di  -  lunedì 24 gennaio 2011

Dopo avere “ufficialmente concluso”  la scorsa settimana l’argomento “Motori a Combustione Interna” (anche se ci saranno altri post occasionali sull’argomento), quest’oggi vorrei riprendere il titolo di un vecchio post e con questo portare a compimento il percorso riflessivo iniziato allora, un percorso che è partito dall’invenzione del motore a combustione interna ad opera di Barsanti e Matteucci, indicando i parametri per l’epoca cruciali per l’affermazione del motore stesso, e seguendo questa evoluzione attraverso le invenzioni di Otto e Diesel, analizzando le esigenze del periodo presente e facendo un cenno sulla concorrenza dei motori elettrici.

Se nello stesso post risultava presente anche un cenno al futuro, a cosa era lecito attendersi, questo era poco più di una introduzione alle ricerche che sarebbero state presentate nei successivi post, pertanto alla luce di tutto ciò, siamo ora in grado di valutare cosa sarà lecito attendersi (pur nei limiti della imprevedibilità del futuro, a meno di possedere la mitica DeLorean DMC-12) negli anni a venire.

PASSATO… PRESENTE… ED UNO SGUARDO VERSO IL FUTURO

Negli anni tante idee, tante soluzioni spesso innovative, si sono succedute sul palco dell’innovazione dei motori, ma ben poche di queste hanno dimostrato di possedere quelle caratteristiche sostanziali capaci di portare un vero sviluppo dei motori anziché uno stravolgimento degli stessi, con tutti i problemi da risolvere che ne sarebbe derivati.

Per quanto esaminato negli ultimi post dedicati alla ricerca motoristica, appare abbastanza evidente come la strada verso la quale ci si indirizza sia quella dei motori ad accensione spontanea a carica premiscelata, e questo è un chiaro indice della convergenza che si sta avendo tra il mondo dei motori a ciclo Otto e ciclo Diesel.

Come questa convergenza sia in atto si può anche individuare riflettendo sullo sviluppo della combustione nei concetti HCCI, PCCI e PPC, fase caratterizzata da una brevissima durata, intervallo di tempo durante il quale lo spostamento del pistone tra inizio e fine combustione risulta contenuto, e conseguentemente la variazione del volume spazzato dal pistone.

Questo è analogo al ciclo teorico Otto, caratterizzato da una fase di combustione a volume costante, mentre il ciclo Diesel prevede una combustione a pressione costante.

E’ evidente quindi come queste strategie mirino ad ottenere un motore che tenda il più possibile al ciclo Otto ideale, che a parità di pressione di fine compressione (cosa che però nella realtà del ciclo Otto non avviene per i problemi dell’autoaccensione, pertanto la pressione di fine compressione risulta sensibilmente più bassa) presenta un maggiore rendimento rispetto all’analogo ciclo Diesel.

Tutto ciò è reso possibile dall’impiego di elevati rapporti di compressione associati all’accensione spontanea

Nel seguente diagramma si vedono qualitativamente i cicli termodinamici Otto e Diesel:

Per operare un confronto è necessario basarsi su quanto detto prima e fissare per il motore Diesel un punto di fine compressione ad una pressione più elevata rispetto al ciclo Otto a causa del maggiore rapporto di compressione rispetto a quest’ultimo.

Cosa riserverà il futuro non ci è dato saperlo, ma è abbastanza probabile che tali soluzioni trovino reale applicazione, e personalmente penso che ci potrà essere anche una convergenza per quanto riguarda i combustibili, arrivando ad una formulazioni di combustibili “tipo benzina” adatte a questi concetti innovativi.

Riguardo i combustibili si evidenzia già nel presente un notevole interesse della ricerca verso l’uso del gas naturale/metano, ed anche su questo fronte si potrà assistere ad un certo sviluppo.

Oltre a tali soluzioni, od integrate con esse, è plausibile uno sviluppo di soluzioni ibride (delle quali parleremo in futuri post) e delle prime soluzioni alternative elettriche a celle a combustibile, mentre la soluzione elettrica più accumulatori, salvo scoperte e tecnologie sul campo degli accumulatori davvero innovative e valide praticamente, credo risulterà alla lunga svantaggiata rispetto alla soluzione elettrica con le celle a combustibile.

Ovviamente questa trattazione è solo un semplice punto di vista personale alla luce di quanto esposto e di considerazioni dell’autore, e vuole essere un invito anche a voi lettori a dire la vostra dopo avere riflettuto alla luce di quanto finora presentato ampiamente.

Con questo è tutto anche per oggi, vi rinnovo l’appuntamento a lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

22 Commenti »

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  • # 1
    Al
     scrive: 

    Concordo sulla scarsa diffusione delle soluzioni elettriche con accumulatori, se non altro per problemi di smaltimento degli stessi e per la difficoltà a reperire certi materiali (es il Litio) che permettono di realizzare accumulatori efficienti.

  • # 2
    djfix
     scrive: 

    riporto una argomentazione sul fatto che ci siano poche risorse di litio per le auto elettriche…qualche numero non fa male…
    http://www.aspoitalia.it/blog/nte/2009/03/06/la-disponibilita-del-litio-per-le-batterie-dei-veicoli-elettrici/

  • # 3
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Al & djfix

    Aldilà del litio, gli accumulatori attuali presentano ancora forti limiti in termini di durata, di densità di potenza e tempi di ricarica… ci si lavora ma per il momento di concreto c’è davvero poco e questo ne frena ovviamente l’impiego

  • # 4
    Andrea R
     scrive: 

    Se si considera che di petrolio non ce n’è abbastanza, di litio non ce n’è abbastanza, di macchine ce ne sono troppe, di brevetti sparsi per mille aziende anche, mentre di lavoro ce n’è poco, si capisce che non si risolve nulla senza uscire del tutto dalla nostra “economia”; non basta il ciclo Otto ideale.
    Scrivo “economia” tra virgolette, perché di economia non se ne fa proprio in questo mondo, anzi si prende il più possibile e lo si butta via a massima velocità.
    E’ stato un bel gioco, ma ora comincia a non divertire più.

  • # 5
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ AndreaR

    Di fatto è importante ripensare lo stile di vita… ma per quello che nel penso non trovo necessarie “rivoluzioni”… un conto è usare il mezzo privato, un conto è abusarne… i trasporti merci devono basarsi sullo stesso principio… privilegiare il trasporto su rotaia per le medie e lunghe distanze e lasciare alla gomma solo “l’ultimo miglio”… questo solo per fare due esempi banali… ma poi ci si scontra con mille interessi… anche dei singoli lavoratori coinvolti… ad esempio i camionisti… ma anche le questioni sulle infrastrutture ecc.

  • # 6
    May81
     scrive: 

    Secondo me il futuro è per le auto ibride.
    Con il passare degli anni e il ridursi dei costi la percentuale di elettrificazione aumenterà fino a lasciare al motore a combustione/fuel-cell il ruolo di range extender.

    Tra pochi anni quasi tutte le auto nuove saranno dotate di sistemi mini ibridi con potenze limitate (5-10 kw)

    Le auto EV saranno relegate a noleggi o a sfizi per ricchi perchè 30’000 euro per auto con 160 km di autonomia vanno bene come 2° o addirittura 3° auto.

  • # 7
    stt
     scrive: 

    il futuro, sono i motori magnetici, economicissimi e privi di emissioni inquinanti, fate un po di ricerche in giro per la rete, ma come al solito ai grandi costruttori e petrolieri non interessa farli sviluppare e sappiamo pure perchè, via questi vecchi motori del 1800!! Il futuro è magnetico!!

  • # 8
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ May81

    Sulla percentuale del motore termico in una soluzione ibrida ho difficoltà a dire la mia… penso che i fattori in ballo nell’equazione siano di difficile ipotesi… di sicuro lo scenario della ricerca può portare (o non portare, in base alla validità ed applicabilità pratica dei risultati) ad influenze anche notevoli dell’equazione…

    @ stt

    Se vogliamo parlare di cose serie ok, ma se vogliamo parlare di fuffa (leggasi Perendev) non è questa rubrica il posto giusto… a tal proposito è vero che esistono dei video… basta guardarli bene per capire le cavolate…

  • # 9
    smoke.kills
     scrive: 

    no comment

  • # 10
    lucusta
     scrive: 

    djfix,
    sembra che sia stato trovato un giacimento di litio che da solo ammonterebbe alla quantita’ stimata fino ad oggi del litio presente sulla terra… si trova, caso strano, in Afganistan (http://www.repubblica.it/esteri/2010/06/14/news/afghanistan_miniere-4827327/).
    verrebbe da pensare che la guerra non e’ stata fatta per il carburante di oggi, il petrolio, ma per quello di domani…

  • # 11
    joe.vanni
     scrive: 

    Le fuel cell hanno ancora grossi problemi oltre che di costo anche quelli per il volume del serbatoio. L’idrogeno ha gli stessi difetti del metano, cioè la bassa densità: per tenerne soli 4 kg devo avere un pesante bombolone da 200 litri a 350 bar (Honda Fcx Clarity); quindi troveranno più facile applicazione in autoveicoli grandi. Le previsioni le danno competitive tra 5 anni, per le auto, mentre per autobus lo sono già.

    Le elettriche e ibride a grande percorrenza saranno competitive tra due-tre. Tra 2 anni è previsto il Toyota RAV4 con batteria “Tesla” e autonomia 500 km. Decisiva sarà la diffusione di colonnine di ricarica rapida.

    La cosa curiosa è che le batterie al litio più progrediscono e meno litio impiegano per ogni Kwh di capacità.

    Per le disponibilità non è un problema, teniamo conto che il litio si può anche riciclare, come già si fa col piombo.

    Tra dieci anni sono previste le batterie litio-aria teoricamente 10 volte più potenti delle batterie al litio. E se invece si arrivasse già a questo traguardo tra 5 anni, non ci sarebbe storia..

    I motori a combustione. Già ora ci sono motori diesel per vetture medie che vantano consumi di circa 3 litri/100 Km. Tra due tre anni potremmo avere motori da 2 litri/100Km. Aggiungi frenata rigenerativa, start-stop e doppia frizione e abbiamo un veicolo che consuma quanto un veicolo elettrico. Ad un prezzo decisamente inferiore.

    La battaglia sarà molto dura e non è detto che ne esca un vero vincitore.

  • # 12
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ lucusta

    Preferisco non entrare in questioni geopolitiche

    @ joe.vanni

    Quelle previsioni non si possono prendere per assolute, perché in quanto previsioni si basano su “un’equazione” i cui parametri sono più o meno arbitrari… pertanto il concetto stesso di competitività diventa fumoso… se per competitività si intende “economica” ritengo plausibile quelle cifre, per nei limiti di quanto appena scritto… ma dato che nei miei post e commenti preferisco sempre parlare di competitività energetica(perché come ho più volte ripetuto, non si può mischiare il lato eenergetico con quello economico… il primo è fondamentale, il secondo rappresenta una questione successiva, ma non secondaria… posso anche avere l’energia elettrica gratis, ma se non ho un sistema energeticamente efficiente non risolvo alcun problema reale… ovvero inquinamento e scarsità di risorse) penso proprio che tale questione, in quegli scenari, non risulti assolutamente inclusa…

  • # 13
    joe.vanni
     scrive: 

    @ Simone Serra

    Da dove produrre energia per l’auto elettrica? Non dai fossili, sarebbe un controsenso, in quanto inquinerei quanto inquino coi motori tradizionali.

    Voglio esporre un esempio, sperimentato a casa mia.

    Tetto fotovoltaico integrato da 5 kW di picco in provincia di Torino, ogni kW produce 1300 kWh, totale 6500 kWh annui.

    Consumo elettrico domestico (4 persone): 3000 kWh annui. Se fossi veramente virtuoso potrei dimezzarlo senza eccessivi investimenti e senza rinunciare a nulla:
    http://www.aspoitalia.it/attachments/220_Gianluca Ruggieri – Consumi elettrici nel domestico.pdf (vedi pagg. finali)

    I rimanenti 3500 kWh potrebbero servire a caricare un auto elettrica (come la Nissan Leaf che fa 140 km con 24 kwh) per una percorrenza annua di 20000 km, che potremmo acquistare tra due anni, a prezzi + potabili.
    Inoltre potrei installare altri 5 kW di fotovoltaico, con costo del finanziamento coperto dalla stessa energia elettrica ricavata. liMletal

    In realtà la corrente con il “conto energia” viene venduta all’Enel di giorno nel periodo di fascia ore di punta, e ricaricando di notte in cui le tariffe sono basse, minimizziamo i costi di ricarica.

    Sfruttando i tetti in Italia e rispettando le zone monumentali potenzialmente si potrebbe ricavare un 20-30% del fabbisogno elettrico, ma non voglio disquisire su questo dato.

  • # 14
    joe.vanni
     scrive: 

    Il rimanente di energia, in buona parte dovremo importarla dall’estero È un progetto Europeo, sostituire petrolio con energia pulita.
    http://www.desertec.org/en/organization/
    In pratica si tratta di collegare la rete elettrica europea con una nuova rete (Smart grid) in Nord Africa. Prima o poi è una cosa che andrà fatta.
    Come ENI compra concessioni petrolifere nelle stesso modo si possono comprare concessioni per installare centrali solari (fotovoltaiche, termiche) e eoliche in paesi del Nord Africa. Bastano solo delle decisioni politiche, e sgombrare il campo da alcune lobby (ahi!).
    Con l’energia prodotta si ripagherebbero le centrali in 3-4 anni. Altro che nucleare.
    Il rischio politico sarebbe addirittura minore, dato che collegheremmo in rete tantissime centrali in tanti stati. In più si darebbe lavoro e benessere a questi paesi.

    Domanda: costa di più trasportare energia elettrica o trasportare petrolio e gas? Un oleodotto o un elettrodotto?

    Quale sarebbe il costo ambientale di un incidente come quello della petroliera Haven vicino alla Costa Smeralda (questi giorni abbiamo avuto un avvertimento) o alla laguna di Venezia?

    La cosa bella è che che questo progetto è inevitabile, perché è il mercato (con costi sempre più bassi) che spinge forte in questa direzione.
    Non a caso i battistrada sono Germania (con la sua forte industria solare termica, fotovoltaica,ed eolica) e Spagna (solare termico e fotovoltaico) , con sponsor multinazionali del calibro di Siemens, ABB, grosse banche e già sono state fatte centrali in Egitto.

    Noi arriveremo, dopo, come sempre.

  • # 15
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Non ricordo da quanto segui la rubrica, di solare ne ho parlato in maniera davvero abbondante in precedenza con tanto di considerazioni su potenze, energia e potenza di picco (oltre che di calcoli e metodologie di progetto… si potrà aggiornare di 2-3 punti percentuali il valore del rendimento ma la sostanza resta la stessa)… dubito che tu viva in un palazzo di 10 piani con 4 appartamenti per piano… a meno di avere il lastrico solare in buona parte di esclusiva competenza.

    Sul valore dell’energia residua da dedicare alla macchina bisogna anche entrare nel merito del valore della potenza istantanea… non sono un esperto di caricabatterie, ma mi pare serva una certa potenza impegnata per avere un processo adeguatamente veloce…

    Per quanto dici su desertec ed i nomi impegnati ti faccio notare (come più volte ho detto in passato) che le grandi aziende non si fanno sfuggire nessun mercato… la Siemens produce di tutto, è una realtà che investe molto anche sul nucleare, idem la ABB… non è che investono perché credono ciecamente, ma perché non possono restare fuori

  • # 16
    joe.vanni
     scrive: 

    Ho la fortuna di abitare in una villa con giardino, non in condominio ma non era questo il punto.

    Sarebbe demagogia dire che ogni edificio esistente debba essere energeticamente autosufficiente. La Smart grid serve proprio per quello, ma se ho possibilità di autoprodurre energia pulita perche no? Per edifici nuovi con criteri bioclimatici invece l’autosufficenza o quasi è tecnicamente possibile.

    Inoltre, e lo dico in quanto da poco sto cominciando ad occuparmi di efficienza energetica degli edifici, esistono delle situazioni di spreco colossali, che mai avrei potuto immaginare..

    A volte mi chiedo se lo stato miope preferisca che si consumi tanto petrolio e quindi spillarci tanti soldi di accise, piuttosto che con con banalissimi interventi, simili a quelli che costringono a rinnovare il parco veicoli, ridurre significatamente i consumi e migliorare la qualità dell`aria. Chissà quanto si risparmierebbe di spesa sanitaria , se migliorassimo la qualità dell’aria.. Ma se riduciamo la spesa sanitaria colpiamo altri interessi..

    Il discorso che aziende come Siemens, ABB che lavorano anche nel nucleare, stiano spostando sempre di più gli interessi verso la green economy, è anche dovuto a scelte di politica industriale, come la decisione di Germania di chiudere con il nucleare e investire su eolico e solare, va da se che Siemens investa in questi campi.

    Il discorso nucleare, senza dover parlare del fattore sicurezza, sarà superato per fattori di costi ed è il mercato stesso che lo sta emarginando.
    Complice la crisi neanche gli stati vogliono sovvenzionare. E per chi ha voglia di lavorare sul nucleare di lavoro e di ricerca sul nucleare ce n’è a volontà, con le centinaia di centrali che stanno andando in pensione o che sono già in decommissioning. Questo è un campo che non va abbandonato, ma seguito molto seriamente. Noi paghiamo già il 10% della bolletta elettrica per il vecchio nucleare e sarebbe bello avere dei rendiconti su come vengono spesi questi soldi.

    Il discorso Desertec: mi rendo conto che si toccano degli interessi colossali, ma d’altra parte il mercato e i cambiamenti climatici ci spingono in quella direzione. In Italia, in cui non esiste una seria politica energetica, si andrà a rimorchio.

    Il discorso auto elettrica scaturisce non solo dall’aspetto efficienza ma soprattutto dal discorso qualità dell’aria e andrebbe inquadrato in un discorso di politica energetica nazionale.

  • # 17
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Concordo sul fatto che esistano degli sprechi assurdi di energia… ma per il resto abbiamo un approccio alla questione piuttosto differente e pertanto non voglio iniziare una discussione su temi così complessi quanto interessanti nella sezione commenti, inoltre già in passato ho trattato questi temi e non posso sintetizzare quanto detto allora in poche righe… ti invito a dare un’occhiata alla trattazione sul solare e sull’eolico, oltre che ai post su energia e potenza (a meno che tu già seguissi la rubrica, purtroppo non ricordo)… di efficienza energetica ne parlerò in queste pagine, anche io me ne interesso in quanto è parte della mia formazione ed anche uno sbocco professione al quale inizio a dedicarmi… per quel che riguarda il nucleare si sente dire tutto ed il contrario di tutto… è un tema in programma su AD, è solo il mio tempo libero a scarseggiare per poterne scrivere…

  • # 18
    joe.vanni
     scrive: 

    Ecco un altro prototipo di motore candidato per il futuro: il motore “LiquidPiston”:

    http://www.liquidpiston.com/technologycycle/tid/2.html

    Molto compatto, tipo rotativo (molto silenzioso), può usare ogni tipo di carburante diesel, benzina, biofuels, o gas: ha un ciclo termodinamico che è un ibrido dei cicli diesel, otto e atkinson.

    Alta coppia a tutti i regimi e rendimenti termodinamici teorici del 74%, misurati sul banco del 57%.

    Sembra che non gli manca niente;: piccolo, potente, multifuelm molto risparmioso.
    È incredibile la vitalità di questo settore.

  • # 19
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Il settore è vitale in termini di idee, ma come spesso ho detto la bontà teorica e di laboratorio non bastano… per questo anche su quanto ho presentato nei miei post ho sempre cercato di evidenziare l’importanza di non vedere le cose come se fossero già pronte… questa soluzione sembra interessante, ma se da una parte dei motori “tradizionali” molto si conosce già, di queste soluzioni bisogna ancora scoprire tutto… ed ottimizzarle al funzionamento in condizioni reali, con tutti i problemi di affidabilità e versatilità richiesti… sicuramente sarà interessante vederne gli sviluppi.

  • # 20
    joe.vanni
     scrive: 

    Condivido pienamente.

    Noto comunque che su questi progetti piovono risorse incredibili, pubbliche e private, che prima della crisi dell’auto non c’erano. E cercano ingegneri, ricercatori. È un eldorado.

    L’impresa che manda avanti questo progetto, ad esempio, dichiara di non avere ancora speso buona parte dei fondi di ricerca, pur avendo già realizzato il prototipo funzionante.

    Mi chiedo se con gli odierni strumenti di progettazione, ricerca e diagnosi una equipe di ricerca ben guidata, con risorse e ricercatori esperti a volonta nel giro di due anni possa portare un prototipo a divenire un motore affidabile. Facendo tesoro delle conoscenze di motore otto, wankel, diesel ecc.

    Dopo di cui 6 mesi di prove su strada e quindi la produzione. O no?

    Per chi è profano di motori è affascinante il percorso della creazione di un nuovo motore dalla ideazione al modello virtuale animato, la presentazione per avere i capitali, e poi la parte più difficile che è la costruzione e l’affinamento del motore..

  • # 21
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Per potere arrivare alla produzione servono in genere un paio di anni… due mi sembrano pochini…

    Sul discorso risorse ed interesse bisogna vedere chi sta investendo e quanto… perché serve a poco fare un motore se intorno non c’è una macchina, a meno di trasformarsi in aziende che operano ricerca e sviluppo in conto terzi (l’esempio forse più illustre è la Ricardo)… è difficile fare delle previsioni… di sicuro l’ambito nel quale è nata questa idea (se non ricordo male il MIT) rende il tutto molto più serio di tante altre soluzioni presentate, ma da solo non basta…

  • # 22
    berserkdan78
     scrive: 

    ma di motori che sviluppano e accumulano energia tramite volano elettromagnetici? nessuno ne parla? eppure sono già stati sperimentati in parte nel KERS della formula 1, ed in genere li vengono sperimentate soluzioni che presto prima o poi vengono usate nell’industria automobilista di massa.

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