Auto elettriche
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Auto elettriche
L'Auto Elettrica
L'aspetto più innovativo dei trasduttori di velocità nella società moderna riguarda l'automobilismo. Negli ultimi decenni la tecnologia in questo campo ha fatto passi da gigante e se prima era impensabile o solo ideale la costruzione di auto ibride, ora ci sono già in commercio veicoli completamente alimentati da energia elettrica. Attraverso l'utilizzo delle dinamo vengono caricate le batterie poste sui veicoli ibridi ed elettrici e collegati i dispositivi al motore si avvia la marcia della macchina. A questo punto occorre distinguere le auto con motore termico ed elettrico per poi passare ai modelli "puri" (solo elettrici).
Un veicolo ibrido, più propriamente veicolo a propulsione ibrida, è un veicolo dotato di due sistemi di propulsione (elettrico e termico appunto) i quali sono adatti a coesistere in quanto hanno caratteristiche complementari. Il motore a combustione interna trasforma l'energia chimica del combustibile (di notevole densità energetica e facilmente approvvigionabile dalla rete di rifornimento) con una efficienza accettabile, in particolare in alcuni punti di funzionamento. Il motore elettrico invece converte con una maggiore efficienza e versatilità un'energia disponibile a bordo in minori quantità.
Ogni macchina elettrica in se è in grado di lavorare in trazione e generazione (nonché nei due sensi di marcia) e quindi ogni veicolo ibrido cerca di sfruttare nei rallentamenti la capacità di "frenare" con il motore elettrico, generando energia altrimenti dissipata nei freni (recupero dell'energia cinetica).
Toyota Pryus: una delle prime auto ibride messe sul mercato
A seconda del grado di ibridazione poi (potenza del propulsore elettrico rispetto alla potenza totale installata) e della capacità del sistema di propulsione ibrido di immagazzinare energia elettrica si definiscono informalmente alcuni livelli di ibridazione:
- ibridazione piena (full hybrid) - allorché il sistema elettrico è, ad esempio, in grado da solo di far avanzare il veicolo su un ciclo di guida normalizzato, pur prescindendo dall'autonomia delle batterie;
- ibridazione leggera (mild hybrid) - allorché il modo di funzionamento puramente elettrico non è in grado di seguire per intero un ciclo di guida normalizzato;
- ibridazione minima (minimal hybrid), normalmente confusa con la propulsione tradizionale munita di sistema start e stop,
caratterizzati da una decrescente percorrenza in modalità elettrica pura e da un decrescente grado di ibridazione. Quest'ultimi vengono anche impropriamente chiamati "micro hybrids", ma questa funzione, tipica anche di molti veicoli ibridi, è ottenuta con componenti tradizionali presenti anche nei veicoli a sola combustione.
Prima di passare all'auto elettrica è necessario distinguere i vari metodi per immagazzinare l'energia elettrica attraverso l'utilizzo di vari dispositivi che possono funzionare anche in contemporanea:
- Batterie: hanno densità energetica inferiore a quella del carburante, possono essere dimensionate per accumulare la massima energia, per scambiare la massima potenza o con un compromesso fra i due estremi. Le batterie funzionano con processi elettrochimici distribuiti al loro interno e non è banale controllare tutte le condizioni, ad esempio di temperatura, per limitare quanto possibile il decadimento di elettrodi ed elettroliti.
- Supercondensatori: rispetto alle batterie, hanno minore densità energetica ma possono cedere e ricevere maggiori potenze. Sono basati su un processo fisico, maggiormente controllabile.
- Volani ad azionamento elettrico: l'energia è immagazzinata come energia cinetica di un volano messo in rotazione da una macchina elettrica, è un processo del tutto meccanico e presenta problemi di controllo ancora differenti dai precedenti.
L'auto elettrica (come si accennava prima) è un'automobile con motore elettrico che utilizza l'energia chimica che viene immagazzinata in un "serbatoio" energetico costituito da una o più batterie ricaricabili. I veicoli elettrici più diffusi sono automobili, piccoli autocarri, biciclette motorizzate, scooter elettrici, veicoli per campi da golf, carrelli elevatori e veicoli simili ma recentemente si sta investendo su veicoli di maggior dimensione.
I veicoli elettrici hanno complessivamente una maggiore efficienza energetica rispetto a quasi tutti i motori a combustione interna. Un motore a benzina ha una efficienza energetica del 25-28%, un diesel si avvicina al 40%, mentre un motore elettrico a induzione in corrente alternata ha un'efficienza del 90%. Le auto elettriche poi hanno un'elevata coppia motore capace di fornire prestazioni molto più superiori ai motori a scoppio tradizionali.
L'auto mostrata sopra è una "Tesla Roadster" ovverosia un'automobile sportiva a due posti, munita di un motore elettrico a coppia continua funzionante a 14.000 giri al minuto a massimo carico, capace di raggiungere una velocità massima di più di 200 km/h (limitata elettronicamente) e di sviluppare una accelerazione da 0 a 100 km/h in 3,9 secondi. Sono montate batterie al litio con autonomia massima di 392 kilometri (del tutto simile a quella delle normali auto a benzina) e la loro ricarica completa, attraverso le apposite colonnine di rifornimento, dura circa tre ore e mezzo, mentre per una ricarica all'ottanta per cento sono sufficienti due ore circa.
Il progetto è stato in cantiere per più di cinque anni per poi essere ufficialmente presentato come prototipo nel 2006. Le versioni successive sono state quindi esposte durante i più importanti saloni automobilistici internazionali. L'avvio della produzione è avvenuto nel 2008.
Tornando all'efficienza, per rendere equo e sensato il paragone tra i due tipi di propulsione energetica (elettrico vs termico), questo valore del 90% va scalato di un fattore di circa 0,57 dovuto all'efficienza di conversione dall'energia contenuta nella fonte primaria (l'idrocarburo) in energia elettrica considerando le centrali elettriche più efficienti ovvero quelle a ciclo combinato ottenendo un valore di efficienza totale nel ciclo di produzione/utilizzazione elettrico pari a circa 51% che va ulteriormente scalato di un fattore dovuto alle perdite di efficienza nel trasporto dell'elettricità lungo la rete elettrica di distribuzione e di un fattore di efficienza di accumulo dell'energia elettrica nelle batterie di ricarica. Analogamente, per benzina e diesel andrebbe anche considerata l'energia spesa nell'estrazione, nella raffinazione e nel trasporto (che spesso avviene su gomma, comportando un ulteriore consumo di energia a bassa efficienza) del carburante utilizzato.
Se l'energia elettrica viene prodotta con l'eolico, il solare o l'idroelettrico, buona parte del discorso precedente perde gran parte della sua validità. Se consuma energia prodotta in questo modo il motore elettrico non produce fumi di scarico né vapor d'acqua, e complessivamente si ha un inquinamento praticamente nullo se riforniti con energia prodotta da fonti rinnovabili.
Grazie alla elevata coppia prodotta dai motori elettrici, tali veicoli hanno buone prestazioni in accelerazione, tali da superare i veicoli convenzionali alimentati a benzina. I nuovi modelli possono viaggiare per centinaia di chilometri con una sola carica, anche dopo 160.000 km di impiego delle stesse batterie. I veicoli elettrici, riducendo la dipendenza dal petrolio, potrebbero rallentare il riscaldamento globale (attenuando l'effetto serra), sono più silenziosi rispetto ai motori a combustione interna e non producono fumi nocivi. Come svantaggi si ha una limitata autonomia tra le ricariche, il tempo di ricarica, e la scarsa durata delle carica delle batterie, anche se nuovi tipi di batteria ricaricabile e nuove tecnologie di carica (e di scarica) ne hanno incrementato l'autonomia e la vita utile, riducendone contemporaneamente il tempo di carica. Inoltre c'è da aggiungere il costo che hanno questi veicoli, sia in termini di acquisto, che in termini di mantenimento senza contare il fatto che le batterie a ciclo finito hanno bisogno di essere smaltite o quanto meno di poter essere riutilizzate attraverso processi chimici.
Il tipo di batterie utilizzate attualmente sono agli ioni di litio e hanno la caratteristica principale di essere ricaricate migliaia e migliaia di volte prima di essere smaltite. Le “Li-Ion” sono anche quelle che ogni giorno troviamo nei cellulari, nelle fotocamere e molti altri dispositivi elettronici, varia solamente la dimensione.
Di solito le auto elettriche hanno un'autonomia massima di 400km (come nel caso della Tesla Roadster), non dispongono di particolari problematiche di manutenzione ma al termine del loro ciclo, causato dai chilometri percorsi o dal tempo passato dalla prima installazione, è necessario cambiarle.
Da qui si stanno sviluppando ultimamente le batterie allo zinco e si comincia a parlare di "Economia allo Zinco". L'economia allo zinco può essere un'alternativa alle batterie agli ioni che si utilizzano adesso. Per esempio le batterie zinco-aria (utilizzando appunto l'ossigeno) hanno un'autonomia massima di 1600 km in determinate condizioni ambientali, un’autonomia molto più elevata rispetto ai 400km della Tesla. Ciò è stato provato in California in ambiente umido e molto caldo; ma anche in situazioni più "miti" le celle hanno avuto un chilometraggio di 600 km. In più questa tecnologia non produce rifiuti ne pertanto smaltimenti visto che le batterie hanno un riutilizzo infinito. L'unica nota negativa consiste nel fatto che il processo di riciclo dello zinco necessita di impianti industriali medio-grandi. Anche la semplice ricarica del mezzo presenta difficoltà vista la complessità di ricarica che comporto l'uso di questo elemento.
Per il momento l'utilizzo o meno di queste batterie è in fase di discussione e successivo sviluppo. In entrambi i casi però, sia per le Li-Ion (quelle agli ioni di litio) sia per quelle allo zinco il problema principale è l'estrazione dall'ambiente (operazione non poco complessa) e la lavorazione e produzione di questi prodotti. Infatti l'Auto Ibrida e poi l'Auto elettrica saranno veramente ecologiche solo quando verranno sfruttate a pieno le fonti rinnovabili (solare ma soprattutto eolico)
La Dinamo comunque, pur sembrando un apparecchio obsoleto, si dimostra tutt'ora componente fondamentale per l'ideazione e lo sviluppo di nuove tecnologie.
Fonte:
http://www.2shared.com/file/9vDF_wKV/8_La_mia_Tesina_-_Progetti_-_I.html
http://dc208.2shared.com/download/9vDF_wKV/8_La_mia_Tesina_-_Progetti_-_I.docx?tsid=20111101-153618-2e997963
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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