Esercitazione Calcolo dei Consumi prof. Gobbi - Completo

ANALISI DEI CONSUMI IN VARIE CONDIZIONI

Sommario

Sulla base della precedente esercitazione, in cui ho analizzato i consumi di carburante di una

Porsche 356 C del 1964, ho variato alcuni parametri per analizzare l’influenza che questi hanno sul

consumo totale. Ho suddiviso le analisi in due classi principali: una in cui si considera il veicolo

con solo il conducente e l’altra in cui si considera il veicolo a pieno carico.

Per ogni classe ho valutato differenti situazioni: l’utilizzo di pneumatici con bassa resistenza a

rotolamento, la riduzione della resistenza aerodinamica dovuta alla diminuzione del 20% del

E ∗ C

prodotto e un calo del 20% della massa del veicolo.

D

Per ogni casistica ho confrontato la variazione percentuale del lavoro complessivo sul ciclo, il

consumo di carburante a velocità costante pari a 90 e 130 km/h e la percentuale di potenza

necessaria ad avanzare a 90 e 130 km/h dovuta alla resistenza al rotolamento e quella dovuta alla

resistenza aerodinamica.

I risultati di questa esercitazione portano inevitabilmente a fare importanti considerazioni su ciò su

cui è fondamentale investire per minimizzare i consumi e permettono di quantificare concretamente

i contributi dei vari fattori d’influenza nel consumo complessivo.

Dati Porsche 356 C

Numero marce 4

Rapporto al ponte 0,25

(V )

Rapporto 1 0,32

uvhwx

Rapporto 2 0,57

Rapporto 3 0,88

Rapporto 4 1.22

Efficienza al ponte 0,91

Efficienza cambio 0.93

Massa a vuoto 935 i1

Capienza serbatoio 50 l

Pneumatico 165 HR 15 con rapporto d’aspetto pari ad 80

$

Cilindrata y!

1,582 "

Area trasversale !

1,82

Cx 0,34

11

Procedimento

Un solo conducente

Caso di riferimento Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 11,53

[kg] 0,70

Consumo totale [l] 0,96

Consumo [l/100km] 8,67

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ] 5182,48

Nel caso di velocità costante di 90 km/h si ha un consumo pari a 5,01 l/h (5,567 l/100km) e la

percentuale di potenza necessaria ad avanzare dovuta alla resistenza a rotolamento è del 45,82%. Di

conseguenza la potenza dovuta alla resistenza aerodinamica è il 54,18% della potenza totale.

Invece, nel caso di velocità costante di 130 km/h, si ha un consumo pari a 11,034 l/h (8,488

l/100km) e la potenza dovuta alla resistenza a rotolamento è del 33,28%, contro il 66,72 della

potenza dovuta alla resistenza aerodinamica.

Integrando la potenza richiesta all’albero motore, si valuta il lavoro richiesto all’albero motore:

Lavoro dell'albero in funzione del tempo

45000,00

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

ü

Utilizzo pneumatici con bassa resistenza a rotolamento pari a 0,006

†

Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 13,46

[kg] 0,60

Consumo totale [l] 0,82

Consumo [l/100km] 7,43

Lavoro totale richiesto all’albero [lJ] 4119,57

A velocità costante di 90 km/h si ha un consumo pari a 4,509 l/h (5,01 l/100km). In questo caso la

potenza necessaria è suddivisa in un 30,85% di potenza dovuta alla resistenza a rotolamento e di un

69,15% di potenza dovuta alla resistenza aerodinamica.

12

Invece nel caso di velocità costante di 130 km/h si ha un consumo pari a 9,954 l/h (7,66 l/100km).

In questa circostanza la resistenza a rotolamento influisce sulla potenza necessaria solo di un

23,51% contro il 76,49% della resistenza aerodinamica.

Come prima si ricava il lavoro richiesto all’albero in funzione del tempo:

Lavoro dell'albero in funzione del tempo

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

È possibile calcolare la variazione percentuale del lavoro complessivo sul ciclo rispetto al caso

precedente e si ottiene una variazione pari al 20,51%.

Riduzione di S*Cx del 20% 11,03

Distanza percorsa [km] 11,97

Consumo medio sul ciclo [km/l] 0,68

[kg]

Consumo totale 0,92

[l] 8,36

Consumo [l/100km] 4865,77

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ]

Considerando una velocità costante di 90 km/h si ha un consumo pari a 5 l/h (5,56 l/100km) e la

potenza necessaria ad avanzare si distribuisce tra un 45,82% dovuta alla resistenza a rotolamento e

un 54,18% dovuta alla resistenza aerodinamica.

Invece nel caso di velocità costante di 130 km/h si ha un consumo pari a 11,03 l/h (8,46 l/100km) e

la potenza dovuta alla resistenza a rotolamento ricopre solo il 33,28% della potenza totale richiesta.

Il restante 66,72% è dovuto alla resistenza aerodinamica.

13

Anche qui si ricava il lavoro dell’albero motore e se ne calcola la variazione percentuale rispetto

allo scenario di riferimento che risulta essere pari al 6,11%.

Lavoro dell'albero in funzione del tempo

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

Riduzione della massa del 20%

Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 12,15

[kg] 0,67

Consumo totale [l] 0,91

Consumo [l/100km] 8,23

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ] 4541,52

Se valutiamo una velocità costante di 90 km/h si ha un consumo pari a 4,98 l/h (5,53 l/100km). La

potenza dovuta alla resistenza a rotolamento compre il 41% della potenza totale necessaria, mentre

il restante 59% è dovuto alla resistenza aerodinamica.

Invece nel caso di velocità costante di 130 km/h si ha un consumo pari a 10,5 l/h (8 l/100km) e

solamente il 29,08% della potenza totale è dovuta alla resistenza a rotolamento (il restante 70,92% è

dovuto alla resistenza aerodinamica).

Dopo aver calcolato anche per questo caso il lavoro richiesto all’albero motore, si valuta la

variazione percentuale dalla configurazione di riferimento e si ottiene un valore pari ad 12,37%.

Lavoro dell'albero in funzione del tempo

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

14

Carico massimo ammesso

Il veicolo scelto ha la possibilità di trasportare 4 passeggeri, per cui, teoricamente, il peso a pieno

carico sarebbe pari alla somma dei 300 kg dei passeggeri, dei 100 kg dei bagagli, del peso della

vettura a vuoto di 935 kg più il peso del serbatoio pieno per il 90%. In totale verrebbe un peso di

1375 kg che però supera il peso massimo ammesso di 1250 kg. Quindi per questa prova ho

considerato il massimo carico ammesso (935kg della vettura più 275kg dei passeggeri/bagagli e

40kg di serbatoio).

Tutti i parametri uguali al caso di riferimento (eccetto la massa)

Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 11,10

[kg] 0,73

Consumo totale [l] 0,99

Consumo [l/100km] 9,01

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ] 5867,99

Nel caso di velocità costante di 90 km/h si ha un consumo pari a 5,20 l/h (5,78 l/100km). Il 50,17%

della potenza totale necessaria è dovuta alla resistenza a rotolamento mentre il restante 49,83% è

dovuto alla resistenza aerodinamica.

Invece nel caso di velocità costante di 130 km/h si ha un consumo pari a 11,73 l/h (9,02 l/100km) e

la potenza dovuta alla resistenza a rotolamento è del 37,26% mentre quella dovuta alla resistenza

aerodinamica è del 62,74%. Lavoro dell'albero in funzione del tempo

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

Si riscontra un aumento del lavoro richiesto all’albero del 13,23% rispetto al caso di riferimento.

ü

Utilizzo pneumatici con bassa resistenza a rotolamento pari a 0,006

†

Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 12,72

[kg] 0,64

Consumo totale [l] 0,87

Consumo [l/100km] 7,86

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ] 4602,63

15

Considerando una velocità costante di 90 km/h si ottiene un consumo pari a 4,77 l/h (5,30 l/100km).

In tale condizione la potenza dovuta alla resistenza a rotolamento occupa il 34,69% della potenza

totale necessaria. La restante parte di potenza è dovuta alla resistenza aerodinamica.

Nel caso di velocità costante di 130 km/h si ha un consumo pari a 10,40 l/h (8,00 l/100km) e il

26,79% della potenza totale è dovuta alla resistenza a rotolamento. La restante parte è dovuta alla

resistenza aerodinamica. Lavoro dell'albero in funzione del tempo

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

4 = 0,015

Rispetto al caso di riferimento con solo il conducente ed si trova una diminuzione del

5

lavoro complessivo del 11,19%. 4 = 0,006,

Invece, rispetto allo scenario con solo il conducente e con il lavoro aumenta del

5

11,73% necessario.

° ∗ ¢

Riduzione del 20%

£ Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 11,51

[kg] 0,71

Consumo totale [l] 0,96

Consumo [l/100km] 8,69

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ] 5551,29

Nel caso di velocità costante di 90 km/h si ha un consumo di carburante pari a 5,20 l/h (5,78

l/100km) e una potenza dovuta alla resistenza a rotolamento pari al 50,17% della potenza totale,

contro il 49,83% di quella dovuta alla resistenza aerodinamica.

16

Invece nel caso di velocità costante di 130 km/h otteniamo un consumo di 11,73 l/h (9,02 l/100km)

e un 37,26% della potenza totale è dovuto a vincere la resistenza a rotolamento. Il restante 62,74%

serve per vincere la resistenza aerodinamica.

Lavoro dell'albero in funzione del tempo

40000,00

35000,00

30000,00

25000,00

20000,00

15000,00

10000,00

5000,00

0,00 0 200 400 600 800 1000 1200

E ∗ C

Rispetto al caso di riferimento con solo il conducente ed “normale” si trova un aumento del

D

lavoro complessivo del 7,12%.

Il lavoro richiesto all’albero aumenta del 14,09% rispetto al caso con un solo conducente ma con il

E ∗ C

prodotto ridotto del 20%.

D

Riduzione della massa del veicolo

Distanza percorsa [km] 11,03

Consumo medio sul ciclo [km/l] 11,64

[kg] 0,70

Consumo totale [l] 0,95

Consumo [l/100km] 8,59

Lavoro totale richiesto all’albero [kJ] 5227,04

Se ipotizziamo una velocità costante di 90 km/h otteniamo un consumo pari a 5,04 l/h (5,60

l/100km). In questa circostanza la potenza dovuta alla resistenza a rotolamento occupa il 46,12%

della potenza totale, mentre quella dovuta alla resistenza aerodinamica ne occupa il 53,88%.

Nel c