COPPIA e POTENZA: termini astratti o concetti alla portata di tutti?

[Filippo B]

Quando ci troviamo di fronte alle caratteristiche tecniche di una macchina agricola, il primo dato che inevitabilmente cerchiamo è la Potenza del motore. Tale potenza viene tutt'oggi espressa con il CV, o Cavallo Vapore; nel caso l'omologa espressione inglese è HP (Horse Power), di fatto comunque sono "quasi" la stessa cosa (una differenza che un normale utilizzatore puo' trascurare). Per dovere di cronaca, riportiamo la relazione tra HP e CV: 1 HP = 1,014 CV.
Negli ultimi anni, l'unità di misura menzionata è stata sostituita dal termine KW (Kilo Watt), in quanto le norme internazionali di misura prevedono che la potenza venga appunto espressa con tale unità. Diciamo subito che la relazione tra CV e KW è 1:0,736. Significa, in parole povere, che un motore ipotetico ha 100 CV oppure 73,6 KW (arrotondato in quanto l'unità di misura prevede altre cifre dopo la virgola).
I Costruttori per il momento comunque, utilizzano sovente ambo le unità di espressione.
La potenza così espressa, per quanto concerne le macchine agricole, è un dato che va oltre alla potenza del motore fine a sè stessa; difatti i CV o KW identificano anche la grandezza "fisica" di una macchina, infatti i trattori sono suddivisi per "classi di potenza", come pure le attrezzature, anch'esse divise o per metro di fronte di lavoro oppure per "classi di potenza assorbita".
Per fare un esempio, tutti noi quando ci viene menzionato un Trattore da 200 Cv abbiamo ben in testa che tipo di macchina possa essere, quale possa essere più o meno la sua stazza etc etc. In pratica, la Potenza del motore espressa in Cv o KW viene utilizzata per definire un trattore, ed è il primo dato richiesto dagli Utilizzatori ed il primo dispacciato dai Costruttori.La stessa cosa più o meno puo' avvenire per le attrezzature, ad esempio parlando di un "aratro per trattore di 200cv" abbiamo più o meno in mente che tipo di attrezzo possa essere, quale sia la sua struttura etc etc.

Addentrandoci in quelle che sono le caratteristiche essenziali del propulsore, il secondo dato che emerge è Coppia: l'unità di misura più diffusa è il Kg/m (chilogrammi per Metro), ma anche qui vale il discorso già affrontato per i Cv-KW; infatti secondo le normative internazionali la Coppia va espressa in Nm ( Newton per Metro).
La relazione tra Kg/m e Nm è piu semplice, difatti, potendoci permettere l'arrotondamento, possiamo dire che 10 Nm sono CIRCA 1 Kg/m. Questo quando chicchessia puo' permettersi un' approssimazione, comunque la relazione è 1 Kg/m = 9,8 Nm. Il Nm a sua volta puo' essere espresso con l'unità Joule, che altri non è appunto che il Newton per Metro.

Queste sono, in sintesi, le Unità di misura che di solito si usano per esprimere le caratteristiche di un propulsore agricolo.
Vediamo cosa sono e a cosa servono.

In questo argomento cercheremo di spiegare con termini semplici ed esempi alla portata di tutti i concetti in oggetto, rimandando ad altri testi, manuali o pagine web le spiegazioni "scientifiche" (che spesso generano confusione all'utilizzatore "medio").

Come dicevamo, i dati potenza e coppia sono i piu importanti fattori per poter definire un motore, di qualunque tipo sia.

Se è pur vero che, parlando di un trattore agricolo, citando la Potenza del suo motore già si riesce a capire di che macchina si sta parlando (dimensioni, peso, etc), non si puo' dire la stessa cosa di un motore endotermico; se difatti facessi questo genere di affermazione:
"possiedo un motore endotermico da 150 cv".
...non sarebbe sufficiente per capire a che genere di propulsore mi sto riferendo; facendo un esempio infatti, potrei riferirmi ad un motore motociclistico grande come una cassetta di frutta, oppure un motore automobilistico di meno di 2 litri di cilindrata, oppure potrei riferirmi ad un possente motore per impieghi industriali/agricoli, da 6 o 7 litri di cilindrata o più.

Citando il secondo dato, ossia la Coppia, invece, riusciamo ad avere un idea molto piu precisa di quale motore sia l'oggetto della mia affermazione.
Infatti, un motore motociclistico di 150cv potrebbe avere circa 10 kgm di coppia massima;
un motore automobilistico di circa 150 cv potrebbe avere circa 27-28 Kgm di coppia massima (auto con motore ciclo Diesel);
un motore agricolo/industriale di circa 150 cv potrebbe avere circa 60 Kgm di coppia massima.

Come potete vedere, a parità di potenza massima, la coppia è infinitamente diversa.


Adesso finalmente vediamo di capire cosa significano Potenza e Coppia. Partendo proprio da quest'ultima unità.

La COPPIA (termine esteso Coppia di Forze) è un termine che in realtà viene usato in modo "generico" e forse anche non sempre nel modo più appropriato, nel nostro caso infatti sarebbe molto più giusto parlare di Momento Torcente.
Ma per nostra praticità utilizzeremo sempre il termine Coppia, che è peraltro lo stesso utilizzato dai Costruttori nei loro dati tecnici.

Che cosa indica l'unità di misura della Coppia?
La Coppia rilevata od indicata serve a stabilire la FORZA di una qualunque entità.Ovvero misurare l'entità di un dato LAVORO.
Va ricordato, anzitutto, che qualunque concetto fisico (quindi anche i concetti di Potenza e Coppia) trova applicazione quotidianamente in qualunque gesto facciamo o qualunque attività compiamo, coadiuvati da utensili e macchine più o meno semplici. Quindi cercheremo di spiegare i significati con esempi semplici e pratici.

Dicevamo che la Coppia serve a misurare la Forza od il Lavoro compiuto.
Possiamo a questo punto pensare ad un contadino con una zappa: il contadino sta zappando il campo, la Coppia serve a misurare l'intensità dei colpi che dà con la zappa al terreno. Questo a prescindere dal tempo trascorso tra una zappata e l'altra. I Newton-metro (oppure i chilogrammi metro) appunto rilevano l'intensità della zappata. E con questo dato possiamo attribuire una Forza a questo Contadino.

Nei motori endotermici, il dato della Coppia serve ad indicare, appunto, la FORZA del propulsore stesso, ossia quanta coppia resistente (in pratica, la resistenza posta alla rotazione dell'albero motore) è in grado di vincere il motore durante un determinato impiego.
Pensiamo, per nostra praticità, ad un motore stazionario che alimenta un mulino per cereali direttamente, senza nessuna riduzione o cambio di velocità.
Supponiamo che questo motore abbia come forza massima 50 Kgm. Se la granaglia introdotta nella bocca del mulino crea una coppia resistente superiore ai 50 kgm, il motore sarà destinato inesorabilmente a spegnersi. Questo perchè la forza assorbita dall'attrezzatura è maggiore della massima forza possibile generabile dal propulsore.
Se invece la coppia resistente posta dal mulino è di circa 40 kgm, il motore riuscirà ovviamente a compiere il lavoro, avendo anche una riserva di forza di circa 10kgm, che vedremo piu' avanti come si potrà utilizzare.

Come già detto, l'unità di misura della Coppia è completamente indipendente dall'unità di tempo. Per tornare al nostro caro Contadino con la zappa, quindi, la Coppia come detto misura la forza della zappata, ma non il tempo impiegato per assestare il colpo della zappa stessa. In pratica, che il contadino dia un solo colpo all'ora oppure ne dia 1000, non cambia nulla per cio' che concerne la Coppia ed il suo valore.


Ma quando si parla di POTENZA, invece, l'unità di tempo diventa fondamentale.
La Potenza, infatti, misura la capacità di compiere un LAVORO (come la Coppia) ma per unità di tempo.
Tradotto in parole semplici, la Potenza dichiarata o rilevata, esprime quanto lavoro potenziale o reale puo' svolgere un determinato (nel nostro caso) motore in un determinato tempo.
Per rendere ancora piu semplice il concetto, torniamo al nostro Contadino con la zappa: con la Coppia (in Kgm o Nm) abbiamo rilevato l'intensità del suo colpo di zappa, mentre con la Potenza (Cv o Kw) possiamo rilevare quanto terreno riuscirà a lavorare in un determinato tempo (un ora, oppure un minuto, oppure un secondo etc).
Va a questo punto precisato che la Coppia è un dato in nessun modo dipendente dalla Potenza, altresì la Potenza è dipendente dal dato di Coppia (alla quale va incrociato il dato tempo). In pratica il nostro Contadino, avrà una forza (coppia) nel colpo di zappa indipendente dal tempo che impiega per effettuarlo, ma avrà una resa (potenza) di terreno lavorato in un determinato tempo, direttamente dipendente dalla Forza applicata alla zappa stessa. Infatti un potente colpo di zappa (molta coppia) smuove molto piu terreno di un colpo tenue (poca coppia), e questo permette di fare molto piu lavoro (a parità di numero di zappate al minuto o all'ora o al secondo).

Il Cavallo Vapore, ossia l'unità di misura che indica la Potenza, corrisponde a 75 Kgm/s. Sta a significare che, per sollevare 75 chilogrammi per un metro, una determinata Forza impiega un secondo. Se impiega 2 secondi per sollevare gli stessi chilogrammi, significa semplicemente che la nostra sorgente di Forza esprime 0,5 cv. Se invece in un secondo riesce a sollevarne 150, ovvero sempre 75 ma per 2 metri, significa che esprime 2 cv di potenza. E così via.

Torniamo ora al nostro celebre Contadino zappatore: abbiamo già rilevato la sua Forza misurando l'intensità del suo colpo di zappa. Per rilevare la sua Potenza (ossia la sua capacità di compiere un lavoro in un determinato tempo), dobbiamo rilevare quanti colpi di zappa dà in un determinato periodo (un ora, un minuto etc). Supponiamo, che questo Contadino dia 30 zappate al minuto, ossia una zappata ogni 2 secondi; supponiamo che l'intensità della sua zappata (coppia) sia di circa 20 kgm. Significa che il Contadino produce un lavoro pari a 10 kgm al secondo. Come detto il Cavallo Vapore indica una potenza di 75 kgm/s, pertanto il nostro Contadino sta producendo un lavoro pari a 0,13 Cavalli Vapore (10 kgm/s : 75 kgm/s).

TENGO A PRECISARE CHE FINORA I DATI DA ESEMPIO SONO DEL TUTTO APPROSSIMATIVI O (NEL CASO DELLA POTENZA DEL CONTADINO) ASSOLUTAMENTE DI FANTASIA. VANNO CONSIDERATI SOLO COME DATI ESEMPLIFICATIVI FINI A SE' STESSI.

[Filippo B]

COME SI RICAVA LA POTENZA DALLA COPPIA

L'esempio poc'anzi fatto (contadino) è certamente banale, ma serve a rendere l'idea circa i dati necessari a determinare la Potenza di un propulsore (che è cio' che ci interessa).

Partendo dal dato di Coppia (che puo' essere teorico, ossia rilevato tramite dei parametri fisici e tecnici, oppure essere rilevato fisicamente tramite un dinamometro), bisogna poi conoscere il numero di giri del motore (ovvero la quantità di zappate del contadino) e dividerlo per il tempo (il tempo che impiega il contadino a dare un determinato numero di zappate).

In un motore, pertanto, per stabilire la POTENZA, si usa una formula matematica. Tale formula matematica puo' essere più o meno complessa (rad/s, watt etc), la piu semplice è questa:

P= (C x RPM) : 9554

-P sta per Potenza (in KW);
-C sta per Coppia (in Nm);
-RPM sta per il regime di giri al minuto;
-9554 sta ad indicare l'equivalenza di 1 Radiante al secondo che corrisponde a 9,554 giri minuto (moltiplicato per 1000 in quanto la formula sarebbe valevole per determinare i Watt e non i KiloWatt).

Detta così, sembra matematica "astratta" e, forse, incomprensibile, vedremo di spiegare che in realtà è concettualmente semplice e facilmente memorizzabile.

Come detto, la risultate P è la Potenza, espressa però in Kw e non in CV. Va precisato che di norma andrebbe utilizzato l'unità di misura watt, ma nei motori viste le grandezze di Potenza in gioco, viene utilizzato il multiplo del watt, ossia il Kilowatt (=1000 watt). Per questo motivo, i 9,554 giri minuto corrispondenti ad un radiante al secondo vanno moltiplicati per 1000 (altrimenti la risultante P verrebbe espressa in w e non in Kw).
Dicevamo dei radianti: che cosa sono? Non è di nostro interesse riportare nozioni di geometria o matematica, pertanto vi rimando ad altre pagine web o testi specifici per le spiegazioni. Possiamo però dire che la velocità angolare si misura, appunto, in radianti al secondo oppure in giri al minuto. Con velocità angolare si intende la velocità/tempo di un determinato angolo (90° 150° etc). Ricordo che un giro di 360° è geometricamente considerato pur sempre un angolo, difatti viene definito Angolo giro. Quindi per definire la velocità di rotazione dell'albero motore si usano appunto queste unità di misura.
I giri al minuto sono equiparabili ai CV o ai Kgm; non trovano infatti locazione nel Sistema di misura Internazionale. Pertanto, nelle formule di calcolo, trovano applicazione i Rad/s.
Come sapete, un angolo giro (360°) corrisponde a 6,28 radianti (che ricordo sono derivati dal P Greco). Significa, in soldoni, che un giro dell'albero motore corrisponde a 6,28 radianti, ovvero che un radiante dell'albero motore corrisponde a 0,159 giri.
A questo aggiungiamo che i giri di norma sono espressi sul minuto, mentre i radianti sul secondo. Va da sè, pertanto, che per convertire 1 radiante al secondo in giri al minuto devo dividere il giro per i radianti e poi moltiplicare per i 60 secondi che compongono il minuto. Quindi, devo fare la divisione 1:6,28 della quale la risultante mi da la corrispondenza giri/radiante ossia 0.159, che poi vado a moltiplicare per i 60 secondi. La risultante sarà 9.554 che sono quanti giri al minuto corrisponde un radiante al secondo.
E che se tornate qualche riga più su, corrisponde al famoso 9554 citato nella formuletta (9.554 moliplicato per 1000 che sta per la conversione tra watt e Kilowatt).
Spero sia tutto chiaro. E' ancora così astratta la formuletta citata prima?

Naturalmente la già citata formula per l'attribuzione della Potenza, ha varie "alternative": quella utilizzando i Rad/s forse potrebbe risultare più semplice? Personalmente non gradisco i radianti ma preferisco rifarmi ai giri. Comunque eccola:
P= C x Rad/s a questa poi va susseguita una divisione per 1000 per convertire i watt ottenuti in Kw.

Propongo ora un esempio con dati di fantasia per rendere "tangibili" le formule citate: Coppia Nm 400 , giri motore 2500 al minuto (pari a 261,666 radianti secondo);
-prima formuletta coi giri: ( 400 X 2500 ) : 9554 = 104,668 Kw
-seconda formuletta coi radianti: (400 X 261,666) : 1000 = 104,668 Kw
Quindi di fatto si puo' scegliere quella che si preferisce.
Poi basta dividere il risultato per 0,736 e i Kw si trasformano nei cari vecchi Cv (142,21 ).

Ed ecco trovata la potenza MASSIMA dell'eventuale propulsore in oggetto.

A Questo punto bisogna fare comunque un'ulteriore FONDAMENTALE PRECISAZIONE: nei dati tecnici dichiarati da ogni Costruttore, come abbiamo detto, figurano il dato di Coppia Massima (affiancato al suo relativo regime) e il dato di Potenza Massima (anche questo affiancato al suo relativo regime di giri): QUASI MAI QUESTI DUE DATI SI RITROVANO NEL MEDESIMO REGIME (anche se comunque tecnicamente è possibile, ma insensato).
Facciamo un esempio?

Motore SAME 1054 P, lo troviamo istallato su alcuni trattori anni 70-80 di Treviglio, quali il Leopard, il Mercury etc:

-potenza massima dichiarata 83 CV DIN a 2500 giri;
-coppia massima dichiarata 28.7 kgm Din a 1400 giri;

Significa, sostanzialmente, che la sua FORZA massima ce l'ha ad un regime di 1400 giri, mentre la sua POTENZA (potremmo dire anche Potenzialità) massima è stabilizzata sui 2500 giri (breve nota: generalmente la potenza massima corrisponde al regime massimo previsto dal Costruttore, o comunque in prossimità di esso).
Possiamo, con le formule citate in precedenza, stabilire quanti Cavalli Vapore eroga il motore nel regime di Coppia Massima:
[(28.7 X 9.8) X 1400 : 9554] : 0,736 = 56 Cavalli Vapore.
E possiamo anche, stabilire quanta Coppia eroga il propulsore in regime di potenza massima:
83 X 0.736 X 9554 : 2500 :9.8 = 23.82 Kgm
Possiamo adesso anche stabilire la RISERVA DI COPPIA ; 28,7 : 23,82 = 1,204 = 20,4%
La riserva di coppia verrà spiegata in seguito in occasione della spiegazione dell Curve caratteristiche.

Perche' la Coppia massima non corrisponde al regime di Potenza massima?

La risposta è semplice, e credo sia esaustiva facendo un esempio con l'ormai celebre Contadino, che ora ripone la zappa per mettersi al suo sgranatoio manuale; tale utensile, come sapete, è azionato tramite una manovella manuale, mentre dalla bocca superiore si introducono le pannocchie che vengono così sgranate.
Il contadino dovrà esercitare una Forza sulla manovella, e così facendo creerà una determinata potenza, in base a quanto lavoro per unità di tempo riesce a svolgere.

Quando il contadino fa girare lo sgranatoio con una pannocchia piccola o già mezza sgranata riesce a far girare molto velocemente la manovella. Diciamo al massimo della velocità che gli consente il suo fisico. In quel momento sta esprimendo la sua potenza massima, ossia sta facendo girare la manovella al massimo della velocità con il massimo della sua energia.

Quando si andrà ad introdurre una pannocchia particolarmente grande, però, il contadino giocoforza sarà costretto a rallentare per poter vincere la maggiore resistenza. Quindi il suo braccio e la manovella cominciano a perdere giri e velocità, fino ad assestarsi ad un determinato regime di lavoro, che corrisponde alla sua forza massima (coppia massima). Quando avrà vinto questa resistenza supplementare, potrà ricominciare a far girare velocemente il suo sgranatoio.
L'esempio è banale, ma puo' essere applicato ad una miriade di altre situazioni che viviamo quotidianamente, pensiamo ad una persona che va in bici, e che improvvisamente affronta una salita.
Perchè è necessario rallentare cio' che si sta facendo quando si incontra un picco di lavoro? Perchè, semplicemente, a mano a mano che si rallenta diminuisce il lavoro svolto per unità di tempo; sapendo che la Potenza è una proporzione tra il Lavoro e il tempo impiegato per effettuarlo, al diminuire della velocità di esecuzione aumenta la Forza a disposizione per svolgere il medesimo lavoro.
Il ciclista menzionato poc'anzi, sta marciando su strada piana ad una velocità di 2 metri al secondo. Quando comincia a salire, riduce la sua velocità ad 1 metro al secondo, di conseguenza in un' unità di tempo (in questo caso 1 secondo) svolge la metà del lavoro che svolgeva prima di incontrare la salita.

Lo stesso principio puo' essere considerato nei motori Endotermici.

Come detto in precedenza, i motori endotermici hanno un regime di Coppia massima in un range piuttosto basso, mentre il regime di potenza massima corrisponde o è in prossimità del regime massimo ammesso dal Costruttore. Ma ci sono alcuni esempi in cui non funziona proprio così, vedi i motori TESTACALDA, dei quali parleremo in seguito.

[Filippo B]

REGIME DI GIRI

Abbiamo visto come il dato del regime di giri sia fondamentale per trasformare la Coppia in Potenza; infatti la Coppia va SEMPRE MOLTIPLICATA PER IL REGIME DI ROTAZIONE (poi abbiamo già visto che si possono utilizzare sia i giri minuto che i radianti secondo), per trovare la Potenza.
Perche'? Ci puo' tornare utile il nostro vecchio Contadino con la zappa: ogni giro motore corrisponde ad una sua zappata; come tutti potete immaginare, all'aumentare del numero di zappate aumenta la sua resa e quindi la sua Potenza. Di fatto, la stessa cosa avviene anche in un motore: all'aumentare del numero di giri aumenta il lavoro complessivamente svolto dal motore e quindi la sua Potenza.
Cio' che bisogna precisare pero' è : la Potenza aumenta all'aumentare dei giri, A PARITA' DI COPPIA. Infatti, se pensiamo di nuovo al nostro Contadino, se per aumentare la sua Potenza egli stesso aumenta la frequenza delle zappate e riesce a mantenere la stessa Forza di prima applicata ad ogni zappata, aumenta naturalmente la sua resa lavorativa e quindi la sua Potenza; ma se egli stesso, aumentando il suo regime fa decadere in parte la Forza erogata per ogni singolo colpo di zappa, le prestazioni possono non aumentare o, addirittura, scadere. Infatti, dovendo velocizzare tutti i suoi movimenti (per aumentare la frequenza di lavoro) è probabile che diminuisca la Forza che applica al singolo colpo di Zappa. Incrociando nuovamente il dato di Coppia (che naturalmente dovrà essere rilevato nuovamente) con il dato del regime dei colpi di zappa, si potrà poi determinare se ci sia stato un effettivo miglioramento delle sue prestazioni, oppure siano state pari, oppure addirittura peggiorate.
La stessa cosa avviene in un motore endotermico: all'aumentare del regime di rotazione aumenta la Potenza, ma solo se la Coppia riesce ad essere distribuita in un certo modo all'interno del range tra il regime minimo e massimo del motore stesso.
Se invece la Coppia decade, crollano le prestazioni, pur aumentando vistosamente i giri; è il caso ad esempio, dei "fuorigiri" o comunque delle modifiche alle pompe di iniezione per far lievitare i regimi del propulsore; di solito, superata una certa soglia di regime, il motore fa crollare drasticamente le sue prestazioni sino a quasi azzerarsi (ma in genere prima dell'azzeramento subentrano cedimenti meccanici).

CURVE CARATTERISTICHE
Dicevamo che la Coppia viene distribuita entro il range di utilizzo: tale "distribuzione" si chiama CURVA DI COPPIA; tale curva si ricava anche per la potenza ed i consumi e pertanto prendono la definizione piu generica di CURVE CARATTERISTICHE DEL MOTORE.Nel nostro caso tralasceremo per il momento la curva dei consumi e ci dedicheremo a quelle di Coppia e Potenza.
Generalmente le curve vengono rappresentate su foglio millimetrico, disegnando ascissa e ordinata che di norma sono marcate rispettivamente con scala dei giri minuto e scala potenza/ coppia.
Nel quadrante così ottenuto, trovano sviluppo le curve menzionate, facendo convergere la retta di un determinato regime con la retta della potenza o coppia note, fino ad ottenere la curva completa.
Vediamone un esempio:


Fig 1 curve caratteristiche motore OM Co3/80

Nella figura 1 qui sopra, possiamo osservare le curve caratteristiche di un motore OM C03/80, istallato sul trattore OM-Fiat 850. Tale propulsore rappresenta una delle migliori realizzazioni in campo agricolo della produzione motoristica Italiana.

Possiamo osservare come la curva della Potenza cresca in modo esponenziale all'aumentare del regime di giri, fino al regime massimo.
La curva della Coppia, invece, cresce dal regime minimo fino a trovare la sua massima espressione intorno ai 1300 giri minuto, per poi cominciare a scendere in modo molto dolce fino al regime di potenza massima.
I 1300 giri minuto, pertanto, stanno ad indicare il regime di giri in cui il motore dispone di più forza. Se un carico di lavoro è talmente pesante da far scendere il motore al di sotto di questo regime, come conseguenza si avrà il probabile spegnimento del propulsore stesso, visto che le prestazioni decadono molto rapidamente sotto i 1300 giri. Per dovere di cronaca va precisato che nel diagramma in oggetto le caratteristiche sono espresse con motore senza silenziatore e senza ventola (in pratica "quasi" come la norma SAE), ma ai fini della discussione non cambia.

Nella prima parte di questo argomento, avevo fatto un esempio citando un ipotetico motore accoppiato ad un mulino. Nella seconda ipotesi delle due formulate, menzionavo 50 Kgm di coppia massima erogati dal propulsore e 40 Kgm assorbiti dal mulino. Come si possono sfruttare i rimanenti 10 Kgm? Supponiamo che la coppia massima del motore sia intorno ai 1400 giri, oltre i quali la coppia comincia a diminuire. Possiamo quindi assestare il regime di giri in prossimità dei 40 Kgm (per ipotesi, 1900 giri) richiesti dal mulino, di fatto producendo piu Potenza ( e quindi piu lavoro per unità di tempo).
Facendo due calcoli (sempre ipotetici), se lasciassimo andare il motore ai citati 1400 giri produrremmo una potenza di circa 78cv, alzando il regime invece fino ai citati 1900 giri la potenza prodotta sarà circa 105 cv. E quindi il nostro mulino produrrà piu lavoro in un determinato tempo.
Naturalmente entrano in gioco i consumi, ma in questa discussione per il momento non li consideriamo.
Chiaramente l'esempio sopra è del tutto ipotetico, infatti nella realtà subentrano altre priorità quali ad esempio il mantenimento del regime nominale della pto. Inoltre di norma non è ipotizzabile un assorbimento continuo del 100% delle potenzialità del propulsore stesso.

RISERVA DI COPPIA

Abbiamo già menzionato la riserva di coppia in precedenza. Cosa indica questa espressione?

Ci riferiamo sempre alle curve caratteristiche in fig 1. Come detto, la Coppia massima è di circa 32,2 kgm a 1300 giri. Invece la Coppia a regime di potenza massima (2100 giri) è di circa 29 Kgm. Dividendo 32,2 con 29 la risultante è 1,110 che in percentuale corrisponde a 11% di RISERVA DI COPPIA.
In pratica, tale definizione indica la percentuale di coppia ancora disponibile al regime di potenza massima. Ipotizziamo di avere il propulsore a regime di potenza max, il dato di riserva di coppia indica quanta coppia è ancora disponibile qualora vi dovesse essere un calo di giri per aumento improvviso del carico di lavoro.
Nel nostro motore in esame è bassa (11%) se confrontata con impressionanti riserve di coppia dei motori odierni, che possono essere anche del 40%.
Ma sarà un male?
Cerchiamo ora di fare un piccolo esempio.

[Filippo B]

Quello che vediamo qui in fig 2 è il grafico delle curve caratteristiche di un motore VM, modello D704 TE2, istallato sul trattore Antonio Carraro modello TRH 9400.. Si tratta di un 4 cilindri turbo, di circa 2.8 litri.
Si tratta di un'ottima unità propulsiva, compatta e relativamente prestante, adeguata certamente al tipo di mezzo in cui è istallato (che ricordo è uno specializzato, quindi le doti di compattezza e leggerezza sono prioritarie).

La curva della potenza indica un nominale di 85CV (quindi potenza del tutto simile a quella del precedente motore OM) erogati a circa 2600 giri al minuto.
La curva della coppia indica invece un nominale massimo di circa 29.5 Kgm a 1400 giri, e una coppia a regime di potenza massima (come detto, 2600 rpm) di 23,2 Kgm. Con una riserva di coppia del 27% e più.

Come detto, potenze massime del tutto simili, ma la "forza" invece?
Il motore del Carraro per sputare 85CV deve girare molto alto, circa 2600 giri. Il motore del trattore OM 850 invece eroga la stessa potenza a 2100 giri.
Di fatto, quindi, il motore VM, avendo un regime molto piu alto, puo' "permettersi" una minor Coppia (se per determinare la potenza, come detto si moltiplica la Coppia per il tempo di lavoro, per ottenere lo stesso risultato finale se aumento il tempo devo diminuire il valore della coppia....).
Infatti, la massima è inferiore a quella del motore OM di 2,7 Kgm (nemmeno molto, in verità).
Però se andiamo ad analizzare il resto della curva, vedremo che al regime massimo la Coppia del VM è inferiore di 5,8 Kgm rispetto a quella del motore OM.
Se, infine, prendiamo il regime di 2100 (che corrisponde alla potenza massima del trattore OM), possiamo osservare che il motore VM eroga circa 77cv con 26.7 Kgm di coppia.

NATURALMENTE UN CONFRONTO TRA L'OTTIMO A CARRARO E IL TANTO ACCLAMATO OM 850 E' PURAMENTE "LUDICO". LE DUE MACCHINE SI PONGONO PER IMPIEGHI COMPLETAMENTE DIVERSI ED HANNO PERTANTO CARATTERISTICHE (ANCHE PROPULSIVE) COMPLETAMENTE DIFFERENTI.VA INOLTRE PRECISATO CHE LE CURVE DEL MOTORE OM SONO RILEVATE CON MOTORE PRIVO DI VENTILATORE, SILENZIATORE E FILTRO ARIA (IN PRATICA, COME NORMATIVA SAE) E QUINDI CON POTENZA E COPPIA RILEVATE PIU' "ABBONDANTI" RISPETTO AD UN RILIEVO CON NORMATIVE DIN

Ora, possiamo paragonare questi due trattori nuovamente a DUE contadini con la zappa: uno piu corpulento, l'altro leggermente più esile.
Entrambi riescono a produrre lo stesso identico lavoro, ossia a fine giornata hanno zappato la stessa quantità di terra, se quest'ultima è in uno stato piuttosto omogeneo. Con la differenza che, il corpulento dà poche zappate ma molto energiche, mentre il più esile nè da di più ma con meno forza.Diciamo che comunque si equivalgono in termini di resa oraria. Ma quando il terreno comincia a diventare duro e pesante, quale dei due dispone di più "forza" per superare il carico aggiuntivo? Quale dei due riesce ad assestare colpi di zappa più energici e convincenti?
Credo che la risposta sia superflua.
Torniamo ai nostri trattori: il trattore OM 850 dicevamo che dispone di una riserva di Coppia del 11%, mentre il trattore ACarraro dispone di una riserva del 27%. Sulla carta, il trattore ACarraro dispone di molta "forza residua" nel regime di potenza massima. questo gli permette di superare abbondanti carichi improvvisi.
Ma all'atto pratico cosa comporta?
Supponiamo un impiego con erpice rotante (quindi potenza alla PTO). Entrambe le macchine con medesimo attrezzo, e medesima velocità. Supponiamo che il carico motore "MEDIO" sia del 75%. Quindi il regolatore di giri non eroga tutti i cavalli potenziali (il che è del tutto normale, impossibile pensare ad un impiego continuato al 100% della potenza). Ad un certo punto il cantiere di lavoro incontra una venatura di terreno molto più tenace: sempre per supposizione, diciamo che questo picco improvviso necessita di 26 kgm al volano per essere superato. Il Carraro cosa dovrà fare? Naturalmente il motore scenderà di giri in quanto al regime di potenza max non dispone della Coppia necessaria (che ricordo è di 23,2kgm). Dovrebbe trovarla assestandosi sui 2250 giri circa. E il trattore OM 850 invece? E' lì che pacificamente continua il suo lavoro con sommaria indifferenza, in quanto al regime di potenza massima ha abbondanti kgm ( 29) per superare il picco senza un calo di regime. Tradotto: la perdita del regime di giri del Carraro comporta anche un rallentamento della velocità di avanzamento (ovviamente) che, ritradotto, comporta una perdita di lavoro. Ovvero cala la resa oraria del cantiere di lavoro.
Quindi, trattori con potenze nominali uguali ma rese orarie che potenzialmente possono essere molto diverse.
Quale sarebbe un ipotetica soluzione? Abbinare l'attrezzatura posteriore con la reale "forza" del trattore. Nel nostro caso, il Carraro potrebbe diventare molto competitivo con un fronte di lavoro minore (erpice rotante di minore larghezza) e al contempo con una velocità di esecuzione piu rapida (se ammissibile nella pratica agricola svolta, naturalmente). Possiamo fare un ipotesi in questo senso: il trattore OM 850 è abbinato ad un erpice rotante di 2,5 metri di fronte di lavoro, con una velocità di avanzamento pari a 4 km/h. Il trattore A Carraro invece, è abbinato ad un erpice rotante di 2 metri di fronte di lavoro, con una velocità di avanzamento di 5 km/h. Se non consideriamo le svolte a fine campo, entrambi i cantieri così composti producono un ettaro all'ora. Quindi, medesima produzione oraria nominale (potenza), con però diverso svolgimento.
Se ci rifacciamo ai due contadini di prima (il corpulento e l'esile), possiamo pensare al primo con una grande zappa con poche zappate ma sostanziose, il secondo con una zappa piu piccola, adeguata alla sua corporatura, ma con una velocità di esecuzione piu elevata. E medesima resa oraria.
Natualmente, l'esempio poc'anzi menzionato, risulta assolutamente teorico, nella realtà subentrano poi altre mille variabili e possibili risultati finali diversi. Ma per l'argomento in oggetto, e per poter apprendere con relativa semplicità i temi di discussione, ritengo possa calzare ed essere considerato a grandi linee fattibile e corretto.Naturalmente, è assolutamente concesso il contradditorio, pertanto chi ha conoscenze diverse può liberamente manifestarle

Come gia detto, il motore con piu' coppia risulta quello più avvantaggiato per risolvere pesanti carichi al volano e per svolgere le operazioni più impegnative, in particolar modo operazioni in cui sia richiesta grande capacità di traino (aratura profonda), oppure impieghi alla PTO con attrezzi generosi. In tal senso, provate a pensare ad un altro Grande trattore italiano del passato: il FIAT 80R. Con i suoi 80 cv ricordate che razza di aratri da scasso si portava dietro? Impensabile per un 80cv dei nostri tempi. E il motivo (naturalmente esclusa la stazza e il dimensionamento meccanico del mezzo stesso) in gran parte è dovuto proprio al motore in esso istallato: grandissima Coppia, con però bassissimo regime di giri (1600 circa) quindi potenza nominale relativamente bassa. A proposito, chi possiede il diagramma delle curve caratteristiche del trattore menzionato potrebbe caricarlo in questo argomento, cosi magari ci esercitiamo ad analizzare le curve stesse e cerchiamo di capire perchè risulta essere imbattibile sotto certi aspetti.

Naturalmente vi sono dei vantaggi anche nel motore "più esile". Ad esempio un più ampio range di utilizzo, ossia un maggiore ventaglio di regime motore fruibile, oppure un consumo che verso le potenze massime dovrebbe essere minore rispetto al motore più corposo (ma questo è un discorso che va approfondito e certamente analizzato meglio, comunque la teoria è questa).

Va detto che la Coppia non si crea dal nulla: in un motore infatti servono i "centimetri cubici" di cilindrata per poterne disporre. Anche se l'odierna elettronica e gli odierni sistemi di alimentazione rendono l'approvigionamento di Coppia teoricamente più semplice.
Questo ultimo aspetto verrà ripreso a breve.




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[Filippo B]

Propongo un altro esempio, teoricamente più "bilanciato" rispetto al precedente:

Al diagramma in fig 1, aggiungiamo il seguente in fig 3:


fig 3 curve caratteristiche motore SAME 1054P

Si tratta del diagramma curve caratteristiche del già menzionato motore Same 1054 P. Anche questo con potenza simile al motore del trattore Om 850. Vediamo però la coppia:
Anzitutto, faremo riferimento alla normativa DIN 70020.
La Coppia massima risulta essere 28,7 Kgm a 1400 giri, mentre la potenza massima è espressa a 2500 giri. A questo regime, la Coppia è circa 23,3 Kgm.

Il motore in oggetto è un 4 cilindri aspirato, con cilindrata di 4154 Cm3. Come dicevamo, questo esempio risulterebbe piu bilanciato per via della maggiore cilindrata del motore, e perchè risulta installato in un trattore perfettamente paragonabile al citato Om 850 (eccezion fatta per gli anni di produzione, il Same è piu recente).

In realtà i dati caratteristici di Coppia massima sono addirittura inferiori a quelli del Trattore ACarraro citato in precedenza (che ricordo ha un motore di 2,8 litri).
La coppia in potenza massima invece è del tutto simile. Infatti regime di rotazione e potenza sono anch'essi simili.
Abbiamo detto che la Coppia si ricava certamente dalla cilindrata del motore, ma il caso in oggetto contrasta con questa teoria.
Nel nostro caso infatti, il motore SAme ha sì una cilindrata ben piu generosa del Carraro, ma manca di turbocompressore e di apparato iniezione certamente più raffinato. Queste due componenti, vanno certamente ad influire nella PRESSIONE MEDIA INDICATA , che "incrociata" con le misure di canna del propulsore stesso (che come sappiamo danno "origine" alla già menzionata cilindrata) dà origine alla potenza del propulsore.

[Filippo B]

LE CARATTERISTICHE ESSENZIALI CHE DETERMINANO COPPIA E POTENZA IN UN PROPULSORE PER USI AGRICOLI

Come già detto, i motori hanno caratteristiche proprie in base al tipo di utilizzo previsto. Nel nostro caso, per impieghi agricoli sono richiesti motori (naturalmente ciclo Diesel) con regimi di rotazione molto bassi, Coppia molto alta, capacità di operare al regime di potenza massima per ore ed ore. A queste caratteristiche naturalmente se ne aggiungono altre, quali consumi specifici piu bassi possibili, buona affidabilità, capacità di smaltire il calore in autonomia (ossia non come avviene negli autoveicoli e motoveicoli, dove la gran parte della caloria viene evacuata dall'aria che "sbatte" addosso al veicolo stesso durante il suo avanzamento) etc etc.

CORSA DEL PISTONE

Come già sottolineato in precedenza, una Coppia "consistente" si ottiene con un motore con cilindrate generose. La cilindrata, come tutti sappiamo, è il volume del cilindro dal suo Punto Morto Superiore al suo Punto Morto inferiore. Moltiplicato poi per il numero di cilindri.
Il Volume del cilindro viene generato dalle misure di Alesaggio e Corsa dei gruppi termici.
Vi è una relazione molto importante tra l'Alesaggio e la Corsa.
Quest'ultima in particolar modo influisce nettamente sulla Coppia resa dal motore stesso. Perchè? Alla Corsa del Pistone, va naturalmente abbinato il raggio del cerchio "ipotetico" che disegna il relativo manovellismo dell'albero motore. Cioè, per fare un esempio, se abbiamo un motore con Corsa 140mm, i manovellismi (tanti quanti i cilindri, naturalmente) percorreranno un cerchio diametro 140mm ad ogni giro dell'albero motore.
Se invece prendiamo una Corsa di 100 mm, il manovellismo naturalmente "disegnerà" un cerchio Ø 100mm.
Come puo' influire questo sulla Coppia?
Facciamo un esempio pratico, che tutti conosciamo: quando abbiamo un bullone da svitare, e questo non ha la benchè minima intenzione di svitarsi, in genere inseriamo la relativa chiave dentro un tubo. Di fatto allungando la distanza tra il fulcro (il centro del bullone) e il punto di applicazione della Forza (dove impugnamo per applicare l'energia dei nostri muscoli).
Potremmo, per questo esempio e per renderlo piu "simile" a cio' che avviene in un motore, utilizzare una chiave a bussola con manovella di manovra (per rendere chiaro l'esempio, ecco la MANOVELLA ). Aumentando la profondità del gomito della manovella, andiamo praticamente ad ottenere lo stesso risultato che si ottiene infilando una chiave fissa in un tubo.
Che cosa succede? In pratica, si va a variare il rapporto tra il lavoro da fare e il tempo/distanza. Ovvero, allungando la LEVA in maniera considerevole, a parità di porzione di circonferenza eseguita, aumenta la Forza (Coppia Torcente) applicata al bullone stesso, di tante volte quante volte è più lunga la leva ottenuta (chiave piu tubo) rispetto alla leva originaria (chiave e basta).
Quindi, a PARITA' DI ENERGIA PRODOTTA DAI NOSTRI MUSCOLI APPLICATA, AUMENTANDO LA LUNGHEZZA DELLA LEVA AUMENTA ANCHE LA FORZA CHE RIUSCIAMO AD APPLICARE AL PUNTO DI ROTAZIONE.

Lo stesso concetto puo' essere applicato ad un motore, avendo ben presente che la Corsa non fa altro che rispecchiare la lunghezza della "leva" (moltiplicata per 2 in quanto la "leva" costituisce il raggio del cerchio ipotetico) immaginaria presente tra l'asse dell'albero motore e il perno di biella dell'albero stesso.

Possiamo pensare al complessivo Pistone-biella come in nostro braccio che genera una forza, mentre il manovellismo dell'albero motore potrebbe essere una manovella; quando noi dobbiamo far produrre un lavoro ad un attrezzo azionato a manovella (potrebbe essere citato quale esempio lo sgranatoio manuale menzionato al messaggio N°2), maggiore è il raggio della manovella minore è lo sforzo che esercitiamo, ovvero maggiore FORZA produciamo.

Quindi motore con Corsa maggiore corrisponde ad un motore con più Coppia?? Si, entro però certi parametri.
La Corsa deve essere opportunamente proporzionata all'Alesaggio (che ricordo, è il diametro del pistone).
Vi sono delle relazioni in percentuale tra alesaggio e corsa che certamente conoscono i progettisti o comunque gli addetti ai lavori, e che sono del tutto oscuri allo scrivente.
Osservando però quanto fanno i Costruttori, in genere la Corsa non supera mai (o quasi mai) una lunghezza maggiore del 20-25% rispetto all'Alesaggio (per porre un esempio, se l'alesaggio corrisponde a 100 mm, la corsa in genere non supera i 120-125 mm).
Naturalmente, puo' essere inferiore, o addirittura inversa; è il caso dei motori superquadri (nel caso, alcuni motori agricoli Ford), che hanno l'alesaggio superiore alla corsa.
Ogni tipologia ha proprie peculiarità e, naturalmente, difetti.

Sarebbe quindi preferibile avere motori con Corse "esagerate" per disporre di molta Coppia?
No. Come detto vi sono dei "rapporti" tra Alesaggio e Corsa, quindi aumentando la Corsa di un determinato motore bisognerebbe aumentare anche l'alesaggio, con conseguente esagerato aumento di cilindrata, aumenti di dimensioni strutturali, aumenti di consumi in potenza max etc.
Il "non rispetto" della proporzione tra Alesaggio e Corsa, aumentando troppo quest'ultima, comporterebbe ad avere un propulsore eccessivamente pigro, lento, e comunque scarsamente potente.
Inoltre, ALL'AUMENTARE DELLA CORSA, VA RIDOTTO IL REGIME DI GIRI. Perchè? La spiegazione è semplice: velocità pistone.
Che cosa si intende per velocità pistone? Il pistone, nel suo moto alternato all'interno del cilindro, percorre una distanza. Questa, relazionata coi giri motore e con un unità di tempo, dà origine alla velocità pistone.
Facciamo un esempio:prendiamo il motore OM già citato (il Co3/80); Corsa 130mm, regime in potenza max 2100 giri.
Significa, che ad ogni giro motore, il pistone percorrerà 260mm, moltiplicato per 2100 giri corrisponde a 546.000 mm al minuto, ovvero 9,1 metri al secondo (in genere si usa questa unità di misura). Se supponiamo una vita del motore stimata in 10.000 ore, possiamo calcolare una distanza totale percorsa dal pistone nella sua "esistenza" in 327.600 chilometri!
Prendiamo adesso il motore Same 1054P: corsa 120mm, regime in potenza max 2500 giri. In 10.000 ore stimate di durata del motore, ogni pistone percorrerà 360.000 chilometri.
Quindi, come possiamo vedere, con relativa poca differenza delle caratteristiche dei motori, grande differenza di "spazio" percorso dai pistoni.

Quindi, per riepilogare, un aumento della Corsa, a parità di regimi, corrisponde ad un aumento della velocità del pistone. Questo aumento comporta un usura del gruppo termico maggiore, un attrito maggiore, un consumo d'olio maggiore. Ovvero semplicemente una durata della vita utile del motore INFERIORE.

Facciamo un altro esempio, motore del trattore Fiat 80R: Corsa 140mm, regime di potenza max 1650 giri. Velocità pistone 7,7 metri al secondo, distanza del pistone percorsa in 10.000 ore 277200 chilometri.
In questo caso, il regime di giri vistosamente più basso dei due esempi citati in precedenza, mantiene la velocità del pistone piuttosto bassa compensando abbondantemente la maggior Corsa del motore.

[Filippo B]

ALESAGGIO DEL CILINDRO

Come detto, l'alesaggio indica il diametro interno del cilindro.
Naturalmente, influisce (come la Corsa) nelle prestazioni del motore. All'aumentare dell'Alesaggio, aumenta la Forza che il gruppo pistone-biella puo' scaricare sull'albero. Questo, naturalmente, a parità di pressione esercitata dallo scoppio del combustibile in camera di combustione.
A tal proposito possiamo fare un esempio banale: un martinetto idraulico, aumenta la sua forza di "spinta" se viene aumentato l'alesaggio del suo stantuffo, mantenendo naturalmente la stessa pressione del fluido idraulico.
E' chiaro che, come nel martinetto idraulico che aumentando di diametro ha necessità di maggior quantità di olio, anche il gruppo termico di un motore se si maggiora l'alesaggio, per ogni ciclo sarà necessaria una maggior quantità di combustibile per mantenere la stessa pressione.

PRESSIONE MEDIA

La pressione media indicata (p.m.i.) e la pressione media effettiva (p.m.e) sono valori che si possono rilevare o con calcolo matematico (la prima) o con rilevazione strumentale (la seconda).
Nel nostro caso, rimandiamo le spiegazioni "tecniche" di questi valori a testi specifici.

Comunque, appare chiaro che la pressione che genera la combustione è determinante fondamentale delle prestazioni del motore.
La pressione è strettamente legata a quella che è la fluidodinamica del motore stesso, e viene determinata dalla tipologia di iniezione, dalle caratteristiche della camera di combustione, dal numero di valvole per cilindro, dal rapporto di compressione etc etc.

Quando si aumenta la mandata di gasolio intervenendo sul comando del gas, la pompa non fa altro che aumentare, appunto, la quantità di gasolio iniettato in camera di combustione; questa maggiore quantità di gasolio aumenta la pressione esercitata dalla detonazione della miscela gasolio-ossigeno, aumentando la forza impressa sul cielo del pistone e di conseguenza aumentando la forza esercitata sull'albero motore. Appare chiaro, dunque, che all'aumentare della pressione sostenibile da questo o quel motore aumentano le prestazioni.
La pressione media è divenuta maggiormente importante dagli anni 80 in poi: dapprima con l'avvento dei turbocompressori su larga scala, poi con l'avvento di testate plurivalvole, iniezioni ad alte ed altissime pressioni etc etc.
Quindi, se è pur vero che la Coppia è strettamente legata alla cilindrata (o meglio, alle misure di canna e al loro rapporto), è anche pur vero che negli ultimi 20 anni l'importanza della stessa cilindrata è passata "di grado" permettendo ai motori agricoli di aumentare le proprie prestazioni unitarie (KW/litro) aumentando proprio la pressione in camera di combustione. Naturalmente, all'aumentare delle pressioni in gioco, aumentano le sollecitazioni date ai gruppi termici.

TEORICAMENTE, migliorando la fluidodinamica con gli accorgimenti già menzionati e contemporaneamente aumentando la potenza unitaria (Kw/litro di cilindrata) diminuiscono i consumi specifici (gr/Kwh). Ma il discorso è ben piu articolato e, alla luce di quanto emerge utilizzando alcuni modernissimi trattori, così non è o, perlomeno, non del tutto.






Ci sono molte altre variabili e caratteristiche che influiscono sulla Coppia e la Potenza di un propulsore, ma per il momento ci fermiamo qui, avendo comunque citato i principali.

[Filippo B]

A questo punto, possiamo dire che un propulsore eccellente per uso agricolo deve avere una cilindrata adeguata, un giusto compromesso tra le prestazioni rese ed i consumi di combustibile, deve avere una buona Coppia (momento torcente), deve avere una Riserva di Coppia che sia adeguata ma non nè eccessivamente bassa (pena una potenziale perdita repentina di giri all'aumentare del carico) nè eccessivamente alta (spesso indice di una scarsa Coppia in potenza max), deve avere un giusto rapporto tra Alesaggio e Corsa, e deve avere un regime di giri non eccessivamente alto (indice di usura e consumi).

All'inizio di questo argomento avevamo citato tre motori da esempio, il motore motociclistico, il motore automobilistico ed il motore agricolo/industriale.

Se ora dovessimo prendere queste tre tipologie di propulsori e volessimo paragonarli al contadino-zappatore già citato varie volte, potremmo così riassumerli, fermo restanto che tutti e tre hanno la stessa potenza nominale, quindi di fatto in un unità di tempo producono lo stesso lavoro potenziale (ma con metodi diversi):
- il motore agricolo/industriale potrebbe essere un Contadino corpulento con una grossa e pesante zappa;
- il motore automobilistico potrebbe essere un giovincello 13enne con calzuola;
-il motore motociclistico potrebbe essere un neonato con cucchiaino.

Tutti e tre hanno medesima potenza e quindi medesima resa oraria (fermo restando che il neonato dovrebbe essere figlio di FlashMan), ma una Forza estremamente diversa.

Appare chiaro che, un neonato con cucchiaio, seppur veloce come la luce, in Agricoltura non ha motivo di operare.
Allo stesso modo, un motore con caratteristiche motociclistiche in Agricoltura non avrebbe alcun senso, proprio perchè la sua Potenza è determinata quasi esclusivamente dall'altissimo regime di giri moltiplicato per una Forza (Coppia) quasi ridicola.
Di fatto, non sarebbe mai in grado di trainare un grosso e pesante aratro.
Potrebbe tuttavia teoricamente operare con un erpice con fronte di lavoro di qualche decina di cm, a velocità molto elevata.

In conclusione, dobbiamo menzionare un'altra parte che gioca un ruolo fondamentale in argomento: la TRASMISSIONE.
La trasmissione di marcia (altrimenti detto cambio di marcia o piu semplicemente cambio), è interposta come sappiamo tra il volano motore e le ruote del mezzo, oppure la presa di forza (qualora l'assorbimento della potenza avvenga tramite PTO).
Le macchine agricole, a differenza di tutti gli autoveicoli, hanno necessità tali da rendere obbligatoria la presenza di una trasmissione molto variegata, con molti rapporti e molte velocità producibili. Inoltre, le velocità di "punta" piuttosto ridotte rendono necessaria una abbondante riduzione finale.
Facciamo un esempio: pensiamo ad un trattore impiegato con la fresatrice alla velocità di 1 Km/h. Tale trattore ha le ruote posteriori di trazione con un diametro di 1600 mm (1 metro e 60). Il motore di questo trattore ha la sua potenza massima a 2500 giri.
Lavorando a 2500 giri, il motore in un ora farà 150.000 giri. Le ruote invece, per fare 1 km/h devono compiere circa 199 giri.
Và da sè che i giri prodotti dal motore, devono essere ridotti dalla catena cinematica (trasmissione piu riduzioni finali piu coppia conica etc) di ben 753 volte!
Oltre alla naturale riduzione della velocità di rotazione (per gli impieghi piu variegati, dall'azionamento di macchine con bassissime velocità di avanzamento vedi scavafossi, al trasporto su strada a velocità massima), la trasmissione fa anche da "amplificatore di Coppia". Lo scopo della trasmissione di marcia sarebbe in verità proprio questo.
Per dirla in parole semplici, ogni dimezzamento del regime di rotazione in entrata (ovvero dal Volano motore) comporta il raddoppio della Coppia disponibile all'uscita della trasmissione (ruote oppure Pto).
Infatti, i dati di Coppia finora citati nei diagrammi dei trattori riportati (Om 850, Same 1054P, A Carraro) naturalmente si riferiscono quali dati rilevati al volano motore. Se pensiamo infatti alla poderosissima Coppia massima del trattore 850 (32 Kgm), in realtà se venisse applicata tal quale ad un qualsivoglia attrezzo non produrrebbe entusiasmanti risultati. Basta peraltro osservare la catena cinematica di un qualunque trattore, la presa di forza stessa "prende" i giri motore e li riduce a 540 o 1000 giri (compreso il trattore Om 850). Poi ogni attrezzatura ha il suo ennesimo rapporto di riduzione (in alcuni casi piu rari, moltiplica).
Quindi, di fatto, "giocando" sull'aumento o sulla riduzione della rotazione, abbiamo una diminuzione o un aumento della Coppia (momento Torcente).
Per cio' che concerne le trasmissioni comunque, l'argomento verrà trattato in altra sede a breve.
Possiamo concludere questo paragrafo citando le rese di "riferimento" di una macchina agricola: potenza alla barra di traino e potenza alla presa di forza; purtroppo la prima voce non viene piu dichiarata da tempo dai Costruttori, mentre la seconda (in particolar modo Oltreoceano, negli Stati Uniti) è ancora "recuperabile" per alcuni modelli grazie ai tests effettuati al dinamometro da alcuni Enti pubblici e privati.
La potenza alla presa di forza, comunque, è sempre maggiore di quella alle ruote (o alla barra di traino). Questo perchè la catena cinematica della presa di forza è relativamente semplice e certamente ha molti meno ASSORBIMENTI della trasmissione di marcia, molto più complessa e con molte più riduzioni.
Come detto, l'argomento "trasmissioni" verrà ripreso in altra discussione.

[Filippo B]

MOTORI TESCACALDA


Abbiamo menzionato i motori Testacalda (i celebri Landini, Orsi, Bubba etc) parlando dei regimi di giri in cui sono allocate la Coppia e la Potenza massima, dicendo che nei motori a Ciclo Diesel la Coppia max ha un regime molto piu basso della Potenza max.

Anzitutto, spesso quando si parla di questi gloriosi motori, si scende inesorabilmente a giudicare i "cavalli di una volta" e i "cavalli di adesso", definendo questi ultimi dei "cavallini" o dei "pony" in confronto ai vecchi "cavalli da tiro" di macchine quali il Landini L55 (o anche vecchi Diesel quali 80R etc).
Ma è cosi?
No. L'unità di misura della potenza è sempre quella da secoli, semmai cambiano vistosamente la Coppia ed il regime di giri.
La prima è altissima (in relazione alla classe di potenza del mezzo), il secondo è bassissimo.

Ho recuperato un vecchio diagramma di un Landini L35, non è molto chiaro ma spero si veda comunque:



Fig 4: curve caratteristiche Landini L35

All'epoca evidentemente venivano dichiarate solo le curve di Potenza e Consumi, infatti come potete vedere manca la curva della Coppia; la cosa in realtà è abbastanza comprensibile, quanti potevano essere all'epoca gli utilizzatori che ne potevano comprendere il significato?
Vediamo la curva potenza: si parte da 690 giri con circa 37 cv, per salire a 40cv a 700 giri minuto; a 710 giri la potenza è gia scesa a poco piu di 30 cv, a 720 la potenza "crolla" a circa 18cv, fino ad arrivare a circa 5cv a 730 giri.

Purtroppo, la Curva di potenza parte ben sopra a quello che potrebbe essere il regime minimo, quindi non è completa per tutto il range di utilizzo del trattore, comunque ci accontentiamo. Come potete vedere, tutto si svolge nell'arco di poche decine di giri.

Con un po' di "fantasia", e con l'uso delle "formulette" già citate in questo argomento, mi sono ricavato la curva di Coppia, facendo un banalissimo e mal fatto diagramma, che vado ad allegare:



fig 5: coppia e potenza Landini L35

In rosso la coppia, in blu la potenza.
La Coppia massima è circa 41 Kgm a 700 giri. Un mostro. Per fare un raffronto con un trattore a ciclo Diesel, in casa Landini per disporre degli stessi Kgm dobbiamo prendere il trattore Landini 13000, un 120cv di potenza massima.
Ecco spiegato il motivo che fa rimpiangere la forza di questi vecchi mezzi, e che fa pensare che i "cavalli" di una volta siano molto piu forzuti di quelli odierni. In realtà cosi non è, si tratta semplicemente di Coppie piu poderose ma con regimi di giri molto piu bassi.






Per il momento mi fermo qui, nella speranza che chi ha conoscenze specifiche possa correggere miei eventuali (e certi) errori e possa implementare quanto finora detto con altri dati e spiegazioni fornite in maniera semplice e comprensibile a tutti (come spero di aver fatto io).

[Silvestro]

Originariamente inviata da filippo b

Come gia detto, il motore con piu' coppia risulta quello più avvantaggiato per risolvere pesanti carichi al volano e per svolgere le operazioni più impegnative, in particolar modo operazioni in cui sia richiesta grande capacità di traino (aratura profonda), oppure impieghi alla PTO con attrezzi generosi. In tal senso, provate a pensare ad un altro Grande trattore italiano del passato: il FIAT 80R. Con i suoi 80 cv ricordate che razza di aratri da scasso si portava dietro? Impensabile per un 80cv dei nostri tempi. E il motivo (naturalmente esclusa la stazza e il dimensionamento meccanico del mezzo stesso) in gran parte è dovuto proprio al motore in esso istallato: grandissima Coppia, con però bassissimo regime di giri (1600 circa) quindi potenza nominale relativamente bassa. A proposito, chi possiede il diagramma delle curve caratteristiche del trattore menzionato potrebbe caricarlo in questo argomento, cosi magari ci esercitiamo ad analizzare le curve stesse e cerchiamo di capire perchè risulta essere imbattibile sotto certi aspetti....


....Va detto che la Coppia non si crea dal nulla: in un motore infatti servono i \\"centimetri cubici\\" di cilindrata per poterne disporre. Anche se l'odierna elettronica e gli odierni sistemi di alimentazione rendono l'approvigionamento di Coppia teoricamente più semplice.
Questo ultimo aspetto verrà ripreso a breve.




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Scusate, senza fare polemiche, non sono per niente d'accordo con questa ultima parte. Il motore più grosso di cilindrata non è più adatto ai lavori pesanti perchè riesce a fare più forza, caso mai è più elastico, ovvero riesce a sopperire meglio ai sovraccarichi consentendo di evitare fastidiose scalate di marcia.

Forse vogliamo dire la stessa cosa, ma detto così come l'hai detto te filippo sembra che un 80cv da 6000cc (mettiamo che eroghi 80cv a 1500giri) tiri di più di un 80cv da 3000cc(che eroga 80cv a 3000giri). Non è assolutamente vero.

Quello da 6000cc potrà essere più elastico e già a bassi giri fornire più potenza del 3000, ma a regime di potenza massima i due mezza avranno la stessa forza di trazione.

Altra precisazione, i motori di maggiore cilindrata hanno maggior coppia di quelli a piccola cilindrata se imponiamo che la sollecitazione dei due motori sia la stessa.