Dichiarazione di non responsabilità: questo articolo contiene argomenti di ingegneria
Il motore della tua macchina in questo momento fa un pessimo lavoro.
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Il tuo motore deve fare solo una cosa: convertire la benzina in energia meccanica bruciandola. Lo fa più volte al secondo quando è in esecuzione, e lo fa molto male. La combustione del gas crea calore. Quel calore, sotto forma di una rapida esplosione, è ciò che alimenta le ruote della tua auto (con alcune parti e passaggi intermedi). Pertanto, il tuo motore dovrebbe catturare quanto più calore possibile (esplosione). Ma il motore della tua auto probabilmente cattura solo un misero 20-30% del calore che produce. Questo numero si chiama “efficienza termica” se sei andato a scuola per molto tempo, e nel 1975 il esercito degli Stati Uniti ha testato un camion con un’efficienza termica fino al 48% utilizzando un “motore adiabatico”. Questo motore dal suono pazzesco prometteva anche più potenza aumentando allo stesso tempo l'efficienza. Allora da dove viene questo motore e perché non lo usiamo oggi?
Il concetto di adiabatico è antico quanto l’ingegneria automobilistica (a proposito, si pronuncia “aid-ee-a-bad-ik”) e significa semplicemente un sistema in cui il calore non può entrare o uscire. Se il calore è intrappolato all’interno, è adiabatico. Allora perché provare a intrappolare il calore all'interno di un motore, quando circa un terzo del tipico vano motore è dedicato allo smaltimento del calore attraverso i radiatori e i flussi del liquido di raffreddamento? Teoricamente vuoi che il calore vaporizzi la tua benzina. Come forse saprai, la benzina liquida in realtà non brucia molto bene: è il vapore sopra una pozza di gas che brucia davvero.
Pertanto, cosa tu Veramente quello che serve è il vapore di benzina. Si dà il caso che per noi il gas liquido sia più facile da trasportare, immagazzinare, pompare e utilizzare nelle automobili. Attualmente utilizziamo iniettori per iniettare il gas liquido in spruzzi estremamente fini nella camera di combustione; in teoria, più fine è lo spruzzo, più veloce è l'evaporazione. Un altro ottimo modo per far evaporare i liquidi è aumentarne la temperatura. Pertanto, un sistema con trappola del calore sarebbe molto migliore nel creare e bruciare i vapori di carburante. I problemi legati all'intrappolamento del calore all'interno di un motore saranno evidenti a chiunque sia mai rimasto senza di liquido refrigerante: i motori moderni tendono a smettere di funzionare (drasticamente) al di sopra dei 250 gradi circa Fahrenheit.
I sostenitori dei motori adiabatici affermano che l’efficienza termica può avvicinarsi al 50% e l’efficienza del carburante può superare i 50 mpg
A superare il rischio di esplosione dei motori c’è il potenziale profitto: maggiore efficienza termica, miglia per gallone notevolmente migliori e un salutare aumento di potenza. Se tutto questo sembra una pillola miracolosa, ci arriveremo. Indipendentemente da ciò, i sostenitori dei motori adiabatici affermano che l’efficienza termica può avvicinarsi al 50% o più, l'efficienza del carburante può superare i 50 mpg e un minuscolo 4 cilindri degli anni '80 può produrre 250 CV, il tutto allo stesso tempo tempo.
L'idea di un motore adiabatico per un'auto esiste almeno dagli anni '50 ed è stata promossa a gran voce da una coppia di hot rodder di nome Henry "Smokey" Yunick e Ralph Johnson. Perché la tecnologia afferma sia di aumentare l’efficienza del carburante SIA di aumentare la potenza, il tutto facendo l’opposto del motore i progettisti hanno impiegato decenni a farlo (rimuovendo il calore), i motori adiabatici sono sempre sembrati un po' incredibili e troppo bello per essere vero.
Auto e autista chiamati BS sul vecchio Smokey e Ralph quando andarono in Florida per vederlo di persona, nel frattempo Hot Rodder ha sostenuto i due meccanici del cortile. E così è andato per decenni, con alcuni che credevano che questa tecnologia potesse rivoluzionare l’industria automobilistica, mentre altri la chiamavano olio di serpente. Sembrava che nessuno fosse disposto a sottoporre il sistema ad un test rigoroso e scientifico. Nessuno, almeno, finché non venne coinvolto l'esercito americano.
Nel 1975, la divisione Tank Automotive Command dell'esercito americano, in collaborazione con Cummins, progettò un veicolo di prova per valutare la tecnologia adiabatica. Stranamente, l’impulso principale per indagare su questi motori non era l’efficienza, o la potenza, o le miglia per gallone. Apparentemente, il 60% dei guasti ai veicoli dell'esercito erano causati da problemi del sistema di raffreddamento. Eliminare il sistema di raffreddamento ed eliminare i guasti, o almeno così si pensava.
Per testare questa teoria, i ragazzi dell'esercito hanno adattato una nave da carico da 5 tonnellate con il motore speciale e hanno anche buttato via 338 libbre di componenti di raffreddamento. Gli ingegneri Cummins hanno realizzato il motore con componenti ceramici-metallici, tra cui testa, pistoni, valvole, canne dei cilindri e porte di scarico, progettate per temperature superiori a 2.000 gradi Fahrenheit. L'intera unità era avvolta in un isolamento pesante e in tubazioni che inviavano calore al percorso del carburante all'interno del vano motore.
La squadra dell'esercito ha testato il camion per 10.000 miglia e ha registrato un aumento del 38% nel risparmio di carburante rispetto a un camion dell'esercito tradizionale. Detto questo, il camion tradizionale ottiene circa 6 MPG, quindi anche con un aumento del 38% stiamo parlando solo di 8,28 MPG. Hanno anche registrato un’efficienza termica del 48% e hanno proclamato: “…il motore adiabatico è il motore con il minor consumo di carburante al mondo”. Questo è un grande elogio. Allora, cos'è successo?
Niente. Non è successo niente. Non c’è stata alcuna grande cospirazione contro questa tecnologia. Le compagnie petrolifere non hanno inviato squadre di sicari né creato campagne di disinformazione. Invece, la tecnologia non ha preso piede per lo stesso motivo per cui fallisce continuamente: la dipendenza dal percorso. Passare alla tecnologia adiabatica nella produzione automobilistica, nei servizi e nell’industria secondaria richiederebbe uno sforzo molto più titanico che perseguire una maggiore efficienza dai componenti tradizionali. La riorganizzazione dell'intero settore verso i componenti ceramici non è stata vista come pragmatica, finanziariamente sensata o orientata al cliente e quindi è stata scartata. Se negli anni ’80 l’industria era troppo bloccata sul suo percorso, lo è sicuramente ancora di più oggi.
In effetti, i valori di efficienza termica consentiti dall'adiabatica si trovano ora nei motori tradizionali con lo sviluppo più recente. Nel 2014, la Toyota aveva proclamato a gran voce di aver progettato un motore di prova con un’efficienza del 38%, e recentemente la Society of Automotive Engineers ha prodotto motori prototipo avvicinandosi al 50% di efficienza termica. Ormai è comune anche vedere motori a 4 cilindri con 250 cavalli o più nelle auto familiari. La tecnologia convenzionale è al passo con le affermazioni dei sostenitori dell’adiabatica, quindi è improbabile che vedremo presto questi motori strani e belli al di fuori degli esperimenti o dei musei. Ciò che ha ucciso questa tecnologia prima che iniziasse è stato semplicemente lo slancio del settore e le decisioni di definizione delle priorità prese dai dipartimenti di ricerca e sviluppo. Potrebbe essere una storia meno sexy, ma ciò non la rende meno vera.
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