Newsgroup: it.discussioni.energie-alternative
Titolo: Pedalata o bicicletta elettrica [lungo]

Qualcuno si ricordera' quel thread ove si suggeriva di "sfruttare" 
l'energia della pedalata delle ciclette nelle palestre per fare 
elettricita'.
Io avevo sostenuto che si trattava di quantita' di troppo piccole 
perche' valesse la pena.
Questo mi ha portato a vedere con maggiore attenzione la faccenda delle 
biciclette elettriche.
Infatti, il corollario del fatto che la forza muscolare umana e' di poca 
entita' energeticamente porta alla ovvia conclusione che altrettanto 
poca e' la necessita' energetica necessaria per una sistema elettrico 
atto alla trazione di una bicicletta, incluso il suo accumulatore.
Per cominciare la potenza massima in gioco e' meno di 300W (che e' 
intorno alla meta' di 1 CV, ovvero la potenza di un cavallo da tiro 
usato nelle miniere di carbone inglesi nei tempi passati).
Ma probabilmente per il normale utilizzatore della bicicletta e' meno. 
Vediamo che cosa offrono sul mercato. Questo produttore:
http://www.canellini.it/site
 (vedere in basso)
ad esempio, offre 250W di potenza. Direi percio' di restare intorno a 
questo valore. Ho trovato la seguente formula sulla potenza:
P = g * m * V(terra) * (F + s)  + A * V(aria) * V(aria) * V(terra)
P = potenza in Watt
g = 9.80665 m/s2
V(terra) = m/s velocita' rispetto a terra
m = massa totale bici e ciclista
F = 0.0053 costante globale delle frizioni
s = pendenza in m/m
A = 0.185 kg/m costante aerodinamica
V(aria) = m/s velocita' nell'aria, cioe' incluso l'effetto del vento
Ponendo m = 100 kg, s = 0, V(aria) = V(terra) ovvero niente vento, si ha:
P = 9.80665 * 100 * V * 0.0053 + 0.185 * V * V * V
   = 5.1975 * V + 0.185 * V * V * V = 250W
da cui ricavo che V circa 36 kmh ovvero la velocita' massima con quella 
potenza. Questo valore e' pero' poco significativo, perche' 
raggiungibile solo dopo una lunga, lunga accelerazione. Piu' 
significativa e' invece l'accelerazione massima possibile.
Ignorando l'energia angolare contenuta nella rotazione delle ruote (che 
peraltro sono una parte minimale del peso totale bicicletta + ciclista), 
usando la formula dell'energia cinetica, si ha:
E = m * V * V / 2 = 100 * V * V / 2 = 50 * V * V
Se consideriamo una velocita' di crociera di 18 kmh che sono 5 m/s la 
domanda e': partendo da fermo al semaforo, quanto ci metto a 
raggiungerla con una potenza di 250W ?
E = 50 * 5 * 5 = 1250 Joules e' l'energia cinetica accumulata alla 
velocita' di 18 kmh. Una potenza di 250W corrisponde alla produzione di 
250 Joules ogni secondo, percio' il tempo richiesto per "accumulare" 
l'energia richiesta e' banalmente:
s = E / P = 1250 / 250 = 5 secondi
In altre parole, se ciclista piu' bici pesano 100 kg, con 250W di 
potenza raggiungo la velocita' di crociera di 18 kmh in circa 5 secondi 
di accelerazione.
Direi che la percorrenza massima per chi va in bicicletta si puo'
limitare intorno ad un'ora (dopotutto e' un veicolo relativamente
scomodo per lunghi viaggi). Usando questo valore, supponendo il caso 
peggiore che il motore lavori alla massima potenza (ad esempio a 18 kmh 
di velocita' in piano con 18 kmh di vento contrario), l'energia 
richiesta in Joule e' pari alla potenza per il numero di secondi, ovvero 
250 * 3'600 = 900'000 Joules = 900 kJ
Per le batterie al piombo gel abbiamo una capacita' di 100 kJ/kg,
percio' ci bastano teoricamente 9 kg di accumulatori. Pero' quella e' la
capacita' massima nominale, se vogliamo che gli accumulatori durino a
lungo e' meglio non arrivare ogni volta alla scarica profonda, percio',
empiricamente, raddoppiamo il requisito a 18 kg. Non e' poco, se poi
aggiungiamo il peso del motore e della circuiteria di controllo,
arriviamo ad aggiungere circa 25 kg al peso della bicicletta. Pero' non
e' neanche una esagerazione, considerando un peso medio del ciclista che
va da' oltre 50 kg di una donna agli 80 kg di un'uomo. Il peso
aggiuntivo puo' essere solo un problema qualora si debba sollevare la
bici per trasportarla per lunghi tratti. Pero', per le gentildonne e gli
impiegati ;-) e' possibile anche sganciare la batteria e portare bici e
accumulatori in due viaggi separati.
E quanto costano ? Purtroppo anche i dati delle batterie sono forniti in
una unita' "oraria", ovvero l'Ah percio' passiamo dai kJ ai Wh. Un Wh
corrisponde a 3,6 kJ, percio' 1800 kJ (ricordo che abbiamo raddoppiato
la capacita' per aumentare la durata delle batterie) corrispondono a
1800/3,6 = 500 Wh. Consideriamo accumulatori da 12V. La capacita'
corrispondente e' percio' di circa 42 Ah. La corrente erogata da questo
accumulatore sarebbe di 21A (ricordo che abbiamo raddoppiato rispetto al
calcolo teorico). Si tratta di una corrente che richiede una sezione del
cavo elettrico non piccola, ad esempio, 6 mm2. Inoltre lavorando con
12V, le cadute di tensione dei collegamenti, che possono anche essere
intorno al Volt sottocarico, cominciano a farsi sentire, aumentando gli
sprechi. Se aumentiamo la tensione di lavoro, ad esempio la
triplichiamo, possiamo lavorare comodamente con cavetti da 2,5 mm2
Inoltre 36V rendono accettabili un caduta di tensione di 1V ai contatti.
Percio' suddividiamo questa capacita' su 3 accumulatori da 14 Ah, in
questo modo, mettendole in serie possiamo ottenere una tensione di 36V.
Possiamo concludere percio' che la scelta indicata sul sito che ho dato,
di 3 accumulatori da 12V 12Ah sia adeguata (anche se un po' scarsa).
Notare che sul mercato sono comuni gli accumulatori gel da 12V 7Ah
(spesso usati nei gruppi di continuita' e nei sistemi antifurto).
Percio' per soddisfare il nostro requisito, bastano 6 accumulatori da
12V 7Ah, collegati come serie di 3 coppie in parallelo. Tra parentesi,
il peso di una batteria da 12V 7Ah e' di 2,65 kg, percio' per 6 fa 15,9
kg, quindi meno dei 18 kg preventivati.
L'uso di 6 accumulatori ci apre anche la possibilita' di lavorare con
72V di tensione e cavetti da 1,5 mm2.
Una soluzione interessante sarebbero le batteria a torcia NiMh. Salto i
pacchi di batterie NiMh perche' tanto al loro interno ci sono appunto
batterie torcia o mezza torcia. Una batteria a torcia NiMh ha i seguenti
dati:
1,2 V
10000 mAh = 10 Ah (di tutto rispetto ...)
12 Wh = 43,2 kJ
0,155 kg
Per fare 1800 kJ ci servono circa 42 batterie che pesano solo 6,5 kg.
Il problema e' che per avere 36V occorre una serie di 30 elementi,
percio' o aumentiamo le batterie a 60 (guadagnando notevolmente in
capacita', ma tornando quasi allo stesso peso di quelle a piombo) oppure
riduciamo a 30 pezzi, faccendo lavorare le batterie ad una maggiore
scarica. Trattandosi di batterie NiMh pero' c'e' da considerare che sono
piu' tolleranti di quelle al piombo. Percio' ci troviamo con solo 4,65
kg di peso. Le torce si possono acquistare gia' in pacchi pronti da 10
pezzi, ovvero 12V, 3 pacchi per fare 36V.
Ancora meglio si va con le batterie al Litio-ione. Una pacco da 10,8V
6Ah pesa 340 gr per 65 Wh = 233 kJ, percio' per 1800 kJ bastano 8 pacchi
per un totale di 2,7 kg. Al confronto delle batterie al piombo e' un
peso quasi ridicolo. Trattandosi di 8 pacchi, la tensione di lavoro per
il motore elettrico e' preferibile sia di 43-44V.
In conclusione, per quanto riguarda la bicicletta elettrica, grazie ai 
modesti requisiti di potenza richiesti all'uomo, l'attuale tecnologia 
delle batterie e' gia' matura. Una massa di 2,7 kg di batteria agli ioni 
di litio mi pare piu' che accettabile. E ricordiamoci che una bicicletta 
elettrica, in caso di batteria scarica, non lascia mai a piedi ... ;-)
Bando alla parte tecnica e torniamo al perche' ho voluto aprire questo
thread.
L'efficienza energetica di un ciclista allenato e' considerata intorno 
al 24%. Questo vuol dire che per produrre i 900 kJ richiesti 
nell'ipotesi indicati, dovra' consumare 3'750 kJ di energia.
Una centrale elettrica di vecchio tipo puo' fornire la stessa energia, 
incluso trasmissione e perdite di ricarica degli accumulatori, a fronte 
di un consumo di soli 3'000 kJ, e nel caso di una moderna centrale a 
ciclo combinato, anche di solo 2'200 kJ.
Possiamo gia' vedere, che anche senza considerare la bassa efficienza 
dell'apporto di energia da fonte agricola (meno del 5% dell'energia 
solare radiante su una data superficie agricola), gia' a questo punto 
possiamo concludere che, nell'ipotesi di considerare la bicicletta un 
normale mezzo di trasporto, nell'ottica di massimizzare l'efficienza 
dell'uso dell'energia si dovrebbe favorire il funzionamento elettrico.
Se poi consideriamo l'ipotesi di energia da fonte solare, il vantaggio 
della bicicletta a trazione elettrica rispetto alla trazione 
animale/umana, considerando il ciclo globale di conversione dalla 
fotosintesi, alla digestione, all'energia muscolare, e' schiacciante, 
direi di piu' di un'ordine di grandezza (ovvero di oltre dieci volte).
Naturalmente c'e' un caso in cui la trazione umana e' piu' conveniente 
ed e' quella di chi non sa resistere alla buona tavola ed ha quindi 
calorie in abbondanza da "dissipare" :-) Per dare un'idea, i 3'750 kJ 
sopra menzionati corrispondono a circa 900 kCal (l'energia di 1 litro di 
olio d'oliva).
Tempo fa consideravo la bicicletta elettrica niente piu' che uno sfizio 
oppure un'aiuto meccanico per le persone anziane, invece mi devo 
ricredere. Si tratta invece di un mezzo di trasporto piu' efficiente 
della classica bicicletta.
Da altra fonte ho trovato che l'efficienza di conversione dallo stomaco 
ai muscoli pare sia intorno al 12,5% (85% digestione, 15% muscoli), 
suppongo che si riferisca ad una persona normale non allenata. Se fosse 
cosi', il divario a favore dell'uso elettrico e' ancora piu' pesante.
Insomma uno dei futuri possibili e' quella di ampie distese di 
collettori solari (solare termodinamico) e fotovoltaici e strade coperte 
da frotte di biciclette elettriche.
[Messaggio Usenet via Tiscali su 
text.giganews.com
. Se leggete via Web 
il sottoscritto informa che non conosce o partecipa al sito/forum Web.]
R.L.Deboni
PS: questo messaggio fa riferimento solo alle biciclette classiche, se 
consideriamo le biciclette reclinate, il requisito in peso degli 
accumulatori diminuisce, oppure aumenta l'autonomia ed il vantaggio.


, oppure aumenta l'autonomia ed il vantaggio.
ovviamente cut.
molto interessante sia sotto il punto di vista tecnico che pedagogico
fatte le debite considerazioni penso che per chi lo desidera ,come business, 
si possa considerare l'associazione pedalata assistita a un veicolo stabile 
(visto che penso anch'io che la posizione orizzontale non sia delle più 
stabili)  a tre o più ruote carenato. Parlo di pedalata assistita in quanto 
la legge vigente non permette la sola trazione elettrica per un qualunque 
mezzo senza che questo possa eesere considerato un puro veicolo a motore. 
Pertanto vedi argomento patenti, permessi, tasse e quant'altro.
 A Voi la palla
graziano
orsopd 

 Pertanto vedi argomento patenti, permessi, tasse e quant'altro.
Per modeste potenze (1 kW ?), non vedo la necessita' della patente.
In quanto alle tasse, se le auto elettriche sono esenti per 5 anni dalle 
tasse, non mi pare logico tassare un motociclo elettrico ... o si ?
Infine, per l'omologazione alla circolazione, mi sembra cosa giusta, 
dopotutto un motore, ad esempio, da 1 kW puo' gia' cominciare a 
combinare guai se i freni non sono adeguati o bagnati (percio' i freni a 
pattini sul cerchione non sono adeguati per una bicicletta con un motore 
al di sopra di una certa potenza). Per esempio, i freni devono 
permettere almeno di tenere fermo il veicolo con il motore alla massima 
potenza. Pero', in un'ottica di incentivare l'introduzione di veicoli 
leggeri elettrici, suggerisco l'introduzione di un regolamento che:
- stabilisca la necessita' di utilizzare un sistema frenante omologato 
(ovviamente dopo avere organizzato un mercato che venda sistemi frenanti 
omologati);
- l'omologazione si ottenga con una semplice verifica presso i centri 
autorizzati di revisione, che il sistema frenante sia di tipo omologato 
ed installato in modo efficace;
Dopotutto non si tratta di impianti complicati (un comando con un 
normale cavetto d'acciaio in guaina e' piu' che adeguato) e il veicolo 
in ogni caso e' molto piu' leggero di un motorino. Insomma, e' una 
questione di buonsenso: un minimo di controllo e' giusto farlo, per 
evitare una epidemia di scontri a 40 kmh, sufficienti da mandare la 
gente in'ospedale, a causa di sistemi di frenatura insufficienti.
Sono decisamente contrario a qualsiasi intenzione di vietare la 
possibilita' di modificarsi da se' la bicicletta tramite l'aggiunta dei 
motori elettrici incorporati nei mozzi. La bicicletta va ancora 
considerata un mezzo popolare, nel senso di "a disposizione delle fasce 
meno abbienti" e qualsiasi tentazione di istituzionalizarla al di fuori 
dei minimi aspetti relativi alla sicurezza della frenata, va fortemente 
respinta. Ricordiamoci, come mostrato dai miei conteggi, che 
nell'utilizzo della bicicletta come mezzo di trasporto, la trazione 
elettrica e' di massimo interesse per la collettivita' perche' ha un 
minore costo energetico del consumo di energia umana. E quindi tutto 
quello che puo' "frenare" questa virtuosa tendenza non e' solo da 
considerarsi reazionario, ma anzi contro l'interesse nazionale.
Curiosita', sono un po' digiuno delle novita' del nuovo codice,  per 
guidare un motorino sotto i 50cc (o meno di 4kW di potenza) serve la 
patente ?



Qui a Roma  i vigili urbani hanno iniziato a sequestrare le bici elettriche 
perche' prive di targa e documenti.
Non tutti ed a macchia di leopardo, dipende dai comandi che impartiscono gli 
ordini.
Puo' non far testo, ma senza motore elettrico, i sette colli restano una 
barriera insormontabile...
Raffaele 

> news:DuSdnRg7hNH...@giganews.com...
cut

cut
Forse non ho capito bene io o.... tutta sta tirata sui freni e efficienza 
impianto frenante poteva risparmiarla: semplicemente i freni delle bici 
elettriche sono dotati di un interruttore, inserito nella leva, che taglia 
l'alimentazione al motore quando si tira la medesima leva. Ovviamente ciò 
non rende superflui dei buoni freni (per es. a disco, già in via di 
diffusione sulle bici) nel caso di potenze elevate che permettano di 
reggiungere velocità maggiori di 45 km/h... mentre per velocità minori sono 
più che sufficienti i freni già di serie nella maggior parte delle bici 
normali. Inoltre alcuni controller per motori elettrici al mozzo, prevedono 
una funzione di "regenerative braking" che, quando si frena, trasforma il 
motore in una grossa dinamo, per recuperare l'energia, e ovviamente rallenta 
ulteriormente la bici.

 l'alimentazione al motore quando si tira la medesima leva.
Dura la vita di un ingegnere.
DOPO che e' successo qualcosa di serio a causa di un guasto, ha la colpa 
perche' in fase di progettazione non ha previsto l'eventualita'.
Ma se PRIMA che succeda qualcosa, nella progettazione cerca di far 
inserire una qualche ridondanza o sicurezza in piu' allora si alzano 
lamentele per gli ulteriori costi e fastidi.
L'interruttore ha una probabilita' non trascurabile di guastarsi. Come 
la mettiamo allora con una bicicletta ferma allo stop con il motore che 
continua a tirare ?
[Messaggio Usenet via Tiscali su 
text.giganews.com
. Se leggete via Web 
il sottoscritto informa che non conosce o partecipa al sito/forum Web.]
R.L.Deboni

 ha scritto nel messaggio 
news:Hf-dneVg0fM...@giganews.com...

Deboni, ma dice sul serio? :-)
Se la bici *è ferma allo stop* il motore NON tira, perchè nessuno pedala 
fermo allo stop, e non si ruota, o pigia, l'accelleratore, fermi allo 
stop...
Semmai si tira il freno, fermi allo stop.
Saluti. 

 Semmai si tira il freno, fermi allo stop.
Mi sembra proprio la solita discussione che dovevo affrontare anno fa 
con i committenti quando non capivano la necessita' di un minimo di 
rindondanza (come puo' essere un sistema frenante piu' potente del 
motore, caratteristica che, appunto, e' soddisfatta, e non a caso, dalle 
autovetture).
