Regolatori di gas e motorsport

Oggigiorno il settore del motorsport è tra i più competitivi al mondo. In questa realtà i team sono alla continua ricerca anche dei più piccoli vantaggi sulle squadre concorrenti. Un settore così competitivo offre ai distributori di gas e ai produttori di attrezzature una preziosa opportunità per fornire il proprio supporto nello sviluppo di nuovi prodotti per rendere le auto più veloci e le soste ai pit stop più repide ed efficienti.

Per molti anni squadre come NASCAR, IRL, CART ed altre hanno attribuito un'importanza solo marginale all'ottimizzazione delle prestazioni della pressione del gas e delle apparecchiature di controllo flusso.  Recentemente, tuttavia, i team hanno cominciato a capire che questa è un'area in cui è possibile raggiungere significativi miglioramenti nella riduzione dei tempi di pit stop e nel risparmio sui costi delle attrezzature.

Tutti i team utilizzano gas per saldatura (Ar, CO2) per costruire e personalizzare i telai. In aggiunta ai gas tradizionali, viene utilizzata una gran quantità di azoto per alimentare gli attrezzi pneumatici e per la sospensione delle auto durante i pit stop. La maggior parte dei team utilizza grandi carrelli portatili dotati di tre-sei cilindri di azoto e dispongono quasi sempre di più di una vettura, nel caso in cui sorgessero dei problemi durante la gara. Considerando che, solo negli USA, ci sono centinaia di team professionisti e migliaia di team amatoriali si tratta di un mercato di gas e attrezzature di grandissime dimensioni -in altre parti del mondo, le gare di professionisti sono anche più seguite che negli USA.

Oltre al processo di saldatura, nel settore del motorsport ci sono principalmente altre due aree di impiego del gas: i sistemi di rimozione pneumatici e i sistemi di sospensione a bordo.  Le pistole di rimozione pneumatici sono solitamente costruite su misura a seconda della configurazione specifica degli pneumatici.  Nelle scuderie NASCAR ed IRL, ad esempio, il fissaggio delle ruote è differente.  I dadi che fissano le ruote hanno una coppia di serraggio molto elevata e richiedono potenti pistole pneumatiche per consentirne la rimozione. Per queste pistole, le tipiche pressioni di esercizio sono comprese tra 150 e 350 psig.  Per evitare limitazioni e garantire un flusso adeguato, gli ingegneri devono prestare attenzione al corretto dimensionamento del regolatore di gas compresso che le alimenta. La portata del regolatore nonché i tubi flessibili e i raccordi influenzeranno direttamente la velocità di rimozione dei dadi delle ruote.  Un regolatore con un coefficiente di flusso (Cv) ridotto sarà insufficiente e non fornirà il volume di gas necessario alla pistola, oppure potrebbe richiedere pressioni eccessive (superiori a quelle nominali della pistola) per raggiungere le portate necessarie per rimuovere rapidamente il dado.

I sistemi di sospensione a bordo sono principalmente utilizzati nelle gare di IRL, CART e Formula 1.  I team NASCAR, ARCA e Busch, durante i pit stop, utilizzano cric manuali.  Questi sistemi di sospensione per sollevare la vettura utilizzano azoto o aria compressa insieme a cilindri pneumatici o pompe. L'obiettivo principale è quello di sollevare la vettura nel minor tempo possibile durante un pit stop. Se adeguatamente tarato, un sistema di controllo flusso di azoto può eseguire quanto descritto in 0,9 – 1,2 secondi. Le pressioni di esercizio tipiche sono 400-600 psig.  Molte scuderie stanno cercando di utilizzare dei regolatori facilmente reperibili sul mercato per questa applicazione.  I regolatori standard hanno flussi molto più limitati per questo tipo di applicazione, che allungherebero troppo i tempi dei pit stop.

Durante la progettazione di un sistema di controllo gas e pressione è fondamentale testare l'idoneità di ciascun singolo componente in base ai requisiti di flusso previsti. Per il mondo del motorsport, gli ingegneri devono tenere in considerazione il regolatore di gas compresso, i raccordi a innesto rapido e il tubo flessibile in uso.  Quanto segue fornisce alcune linee guida generali per la scelta migliore di questi componenti.

Regolatori di gas compresso
Molti ingegneri che operano nel settore delle gare professionistiche sbagliano la taratura del regolatore di azoto per l'impiego previsto.  Ad esempio, i regolatori standard hanno coefficienti di flusso compresi tra 0,1 e 0,3.

Il flusso di questi regolatori sarebbe adeguato se le pressioni di esercizio superassero i 500 psig, tuttavia la maggior parte della strumentazione pneumatica non è configurata per pressioni così elevate. Di fatto, la maggior parte delle scuderie non utilizza più di 250 psig per le pistole di rimozione ruote. In tal caso, si utilizzano regolatori con intervalli di uscita compresi tra 400 e 500 psig.

Gli ingegneri devono utilizzare regolatori di gas compresso con un Cv non inferiore a 0,5.  La maggior parte dei produttori di regolatori pubblica questi dati tecnici nei propri cataloghi; alternativamente basta contattare il produttore per ottenere tali informazioni.  Si devono utilizzare regolatori con uscite più grandi di ¼” NPT.

Molte volte, un regolatore può avere una portata adeguata ma il raccordo di uscita può essere troppo piccolo.  Utilizzare raccordi di uscita di almeno 3/8” NPT, Categoria 80.  È possibile utilizzare raccordi di Categoria 40 se le pressioni di esercizio del raccordo non sono superate.

Non si deve commettere l'errore di utilizzare regolatori a pistone per le applicazioni del campo del motorsport. Gli ingegneri devono sempre utilizzare regolatori a membrana per pressioni inferiori a 1000 psig, in particolare nelle applicazioni in cui sono necessarie portate elevate a pressioni relativamente basse. I regolatori a pistone hanno Cv bassi e una regolazione del flusso molto scarsa.  Ciò genera ampie variazioni di portata anche in presenza di piccole variazioni nella pressione di uscita del regolatore.  Inoltre, man mano che la pressione della bombola diminuisce, il flusso si riduce più rapidamente rispetto ai regolatori a membrana.

Raccordi a innesto rapido
È sufficiente un solo anello debole per pregiudicare le prestazioni di tutto un sistema di controllo di flusso. I raccordi a innesto rapido sono molto importanti per un rapido passaggio da un setup all'altro.  Sul mercato esistono migliaia di raccordi. È estremamente importante scegliere un innesto rapido con Cv superiore a quello del regolatore per garantire che non vi siano limitazioni di flusso.  La maggior parte delle scuderie adotta raccordi con un Cv di almeno 1,0 le cui dimensioni andranno solitamente da 3/8” o ½”.

Dimensione del tubo flessibile/condotto
Allo stesso modo, il tubo flessibile utilizzato deve essere di grandi dimensioni per garantire che il flusso non venga limitato. È necessario utilizzare un tubo con diametro interno minimo di ½” se la lunghezza è 12 piedi o inferiore. Se i tubi devono essere più lunghi, si consiglia un diametro interno di 1".

Se queste linee guida generali vengono seguite, le scuderie possono ottenere prestazioni ottimali dalle loro attrezzature di controllo flusso e pressione.  Alcune scuderie di Cart, IRL e NASCAR hanno riprogettato le proprie attrezzature seguendo questi accorgimenti e stanno già raccogliendo i frutti di un sistema ad azoto correttamente progettato, con tempi di pit stop più brevi. Si tratta di una vittoria importante poiché in questo mondo, 1 secondo a 200 mph avvicina la bandiera a scacchi di 293 piedi.

David Gailey è il responsabile dei Prodotti speciali per The Harris Products Group, A Lincoln Electric Co.  Ha lavorato con Harris per 27 anni ed è stato presidente del CGA Industrial Gas Apparatus Committee.