva benza in eventuali trasferimenti lunghi con mare piatto.

mauro70 ha scritto:

a 4000 rpm dovrei aspettarmi di consumare meno con la 20 o con la 23?

Non lo so

Però posso provare a fare qualche ragionamento, insieme con voi , utilizzando le informazioni finora acquisite soprattutto dalla Lombardinimarine, in particolare le curve di potenza erogata dal motore e le curve di potenza assorbita dall'elica.

Allora, con la 20 raggiungi 6400 rpm a WOT (curva rosa di Fig. 9), mentre con la 23 arrivi a 5000 rpm sempre WOT. Per l'elica da 23 ipotizziamo due comportamenti diversi, curva gialla o curva nera di Fig. 9. Non ho conoscenze fluidodinamiche adeguate per spiegare se è più plausibile per l'elica da 23 la curva di assorbimento di tipo B o quella di tipo C, ma se l'elica da 23 avesse una curva di assorbimento di tipo C allora a regimi bassi avrebbe una riserva di potenza maggiore rispetto alla 20 (la curva nera è più bassa della curva rosa), e quindi avrebbe un'accelerazione maggiore: questo fatto non è riscontrato sperimentalmente e quindi penso che per l'elica da 23 sia più veritiera la curva di tipo B. Comunque continiamo a ragionare come se tutti e due gli andamenti potessero essere veri.

Fig. 9


Prima considerazione: se la curva di potenza in quell’intervallo di rpm fosse abbastanza piatta allora il consumo orario sarebbe quasi lo stesso, in quanto si utilizzerebbe circa la stessa potenza.
Se, invece, la potenza erogata a 6400 rpm (uguale a quella assorbita in quanto siamo WOT) fosse significativamente più alta della potenza erogata (e assorbita) a 5000 allora il consumo orario sarebbe maggiore per l’elica che riesce ad utilizzare maggiore potenza (cioè la 20). Ovviamente, il consumo per miglio potrebbe essere più basso in quanto la velocità è significativamente più alta (41 vs 35 nodi). Questo mi porta ad ipotizzare che alle alte velocità la 20 è migliore della 23, sia per quanto riguarda la velocità che per quanto riguarda i consumi.

Vediamo ora come si potrebbe ragionare ad un regime diverso da WOT, cioè proprio la tua domanda. Guardiamo ancora la Fig. 9 e osserviamo che le due eliche di tipo B e C (con lo stesso passo da 23) raggiungono a WOT i 5000 rpm. Possiamo notare che a 4000 rpm l’elica di tipo C (curva nera) assorbe una potenza minore di quella assorbita dall’elica di tipo B (curva gialla) e quindi possiamo dedurre che l’elica C sia migliore dal punto di vista dei consumi (le velocità sono le stesse).
Vediamo ora il confronto fra l’elica A (quella da 20 che riesce a raggiungere i 6400 rpm) e l’elica C (da 23 che raggiunge solamente 5000 rpm). È evidente che a 4000 rpm l’elica C è molto migliore dell’elica A in quanto assorbe minore potenza (e quindi consuma di meno) e contemporaneamente va in crociera a velocità maggiore (stessi rpm + passo maggiore = velocità di maggiore).
Invece, il confronto fra A e B, ragionando allo stesso modo, suggerisce che allo stesso regime (4000 rpm) l’elica B assorbe maggior potenza (e quindi consuma di più) ma contemporaneamente è più veloce (come prima, stesso rpm + passo maggiore = velocità maggiore). Quindi il consumo orario sarebbe maggiore ma il consumo per miglio potrebbe essere minore.


Conclusioni
Alle alte velocità l'elica da 23 è sicuramente troppo lunga e probabilmente non compensa il calo di velocità con una diminuzione di consumi.
A regimi intermedi, se l’elica da 23 avesse una curva di assorbimento della potenza del tipo C allora sarebbe migliore dell’elica da 20 (tipo A), mentre se la sua curva di assorbimento fosse del tipo B allora bisognerebbe valutare quanta velocità in più permetterebbe: infatti, a fronte di un sicuro aumento di consumo orario, potrebbe essere minore il consumo per miglio in quanto la velocità di crociera sarebbe maggiore.
Ovviamente, se con conosciamo le curve di erogazione del motore e le curve di assorbimento dell’elica, allora tutto il ragionamento, ancorchè corretto dal punto di vista fisico e meccanico, rimane “vuoto”. Come già detto in precedenza, possiamo migliorare (tarare) questo modello effettuando misure sperimentali di consumo in corrispondenza ad un paio di regimi, e tentare di tracciare le curve corrispondenti.



Non so se mi sono capito

Mi piace il tuo modo di ragionare passo-passo e mi piace anche la tua onestà intellettuale.

Tornando a noi. Le tue conclusioni combaciano con la mia deduzione di mantenere la 20 montata e di conservare la 23 in gavone Questo mi rinfranca

Permettimi un paio di considerazioni e/o richiesta di approfondimento...

Non sarebbe più corretto applicare al grafico la potenza in percentuale anzichè in hp ? (anche se, nello specifico, cambierebbe poco, visto che hai sapientemente usato scala 0-100 )

Nel grafico hai stabilito che le eliche da 23 di cui curve di potenza "B" e "C" assorbano a WOT 85 "unità di potenza" (HP oppure % del tot), perchè ? Se, ad esempio, ponessimo che la 23, nelle sue varianze di curva di assorbimento, a WOT assorbisse "70", il risultato a 4000 giri darebbe risultati di consumo migliori per la 23 sulla 20.
Ammetto tuttavia che il ragionamento sulla conflitto tra teoria e prove empiriche sul rapporto tra riserva di potenza a bassi giri ed accellerazione fa propendere anche me a pensare che la curva "B" sia la più raionevole e, probabilmente, plausibile.

In mancanza di prove sul campo e/o misurazioni a suffragio, direi che non mi resta che dirti: grazie Fran !

A WOT la curva di potenza erogata è una sola, quella blu. Per assorbire il 70% della potenza massima un'elica dovrebbe arrivare al massimo a corva 3000 rpm, (Fig. 9), con una curva di assorbimento di potenza ancora più ripida, probabilmente ottenibile con un elica di passo ancora piu' lungo, e quindi ancora meno efficiente in questo intervallo di rpm.

Scusa Fran, Mauro70 ci dice che con l'elica da 20" raggiunge a WOT 6.400 rpm e 41 nodi, mentre con la 23" raggiunge, sempre a WOT, 5.000 rpm e 35 nodi. Secondo quello che ho capito, leggendo tutto il topic, Mauro dovrebbe consumare meno (in lt/h, è importante!) quando viaggia a 5.000 rpm con la 23", a WOT. La domanda che ti pongo è questa: ma questo vale sia per i motori ad iniezione che per quelli a carburatori (ormai obsoleti)? Perchè ti faccio questa domanda? Perchè molti anni fa avevo uno Yamaha 50cv a 2t a carburatori. Per una serie di circostanze facemmo un percorso di 27 miglia in condizioni di sovrappeso (ho dovuto trasportare 4 persone in più) e con un mare formato con onda lunga. In pratica tutto il viaggio l'ho fatto in condizioni di "overpropping", con il motore che non riusciva a superare i 2.500 - 3.000 rpm, con scarsa planata (tranne nelle discese dalla cresta dell'onda lunga), e con la leva del gas sempre "a manetta". Quando siamo arrivati a destinazione avevo consumato quasi 50 lt di benzina (per 27 mn). Il ritorno l'ho fatto in condizioni normali viaggiando a 3.500 - 4.000 rpm, a velocità di crociera e consumando meno di 20 lt. E' vero che le velocità tra l'andata ed il ritorno erano molto diverse e diversi, ovvio, anche i tempi di navigazione, però se vale il discorso fatto finora, ad un regime di 2.500 -3.000 rpm avrei dovuto sicuramente consumare molto meno! Che ne pensi?

fran ha scritto:

Yatat si domanda se alla pari velocità e a meno giri il consumo e' diverso.
Dal punto di vista della fisica la risposta è no in quanto per far avanzare una barca ad una certa velocità gli attriti da vincere sono sempre gli stessi e quindi il lavoro da compiere e' lo stesso.
Dal punto di vista dell'ingegneria meccanica la risposta è si in quanto i rendimenti del motore e dell'elica sono diversi.

Facendo seguito al tuo post sulle eliche di Mauro, vorrei capire meglio le due affermazioni apparentemente incongruenti
Forse è necessario considerare anche l'idrodinamicità degli scafi?

Nel senso che una barca che plana prima o plana meglio potebbe trovarsi in condizioni di attrito tali per cui non è il consumo che cala, ma è la potenza necessaria a raggiungere certe prestazioni che cala?? E quindi anche il consumo (non al 100%, ma almeno in parte)

Parto dal link https://www.gommonauti.it/ptopic52890_Approfondimenti_sul_consumo_dei_motori.html che mostra le curve caratteristiche di un motore a caso.
Per la soddisfazione del lettore attento ed interessato e tenuto conto che l’andamento di dette curve è simile per tutti i tipi di motore a 4T (valori a parte), faccio osservare che la curva di potenza assorbita da qualsiasi elica veloce è una cubica con EXP 2,7. Ne deriva che a -10% dei giri max la potenza assorbita sarà -27% della max erogata dal motore a pieni giri.Vedi grafico Tomei https://www.gommonauti.it/cavalli_sul_mare.php

Applicando la suddetta regola aurea all'esempio di Fran, si ha che la potenza assorbita dall’elica a 2880 rpm sarà 60,5 Hp in prossimità del minor consumo specifico. A 2880 rpm il motore girerà quindi con minimo carico (=minor usura, nessun surriscaldamento e deposito di sali, rendimento termico nella norma). A poco meno di 2880 rpm il consumo specifico si riduce poco, ma inizierà a farsi sentire il calo di rendimento dell’elica che deve sempre essere calcolata per 3200 rpm di max potenza (esempio di Fran).
Concludo facendo osservare che è del tutto erroneo regolarsi col flussometro, che indica l’ovvietà: minori giri motore = minor consumo orario, ma non indica il consumo lt/nm (litri/miglio marino) ! Come dimostra il grafico, quest’ultimo aumenta uscendo dai limiti della suddetta regola aurea.

Avendo voglia di confondermi ulteriormente le idee, ho preparato un grafico simile ai precedenti, ma con qualche dato in più, derivanti da osservazioni sperimentali, da suggerimenti di Propcalc e da varie recenti discussioni

Allora
Ho calcolato la potenza erogabile dal motore, con andamento quasi lineare.
Ho calcolato la potenza assorbibile dall'elica, con andamento esponenziale (exp = 2.7).
Ho calcolato la velocità tramite le formule che tengano conto dei giri all'albero motore, del rapporto di riduzione, del passo dell'elica e del regresso, e le ho confrontate con i miei dati sperimentali.
Ho misurato il consumo nelle reali condizioni di lavoro.
Ho ipotizzato il consumo specifico, min 210 g/cv h @3000 rpm, max 300 g/cv h @5500 rpm
Ho calcolato il consumo orario.
Ho diviso la velocità per il consumo orario ed ho ottenuto la percorrenza per litro, sia teorica che sperimentale.

I risultati sono in Figura 10, chi vuole commentarli?

Fig.10

fran ha scritto:

Terza puntata


Fig. 7

Riprendiamo la Fig. 1, tratta dal sito della Lombardinimarine, nella quale sono riassunti tutti i concetti fin qua esposti e facciamo i calcoli finali.
Ad un certo regime, ad esempio 2500 rpm, si determinano i valori delle grandezze in gioco:
potenza erogabile (inutile per il calcolo di consumi) = 69 cv (punto A)
potenza assorbita dall’elica = 41 cv (punto B)
coppia erogabile (inutile per il calcolo dei consumi) = 200 Nm (punto C)
consumo specifico = 195 g / cv h (punto D)

E quindi il consumo a questo regime risulta essere = 41 x 195 = 8 kg / h ovvero, dividendo per la massa volumica del gasolio (820 g / l), 10 l / h .

Questo è il consumo orario di quel complesso motore elica a quel regime di giri.
Fig. 1

continua

Scusate se riprendo questo interessantissimo post, ma se le reminescenza non mi ingannano, il grafico dei consumi specifici al banco prova sono riferiti a farfalla tutta aperta, si dovrebbero recuperare i dati per ogni singola percentuale di apertura o almeno 3 di essi per estrapolare il resto. Almeno una prova con 25%, 50%,75% e il tutto aperto già è indicato.
Ricordo male o più o meno funzionerebbe così.
Poi dal dire, al mare c'è l oceano in mezzo!!!!

Saluti a tutti:roll: