Rubrica: Qualità (il concetto di)

Titolo o argomento: Dal linguaggio comune all’ambito industriale

Nel linguaggio comune la “qualità” è intesa come una caratteristica e percepita come un valore. In realtà il concetto di qualità va ben oltre e definisce in modo nettamente concreto e tangibile le proprietà di un prodotto o servizio. In ambito industriale si tratta di essere conformi a precise specifiche che siano misurabili e di offrire l’opportuna adeguatezza all’uso previsto per il (e dal) cliente. La prima definizione chiara e completa di qualità in campo industriale (qualità dei prodotti) è stata quella fornita dalla norma UNI ISO 8402 del 1988 (Qualità - Terminologia) la quale si esprimeva come segue: la qualità è l’insieme delle proprietà e delle caratteristiche che conferiscono al prodotto la capacità di soddisfare esigenze espresse e/o implicite. Tale norma è stata ritirata e sostituita più volte con nuove norme aggiornate e ottimizzate al fine di offrire una definizione attuale ed esauriente*.

Le esigenze, cui fa riferimento la norma in questione, possono essere espresse in modo specifico ad esempio tramite un contratto. Le esigenze implicite, invece, devono essere identificate e definite. Ciò che viene definito con il termine “esigenza” altro non è che un insieme di proprietà e di caratteristiche quali ad esempio: la facilità di utilizzo, la semplicità di manutenzione, la sicurezza, la disponibilità, l’affidabilità e gli aspetti di tipo economico ed ecologico. Anche se nel linguaggio comune si tende a fare un uso improprio del termine “qualità”, in realtà esso non viene utilizzato per esprimere un livello di merito in senso comparativo, né è utilizzato in senso quantitativo per valutazioni tecniche. Per tali valutazioni si possono utilizzare altre espressioni, si parla quindi di “qualità relativa” quando i prodotti o servizi sono classificati secondo una graduatoria di merito o in senso comparativo. Si parla invece di “livello di qualità” o “misura della qualità” quando vengono effettuate precise valutazioni tecniche in senso quantitativo. E’ opportuno osservare che la qualità di un prodotto o di un servizio è influenzata da molteplici attività tra loro interagenti quali ad esempio: progettazione, produzione, assistenza, manutenzione.

*Alla UNI ISO 8402 del 1988 hanno fatto seguito diverse norme (riportate più avanti) per le quali ognuna sostituisce la precedente: UNI EN 28402 del 1992 (Qualità - Terminologia), UNI EN ISO 8402 del 1995 (Gestione per la qualità ed assicurazione della qualità - Termini e definizioni), UNI EN ISO 9000 del 2000 (Sistemi di gestione per la qualità - Fondamenti e terminologia), UNI EN ISO 9000 del 2005 (Sistemi di gestione per la qualità - Fondamenti e vocabolario).

Alcuni esempi di importanti enti e organizzazioni per l’unificazione: UNI, ISO, CEN.

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Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Tipologie di ciclo OTEC

Segue dagli articoli:
OTEC - Ocean Thermal Energy Conversion
OTEC - Centrali elettriche Land based e Floating plant

Ci sono tre tipologie di centrali elettriche basate sull’Ocean Thermal Energy Conversion, quelle a ciclo aperto, quelle a ciclo chiuso e quelle a ciclo ibrido. Nel ciclo aperto il fluido operante nell’impianto è l’acqua di mare aspirata dall’ambiente circostante la centrale. L’acqua di mare calda viene pompata dentro l’evaporatore dove la pressione, grazie ad un’apposita pompa del vuoto, è minore di 0,03 bar. Questa condizione permette all’acqua di raggiungere l’ebollizione alla ridotta temperatura di 22°C. Il vapore acqueo che si ottiene è desalinizzato, esso espande attraverso una turbina a bassa pressione che alimenta un generatore di energia elettrica. Successivamente il vapore attraversa il condensatore refrigerato dall’acqua fredda prelevata dal fondale marino. Il ciclo ricomincia. E’ opportuno sottolineare che l’acqua in uscita dal ciclo aperto è acqua desalinizzata che, specie in zone tropicali dove vi può essere carenza di acqua potabile, può essere fornita alla popolazione risolvendo enormi problemi idrici in concomitanza con la produzione di energia elettrica in modo totalmente pulito e rinnovabile. Nel ciclo chiuso non viene aspirata acqua di mare dall’esterno ma si adopera un fluido che circola ciclicamente nell’impianto e non entra mai in contatto diretto con l’acqua di mare. Tale fluido è caratterizzato da un basso punto di ebollizione, vedi ad esempio l’ammoniaca, o il propano, o un qualunque altro fluido utilizzato nel ciclo Rankine. L’acqua di mare calda cede calore all’evaporatore nel quale il fluido operante cambia il suo stato. Ovviamente l’acqua di mare, calda o fredda, non entra mai a contatto con il fluido operante, ma con esso scambia calore attreverso le pareti dell’impianto. Il ciclo prosegue come nel precedente caso. Il ciclo ibrido, come dice la parola stessa, combina insieme alcune caratteristiche del ciclo aperto e del ciclo chiuso; in esso si evolve un ciclo chiuso nel quale viene adoperata l’acqua di mare come fluido operante.

Schema semplificato di funzionamento del sistema OTEC (ciclo aperto),
per il ciclo chiuso vedi gli articoli linkati in alto.

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Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Tipologie di centrali elettriche basate su tecnologia OTEC

Segue dall’articolo introduttivo:
OTEC - Ocean Thermal Energy Conversion

Centrale elettrica di tipo Land based

L’impianto di base si trova a terra all’interno di un edificio che conterrà: il serbatorio del propano, l’evaporatore, la turbina ed il generatore, il condensatore ed i controlli. Delle tubazioni, che possono avere lunghezze comprese tra i 2320 metri ed i 3870 metri (vedremo più in basso il perchè), aspirano acqua fredda dal fondale mentre l’acqua calda viene raccolta attraverso un involucro schermato vicino alla riva. L’alimentazione, di cui ha bisogno l’impianto, viene generata dall’impianto stesso, così come l’acqua fredda prelevata dal fondale viene adoperata come fluido negli impianti di condizionamento. L’acqua utilizzata viene poi scaricata in mare ad una profondità maggiore rispetto alla zona di aspirazione dell’acqua calda. Ciò evita il reflusso del liquido, che ha perso calore nell’evaporatore, verso la zona di aspirazione dell’acqua calda. Se si verificasse questa situazione, infatti, si ridurrebbe la differenza di temperatura tra l’acqua aspirata in superficie e quella prelevata dal fondale con l’ovvio malfunzionamento dell’impianto.

Centrale elettrica di tipo Floating plant

La centrale elettrica galleggiante (floating plant) funziona nel medesimo modo di quella fissa a terra (land based), la differenza principale consiste nell’avere tubazioni per l’acqua fredda molto più corte in quanto raggiungono il fondale verticalmente anziché con un dato angolo.

Quale soluzione scegliere?

Nella progettazione di un impianto a terra (land based) la voce di maggior rilievo si riferisce alle tubazioni dell’acqua fredda. Esse raramente hanno una pendenza maggiore di 15°, ciò comporta una lunghezza molto più elevata (e quindi maggiori costi) rispetto alle tubazioni verticali degli impianti galleggianti. Se ad esempio dobbiamo prelevare acqua fredda a 600 metri di profondità, con una centrale galleggiante, le tubazioni saranno ovviamente lunghe circa 600 metri, ma se dobbiamo prelevare alla stessa profondità aspirando dalla stazione a terra, le tubazioni avranno una lunghezza di circa 2320 metri per via della pendenza di 15°. Il conto è ottenuto mediante semplicissimi calcoli di trigonometria:

Lunghezza tubazione = Profondità da raggiungere / seno della pendenza tubazioni

L tub = 600 m / sen 15° = 2318,22 m
L tub = 1000 m / sen 15° = 3863,70 m

Nel caso di una profondità di 600 metri avremo tubazioni più lunghe, rispetto alla centrale galleggiante, di circa 1718 metri mentre, nel caso di una profondità di 1000 metri, avremo tubazioni più lunghe di 2864 metri circa. Se consideriamo che il diametro dei tubi è compreso tra i 9 ed i 15 metri, iniziamo ad avere un’idea di come possano lievitare i costi. Le centrali a terra possono arrivare a costare tre volte tanto rispetto alle centrali galleggianti e questo, praticamente, solo per via delle tubazioni dell’acqua fredda. D’altra parte però, l’impianto a terra, ha costi di gestione più contenuti.

Schema semplificato che rappresenta la differenza tra impianto “floating plant” e “land based”

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Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Sfruttare l’energia talassotermica

OTEC sta per “Ocean Thermal Energy Conversion”, si tratta di una tecnologia che sfrutta l’energia talassotermica. I sistemi OTEC utilizzano il gradiente di temperatura che si genera nell’oceano tra la superficie dell’acqua ed il fondale. Il processo consiste nel pompare acqua fredda, presente in profondità, verso la superficie dove si trova acqua a temperatura superiore. Utilizzando la differenza di temperatura si può azionare una turbina collegata ad un generatore elettrico. In sostanza l’OTEC converte la radiazione solare in energia elettrica utilizzando il naturale gradiente di temperatura dell’oceano. La differenza di temperatura, tra l’acqua calda presente in superficie e l’acqua fredda, proveniente da un fondale di circa 600 metri, è pari a circa 20°C e può produrre una importante quantità di energia. L’acqua calda viene raccolta sulla superficie di un mare tropicale e inviata all’evaporatore dove opera un’azione di riscaldamento del fluido presente nell’impianto, generalmente propano. I vapori di propano espandono attraverso una turbina la quale è accoppiata ad un generatore di energia elettrica. L’acqua fredda, prelevata dal fondale, viene pompata nel condensatore dove il vapore di propano ritorna allo stato liquido ed il fluido è pronto per iniziare un nuovo ciclo. Ovviamente parte della corrente elettrica generata viene adoperata per azionare le pompe (in particolar modo quelle incaricate di aspirare l’acqua fredda dal fondale per inviarla al condensatore), nonché le utenze necessarie. Il principio di funzionamento dell’impianto è concettualmente simile a quello di una centrale termoelettrica a vapore. Si utilizza un ciclo chiuso entro il quale circola un fluido in grado di evaporare alla temperatura alla quale si trova l’acqua di superficie (circa 26°C); il vapore in pressione mette in moto una turbina ed il relativo generatore di elettricità, quindi passa in un condensatore, raffreddato dall’acqua aspirata dal fondale (temperatura di circa 8°C), e torna allo stato liquido.

L’idea

L’idea alla base dell’OTEC è quella di generare energia elettrica sfruttando un collettore naturale, l’oceano, anziché utilizzando collettori artificiali atti a trasformare direttamente la radiazione solare in energia elettrica. D’altra parte però, sebbene i collettori artificiali abbiano un costo maggiore, sono più versatili e sono posizionabili anche in zone che non si trovano in prossimità di mari tropicali.

I numeri

L’oceano copre circa il 70% della superficie del pianeta, questa caratteristica lo rende il più grande collettore solare di energia ed il più grande sistema di accumulo di cui può usufruire l’uomo. Mediamente in un giorno, 60 milioni di chilometri quadrati di mari tropicali assorbono radiazioni solari le quali, in termini di calore, sono pari a 250 miliardi di barili di petrolio. Se solo lo 0,1% di questa energia venisse convertita in energia elettrica, se ne otterrebbe una quantità 20 volte superiore a quella consumata in un giorno negli Stati Uniti (310 milioni di abitanti).

Aree idonee

Aree tropicali presso le quali si genera un ottimo deltaT (almeno 18-20°C) tra superficie e fondale (profondità nell’ordine alcune centinaia di metri).

Continua…

Schema semplificato di funzionamento del sistema OTEC (ciclo chiuso)

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Rubrica: Sogni il tuo brevetto?

Titolo o argomento: Il collegamento che intercorre tra la ricerca ed il mondo dell’imrpesa

Vi è una sorta di sinapsi tra le attività di ricerca svolte dalle Università (equiparabili a neuroni) ed il mondo dell’impresa (equiparabile ad un insieme di cellule stimolabili). Si tratta di un collegamento che permette di trasferire conoscenze, tecnologie, competenze, metodi di fabbricazione, campioni di produzione e servizi dall’ambito dello studio e della ricerca a quello del mercato, al fine di trasformare in realtà idee utili scaturite da giovani studenti, ricercatori e professori. Tale processo di trasferimento prende il nome di “trasferimento tecnologico”, esso garantisce che gli sviluppi scientifici e tecnologici siano accessibili ad una vasta gamma di utenti i quali, successivamente, possono ulteriormente sviluppare e sfruttare la tecnologia in nuovi prodotti, processi, applicazioni, materiali o servizi. L’Università dispone di potenti strumenti, ovvero un insieme di conoscenze, che permettono lo sviluppo di competenze ad hoc capaci di fornire risposte precise a domande complesse. Essa può, in sostanza, qualificare la domanda di innovazione. Di fondamentale importanza è la capacità dell’Ateneo di fornire gli strumenti per gestire e proteggere in modo sicuro la tecnologia da trasferire e la proprietà intellettuale (diritto d’autore, diritto di proprietà industriale, diritti provenienti da attività intellettuali) lungo tutto il percorso dall’idea al brevetto. Sarà poi il ricercatore che deciderà se cedere o meno i suoi diritti, con vantaggi e svantaggi che ne derivano, all’ente per cui lavora.

La ricerca può essere sfruttata commercialmente tramite license agreement (accordo di licenza), o dando vita a joint venture (accordo di collaborazione tra due o più imprese) e partnership atte a condividere sia i rischi che i benefici di portare nuove tecnologie sul mercato. Attraverso lo spin-out (conosciuto anche come spin-off), invece, è possibile rendere indipendente un’unità organizzativa (per esempio un ufficio o una divisione) che in principio faceva parte di una determinata società. Ad esempio lo spin-off universitario è un’iniziativa imprenditoriale che viene avviata come società di capitali di diritto privato al fine di conferire un valore economico al frutto della ricerca accademica.

Spesso questi approcci sono associati con l’innalzamento del capitale di rischio, Venture Capital (ovvero l’apporto di capitale di rischio da parte di un investitore, detto Venture Capitalist, per finanziare lo startup o la crescita di un’attività che si è compreso avere un potenziale), come mezzo di finanziamento del processo di sviluppo. Si tratta di un metodo adottato largamente negli Stati Uniti ma scarsamente considerato nell’Unione Europea che mantiene un comportamento conservativo al riguardo.

Gli intermediari tecnologici sono coloro che hanno le capacità e le conoscenze necessarie per connettere mondi apparentemente distanti come l’Università (ma non solo…) e l’impresa applicando concetti scientifici o processi a nuove situazioni o circostanze. Molte aziende e Università hanno dotato le loro strutture di un Ufficio di Trasferimento Tecnologico (”TechXfer”) dedicato a identificare la ricerca che ha un potenziale interesse commerciale e le strategie su come sfruttarlo. Inutile dire che le idee a maggior valore commerciale hanno la priorità sulle altre, ad esempio possono esistere diversi modi ingegnosi per raggiungere uno scopo, tuttavia gli sforzi vengono focalizzati sul metodo che garantisce le migliori prestazioni in relazione ai costi cui si va incontro.

In Italia il trasferimento tecnologico è ancora uno strumento debole la cui straordinaria importanza deve esser ben compresa e assimilata. Questa carenza però ha avuto un lato positivo generando una sorta di risposta immunitaria in chi proprio non vuol demordere. Oggi, infatti, non è più solo l’Università a fornire una connessione con il mondo dell’impresa, esempi come le esperienze vissute da chi scrive sono la dimostrazione che vi può essere un’ottima comunicazione tra impresa e menti creative, anche al di fuori dell’Università, a patto che vi sia una buona preparazione di base e che non si propongano idee e soluzioni strampalate prive di fondamenti fisici e matematici. Sembra assurdo il fatto che diverse imprese abbiano trovato in chi scrive un canale di interesse per possibili investimenti futuri, e sembra altrettanto assurdo il fatto di essermi trovato nelle condizioni di dover rifiutare una proposta di finanziamento (quando l’Università fatica a trovarne) per il semplice motivo di voler prima organizzare e studiare meglio determinati passi… eppure potrebbe accadervi persino questo.

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Se non sai fare è difficile costruire, ottenere, raggiungere. Per saper fare devi aver la possibilità di studiare e di imparare. Se non vieni formato non hai niente di utile da conoscere, approfondire. Se non conosci non hai i mezzi per risolvere i problemi giornalieri. Risultato: hai sempre bisogno di qualcuno che risolva i problemi per te. Ma ognuno li risolve come meglio crede. La risoluzione che ti potrebbe essere fornita, quindi, potrebbe essere in conflitto con quello che tu avresti fatto se solo avessi avuto modo di conoscere, studiare… Si ma studiare cosa?

Tutto parte da quello che sai fare, o puoi/vuoi imparare a fare, e da quello che la tua testa riesce a concepire. Per questo per le menti più teoriche è molto utile fare indigestione di ricerca e sviluppo, mentre per le menti pratiche è altrettanto importante fare un pieno di formazione e competenze. Per altri ancora sono importanti entrambe le cose; senza questi strumenti si è disarmati e si è costretti a vivere passivamente una o più situazioni.

Molto frequentemente si imputa l’insufficiente preparazione di un individuo al fatto che non abbia avuto voglia di studiare/fare. Purtroppo però ci sono fenomeni che contraddicono le normali credenze. Poco tempo fa, ad esempio, ho chiesto, presso la mia Università, di poter utilizzare un laboratorio al fine di saldare delle parti. Ovviamente conosco diverse persone che sono particolarmente abili in questo, ma avevo piacere di imparare cose nuove cercando nell’Università un riferimento che consideravo più che solido. Ebbene la risposta è stata negativa in quanto il professore al quale ho chiesto informazioni mi ha risposto che per fare “simili cose” occorre che l’Università faccia un’apposita assicurazione e questo non è possibile. «Simili cose?» Avevo solo bisogno di fare qualche saldatura assistito da personale esperto. La risposta finale è stata semplicemente il suggerirmi di fare un corso a pagamento…

Un’Università così mi sembra un po’ limitata e la definizione che vede gli studenti come dei clienti inizia a sembrarmi razionale. Ricordo con piacere quando all’Istituto Tecnico i laboratori ce li facevano utilizzare in lungo e largo, sempre assistiti da personale esperto ovviamente. In quel caso succedeva persino il contrario, uno studente che mostrasse il desiderio di tornare a scuola il pomeriggio per utilizzare delle macchine utensili, degli strumenti o comunque dei laboratori, era tanto ben visto quanto raro. In tali casi preside e vice preside elargivano serenamente permessi su permessi in concomitanza con le possibilità di professori e assistenti di laboratorio. Oggi invece, tutto si basa sulle proprie capacità e la propria “autonomia nel fare”. Senza… siamo semplicemente disarmati.

Il termine “disarmato” non viene utilizzato facendo riferimento al
campo semantico delle armi offensive bensì a quello del “fare”,
es.: armarsi di buone intenzioni, di voglia di fare…

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Trattasi di un corpo in grado di assorbire totalmente l’energia raggiante che lo investe. Stiamo parlando quindi di un oggetto ideale in quanto non esiste alcuna sostanza, nemmeno il nerofumo, che soddisfi completamente questa condizione, senza riflettere o trasmettere neppure una minima parte delle radiazioni incidenti. Il corpo nero si chiama così perché assorbe molto bene tutta la radiazione che lo investe. Un’ottima approssimazione di corpo nero è un contenitore in cui sia stato fatto un piccolo foro. A temperatura ambiente il foro appare assolutamente nero, ed il motivo è che la radiazione luminosa che entra nel contenitore viene diffusa molte volte al suo interno, ed è molto più probabile che alla fine venga assorbita piuttosto che riesca ad uscire dallo stesso foro da cui è entrata.

La radiazione che entra nella cavità scalda le pareti. Queste riemettono l’energia sotto forma di radiazione infrarossa. Al raggiungimento dell’equilibrio termodinamico l’energia elettromagnetica entrante nella cavità è uguale a quella irraggiata dal foro tuttavia, il tipo di radiazione emessa dipende dalla temperatura della cavità. Ciò dimostra come un corpo nero non sia effettivamente nero. Esso appare così solo nei pressi della temperatura ambiente ovvero in quel range di temperatura in cui la radiazione visibile assorbita viene restituita nel campo delle microonde o dell’infrarosso lontano che, ovviamente, non siamo in grado di vedere. Se le pareti del corpo nero fossero a temperatura elevata, ad esempio a circa 1000 °C, allora il foro riemetterebbe radiazione visibile e il corpo non sarebbe assolutamente nero.

 La radiazione luminosa che entra nel corpo nero viene diffusa molte volte al suo interno,
ed è molto più probabile che alla fine venga assobita piuttosto che riesca ad uscire
dallo stesso foro da cui è entrata.

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Rubrica: I padroni della coppia

Titolo o argomento: Il torque vectoring ZF

Con il sistema Vector Drive (sistema dedicato alle auto a trazione posteriore e 4×4) si migliora notevolmente la dinamica di guida e la sicurezza. Il sistema provvede a distribuire la corretta coppia individualmente per ogni ruota motrice. In tal modo si genera un momento di imbardata (quindi un momento attorno all’asse verticale del veicolo) il quale può essere usato sia per migliorare l’agilità, sia per migliorare la stabilità del veicolo. In questo contesto la differenza di coppia tra le ruote viene generata indipendentemente dalla coppia motrice in uscita dal cambio (anche quando il guidatore non sta accelerando). Il veicolo viene aiutato nella sterzata durante la percorrenza delle curve, inoltre può essere stabilizzato in caso di manovre brusche senza agire sui freni. La manovrabilità (handling) dei veicoli dotati di questo dispositivo è eccellente specie nelle situazioni critiche nelle quali non tutti i guidatori sono preparati. Alla guida dei veicoli dotati di “vector drive” si può subito notare come lo sterzo risponda meglio e più rapidamente (sono infatti necessarie meno correzioni) migliorando il piacere di guida senza nulla togliere alle prestazioni dinamiche.

Per raggiungere questo obiettivo lo schema della trasmissione è stato dotato di un rotismo epicicloidale (con relativo sistema di frenatura del treno portasatelliti) per ogni asse di trasmissione. In attesa di poter leggere i successivi articoli inerenti il Vector drive potrebbe interessarti leggere l’articolo: Rotismi epicicloidali semplici: come funzionano?). Quando si procede lungo un rettilineo, il sistema “vector drive” si comporta come un ordinario differenziale aperto. La coppia motrice è ripartita in ugual misura su entrambi gli assi. Non appena il veicolo entra in curva, la coppia viene distribuita singolarmente in misura diversa tra la ruota interna e quella esterna alla curva. La coppia motrice viene controllata da un freno multidisco, sovrapposto al semiasse, attuato elettro-meccanicamente; questo agisce sul treno portasatelliti del rotismo epicicloidale del singolo asse generando variazioni di coppia. La differenza di coppia tra le ruote motrici viene generata indipendentemente dalla coppia motrice in uscita dal cambio e indipendentemente dall’azione o meno sull’acceleratore da parte del guidatore; la ruota esterna riceve una coppia maggiore rispetto alla ruota interna alla curva.

Il nucleo del vector drive è costituito da un comune differenziale aperto; ricordiamo che un differenziale aperto è in grado di trasmettere la medesima coppia per ogni ruota motrice, pertanto se una ruota perde aderenza e slitta, l’altra si ferma. Nel caso del vector drive invece, grazie all’ “upgrade cinematico”, un normale differenziale aperto diventa un congegno in grado di indirizzare una coppia maggiore dove è disponibile più trazione o, semplicemente, dove occorre. Il vector drive inoltre assolve i compiti solitamente svolti dai differenziali autobloccanti in quanto indirizza più coppia alla ruota con maggiore disponibilità di aderenza. La presenza del vector drive riduce l’uso dei freni, lo slittamento e l’usura dei pneumatici, nonché il consumo di carburante, a scapito di un contenuto aumento di peso e di un sensibile aumento delle perdite organiche della trasmissione.

Vantaggi

Assenza di slittamento dei pneumatici quando sono a contatto con differenti fondi stradali (ad esempio ruota motrice destra sul breccino, ruota motrice sinistra sull’asfalto).

Aumento di stabilità del veicolo, conseguentemente anche della sicurezza, in caso di manovre di emergenza (ad esempio schivando un ostacolo improvviso).

Miglioramento della dinamica di guida, maggiore facilità di inserimento in curva, prevenzione di situazioni di sottosterzo/sovrasterzo eccessivi.

Continua…

Image’s copyright: ZF Friedrichshafen AG

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Rubrica: Utilità di ingegneria

Titolo o argomento: Definizione di lavoro, potenza ed energia. Relazione tra le grandezze.

Ricevendo molte e-mail nelle quali tali concetti vengono frequentemente confusi tra loro o interpretati in modo non sempre esatto, ho pensato che potesse esser utile ai lettori questo articolo. Specie a tutti coloro che sono appassionati di ricerche “fai da te” e si cimentano in piccoli-grandi progetti, frutto del proprio genio creativo, nel garage di casa.

Lavoro

Si parla di lavoro tutte le volte che, applicando una forza (di qualsiasi tipo), si ottiene lo spostamento di un corpo. Se a tavola ti chiedono di passare il cesto del pane, tu compi un “lavoro” nel spostarlo da un punto all’altro della tavola stessa.

Il lavoro “L” è una grandezza scalare (vedi l’articolo: Grandezze scalari - Grandezze vettoriali) uguale al prodotto della forza applicata “F” per lo spostamento “s” misurato nella stessa direzione della forza. La relazione seguente esprime la diretta proporzionalità tra lavoro, forza e spostamento. L’unità di misura del lavoro è espressa in joule: 1 joule equivale al lavoro compiuto da una forza di 1 Newton per spostare un corpo di 1 metro. Pertanto 1 joule = 1 Nm.

L = F · s
L (J) = F (N) · s (m)

Potenza

Il lavoro che compie una forza non dipende dal tempo impiegato, tuttavia è utile sapere il tempo che si impiega per effettuare un determinato lavoro. La maggiore o minore rapidità di una forza nel fare un certo lavoro si esprime con un’altra importante grandezza: la potenza.

La potenza “P” è il rapporto tra il lavoro compiuto “L” ed il tempo “t” impiegato nel compierlo. L’unità di misura della potenza è espressa in watt: 1 watt equivale alla potenza che è capace di esprimere il lavoro di 1 joule in 1 secondo. Pertanto 1 watt = 1 J/s.

P = L / t

P (w) = L (J) / t (s)

Energia

L’energia è la proprietà posseduta da qualsiasi corpo che è in grado di compiere un lavoro. Movimento, calore, suono, luce, elettricità, magnetismo, ecc., sono fenomeni capaci di produrre lavoro e quindi misurabili in termini di energia. L’energia può essere di tipo potenziale “E_p” (immagina ad esempio una pallina ferma sulla sommità di un tavolo, se un’azione la muove oltre l’orlo essa cade a terra compiendo un lavoro - oppure immagina una molla compressa in una scatola, è ferma eppure se apri la scatola si estende compiendo un lavoro), oppure può essere cinetica “E_c” (corpi in movimento, come ad esempio una pallina che si muove lungo un piano, o un pallone calciato, possiedono energia cinetica - dal greco kinesis = movimento). Come per il lavoro l’unità di misura dell’energia è espressa in joule.

E_p = m · g · h

E_p (J) = m (kg) · g (m/s²) · h (m)

E_c = (m · v²) / 2

E_c (J) = (m (kg) · v² (m²/s²)) / 2

Mettendo in relazione “forza e spostamento” ci addentriamo nel concetto di lavoro.
Se consideriamo anche il “tempo” possiamo esprimere il concetto di potenza.
Infine se consideriamo la “capacità di un corpo di compiere lavoro” allora parliamo di energia.

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