Bicicletta ibrida ad emissioni zero - Piancastelli

UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
C.D.L.S. INGEGNERIA MECCANICA
STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DI UNA
BICICLETTA IBRIDA AD EMISSIONI
ZERO
CANDIDATO:
LORENZO FABBRI
RELATORE:
PROF. LUCA PIANCASTELLI
SESSIONE III
19 – 03 - 2012
OBIETTIVO
INTEGRARE UN'UNITÀ DI PRODUZIONE DI
ENERGIA ELETTRICA A BORDO DI UNA
BICICLETTA A PEDALATA ASSISTITA PER LA
RICARICA DELLE BATTERIE IN MARCIA
CONSIDERAZIONI PER LA
SCELTA DEL GENERATORE
La direttiva europea 2002/24/CE (articolo 1, punto h) definisce la
bicicletta a pedalata assistita come una bicicletta dotata di motore
elettrico ausiliario e con le seguenti caratteristiche:
potenza nominale massima continua del motore elettrico: 250 W

alimentazione del motore progressivamente ridotta e quindi interrotta
al raggiungimento dei 25 km/h

alimentazione del motore interrotta prima dei 25 km/h se il ciclista
smette di pedalare

LA POWER UNIT


In passato hanno
avuto discreto
successo veicoli
ibridi propulsione
umana – MCI.
Negli ultimi anni si è
avuto un boom nel
mercato dei
“pedelec”, ovvero le
biciclette a pedalata
assistita
LA POWER UNIT
Adottare sistemi a basse o
nulle emissioni inquinanti in
un contesto di riduzione
dell'impatto ambientale
CELLE A
COMBUSTIBILE
Potenza nominale
350 W
Tensione nominale
21 – 28,5 V
Corrente nominale
16 A a 21 V
Consumo di
combustibile [ml/h]
440
Temperatura massima
di funzionamento [°C]
40
Temperatura minima
di funzionamento [°C]
0
Altezza [mm]
279
Larghezza [mm]
204
Lunghezza [mm]
595
Peso [kg]
13,5
CONSIDERAZIONI PER LA
SCELTA DEL GENERATORE
PESO E INGOMBRI
DELLA POWER UNIT
RICHIEDONO:
Disposizione
appropriata che non
intralci i movimenti
del ciclista

Posizionamento il
più possibile vicino a
terra per mantenere
basso il centro di
massa

INGOMBRI E PESO
In una bicicletta con telaio “a
diamante” lo spazio nella zona
inferiore è occupato dai pedali
e dalla trasmissione e pertanto
non sfruttabile.
In una bicicletta reclinata i
pedali sono nella zona
frontale, al di sopra della
ruota anteriore, liberando lo
spazio necessario nella
parte inferiore
ERGONOMIA
La posizione tradizionale del
ciclista schiaccia le vertebre
lombari e consente solo ai
professionisti di percorrere
lunghe distanze, peraltro con
uno sforzo notevole
La posizione reclinata
mantiene la colonna
vertebrale in una
posizione più naturale, ma
richiede un profilo del
sedile capace di
assecondare la lordosi
della zona lombare
TELAIO
Le reclinate si dividono in:
Bici a passo lungo (pedali
disposti tra la ruota anteriore e il
ciclista)

Bici a passo corto (la ruota
anteriore sta tra i pedali e il
ciclista)

In ogni caso, occorre prevedere
gli alloggi per:
Power unit
Motore elettrico
Batterie

TELAIO



Telaio a passo corto
Materiale: Lega di
alluminio 5086
Peso (comprensivo di
P.U., motore, batteria,
elettronica): 30 kg
L
L= 1424 mm
H= 478 mm
Sezione: 646 mm2
H
TELAIO
Carichi considerati:
Peso del ciclista
Spinta sui pedali
Peso del generatore
Tensione massima
concentrata nella
zona d'attacco della
forcella posteriore
Spostamento
massimo nella zona
posteriore su cui
grava il peso del
ciclista

TRASMISSIONE
La trasmissione deve garantire:
Coppia adeguata al peso
maggiorato dalla presenza di
motore, batterie ed APU

Possibilità di cambiata anche a
veicolo fermo

Variazione continua del
rapporto di trasmissione

CVT Planetario = CVP
TRASMISSIONE
INCLINANDO IL PERNO DELLA
SFERA, ANELLO MOTORE E
CONDOTTO SI TROVANO SU RAGGI
DIVERSI RISPETTO ALL'ASSE DEL
PERNO.
CAMPO DI VARIAZIONE RAPPORTO
DI TRASMISSIONE: 360% (0,5 – 1,8)

RIN >ROUT
Τ<1
RIN=R0UT RIN<ROUT
Τ=1
IL CONTATTO
(MEDIATO) TRA
DISCHI E
SFERETTE È
ASSICURATO DA
DUE MOLLE A
TAZZA.
FORZAmin= 615 N
Τ>1
CONSIDERAZIONI
TECNOLOGICHE
CELLE A COMBUSTIBILE
IDROGENO
Tecnologie per lo
stoccaggio ancora in
fase di sviluppo ed
attualmente poco
efficienti
Mancanza di fatto di
una rete di
distribuzione e
rifornimento

TECNOLOGIA DI
TRANSIZIONE: produzione
on board tramite reforming di
combustibili tradizionali per
sfruttare l'attuale rete di
distribuzione
CONSIDERAZIONI ECONOMICHE
I costi delle tecnologie dell'idrogeno sono dovuti solo in
parte alla natura chimico - fisica dell’elemento.

Si è stimata una riduzione dei costi di oltre 10 volte nel caso
di sviluppo di un'economia di scala paragonabile al mercato
dell'auto (milioni di pezzi/anno).

Il continuo aumento dei prezzi dei prodotti petroliferi
potrebbe portare alla competitività economica dei dispositivi
a fuel cell nel medio – breve termine (8 – 10 anni).

CONSIDERAZIONI ECONOMICHE

Costo medio di una bicicletta reclinata tradizionale: 1800 – 2000 €
Costo stimato della P.U. fuel cell in caso di produzione di massa:
1200 €

No imposte di bollo, assicurazione. Costi di manutenzione molto
bassi

Mercato di riferimento: uso cicloturistico su lunghe distanze o
pendolare su medie distanze

Esempio: Power Unit a GPL sul tragitto Bologna → Imola (andata e ritorno circa
70 km) il costo annuo di rifornimento del veicolo è di circa € 50,00 (€ 44,60)
CONCLUSIONI
Dal punto di vista della sostenibilità ambientale, un veicolo
ibrido propulsione umana – fuel cell è certamente efficace per
ridurre le emissioni inquinanti sulle medie distanze, seppure in
ambiti applicativi limitati.

Il successo sul mercato di un veicolo di questo tipo dipende
dallo sviluppo di un'economia di scala sufficientemente ampia
delle tecnologie dell'idrogeno. Tale circostanza è peraltro
altamente probabile alla luce delle scelte politiche intraprese in
ambito europeo e dei continui rincari dei carburanti

GRAZIE PER
L'ATTENZIONE