Il sistema KERS
Il KERS (Kinetic Energy Recovery System) è un sistema di recupero dell’energia che verrà introdotto nel mondiale di Formula 1 2009 e che sarà obbligatorio dalla stagione 2010. La funzione di questo sistema è quella di recuperare parte dell’energia terminca dissipata in fase di frenata per trasformarla in energia meccanica che il pilota potrà utilizzare per aumentare la potenza del motore in fase di accelerazione risparmiando i consumi di carburante, e quindi anche l’inquinamento, in modo da aumentare il rendimento totale del motore sfruttando al massimo anche quelle energie sviluppate che normalmente sarebbero considerate come perdite.
Il KERS può essere di tipo meccanico o elettrico. Nel primo caso è un dispositivo, appunto, meccanico ad accumulare l’energia in fase di frenata, mentre nel secondo caso abbiamo una batteria supplementare che viene caricata dall’energia creata sempre dalle ruote posteriori in frenata. Vediamo allora più da vicino il funzionamento di questi due sistemi.
Il dispositivo meccanico verrà inserito nell’impianto di trasmissione della monoposto in modo da sfruttare i valori di rapporti di trasmissione accumulando energia quando questi sono alti e rilasciandola quando invece questi saranno bassi. Il tutto sarà permesso da un volano costituito da fibre di carbonio avvolte intorno a un elemento in acciaio. Internamente il KERS si presenta formato da due toroidi, dischi a forma di ciambella, responsabili del rilascio e dell’accumulo dell’energia. All’interno dei due toroidi passano due o tre cilindri posizionati in modo tale che sfreghino con la parte interna dei due toroidi.
Quando il disco, responsabile dell’accumulo dell’energia, ruota i cilindri si muovono e trasferiscono il loro moto all’altro disco che si metterà a ruotare in senso apposto all’altro. Tutto questo è reso possibile da uno strato di liquido di trazione posto tra i toroidi e i cilindri. Chimicamente questo liquido è ad elevato peso molecolare, ovvero costituito da molecole che durante il funzionamento del dispositivo si allungano, che ha esattmante la funzione opposta di un comune liquido lubrificante permettendo così alle superfici a contatto di sviluppare il massimo attrito tra di loro e dunque trasferire la massima energia cinetica durante il movimento. Inoltre l’efficienza del sistema può essere aumentata all’aumentare della pressione che mantiene legati i due toroidi.
Il volano accumulerà così energia meccanica che il pilota potrà decidere di riutilizzare nel momento più oppurtuno. Il sistema che sfrutta le fasi di frenata per accumulare l’energia permetterà anche di aumentare l’azione frenante, costituendo di fatto un freno motore grazie proprio all’attrito tra i cilindri e i toroidi, permettendo così la diminuzione di energia termica dissipata da parte dei freni. Il sistema, sintetizzato in modo un pò grossolano, sfrutta lo stesso principio delle macchinine a molla giocattolo che si muovono da sole dopo una carica effettuata tirandole indietro, mentre nel caso del KERS l’azione di carica avviene in fase di frenata.
Il dispositivo elettrico, come già detto, è costituito da una batteria e da un motore elettrico collegati direttamente alll’albero motore. In fase di frenata l’inverter del motore elettrico mette i generatori in modalità alternatore per caricare la batteria (con tensioni vicine ai 400 V e correnti vicine agli 800 A) con l’energia cinatica sviluppata in frenata dall’albero motore, mentre in fase di accelerazione gli inverter si posizionano in modalità alimentatore in modo che la batteria alimenti direttamente il motore elettrico che farà girare più velocemente l’albero motore. Anche in questo caso il principale difetto è il peso del dispositivo, 4 kg per il mororino più quello delle batterie, che però può essere posizionato in punti differenti rispetto al KERS meccanico, che è un pezzo unico di circa 5 kg.
Le possibilità di posizionamneto del sistema elettrico sono due. La prima prevede che il motorino venga collegato direttamente al cambio collegato alla coppia conica tramite rapporti, con le batterie alloggiate a fianco del motore direttamente sulla scocca. In questo caso il peso verrà distribuito sulla parte posteriore e centrale della monoposto. La seconda soluzione prevede, invece, che il motorino venga posizionato alla fine dell’albero motore (parte anteriore del motore della vettura) con le batterie poste sotto il serbatoio, al quale verrà dunque tolto spazio e quindi dovrà essere ridotta la sua capienza. In questo caso il peso viene portato tutto nella parte centrale della monoposto senza stravolgere le geometrie della stessa al fine di trovare il suo miglior centro di massa.
Dalle specifiche presentate dalla FIA il sistema non dovrà fornire più di 58kW (80cv) per un totale massimo di 400kJ per giro (circa 7 secondi di funzionamento totale per giro) e questo perchè un sistema più avanzato potrebbe accumulare, e fornire, potenze esagerate che sarebbero prima di tutto pericolose per la sicurezza dei piloti, perchè ingovernabili, e poi non equlibrato tra le varie scuderie. Dall’ottica del pilota il vantaggio di questo dispositivo sta nell’utilizzare nel momento migliore la potenza in più, generata in accelerazione, rispetto all’avversario. Da stime della FIA il sistema dovrebbe far guadagnare circa 1 decimo di secondo al giro, ma questo vantaggio rispetto alle monoposto 2008 non sarà visibile per via delle altre limitazioni tecniche. La Formula 1, dopo molto tempo, tornerà a sviluppare una nuova tecnologia che sarà utile e trasferibile anche sulle vetture di tutti i giorni per diminuire i consumi e l’inquinamento ed aumentare l’efficienza dei motori, prova è che la BMW è la più sensibile a questa tecnologia.
