K.E.R.S.: acronimo inglese che sta per Kinetic Energy Recovery System e che, tradotto in italiano, significa Sistema per il Recupero dell’Energia Cinetica.
Cos’è? A cosa serve? Gli “addetti ai lavori” sanno benissimo di che si tratta, i profani, forse, un po’ meno. Per spiegare cos’è è necessario ripassare un po’ di fisica.
Per cominciare, occorre rinfrescarsi la memoria su cosa è l’energia cinetica: questa forma di energia è quella che un qualunque corpo accumula durante il suo movimento e che è proporzionale, a meno di una costante, alla massa del corpo stesso e alla sua velocità elevata alla seconda potenza. Tradotto in termini meno scientifici significa che è energia che si accumula grazie al movimento del corpo stesso e che, a parità di massa in movimento, aumenta con l’aumentare della velocità. Come tutte le forme di energia, quando questa quantità diminuisce è perché tale energia o viene utilizzata e, di conseguenza, trasformata in lavoro utile, oppure viene, più semplicemente, dissipata, dispersa.
Nei corpi in movimento la diminuzione di energia cinetica si ha in fase di rallentamento; nel caso specifico di un’automobile il rallentamento è dovuto a due cause: o alla volontà di chi guida nel voler diminuire la velocità oppure ad un qualche tipo di incidente o inconveniente.
Tralasciamo la seconda ipotesi e occupiamoci della prima. Il rallentamento volontario di un’autovettura solitamente si ha dall’azione combinata dell’impianto frenante e del cosiddetto “freno motore”.
L’azione dell’impianto frenante è nota a tutti: le sue componenti sono fatte per entrare in attrito fra di loro e quindi usare quella stessa forza d’attrito per rallentare il movimento delle ruote; in questo caso la dissipazione di energia cinetica vede tale energia trasformata in parte in una modificazione della forza d’attrito esistente tra le ruote e l’asfalto, con conseguente aumento della temperatura dello pneumatico e produzione di calore sulla superficie del battistrada, e in parte in un’ulteriore quantità di calore dall’attrito nei freni; nel caso di impianti frenanti particolarmente elaborati, come quelli che utilizzano dischi in carbonio, ad esempio, si ha anche formazione di energia luminosa, tanto che, alle temperature di esercizio di tali impianti, che oscillano tra i 700 °C e i 1100 °C, è possibile vedere i dischi incandescenti colorarsi di rosso o giallo.
Il freno motore altro non è che l’inversione del funzionamento del motore in fase di rallentamento; significa che, quando si dà gas, il motore utilizza il maggior flusso di combustibile per accelerare il suo regime di rotazione e, di conseguenza, la sua potenza erogata; quando il gas si toglie e si scala di marcia, il motore prima procede per inerzia e poi tende a rallentare, per portarsi in una situazione “stazionaria” di minimo consumo; è uno dei motivi per cui in scalata di marcia durante una staccata, quando si lascia l’acceleratore e si pigia il freno, cala il numero di giri. In questo caso l’energia cinetica, se l’albero motore è collegato alla trasmissione, viene dissipata dalle ruote, attraverso una variazione della forza d’attrito tra pneumatico e asfalto, che si combina a quella data dai freni, e dagli attriti interni dei vari sistemi meccanici.
Il K.E.R.S., così come pensato adesso per la F1, dovrebbe servire esattamente a questo: a recuperare parte di quella energia cinetica dissipata per via del rallentamento dell’albero motore, per poi ridarla sotto forma di potenza aggiuntiva.
Guardando la cosa dal punto di vista ingegneristico, non è un’idea malvagia quella dell’utilizzo di uno strumento del genere, ma sono le modalità di messa in pratica e i tempi scelti pensati per la F1 che lasciano dei dubbi.
Per la F1 esistono due tipi di K.E.R.S.: uno meccanico, che accumula l’energia cinetica trasferendola ad un gruppo di volani che ruotano a velocità elevatissime e che poi, in sede di rilascio, vengono innestati all’albero come se fossero un ulteriore rapporto del cambio, ed uno elettrico, che usa un apparato collegato ad un sistema di batterie, che funziona, a seconda del momento, da alternatore, andando a ricaricare le batterie in fase di rallentamento, e da motore ausiliario, invertendo il flusso di corrente che, dalle batterie, torna all’albero motore in fase di accelerazione.
La tecnologia è interessante, almeno dal punto di vista tecnico, ma viene da pensare: su una F1 come quella attuale, che senso ha usarla?
Innanzitutto è un sistema molto costoso sia per lo sviluppo che per la costruzione e questo, in una F1 dove adesso si vuole tirare la cinghia, è controproducente, in più si vuole aggiungere un ulteriore apparato su vetture che ne hanno già tanti, senza parlare del fatto che lo si vuole utilizzare per macchine da corsa che non hanno più un vero e proprio sviluppo tecnologico. Si capisce facilmente che è tutto in contraddizione.
L’utilizzo del K.E.R.S. andrebbe rivisto sotto quasi tutti i suoi aspetti.
Innanzitutto partendo dal fattore economico: finché non viene creata una struttura manageriale della F1 capace di salvaguardare la categoria, mantenendo evoluzione tecnica e competizione sportiva pura senza sperpero di denari, è inutile introdurre novità di questo tipo; il suo utilizzo sarebbe lecito proporlo se esistesse un vero ed efficiente meccanismo di controllo sui budget capace di verificare se le squadre stanno spendendo troppo oppure no.
Dopo si può passare al fattore regolamentare: per il 2009 è previsto un utilizzo facoltativo di tale sistema, mentre dovrebbe essere obbligatorio dal 2010. Perché? Non sarebbe più logico lasciare facoltativa la scelta? In fondo i pro e i contro, relativi a costi di realizzazione, sicurezza, tempi sul giro, distribuzione dei pesi (la versione elettrica va intorno ai 25 – 30 kg, quella meccanica intorno ai 5 – 10 kg) e quant’altro, le squadre li conoscono, perché non far decidere a loro cosa fare? Un sistema come il K.E.R.S. dovrebbe essere una possibilità in più da scegliere a propria discrezione, non un’imposizione.
Altra cosa da considerare è il fattore tecnico: perché permettere di utilizzare solo un K.E.R.S. collegato all’albero motore e solo per dare un surplus di potenza? Una tecnologia simile ha tantissime possibilità e la F.I.A. è andata a considerare proprio l’idea meno efficiente, cioè quella di un sistema collegato all’albero motore, ovvero una delle parti già più sollecitate della macchina, nonché quella che dissipa in attriti la maggior parte dell’energia che riceve dai pistoni. Si può pensare che utilizzare queste versioni del K.E.R.S. possa essere l’idea buona proprio per tale motivo, e invece non è così, visto che gli attriti interni fra le varie parti meccaniche restano comunque inalterati; quell’energia viene tolta da altro, precisamente dalla potenza che il propulsore utilizza come freno motore e costringe, quindi, a riprogettare gli impianti frenanti. Una versione più efficiente del sistema può essere ad esempio una collegata in prossimità dell’impianto frenante, così da recuperare l’energia cinetica dal mozzo o dai semiassi, oppure si possono utilizzare anche tipologie di freni completamente differenti da quelli meccanici, come ad esempio i freni magnetici, adattissimi per un K.E.R.S. di tipo elettrico, che avrebbe la duplice funzione sia di freno che di accumulatore di energia, evitando così di dissipare in calore la forza d’attrito sviluppata dal sistema disco-pinza. E di esempi di questo tipo se ne possono fare ancora tanti, che possono riguardare qualunque apparato della macchina, compreso il motore. Parlando per ipotesi, se vi fosse una regola che permetta l’utilizzo in F1 di motori elettrici, un K.E.R.S. collegato a dei freni magnetici sarebbe l’ideale per ricaricare le batterie della vettura mentre questa è in fase di rallentamento, permettendo al pilota perfino di completare la sua gara senza pit-stop, eventualità, quella della sosta, improponibile per i motori elettrici, visto che le ricariche “dalla rete” delle batterie scariche durano ore, mentre così i cicli di carica e scarica si alternerebbero in pochi secondi e la batteria recupererebbe gran parte dell’energia consumata in fase di accelerazione, restando ad un livello di carica elevato per gran parte del tempo, se, ovviamente, montata sull’auto già carica.
C’è una cosa su cui però la F.I.A. non ha ancora chiarito nulla: la questione sicurezza. Il K.E.R.S. è un sistema sicuro? L’impianto meccanico utilizza dei volani di circa 5 kg di peso che si stima ruotino a circa 40.000 giri/min; in caso di incidente grave, non c’è il rischio che queste componenti possano schizzare via chissà dove? L’impianto con moto-alternatore elettrico funziona con una differenza di potenziale di 400 Volts sviluppando un’intensità di corrente di ben 800 Ampére: una scossa elettrica di questo tipo farebbe rischiare la pelle a chiunque, come è successo al meccanico BMW nei test dello scorso luglio, per non parlare delle eventuali scintille che potrebbero incendiare la benzina nel serbatoio; ci sono dei metodi per tenere adeguatamente isolate certe parti della vettura estremamente delicate? Aspettiamo di saperlo.
Concludendo: con il K.E.R.S. si vuole proporre una F1 “ibrida”, capace di porsi in maniera positiva anche di fronte ai problemi ambientali e di consumo dell’energia; l’idea è buona, ma la si sta mettendo in pratica nei modi e nei tempi sbagliati; si vuol continuare a dare alla F1 l’immagine della categoria più tecnologicamente all’avanguardia, ma che in realtà si è ormai fossilizzata su se stessa; il sistema meccanico, ad esempio, non è così innovativo, visto che è lo stesso utilizzato dalle macchinine giocattolo che si caricano a mano, così come quello elettrico è lo stesso apparato usato per far muovere le macchinine delle piste Polistil. Per utilizzare un apparato come il K.E.R.S., nelle sue varianti più evolute e non in queste “di base”, che sono le più scadenti, è necessario che questo sport, se così lo possiamo ancora chiamare, cambi completamente faccia e torni ad essere qualcosa che proponga davvero novità che non siano imposte dal regolamento, bensì partorite dalle menti dei progettisti.
Detto ciò, speriamo di aver chiarito i dubbi su quella che è considerata la maggior incognita della stagione di F1 2009.

Al momento abbiamo esaurito gli argomenti tecnici; dalla prossima edizione esamineremo quelli sportivi.

Arrivederci e grazie.

A cura di

Giorgio Eric Bucci