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Fare rifornimento all'auto è una tra le operazioni periodicamente effettuate, non solo dagli addetti ai lavori (il nostro benzinaio di fiducia) ma anche da noi – comuni mortali – che ci serviamo del self service. In entrambe le condizioni, un "pieno" viene effettuato sempre in assenza di un fondamentale dato di input: i litri di carburante che possono entrare fisicamente dentro al nostro serbatoio. Senza avere questa informazione, il rifornimento fino al pieno sfrutta un importante principio idraulico e la conseguente ingegnerizzazione che considera le proprietà dei fluidi in movimento.
Com'è fatta la pistola di erogazione: le componenti principali
Non starete mica pensando che il benzinaio conosce la capacità dei serbatoi di tutti i veicoli in circolazione?! Certo che no, anche perché, seppure fosse così, potrebbe non servire a nulla in quanto il carburante presente all'interno del serbatoio all'atto del rifornimento rimane una incognita e può variare arbitrariamente da veicolo a veicolo! Per eliminare la necessità di avere questo dato di input, l'erogatore di carburante è costruito in modo tale da avere al suo interno una serie di membrane e leve che entrano in funzione in particolari condizioni, consentendo o ostruendo il passaggio di carburante dal punto di stoccaggio della stazione di servizio fino dentro al serbatoio del nostro veicolo.
Nella fattispecie, la pistola di erogazione si compone di tre parti principali:
- Un grilletto di innesco, è visibile ed è quello che muove l'organo meccanico interno (una leva) che permette la fuoriuscita di carburante verso l'esterno;
- Un corpo centrale, sostanzialmente coperto e non visibile al suo interno. In sostanza, vi troviamo una sorta di cilindro isolato dal percorso del fluido, comunque collegato con il grilletto di innesco. Nella su parte terminale, di collegamento alla canna, si trova una valvola che si apre per effetto della spinta esercitata dal liquido sulla parete;
- Una canna finale, ovvero il tratto terminale dell'erogatore. Questa è in realtà dotata di un tubicino coassiale che è la chiave del meccanismo di funzionamento del sistema. Questo tubo coassiale è collegato al corpo principale e comunica con questo tramite una membrana.
Come eroga benzina e gasolio: l'effetto Venturi
Ma quindi come si innesca questo sistema? Tutto l'erogatore funziona sfruttando l'effetto Venturi, o meglio ancora il teorema di Bernoulli. Questo altro non è che un principio di conservazione dell'energia scritto però in maniera specifica per un fluido, caratterizzandone cioè in maniera dettagliata le componenti energetiche in funzione delle variabili di stato, in particolar modo velocità e pressione. Per Effetto Venturi si intende il fenomeno che comporta un abbassamento di pressione a discapito di un incremento di velocità quando si ha un restringimento di condotto entro cui passa un fluido. Questo in termini fisici vuol dire che l'energia potenziale del fluido si trasforma in energia cinetica. Partendo da questo principio fisico, l'erogatore sfrutta l'abbassamento di pressione generato dalla strozzatura per Effetto Venturi per controllare meccanicamente lo stato di apertura/chiusura dei punti di ingresso del carburante.
Come funziona l'erogatore: si ferma quando il serbatoio è pieno
Andiamo più nel dettaglio descrivendo cosa accade all'atto del rifornimento. L'erogatore viene inserito all'interno del nostro serbatoio e viene premuto in grilletto dall'operatore. Ci riferiamo ovviamente al caso in cui si vuole fare un pieno al serbatoio. In caso contrario, l'erogatore smette di erogare quando ha raggiunto un volume di carburante pari a quello effettivamente richiesto. Se invece siamo interessati al pieno, non conosciamo in anticipo di quanto carburante abbiamo bisogno, quindi l'erogatore continua ad erogare fin quando non succede un particolare fenomeno.
Andiamo con ordine: una volta premuto il grilletto il carburante finisce nel corpo centrale e comincia a spingere la valvola che separa questo dalla canna, creando una strozzatura e il conseguente passaggio di fluido. E' proprio in questa strozzatura che avviene un significativo incremento di velocità a discapito di una riduzione di pressione. Il carburante finisce nel serbatoio dell'auto e parte dell'aria che viene spinta fuori da questo va a finire nel tubo coassiale presente nella canna, risucchiata dalla depressione creata per effetto venturi. L'aria in ingresso bilancia la depressione creata e mantiene l'equilibrio di una membrana posta all'interno del corpo centrale. Questo meccanismo va avanti fino a quando il carburante non tappa l'ingresso del tubicino coassiale, ovvero quando si ha un livello di carburante nel serbatoio tale da entrare in contatto con la canna e ostruire il passaggio di aria. Quando questo avviene, la depressione non è più in grado di risucchiare il carburante. Pertanto, la membrana di collegamento del tubo coassiale con il corpo centrale viene attivata perché spinta verso l'alto dalla pressione interna di aria. Questo movimento attiva un sistema meccanico di leve che blocca la valvola di ingresso del carburante (quella inizialmente attivata dal grilletto), quindi anche l'erogazione!
Perché spesso l'erogatore non funziona?
Appare chiaro che il meccanismo idraulico-meccanico descritto è fortemente dipendente dall'ingresso di aria dal tubicino coassiale presente in canna. Se per qualche ragione questo tubo non è correttamente ostruito, perché ad esempio la canna è inserita male all'atto del rifornimento o in modo tale da non poter essere coperta dal carburante ad un certo punto, allora la chiusura automatizzata al pieno non si attiva e il carburante continua a fuoriuscire dall'erogatore, sbroccando dal serbatoio!
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