Il KERS (Sistema Cinetico di Recupero dell’Energia)

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Nei giorni scorsi, il presidente della FIA Max Mosley ha presentato un nuovo ed innovativo progetto che coinvolge il mondo della Formula 1, il quale è sempre più vicino ai problemi ambientali.
L’annuncio ufficiale è stato dato durante la seduta plenaria dell’International Advanced Mobility Forum, durante il Salone dell’automobile di Ginevra che si è tenuto a metà marzo. Gia da tempo si parla del debutto nel Circus degli eco-veicoli, ossia vetture con un impatto ambientale ridotto. Il KERS potrebbe essere il primo passo di questa evoluzione storica per uno sport come la Formula 1.

Il KERS, acronimo di Kinetic Energy Recovery System ossia Sistema Cinetico di Recupero dell’Energia, è un sistema ibrido che recupera l’energia termica che altrimenti verrebbe dissipata durante la fase di decelerazione e frenata e la trasforma in energia meccanica, garantendo così prestazioni del motore più elevate ed un minor consumo di carburante, con la conseguente diminuzione di produzione di anidride carbonica. La FIA ha disposto che questo meccanismo deve essere presente già dalla prossima stagione su tutte le vetture ed ha imposto dei limiti sul recupero di energia che si otterrà con questo sistema, che non deve superare i 58 kW, mentre l’energia che sarà rilasciata non deve essere maggiore di 400 kJ per giro.

Il KERS è un innovativo dispositivo meccanico compatto, efficiente e realmente poco inquinante. Vediamo come è fatto il KERS. Questo dispositivo è molto semplice e consiste di un volano connesso al sistema di trazione da una trasmissione a rapporto variabile che sfrutta dei comuni ingranaggi. Il volano è costituito da fibre di carbonio avvolte attorno ad una struttura in acciaio del peso di 5 kg. Se si sposta il rapporto verso valori alti, allora il sistema accumulerà energia, per valori di rapporto di trasmissione bassi invece l’energia accumulata verrà rilasciata. Sarà introdotta anche una frizione con lo scopo di separare il sistema di trasmissione dal dispositivo nel caso in cui vengano superati i limiti imposti dal regolamento.

Visto dall’interno, il KERS è costituito da due dischi, uno utilizzato per l’ingresso dell’energia da recuperare (di input) ed uno utilizzato per rilasciare l’energia accumulata (di output), ciascun disco ha forma toroidale (a ciambella) all’interno dei quali passano due o tre cilindri, posizionati in modo tale che il bordo più esterno di ciascuno di essi sia in contatto con la cavità dei dischi di input ed output. Quando il disco di input ruota, il movimento viene trasferito attraverso i cilindri al disco di output, così questo inizia a ruotare con direzione opposta al disco di input.

Il trasferimento vero e proprio del movimento, e di conseguenza della potenza, è affidato ad un sottilissimo film di liquido di trazione ad elevato peso molecolare sviluppato appositamente. Questo liquido è costituito da molecole molto lunghe che, durante il funzionamento dell’apparato, si distendono completamente. Il liquido viene posto tra la superficie interna dei dischi ed i cilindri e su tutte le superfici di contatto tra i cilindri. Lo scopo del liquido di trazione è esattamente l’opposto di quello di un lubrificante: il liquido di trazione deve mantenere “incollati” gli organi, cilindri e dischi, in modo da favorire la trasmissione della maggior quantità possibile di energia cinetica. I due dischi sono inoltre fissati insieme e la pressione che mantiene assieme questi due organi può essere variata, all’aumentare di essa aumenta la viscosità del fluido di trasmissiome, migliorando ulteriormente l’efficienza dell’apparato.

Il pilota deciderà quando utilizzare l’energia accumulata da questo sistema, impostando un adeguato setup di esso. Il modo migliore per utilizzare tale energia potrebbe essere all’inizio di un lungo tratto dritto. Questo sistema non dovrebbe avere alcun effetto sui sorpassi ma ciascun pilota può decidere quando utilizzare questa energia aggiuntiva.

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24 commenti

  1. appena ho letto il titolo dell’articolo mi è subito corso il pensiero a quelle sigle dei telefilms americani anni ’80 tipo “Supercar” ahah .. per il resto interessante come sempre l’articolo 😉

  2. Sì, in effetti KERS è un nome fotonico 😛
    Forse l’ha inventato un barese che voleva dire cArs… ahahah 😛
    Ma che brutta battuta… 😳

  3. ahah l’ha inventato Lino Banfi che poi ha esclamato battendosi la capoccia con il palmo della mano “l’Incoroneta Benedetta”!

  4. Massimiliano il

    Kers (Kinetic Energy Recovery System) vuol dire “Sistema di recupero dell’energia cinetica”, e non “Sistema cinetico di recupero dell’energia”

  5. Bel articolo…

    pero vorrei dire che c’è un imprecisazione nel secondo paragrafo dell’articolo..

    in realta il KERS non recupera l’energia termica… Recupera l’Energia Cinetica (che in fase di Frenata si trasformerebbe in Energia Termica)…

    i sistemi di Recupero di Energia Termica(chiamati in Inglese TEG) vengono utilizzati nella NASA per recuperare l’Energia Termica prodotta in alcuni processi durante le diverse fasi di Volo…

    Diciamo che il KERS finora non ha messo d’accordo tutti… anche perche recuperera l’Energia soltanto dalle ruote posteriori(in quanto dotati di organi di trasmissione) e la soluzione è stata “dipinta” da vari ingegneri(per esempio quelli della HONDA) come “Primitiva”…
    Poi l’altro problema è come Rilasciare l’Energia.. che forma useremo?? Meccanica?? Elettrica?? Pneumatica??

    La FIA avrebbe optato per la soluzione Meccanica cioè come quella descritta nell’articolo… ma molti TEAM avvrebbero preferito quella Elettrica in quanto l’energia verrebbe immagazzinata nelle batterie(e non nel VOLANO come nel caso Meccanico e permetterebbe la riduzione di molte compenenti come gli ingranaggi per esempio)…

    p.s: vorrei far notare che Mario ILLIEN inventò nel 99 per la MERCEDES un sistema di recupero di Energia che sfruttava la pressione di un Fluido per recuperare l’Energia Cinetica Rilasciata in Frenata… l’aveva sottoposta alla FIA che pero l’ha respinta .. 🙁

  6. Articolo scritto coi piedi… Se capite poco di energia evitate di confondere le idee anche agli altri…
    tipo il recupero dell’energia termica…
    non è che l’ha scritto una donna?

  7. #vito bari

    non mi sembra carino da parte tua, parlare delle DONNE in questo modo…
    ti posso assicurare che ho colleghi MASCHI che veramente capiscono poco rispetto alle DONNE che io conosco…

  8. Mariacristina il

    Come ha detto Cough, c’è una imprecisione (non un errore) nel secondo paragrafo, riediterò l’articolo, d’altra parte… una donna non sa fare di meglio

  9. esatto, almeno 6 onesta…. + d così nn potete fare… povere care….

    ricordo che anche il turbo in un certo senso recupera l’energia!!

  10. Mariacristina il

    Sì Mauri, purtroppo certe cose sarebbe meglio lasciarle fare agli uomini, noi donne ci si mette sempre nel mezzo di certe discussioni quando invece sarebbe meglio se parlassimo di parrucchieri, smalti per unghie e feste in maschera…

  11. #mariacristina

    non devi r4eagire in questo modo..
    nella mia università ho molte colleghe DONNE e so che valgono se non piu di alcuni UOMINI almeno quanto loro..

    purtroppo nel settore dell’ingegneria e in generale nel mondo scientifico, voi DONNE dovete dimostrare sempre di piu perche ancora c’è discriminazione e pregiudizi verso le appartenenti al gentil sesso…

    solo con le tue capacità potresti farli cambiare idea…

  12. Ciao Cough, grazie, io lavoro nel campo dell’ingegneria da un paio di anni ormai e purtroppo è come dici te… Comunque, l’articolo l’ho scritto qualche mese fa, quando del KERS si sapeva ancora pochissimo (il mio articolo è uscito circa 15 giorni prima di quello di Mediaset…) ed in effetti, come ho già detto, c’è una imprecisione dovuta al fatto che le fonti da cui ho preso spunto, il sito ufficiale della F1, riportava quello che ho scritto.
    Però da qui ad insultare… insomma… credo che ne passi un po’!
    Comunque, scusate per l’OT ma mi sembrava il caso di precisare questa cosa.

  13. @ Vito Bari
    Non fare l’ esperto se non sai quello che dici. L’ articolo è perfetto, l’ unica imprecisione ( per altro ammessa da cristina) è nella definizione di KERS. La storia dell’ energia termica è giusta, infatti il KERS recupera l’ energia normalmente dissipata dai freni sotto forma di calore ( Termica )

    Sono uno studente di ingegneria meccanica. 😉

  14. Salve A tutti!
    Mi chiamo Gianni e lavoro nel campo dell’ingegneria Elettrica, in particolare Fotovoltaico e risparmio energetico. Sono appassionato di F1 e vorrei capire meglio il funzionamento del Kers.
    Dall’articolo si evince che l’accumulo e la cessione di energia avviene attraverso il movimento di alcuni disci e cilindri avendo come liquido di trattenuta che permetterebbe la rotazione in un senso come un molla che si comprime (fase di accumulo) ed esopande (fase di rilascio).
    Mi farebbe piacere comprendere meglio il legame che c’è tra la parte meccanica e quella termica nelle due fasi.
    Saluti
    Gianni

  15. Ciao Gianni, il KERS ha il compito di evitare che l’energia cinetica delle ruote in fase di frenata venga trasformata in energia termica e quindi dissipata sotto forma di calore, dal momento che l’energia termica non può essere utilizzata per produrre energia cinetica, almeno per ora.
    Il recupero di energia infatti sarà proprio questo: un volano collegato alle ruote assorbirà l’energia cinetica di esse in fase di frenata. Ciò finora non è mai accaduto perché le frenate avvenivano tramite i dischi, i quali per attrito venivano rallentati. A causa dell’attrito di generava, come ben sai, una energia termica che non è altro che dissipazione di energia.
    Con il KERS almeno parte di questa energia termica non verrà più prodotta, permettendo così di abbattere la dissipazione di energia cinetica “buona”. Questa energia cinetica sarà poi immagazzinata da un sistema costituito da volano e alberi e sarà liberata su richiesta del pilota.

  16. @Gianni044

    il KERS immagazina una parte dell’Energia cinetica altrimenti dissipata sotto forma di calore(dai freni) durante le fasi di frenata come descritto da “mariacristina Gagliardi” collegando il sistema(anziche il cambio) all’asse posteriore e sfruttando l’inerzia dello stesso sistema per immagazzinare Energia…

    finora il KERS esiste con architetture diverse… cerchiamo di analizzare quelli che verrano utilizzati dai diversi TEAM di F1 nella prossima stagione…

    1. KERS Elettrico

    è quello piu gettonato e verrà utilizzato dalla maggior parte dei TEAM; ha come inconveniente la poca “efficienza” rispetto al KERS meccanico, dovuta alle diverse fasi di trasformazione di energia che passa da Cinetica a Elettrica(grazie all’impiego di un generatore) a Chimica(per poterla immagazinare nelle batterie) a Elettrica(all’uscita delle batterie quando viene richiesta potenza) a Cinetica(tramite un motore elettrico collegato al Powertrain)… come altro inconveniente ci sono i vari fenomeni di elettrotecnica(che ben conoscerai) e di cinetica chimica molto complessi che sicuramente l’anno prossimo creerano problemi a qualche TEAM visto il poco tempo alla loro disposizione per svilupparlo…(si è visto gia qualcosa con il Meccanico BMW folgorato durante un test dopo aver toccato una monoposto dotata di KERS)

    il KERS elettrico ha pero come vantaggio la modulabilità nella gestione della potenza da fornire e dei giri del motore elettrico… pero per quanto riguarda la ripartizione dei pesi, saranno dolori!!!!

    2. KERS meccanico

    questo sistema è stato scelto dalla WILLIAMS ed è concettualmente abbastanza semplice… usa un Volano di dimensioni ridotte costituito in parte in fibra di carbonio e in grado di girare a circa 60 000 giri al minuto,collegandolo all’asse posteriore in fase di Frenata per accumulare Energia e quando viene richiesta potenza aggiuntiva, viene collegato tramite un cambio a rapporti variabili al Powertrain…

    questo sistema è poco modulabile,ha efficienza maggiore, e pesa poco…

    Ci saranno problemi pero per quanto riguarda il “feeling” in frenata..

    p.s: ho volutamente ommesso di parlare delle frizioni in quanto organi di trasmissione di potenza, non conoscendo bene come saranno costituiti quelli adottati per il KERS(mi sembr ache l’articolo ne faccia un accenno)…. mi sono limitato ad analizzare le vari fasi di trasformazione di Energia…

    p.s2: il KERS viene collegato(per ora) soltanto sull’asse posteriore… I freni anteriori quindi rimarrano intatti..

    ps3: questo è soltantoo il mio parere,dopo giri su vari forum e analisi dinamica del sistema ,e se avrò scritto inesattezze, sarei felice di discuterne…

  17. nel primo paragrafo della mia risposta c’è un’imprecisazione… volevo dire che veniva scollegato in frenata il motore dall’asse posteriore

  18. Ringrazio Mariacristina Gagliardi e Cough per i chiarimenti molto dettagliati.
    In merito alla spiegazione di Cough sul Kers Elettrico e in particolare, al rischio di folgorazione, ho visto uno speciale in televisione dove si pensava di fornire dei guanti speciali ai meccanici e di far passare l’auto su una piattaforma che scaricasse a terra le cariche elettrostatiche.
    Sempre in merito alla folgorazione, nel caso elettrico, se tutte le parti di potenza sono ben isolate (immagino un sistema di classe II) come potrebbe esserci rischio elettrico?
    Se si verifica questa possibilità, vuol dire che vogliono utilizzare il negativo della batteria non isolato dal telaio dell’auto ma francamente collegato ad esso. Questo vuol dire che essendo flottante rispetto alla terra, presenta cmq un potenziale diverso da zero che nel caso di contatto con la terra può determinare una scossa di entità tale da essere proporzionale dalla differenza di potenziale rispetto alla terra.

    Riguardo ai 2 tipi di Kers, credo che sia ottimo che si sviluppano entrambe le tecnologie, Meccanico ed elettrico, sia per lo spettacolo e sia per lo sviluppo di tecnologia applicabile alle auto stradali.

    Saluti
    Gianni

  19. Ciao sono Massimo. Scusate la mia ignoranza ma, volevo sapere se il kers è obbligatorio o no visto che la FIA l’aveva imposto.E se non lo è, perchè la Ferrari e altre scuadre lo utilizzano anche se erano contrarie, tra l’altro poco affidabile.

  20. Ciao Massimo! Il Kers per questa stagione è facoltativo. Dovrebbe essere obbligatorio dal 2010, ma visto con che velocità cambiano le regole in F1 mai dire mai.

  21. ma che tipo di droga avete usato kers cars baresi, datemi il nome del vostro pusher:mrgreen:

  22. si potrebbe avere delle informzioni illustrate, dei due tipi di kers si meccanico che elettrico

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