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Dodicimila cavalli alla ruota, i segreti di un dragster Top Fuel

de Il direttore

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Da bimbo una volta tornai a casa dal Motor Show con due videocassette firmate Mondocorse. Ora, quel che ricordo di quella coppia di VHS piene zeppe di incidenti dalle più svariate competizioni motoristiche (tutti senza gravi conseguenze) erano le gare di dragster: 3,2,1, semafori verdi, wroooooSBOM!, e via: pezzi per aria, motori volanti, fiamme e fuoco e piloti ciccioni a salutare il pubblico… che figata, ho sempre provato una specie di sadico piacere nel vedere quegli affari saltare per aria come dei Raudi.

– SBAM! –

Da quei tempi ho sviluppato una profonda curiosità per i dragster Top Fuel e per la cultura che ruota attorno a loro. D’altronde non si può rimanere indifferenti davanti a delle auto capaci di sviluppare 12 mila cavalli. 12 mila cavalli per coprire i 305 metri (1000 piedi, i Top Fuel non corrono più i 400 metri dopo l’incidente in cui morì Scott Kalitta nel 2008, video QUI, incidente brutto, poveretto) in meno di 4 secondi passando sotto al traguardo a oltre 530 km/h.

da 0 a 530 orari in 300 metri.

I Top Fuel passano da 0 a 160km/h in meno di mezzo secondo e superano i 450 orari nei primi 200 metri della corsa. Messo accanto ad un F/A-18 sulla catapulta di una portaerei, un Top Fuel starebbe affondando nel mare prima che l’aereo abbia raggiunto la metà della pista di lancio.

Vanno così cazzo forte che se un treno Frecciarossa passasse ai 300 km/h costanti (ovvero 83 metri al secondo) accanto ad un dragster Top Fuel fermo sulla linea di partenza e quest’ultimo partisse in simultanea con il passaggio del treno, arriverebbe comunque primo al traguardo.

Ciao regaz, ci vediamo dopo!

Prendete la vostra macchina, inventatevi un congiunto da andare a trovare e percorrete 300 metri, guardate quanto ci mettete, fate caso a quanto sono lunghi, e poi riflettete sul fatto che un Top Fuel ci mette 3 secondi e 6 (record mondiale, 3,659 secondi, fatto segnare da quella passerona della Brittany Force), ci mettete di più a pensarci.

Un dragster supererà i 460 orari prima che tu finisca di leggere questa frase

A questo punto mi sembra doveroso regalare un po’ di spazio a questi motori, vi dimostrerò che se lo meritano.

Un motore da Top Fuel, roba da chiodi (e tanta scienza)

La cosa più insensata degli oltre 10 mila cv di un dragster è che questa viene tirata fuori da motori concepiti 50 anni fa. Qua non ci sono le magie ingegneristiche della Formula 1, c’è solo tanta arroganza e meccanica pura. Se infatti state pensando che per ottenere 10 mila e oltre cavalli servano chissà quali tecnologie spaziali siete sulla strada sbagliatissima: i dragster sono spinti da tradizionali motori V8 Hemi, la cui architettura si può far risalire ai motori Chrysler della serie 426 Elephant, messi in commercio negli anni 1964 – 1971.

Partendo quindi da dei monoblocchi ricavati da un pieno di alluminio forgiato (ma le camicie dei cilindri sono di ghisa sferoidale), i motori da Top Fuel hanno due valvole per cilindro (62mm quelle di aspirazione, 49 quelle di  scarico) con distribuzione ad aste e bilancieri e un unico asse a camme posto all’interno delle bancate, testate emisferiche e cilindrata limitata a 500 pollici cubi (8170cc) con un alesaggio di 106mm e una corsa di 114mm. 

Ma come è possibile ottenere oltre 10 mila cavalli da questi motori e dalla loro architettura? C’è il barbatrucco? La risposta è semplice: sì. Dietro all’enorme potenza dei dragster si nasconde il combustibile che utilizzano, vero artefice delle loro prestazioni esagerate: il nitrometano.

Bene, ora vi tocca un po’ di chimica ma, fidatevi, è una figata.

SCORCIATOIA PER I PIGRI: SE NON AVETE VOGLIA DI LEGGERE TUTTA LA PARTE DI CHIMICA, HO PREPARATO UN VIDEO IN CUI SPIEGO COME FUNZIONA IL NITROMETANO, LO TROVATE QUI O A FINE ARTICOLO.

Comunque,

il nitrometano è la più semplice molecola nella famiglia dei nitrocomposti, ovvero tutte quelle molecole che al loro interno contengono uno o più gruppi nitro (-NO2). La cosa interessante di queste molecole è che hanno la particolare tendenza ad esplodere: non ci credete? TNT è il nome amichevole del TriNitroToluene, molecola ottenuta partendo da una di toluene (C6H5-CH3) a cui vengono aggiunti tre dei famosi gruppi nitro che lo rendono piuttosto nervosetto. 

Finito l’assaggio di chimica, andiamo avanti con i V8 dei nostri amici yankees: per far funzionare un motore servono due cose, combustibile e comburente (ossigeno, contenuto nell’aria). Per migliorare le prestazioni di un motore si è soliti aumentare la quantità di aria (ovvero di ossigeno), potete scegliere se farlo limando i condotti di aspirazione, montando un turbo, un compressore o passando direttamente al NOS: avere più comburente permette di bruciare più combustibile, ottenendo così un’esplosione più potente e una maggiore spinta sul pistone. Ora viene la figata: per ogni chilo di benzina sono necessari circa 14,7 kg di aria (composta solo al 21% di ossigeno) senza la quale non brucerebbe nemmeno a piangere, il nitrometano contiene nella sua stessa composizione chimica l’ossigeno necessario alla sua combustione. Questo fa sì che per un kg di nitrometano bastino solamente 1,7 kg di aria e, a parità di aria, un motore alimentato a nitrometano può bruciare una quantità di combustibile quasi 8 volte maggiore. Per quanto il nitrometano sia meno energetico della benzina, potete bruciarne a badilate, producendo potenza a non finire; il V8 di un dragster non è un motore che brucia bene, è un motore che brucia MOLTO, MOLTISSIMO.

Ma molto quanto, maestra?  Beh, un Top Fuel da dragster a piena potenza brucia circa 4 litri di nitrometano AL SECONDO, a tutto gas le pompe di carburante sono praticamente degli idranti di combustibile.

Nonostante quindi il nitrometano abbia una densità energetica minore rispetto alla benzina (11,2 MJ/kg vs 44 MJ/kg), la possibilità di poterne bruciare quantità industriali lo rende enormemente più efficace: un motore a nitrometano è circa 2,5 volte più potente dello stesso motore alimentato a benzina. Se consideriamo che i motori Top Fuel sono progettati e costruiti appositamente per il nitrometano, ecco spiegata la loro straordinaria potenza. Una potenza fuori di testa, difficilmente comprensibile anche per le macchine: la potenza e la coppia di questi motori infatti è solo stimata, non esiste al mondo dinamometro sufficientemente resistente per testare e quantificare questi valori.

Ma non è tutto: una caratteristica molto importante dei combustibili utilizzati dai Top Fuel (che bruciano una miscela composta da nitrometano e metanolo, massimo 90:10) è che essi stessi contribuiscono al raffreddamento del motore. Se ci fate caso i dragster non hanno radiatori e gli stessi monoblocchi non hanno i condotti per il raffreddamento.

È magia? No, è fisica; facciamo un esperimento, prendete un po’ di acetone: cosa succede se ve ne mettete un po’ sulla mano? Bello quel freschino vero? Ecco, il nitrometano, come tutte le sostanze (ma ognuna in quantità diversa), ha la capacità di assorbire calore durante il cambiamento di stato da liquido a gas (in fisica si parla di “calore latente di vaporizzazione”), è lo stesso motivo per cui quando avete caldo sudate o vi bagnate, l’acqua evaporando asporta calore dal vostro corpo facendovi sentire meglio. Ecco, la miscela di nitrometano e metanolo (che ha un calore latente di vaporizzazione più elevato), nel corso della combustione all’interno della camera di scoppio cambia di stato e, passando da liquido a gassoso, asporta una tale quantità di calore da poter lasciare a casa i radiatori e tutto quello che serve ad un motore normale per venir raffreddato, sarebbe la manna dal cielo per i proprietari di Subaru con motore open-deck.

Ah, a proposito

Ma non è tutto: raggiunta una certa temperatura il nitrometano può bruciare e rilasciare tutto il suo calore (=energia) anche in completa assenza di aria (diventando al contempo sia combustibile che comburente) e producendo idrogeno il quale, se non lo sapevate, brucia piuttosto bene.

2 CH3NO2 → 2 CO + 2 H2O + H2 + N2

La miscela di nitrometano e metanolo viene iniettata nel motore da una squadra di 34 iniettori (10 sopra il compressore, 16 nel collettore di aspirazione e altri due per ogni cilindro) in forma liquida e in dosi talmente massicce (presente il video sopra?) che una parte della miscela non viene bruciata e finisce nei condotti di scarico; questi ultimi sono così caldi e la miscela così infiammabile e instabile che si incendia a contatto con l’atmosfera, espandendosi e generando così una forza di reazione di oltre 450 kg, diretta sia verso il basso, aumentando il grip meccanico del dragster, che verso l’indietro, spingendo l’auto in avanti. Quella prodotta dai tubi di scarico di questi mostri è una downforce “gratuita”, ottenuta senza aumentare la resistenza aerodinamica come altrimenti farebbe l’alettone (che comunque c’è e a oltre 500 orari genera un carico aerodinamico di 530 kg). Infine, una volta acceso, un motore da Top Fuel non può più venire spento, potete anche togliere corrente, ma il nitrometano continuerà a bruciare da solo, ci sono solo due modi per spegnere questi mostri: finire il carburante o esplodere.

Questi qui sono completamente fuori di testa. Ho scritto “gratuita” fra virgolette perché questi motori consumano da 45 a 86 litri di nitrometano per ogni sparo. 86 litri, per fare due sgommate e una gara di 300 metri, ciao ciao orsi polari.

Sarebbe bello poter sfruttare la potenza del nitrometano e vivere qualche reale momento di infinita gloria facendone bere un po’ al motore della Punto S di tuo nonno, vero? Non sono sicuro che il motore resisterebbe agli sforzi (meccanici e termici) a cui il nuovo combustibile lo sottoporrebbe, ma sono sicuro che in futuro i menestrelli canteranno le tue gesta (accettiamo racconti ma non responsabilità). Inoltre, si fa per dire eh, non ti sto assolutamente dicendo che il nitrometano si trova tranquillamente su eBay (lo vendono in miscele che contengono dal 10% al 25% di nitrometano in metanolo, utilizzate per i motori delle macchinine radiocomandate).

Comunque, chiarito il trucchetto che si nasconde dietro ai 10.000 cv di un Top Fuel, vediamo come questi motori vengono costruiti per poter sfruttare un carburante che in passato si utilizzava nei missili.

Per poter ingoiare quanta più aria possibile i V8 Top Fuel sono sovralimentati da un compressore volumetrico a doppia vite di tipo Roots: alla massima pressione quest’ultimo da solo assorbe circa 1.000 cv ma può garantire una pressione di sovralimentazione spesso superiore ai 4 bar (il regolamento impone un picco di 65 psi, 4,5 bar). Degne di nota sono le cinghie in Kevlar che impediscono che in caso di esplosione del motore il compressore possa volare in mezzo al pubblico, questa non è meccanica, questa è cattiveria. Il monoblocco, i pistoni e le bielle sono in alluminio forgiato (le bielle vengono fatte di questo materiale perché assorbe e dissipa gli urti meglio di altri) mentre l’albero motore è in acciaio e ha la configurazione “a croce” con 5 supporti di banco. In passato qualcuno ha provato ad utilizzare alberi piatti (come i V8 Ferrari) ma, nonostante questa configurazione desse più potenza e l’albero fosse più leggero, le vibrazioni erano maggiori. La resistenza di un albero motore da Top Fuel è tale che a volte capita che durante la gara i motori esplodano lanciando per aria l’albero motore intero, con le bielle e i pistoni attaccati.

Dato lo sforzo e l’esagerata potenza dei motori, si dice che al termine di ogni sparo l’albero motore abbia subito una torsione di circa 20°, motivo per il quale il motore è fasato in modo da poter funzionare in maniera efficiente anche al termine della gara, con tutta la fasatura originale andata a putt remengo. Al termine di ogni run il motore viene completamente smontato in ogni sua parte, rimesso in sesto e rimontato a velocità record, interessante quindi notare che ognuno di questi motori dura circa 900 giri di albero, considerando 250 giri di burnout e circa 540 di gara (per fare questo conto abbiamo considerato il motore a pieni giri con il limitatore impostato da regolamento a 8.400 giri al minuto). Il motore infine è collegato alle ruote attraverso una trasmissione a singola velocità (rapporto massimo consentito 3,2:1, limitato per questioni di sicurezza e per mantenere le velocità basse) e una frizione centrifuga che si chiude non appena dato tutto gas, collegando così motore e ruote e sparando il dragster in avanti con una forza inaudita, si parla di accelerazioni superiori ai 4g, roba che il casco vi serve anche per tenere le orecchie attaccate.

Al termine di questi 900 giri, oltre all’albero motore piegato e ai dischi frizione saldati tra loro, le candele (2 per cilindro, un vecchio caro twin spark!) sono completamente fuse: attraverso esse viene fatta passare corrente a 45 Ampere, quella di un saldatore. L’accensione avviene a circa 58-56° prima del punto morto superiore (su una Mazda MX-5 questo valore è di 10°, che alcuni anticipano a 14° sulle vecchie NA per farle andare un po’ di più), un valore assurdo ma obbligato dal fatto che la miscela di nitrometano e metanolo brucia più lentamente rispetto alla benzina. La scintilla si prolunga fino a circa 26° prima del punto morto superiore e le candele vengono raffreddate dalla miscela in ingresso, questo comunque non impedisce che a fine della run queste raggiungano una temperatura di circa 1.400°C. La potenza è tale che quando un Top Fuel scatta si genera un microterremoto del secondo grado della scala richter e il rumore generato supera i 150Db, roba da diventare sordi per davvero.

Infine, visto che ho tirato in ballo Tom (Cruise), ricordate cosa diceva Harry Hogge al mitico Cole Trickle nel film più ganzo della storia? “E poi, Cole, le gomme. Sono le gomme che vincono le gare!”. Se questa frase è vera per le Nascar, è ancora più vera per un dragster, visto che le gomme hanno l’ingrato compito di farsi scartavetrare di botte da 10.000 cv, scaricandoli a terra in maniera utile ed efficace.

– SWAM SWAM SWAM SWAM – 

Per l’occasione le gomme da Top Fuel sono un qualcosa di eccezionale. Sentite che roba: le gomme posteriori di un Top Fuel pesano 21 kg l’una, costano 917$ e durano circa 1,5 miglia prima di dover venir cacciate via. Sono imbullonate al cerchio (da 16″) perché altrimenti questo girerebbe a vuoto dentro la gomma e vengono gonfiate ad una pressione MINIMA di 0,4 atmosfere (di solito si arriva a 0.6). La pressione mantenuta così bassa fa sì che le gomme siano completamente “vive” e partecipi all’azione della “macchina”: appena scatta il verde e il motore scarica su di loro la sua cattiveria, queste si acquattano aumentando la superficie di contatto migliorando così il grip. Ma mano che poi l’auto accelera lungo la strip, la forza centrifuga le fa espandere fino ad un diametro massimo di 38″, diminuendo così l’attrito e al contempo allungando il rapporto finale e migliorando la velocità di punta.

Insomma, sembrano dei pericolosi trabiccoli ma, per quanto a noi europei fighetti e sommelier dei motori certe cose possano fare sorridere, è innegabile che dietro ai dragster si nasconda una tecnica e una cultura veramente eccezionali. Ora rega non rimane che aspettare che il mondo si riprenda (se mai succederà) per organizzare una gita a Santa Pod!

Se siete arrivati fino qui, significa che siete abbastanza infuocati da poter essere interessati a partecipare al nostro mega evento, il Ferro del Day 2020, organizzato per il prossimo 19 settembre a Rimini, non potete mancare! Evento su fb QUI

E questi li hai letti?

5 commenti

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Mauro 8 Maggio 2020 - 14:28

Direttore come riesci a trasmettere te l’entusiasmo non ha eguali complimenti

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Maurizio 9 Maggio 2020 - 20:30

Bielle in Alluminio?????

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Il direttore
Il direttore 9 Maggio 2020 - 22:07

Sì, in alluminio forgiato

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Dani 11 Maggio 2020 - 16:55

Salve,

Le gare non sono di 402m (1/4 di miglio)?

Saluti
Bel articolo

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Il direttore
Il direttore 11 Maggio 2020 - 17:04

Ciao Dani, come scritto nell’articolo i Top Fuel non corrono più il quarto di miglio (1.320 piedi) a causa dell’incidente che nel 1008 ha ucciso Scott Kalitta. Per una questione di sicurezza i Top Fuel corrono sui 1000 piedi (circa 300 metri) in modo da raggiungere velocità di uscita più “basse”.

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