F1 Intercooler, aria o acqua?

6 aprile 2015 – Uno degli elementi che potrebbe aver permesso alla Ferrari di fare un grosso passo avanti nell’ultimo Gp è sicuramente l’intercooler del motore della casa di Maranello. Ma cerchiamo di analizzare nel dettaglio questo componente presente anche nelle autovetture che quotidianamente guidiamo.

riceviamo e pubblichiamo

di Salvatore Di Nuzzo

L’intercooler non è altro che uno scambiatore di calore, quindi un elemento in cui passano un fluido da raffreddare, ovvero l’aria che entrerà nella camera di combustione del motore e un fluido refrigerante che può essere o anch’esso aria o acqua. Lo scambio termico tra i due fluidi è regolato, senza scendere nei particolari, essenzialmente da un coefficiente di scambio termico, dalla differenza tra le temperature dei due fluidi e dalla dimensione dell’area di contatto tra i due. In generale all’aumentare di questi tre fattori migliorerà lo scambio termico e quindi avremo una temperatura del fluido da raffreddare piu bassa.

Prima di analizzare i vari tipi di intercooler cercheremo di spiegare perché c’è bisogno di questo raffreddamento.

Com’è noto dall’anno scorso i motori della F1 sono motori sovralimentati tramite turbocompressore, l’aria quindi viene compressa prima di essere immessa in camera di combustione, tale processo porta inevitabilmente all’aumento della temperatura della stessa. Il raffreddamento della “carica” come viene denominato nell’ambito motoristico porta notevoli vantaggi:

  • aumento della massa d’aria in ingresso al motore e quindi sensibile aumento di potenza.
  • Riduzione delle temperature del il ciclo termodinamico con conseguente miglioramento generale della durata del motore.

Passiamo ora ad analizzare i due tipi di intercooler usati in F1 dalle case motoristiche.

Partiamo proprio dalla squadra campione del mondo, la Mercedes, che utilizza un intercooler aria-acqua come la casa di Maranello mentre quasi tutte le restanti squadre utilizzano uno aria-aria.

Intercooler Ferrari nella V motore
Intercooler Ferrari nella V motore

La differenza sostanziale tra i due si trova nel fluido refrigerante utilizzato. La soluzione Ferrari e Mercedes prevede come fluido refrigerante l’acqua, la stessa usata per raffreddare il motore o la zona del cambio o in alternativa appartenente proprio ad un circuito differente. Tale soluzione risulta essere nettamente migliore in termini di scambio termico essendo il coefficiente di scambio dell’acqua più alto rispetto a quello d’aria. Proprio per questo lo scambiatore può essere di dimensioni notevolmente più contenute e per tanto più facilmente posizionabile all’interno della vettura. La Ferrari, infatti, ha scelto di posizionarlo all’interno della V del motore, mentre la Mercedes nella zona anteriore della power-unit, entrambe le scelte sono dettate anche dall’esigenza di ridurre il piu possibile il percorso dell’aria prima che questa entri nel motore. Purtroppo però tale soluzione prevede anche un assorbimento di energia maggiore da parte della pompa che permette all’acqua di circolare e raffreddare penalizzando il motore in termini di rendimento meccanico. Inoltre in caso di circuito alternativo per l’acqua dell’intercooler deve essere previsto anche un eventuale radiatore per raffreddare quest’acqua.

La soluzione usata dalle altre squadre prevede invece come fluido refrigerante l’aria, quindi l’intercooler sarà posizionato in una delle due pance, zona in cui c’è un alto efflusso d’aria, e avrà dimensione abbastanza significative essendo il coefficiente di scambio termico dell’aria nettamente più basso di quello d’acqua. Tale soluzione è notevolmente più semplice, meno problematica da adottare e prevede meno elementi accessori per il corretto funzionamento.

L'intercooler aria/aria utilizzato dalla McLaren -Honda
L’intercooler aria/aria utilizzato dalla McLaren -Honda

Ma l’intercooler Ferrari e Mercedes può ritenersi in certe situazioni nettamente superiore a quello delle dirette avversarie. Nei circuiti caldi come quello della Malesia l’aria usata come refrigerante sarà a temperature più elevate, riducendo in questo modo la differenza tra le due temperature. Ciò comporta come abbiamo già affermato una temperatura dell’aria in ingresso al motore più alta con conseguente perdita di potenza e rendimento. Ciò spiegherebbe in parte la notevole differenza di passo mostrata dalla casa italiana e tedesca rispetto alla concorrenza su un circuito molto caldo e molto veloce come quello Malese. Ricordiamo che i Gp che si correranno con temperature elevate in programma non sono pochi.

Sarebbe però riduttivo affidare solo a questo elemento la causa della grandissima gara fatta dagli uomini di Stoccarda e Maranello anche perché siamo solo al secondo appuntamento della stagione e squadre come Red Bull e Williams sicuramente avranno qualche carta da giocarsi durante l’anno.


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