Pirometro Infrarossi VS sonda ad ago nella misura della temperatura pneumatici nel Motorsport

Indice:

Sensore ad infrarossi VS sonda ad ago
Come abbiamo svolto il test
Misura della temperatura con sonda ad ago
Misura della temperatura con sensore a infrarossi

Sei sicuro di misurare correttamente la temperatura degli pneumatici?
La gestione della temperatura degli pneumatici è un elemento fondamentale nel motorsport ed influisce direttamente sulle prestazioni del veicolo. Gli pneumatici sono l’unico punto di contatto tra il veicolo e l’asfalto, quindi è evidente che dobbiamo ottimizzare al meglio il trasferimento di energia che si realizza durante il moto del veicolo.

Una delle principali domande che spesso ci vengono poste è:

È più accurato usare un pirometro con sensore ad infrarossi o uno con sonda ad ago?

Non esiste una risposta esatta. Partiamo dal presupposto che lo scopo di misurare la temperatura degli pneumatici, sia con sonda ad ago sia con sensore a infrarossi, è valutare l’impronta a terra dello pneumatico, cioè come l’energia viene distribuita tra il veicolo e l’asfalto.

Appena il veicolo rientra ai box, questa operazione deve essere eseguita il più rapidamente possibile e anche nel modo più ripetibile possibile. Perciò è importante che il metodo sia sempre lo stesso, per evitare dati diversi da test a test.

È interessante capire quali differenze ci sono state sugli pneumatici e sulle loro prestazioni a causa di variazioni di assetto o di diverse condizioni della pista.

Oltre a valutare la distribuzione dell’energia sulla superficie del battistrada, misurando la temperatura possiamo capire se l’intervallo di esercizio rientra nel «range corretto».

Restare nell’intervallo di temperatura ottimale ci permette di ottenere il miglior grip meccanico e di minimizzare il degrado delle prestazioni (indicato dalla zona gialla nel grafico).

Un’ulteriore precisazione da fare è che quando misuriamo la temperatura appena il veicolo è rientrato ai box, non stiamo misurando il suo valore assoluto, cioè il suo valore massimo, ma la temperatura che si assume come temperatura media durante l’utilizzo. Questo perché i valori massimi si verificano nelle frenate intense e i minimi nei lunghi rettilinei. Quindi ciò che ci serve prima di tutto è un metodo ripetibile che ci consenta di misurare le temperature il più rapidamente possibile, prima che la dissipazione del calore falsi la misura.

Vogliamo quindi confrontare la misura con sensore a infrarossi o con sonda ad ago.

Esistono diverse teorie, una delle quali afferma che il sensore a infrarossi misura solo la temperatura superficiale ed è quindi errato. Questo è vero: il sensore a infrarossi misura la radiazione emessa da un corpo, in questo caso lo pneumatico, ma è altrettanto vero affermare che la temperatura superficiale è influenzata dalla temperatura dell’intera mescola. Ipotizzando che la temperatura superficiale sia, ad esempio, 100.0°C, lo strato immediatamente sottostante non può certo essere a 90.0°C. Ovviamente esiste un gradiente di temperatura dall’aria interna fino alla superficie del battistrada, ma questo non sarà misurabile né con il sensore a infrarossi né con la sonda ad ago, bensì solo con simulazioni e/o calcoli complessi.

Un altro aspetto da considerare è che il sensore a infrarossi deve essere PERFETTAMENTE calibrato sulla lunghezza d’onda dello pneumatico. Un pirometro a infrarossi che misura la temperatura di uno pneumatico non può misurare correttamente la temperatura di una superficie di colore rosso (esempio del tutto casuale) e viceversa.

Allo stesso modo, misurando con la sonda ad ago di lunghezza 3/5 mm, otterrò una misura della temperatura media della mescola di quella porzione di volume.

Tornando alla ricerca del nostro metodo di misura che sia rapido e ripetibile, ci siamo resi conto che vogliamo principalmente misurare se siamo nella corretta temperatura di esercizio e come la distribuzione della temperatura sulla superficie del battistrada possa darci una valutazione della sua impronta a terra.

Come abbiamo svolto il test

In Prisma Electronics abbiamo deciso di eseguire due prove pratiche, sia con il pirometro a sonda ad ago sia con il sensore a infrarossi. Lo strumento utilizzato è un manometro digitale per pneumatici con pirometro a doppia tecnologia, progettato appositamente per poter scegliere quale metodo utilizzare in base alla misura che si vuole effettuare.

Due pneumatici differenti.
1 – Pneumatico Pirelli 13″ ex Formula 1 riscaldato con termocoperta a circa 100°C.
2 – Pneumatico anteriore da Supermotard con termocoperta a circa 80°C.

Quali test abbiamo eseguito.

Accuratezza – La misura con sonda ad ago e sensore a infrarossi fornisce gli stessi valori?
Velocità di risposta – Quale dei due metodi è più rapido nella misura?
Di seguito il video del test svolto in Prisma Electronics

Risultato del confronto: pirometro a infrarossi vs sonda ad ago

Accuratezza.

Sonda ad ago – 105,1°C
Sensore a infrarossi – 104,8°C
Differenza: 0,3°C
Accuratezza con pneumatico Supermoto.

Sonda ad ago – 85,0°C
Sensore a infrarossi – 85,3°C
Differenza: 0,3°C

Velocità di risposta.

Sensore a infrarossi – 27°C -> 73,5°C : circa 1 secondo al massimo
Sonda ad ago – 24°C -> 73,1°C : circa 5 secondi. Questo è il caso peggiore, poiché la sonda era a temperatura ambiente di 24°C. Dalla seconda lettura, la velocità di risposta è di circa 3 secondi.

Il test è stato eseguito anche su uno pneumatico da moto per evidenziare che, sebbene le misure tra sonda e infrarossi siano entrambe accurate, il profilo curvo favorisce nettamente la misura con la sonda ad ago.

Quindi, alla domanda su quale sia lo strumento migliore da usare, una prima risposta che possiamo dare è che dipende anche dal tipo di pneumatico.

Sulle due ruote, dove il profilo dello pneumatico è curvo, è sicuramente più facile usare la sonda ad ago.

Nelle categorie a ruote scoperte, misurare con il sensore a infrarossi permette di ottenere misure molto rapide e quindi di non essere influenzati dalla dissipazione termica che fa crollare le temperature.

La possibilità di avere un pirometro con sensore IR + sonda ad ago ha il vantaggio di poter selezionare rapidamente con quale dei due effettuare la misura; se, ad esempio, uno pneumatico presenta evidenti segni di blistering o graining, è molto utile andare a misurare con la sonda ad ago i punti principali dove questi effetti sono accentuati, per capirne il valore di temperatura.

Se invece la superficie del battistrada è omogenea, con il sensore a infrarossi si può ottenere una misura molto rapida appena il veicolo rientra ai box.

Avere il manometro digitale con pirometro a doppia tecnologia consente quindi di poter scegliere con quale metodologia misurare la temperatura dello pneumatico, anche in base alle condizioni del battistrada.

Come detto sopra, se il veicolo è una moto, non ha senso avere il sensore a infrarossi ed è quindi meglio optare direttamente per la sonda ad ago.

Misura della temperatura degli pneumatici con sonda ad ago

Vantaggi

• Basta inserire l’intero ago nel battistrada e attendere che la temperatura si stabilizzi.
• Possibilità di misurare la temperatura della mescola a una profondità di 3/5 mm e in punti precisi (ad es. nei punti con blistering – graining).

Svantaggi

• Per avere una misura il più rapida possibile, le sonde ad ago sono molto sottili e quindi molto delicate.
• Relativa lentezza nella misura delle temperature, circa 2,5/3 secondi nel migliore dei casi per ogni misura. In caso di misura di più punti per pneumatico c’è il rischio di arrivare all’ultimo pneumatico che ha ormai disperso temperatura.
• Poco accurata in caso di misura della temperatura dell’asfalto. La sonda deve penetrare il materiale da misurare per raggiungere correttamente la temperatura misurata.

 

Misura della temperatura degli pneumatici con sensore a infrarossi

Vantaggi

• Velocità di misura estremamente elevata, 0,5 secondi per misura. È possibile misurare rapidamente ogni pneumatico senza correre il rischio di avere temperatura dispersa.
• Intervallo di temperatura molto ampio.
• Possibilità di misurare la temperatura media della superficie del battistrada grazie al FOV. A questo link un articolo dettagliato sul FOV ( MISURARE LA TEMPERATURA DEGLI PNEUMATICI CON SENSORE A INFRAROSSI )
• Rapido e assolutamente accurato nella misura della temperatura dell’asfalto.

Svantaggi

• Misura che richiede attenzione. Bisogna puntare correttamente la superficie da misurare davanti al sensore IR e a una distanza ben nota in base al punto da misurare. Leggi l’articolo sul FOV al link sopra.

 

• Mantenere sempre pulito il sensore IR verificando periodicamente la presenza di residui di gomma all’interno.

Quale strumento scegliere?

Sia i pirometri a infrarossi sia le sonde ad ago hanno vantaggi unici nella misura della temperatura degli pneumatici nel motorsport. I sensori a infrarossi sono ideali per i controlli rapidi ai box, mentre le sonde ad ago forniscono un profilo termico dettagliato del battistrada durante i test. Per i team professionistici e i piloti più esigenti, combinare entrambi i metodi garantisce i dati più accurati per ottimizzare le prestazioni degli pneumatici e la strategia di gara.

Con il pirometro a doppia tecnologia HPM5 di Prisma Electronics non devi scegliere: integra in un unico strumento sia la tecnologia a infrarossi sia quella a sonda ad ago. Progettato con e per i professionisti del motorsport, garantisce accuratezza, affidabilità e semplicità d’uso direttamente in pista.

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EFFETTI DELLA TEMPERATURA DELL’ASFALTO SUL DEGRADO DEGLI PNEUMATICI

Un parametro importante da considerare nel valutare l’intervallo di temperatura degli pneumatici è la temperatura dell’asfalto.
Effetti della temperatura dell’asfalto sul degrado degli pneumatici.