rudolf diesel e la sua macchina...

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Diesel (a sinistra, all'epoca del prematuro annuncio dell'avve. nata messa a punto del suo motore, dato nel 1897 alla Società degli ingegneri tedeschi. Sono con lui Heinrich von Buz (al cen- tra) della Maschinenfahrik Augsburg, una delle due imprese fi. nanziatrici, e Moritz Schriiter, professore di disegno di macchine, che definí « grande successo scientifico » la macchina di Diesel. I n una sola generazione il motore Diesel ha rivoluzionato il settore dei trasporti pesanti. Infatti, anche se l'automobile, solitamente mossa non da un Diesel ma da un motore a ciclo Otto, assicura di gran lunga il maggior numero di passeggeri-chilometro rispet- to a qualsiasi altro veicolo della storia, il compito del trasferimento su vasta scala di merci e passeggeri per terra e per mare, assolto al tempo dei nostri padri dal vapore, è oggi affidato quasi per intero al motore Diesel. L'ultima cittadella della vecchia macchina a stantuffi azionata dal vapore, la loco- motiva ferroviaria, si è già arresa in- condizionatamente negli USA e ha or- mai i giorni contati anche in Europa. La rivoluzione avvenuta nel campo del trasporto autocarrato pesante, del mac- chinario per il movimento di terra e dei mezzi di navigazione per via d'ac- qua, anche se non molto nota, è ormai completa. È vero che sulle navi di mag- gior potenza, cioè da 20 000 HP in su, la turbina a vapore compete valida- mente con il Diesel, ma tra questo li- mite superiore e quello inferiore, rap- presentato dalla comune automobile, il motore Diesel regna già incontrastato. Rudolf Diesel aveva certamente pre- visto che la sua macchina avrebbe da- to luogo a un simile rivolgimento, ma ottant'anni fa, allorché gli venne l'idea del nuovo motore, non avrebbe pensa- to che sarebbe trascorso tanto tempo prima che la rivoluzione fosse portata a compimento. Egli apparteneva a quel- la leva di ingegneri che, con una so- lida preparazione nelle discipline scien- tifico-matematiche, cominciò ad affer- marsi negli anni ottanta del secolo scor- so. Ai suoi occhi il meccanismo da lui brevettato nel 1892 non era semplice- mente un ulteriore perfezionamento delle macchine termiche già esistenti, ma un dispositivo di tipo assolutamen- te nuovo. La chiamò, infatti, « macchi- na razionale », perché costruita su ba- si scientifiche rigorosamente razionali ed era sicuro che, in pochi anni, avreb- be sostituito la macchina a vapore in tutti i casi in cui fosse necessario pro- durre forza motrice, dalle corazzate al- le macchine per cucire. Era convinto, insomma, di poter rea- lizzare finalmente la macchina di Car- not, cioè un motore capace di funzio- nare secondo i principi esposti più di mezzo secolo prima dal francese Ni- colas Léonard Sadi Carnot, il pioniere della termodinamica. I primi calcoli ef- fettuati da Diesel, infatti, indicavano che, nel pieno rispetto del ciclo ideale di Carnot, la nuova macchina sarebbe stata in grado di trasformare in lavoro il 73% dell'energia del carbone o di qualsiasi altro combustibile. Questa ef- ficienza rappresentava (e rappresenta tuttora) un limite estremamente diffici- le da raggiungere con una macchina termica. Si pensi soltanto che, all'epo- ca di Diesel, raramente anche le mi- gliori macchine a vapore avevano un rendimento termico superiore al 7%. Diesel, inoltre, dopo aver calcolato rea- listicamente anche i limiti imposti dal- la difficoltà di tenere sotto controllo le elevate pressioni necessarie al suo mo- tore, pensava di consumare solo un sesto del combustibile necessario a una macchina a vapore di pari potenza. C ome accade per ogni realizzazione tecnica, anche il motore Diesel che oggi noi conosciamo è molto diverso dall'originale ideato dall'inventore, trat- tandosi del risultato di una lotta pro- lungata contro un'infinità di problemi pratici, di un'evoluzione lenta, faticosa e costosa, e non di un rapido e agevole passaggio dalla teoria al congegno rea- le previsto da Diesel. Quel che si è rea- lizzato. inoltre, non ha nulla a che fare con la macchina ideale di Carnot. La vicenda della messa a punto del mo- tore Diesel costituisce però un capito- lo d'eccezione nella storia della tecno- logia, in quanto ebbe inizio con un ten- tativo di applicare la scienza pura alla tecnica pratica. Anche se l'inventore non riuscí a realizzare il suo ideale scientifico, il fallimento stesso del ten- tativo rappresentò il primo passo verso l'evoluzione di un tipo nuovo e impor- tantissimo di macchina. Rudolf Diesel nacque a Parigi, da una famiglia tedesca che dovette, a se- guito della guerra franco-prussiana, tornare in Germania dove il giovane iniziò gli studi tecnici. Nel 1880 si lau- reò, primo del suo corso, alla Tech- nische Hochschule di Monaco, entran- do poi nel ramo tecnico-commerciale delle macchine frigorifere, in qualità di rappresentante a Parigi di una ditta fondata dal suo professore di termodi- namica, Cari Linde. A quei tempi la refrigerazione costituiva un settore av- vincente, all'avanguardia della tecnolo- gia. Questo tipo di attività assicurò a Diesel una vasta esperienza nel campo delle macchine termiche e delle pom- pe di calore, oltre alla possibilità di operare nel settore che più l'appassio- nava: la termodinamica. Era un gio- vane ambiziosissimo, fermamente in- tenzionato a fare per il XX secolo, or- mai alle porte, quel che James Watt aveva fatto per il XIX: rivoluzionare le tecniche di conversione dell'energia. Nei dieci anni che seguirono Diesel dedicò tutto il suo tempo libero a di- versi progetti personali di trasformazio- ne dell'energia, da un motore ad aria funzionante a energia solare, a una bomba all'ammoniaca. In quanto tecni- co della refrigerazione, conosceva a menadito le proprietà e il comporta- mento dei vari fluidi operatori impie- gati negli impianti frigoriferi, come la ammoniaca, l'etere e l'anidride carbo- nica, ai quali dedicò studi particolari per accertarne la possibilità di utilizza- Rudolf Diesel e la sua macchina razionale L'inventore del motore Diesel sperava di realizzare il ciclo ideale di Carnot per le macchine termiche. Non vi riuscí, ma il suo motore fornisce oggi gran parte della forza motrice per il trasporto pesante di Lynwood Bryant 82 83

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Diesel (a sinistra, all'epoca del prematuro annuncio dell'avve.nata messa a punto del suo motore, dato nel 1897 alla Societàdegli ingegneri tedeschi. Sono con lui Heinrich von Buz (al cen-

tra) della Maschinenfahrik Augsburg, una delle due imprese fi.nanziatrici, e Moritz Schriiter, professore di disegno di macchine,che definí « grande successo scientifico » la macchina di Diesel.

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n una sola generazione il motoreDiesel ha rivoluzionato il settoredei trasporti pesanti. Infatti, anche

se l'automobile, solitamente mossa nonda un Diesel ma da un motore a cicloOtto, assicura di gran lunga il maggiornumero di passeggeri-chilometro rispet-to a qualsiasi altro veicolo della storia,il compito del trasferimento su vastascala di merci e passeggeri per terra eper mare, assolto al tempo dei nostripadri dal vapore, è oggi affidato quasiper intero al motore Diesel. L'ultimacittadella della vecchia macchina astantuffi azionata dal vapore, la loco-motiva ferroviaria, si è già arresa in-condizionatamente negli USA e ha or-mai i giorni contati anche in Europa.La rivoluzione avvenuta nel campo deltrasporto autocarrato pesante, del mac-chinario per il movimento di terra edei mezzi di navigazione per via d'ac-qua, anche se non molto nota, è ormaicompleta. È vero che sulle navi di mag-gior potenza, cioè da 20 000 HP in su,la turbina a vapore compete valida-mente con il Diesel, ma tra questo li-mite superiore e quello inferiore, rap-presentato dalla comune automobile, ilmotore Diesel regna già incontrastato.

Rudolf Diesel aveva certamente pre-visto che la sua macchina avrebbe da-to luogo a un simile rivolgimento, maottant'anni fa, allorché gli venne l'ideadel nuovo motore, non avrebbe pensa-to che sarebbe trascorso tanto tempoprima che la rivoluzione fosse portataa compimento. Egli apparteneva a quel-la leva di ingegneri che, con una so-lida preparazione nelle discipline scien-tifico-matematiche, cominciò ad affer-marsi negli anni ottanta del secolo scor-so. Ai suoi occhi il meccanismo da luibrevettato nel 1892 non era semplice-mente un ulteriore perfezionamentodelle macchine termiche già esistenti,ma un dispositivo di tipo assolutamen-te nuovo. La chiamò, infatti, « macchi-

na razionale », perché costruita su ba-si scientifiche rigorosamente razionalied era sicuro che, in pochi anni, avreb-be sostituito la macchina a vapore intutti i casi in cui fosse necessario pro-durre forza motrice, dalle corazzate al-le macchine per cucire.

Era convinto, insomma, di poter rea-lizzare finalmente la macchina di Car-not, cioè un motore capace di funzio-nare secondo i principi esposti più dimezzo secolo prima dal francese Ni-colas Léonard Sadi Carnot, il pionieredella termodinamica. I primi calcoli ef-fettuati da Diesel, infatti, indicavanoche, nel pieno rispetto del ciclo idealedi Carnot, la nuova macchina sarebbestata in grado di trasformare in lavoroil 73% dell'energia del carbone o diqualsiasi altro combustibile. Questa ef-ficienza rappresentava (e rappresentatuttora) un limite estremamente diffici-le da raggiungere con una macchinatermica. Si pensi soltanto che, all'epo-ca di Diesel, raramente anche le mi-gliori macchine a vapore avevano unrendimento termico superiore al 7%.Diesel, inoltre, dopo aver calcolato rea-listicamente anche i limiti imposti dal-la difficoltà di tenere sotto controllo leelevate pressioni necessarie al suo mo-tore, pensava di consumare solo unsesto del combustibile necessario a unamacchina a vapore di pari potenza.

Come accade per ogni realizzazionetecnica, anche il motore Diesel che

oggi noi conosciamo è molto diversodall'originale ideato dall'inventore, trat-tandosi del risultato di una lotta pro-lungata contro un'infinità di problemipratici, di un'evoluzione lenta, faticosae costosa, e non di un rapido e agevolepassaggio dalla teoria al congegno rea-le previsto da Diesel. Quel che si è rea-lizzato. inoltre, non ha nulla a che farecon la macchina ideale di Carnot. Lavicenda della messa a punto del mo-

tore Diesel costituisce però un capito-lo d'eccezione nella storia della tecno-logia, in quanto ebbe inizio con un ten-tativo di applicare la scienza pura allatecnica pratica. Anche se l'inventorenon riuscí a realizzare il suo idealescientifico, il fallimento stesso del ten-tativo rappresentò il primo passo versol'evoluzione di un tipo nuovo e impor-tantissimo di macchina.

Rudolf Diesel nacque a Parigi, dauna famiglia tedesca che dovette, a se-guito della guerra franco-prussiana,tornare in Germania dove il giovaneiniziò gli studi tecnici. Nel 1880 si lau-reò, primo del suo corso, alla Tech-nische Hochschule di Monaco, entran-do poi nel ramo tecnico-commercialedelle macchine frigorifere, in qualitàdi rappresentante a Parigi di una dittafondata dal suo professore di termodi-namica, Cari Linde. A quei tempi larefrigerazione costituiva un settore av-vincente, all'avanguardia della tecnolo-gia. Questo tipo di attività assicurò aDiesel una vasta esperienza nel campodelle macchine termiche e delle pom-pe di calore, oltre alla possibilità dioperare nel settore che più l'appassio-nava: la termodinamica. Era un gio-vane ambiziosissimo, fermamente in-tenzionato a fare per il XX secolo, or-mai alle porte, quel che James Wattaveva fatto per il XIX: rivoluzionarele tecniche di conversione dell'energia.

Nei dieci anni che seguirono Dieseldedicò tutto il suo tempo libero a di-versi progetti personali di trasformazio-ne dell'energia, da un motore ad ariafunzionante a energia solare, a unabomba all'ammoniaca. In quanto tecni-co della refrigerazione, conosceva amenadito le proprietà e il comporta-mento dei vari fluidi operatori impie-gati negli impianti frigoriferi, come laammoniaca, l'etere e l'anidride carbo-nica, ai quali dedicò studi particolariper accertarne la possibilità di utilizza-

Rudolf Diesele la sua macchina razionale

L'inventore del motore Diesel sperava di realizzare il ciclo idealedi Carnot per le macchine termiche. Non vi riuscí, ma il suo motorefornisce oggi gran parte della forza motrice per il trasporto pesante

di Lynwood Bryant

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Il lavoro utile compiuto da una macchina termica viene rappre-sentato graficamente mediante diagrammi che indicano il rap-porto tra le pressioni e i volumi del « fluido operatore » all'in-terno del cilindro, mentre il pistone prima si allontana dallatesta del cilindro e poi torna alla posizione iniziale. All'inizio(1), la pressione è massima e il volume minimo (a); la curvaa-b-c segue la diminuzione di pressione e l'aumento di volumeman mano che il calore del fluido si trasforma in lavoro du-rante l'espansione del fluido stesso contro lo stantuffo. La zonaal di sotto della curva (grigio) rappresenta il < lavoro positivo ».

Parte di questo lavoro è necessaria per far tornare lo stantuffoalla posizione di partenza (2). L'aumento di pressione e la di-minunzione di volume durante la corsa di ritorno dello stantuffosono indicati dalla curva c-d-a. La zona colorata al di sotto diquesta curva rappresenta il « lavoro negativo ». Se si sottrae illavoro negativo al lavoro positivo (3), si ottiene una superficieindicante il (lavoro utile » compiuto all'interno del cilindro nelcorso di un ciclo di funzionamento. In un motore reale la zonadi lavoro utile risulta ridotta a causa di perdite termiche e mec-caniche diverse prima che il lavoro stesso sia utilizzabile.

VOLUME VOLUME

21

CORPO CALDO

I S O LA N TE

VOLUME

CORPO FREDDO

VOLUME

ISOLANTE

43 a

VOLUME

zione nelle macchine termiche. Unamacchina termica trasforma il calorein lavoro, appunto fornendo calore aun fluido operatore (solitamente un gas)in modo che il fluido si dilati ed eser-citi una certa pressione su un pistone

VOLUME

o sulle pale di una turbina. Al tempodi Diesel il fluido operatore più comuneera il vapore acqueo, ma in teoriaqualsiasi gas poteva servire da mezzoper questo tipo di trasformazione del-l'energia. Infatti, anche se il rendimen-

3

VOLUME

to del processo, come aveva osservatoCarnot, non dipende dalla scelta delmezzo, ci sono certi gas che godonodi proprietà più idonee a questo finedi quelle di altri gas. Un impianto dipotenza a vapore fornisce calore al

fluido operatore per combustione ester-na, sfruttando un focolare per genera-re il calore, una caldaia per fornire ilcalore al fluido operatore e un comples-so sistema di tubi, comprendente a vol-te una zona di condensazione, per tra-sferire il fluido dalla caldaia alla mac-china. A tutta questa attrezzatura siaggiunge il motore vero e proprio: ilcilindro, entro cui il vapore compie ilsuo lavoro, espandendosi ed esercitan-do una pressione sul pistone.

Nel periodo in cui Diesel iniziò gliesperimenti sulle macchine termiche, sicontavano a centinaia gli inventori allaricerca di un fluido che, sostituito alvapore, non richiedesse impianti tantoelaborati e costosi; speravano, cioè, diisolare un fluido operatore che rendessepossibili generatori di potenza più effi-cienti o più economici e, soprattutto,meno ingombranti. Il fluido oggetto dimaggiore sperimentazione come sosti-tuto del vapore acqueo era l'aria. Aquell'epoca infatti erano di uso comu-ne migliaia di piccoli motori a combu-stione esterna che sfruttavano, comefluido operatore, l'aria invece del va-pore acqueo. L'altra possibilità a cui

aveva pensato Diesel era l'utilizzazionedell'ammoniaca (il fluido usato sullemacchine frigorifere di Linde) che pre-senta interessanti proprietà e che, se-condo Diesel, poteva essere usata perla realizzazione di un nuovo motore.Per dieci anni puntò tutto su di una pic-cola macchina ad ammoniaca destina-ta, nelle sue intenzioni, ad accumulareenergia e a fornire lavoro a piccole do-si, al pari di una batteria elettrica. Laammoniaca si rivelò però molto diffi-cile da trattare praticamente, e Dieselfini per rinunciare al tentativo, tornan-do a studiare l'aria.

Come fluido operatore per le mac-chine termiche, l'aria presenta due van-taggi d'eccezione: il primo è che la suadisponibilità, praticamente illimitata, ètale da assicurare una nuova alimenta-zione a ogni ciclo di lavoro; il secon-do vantaggio, di cui Diesel disse di es-sersi reso conto verso il 1890, è chel'aria contiene ossigeno, il che significache in una macchina ad aria la com-bustione può avvenire all'interno delfluido operatore, senza bisogno né difocolare né di caldaia. In una macchi-na termica l'aria può avere quindi una

duplice funzione: può servire da mezzoper la trasformazione dell'energia e, altempo stesso, può partecipare alla pro-duzione del calore.

Questo è il concetto base della com-

‘e bustione interna, anche se non fuDiesel il primo a pensarci. Il suo ido-lo, Sadi Carnot, aveva segnalato giàmolto tempo prima che il surrogato piùpromettente del vapore doveva esserel'aria, in quanto il suo contenuto d'os-sigeno rendeva possibile la combustio-ne; inoltre, già prima di Diesel un cen-tinaio di inventori avevano ulterior-mente elaborato l'idea iniziale. Il suc-cesso maggiore era stato di NikolausOtto, il cui motore a combustione in-terna, che bruciava gas illuminante eragià in pieno sviluppo e diffusamenteimpiegato attorno al 1880. Pertantol'aspetto veramente nuovo dell'imposta-zione del tema data da Diesel stavanella convinzione che la sua macchinapotesse realizzare il ciclo ideale diCarnot.

Il ciclo di Carnot era stato descrittoper la prima volta in un libretto, pub-blicato nel 1824 dallo stesso Carnot,

Il sogno di Diesel, la macchina che si sarebbe comportata se-condo il ciclo ideale di Carnot, è qui presentato schematicamen-te; i diagrammi pressione-volume in alto rivelano l'azione delfluido operatore e dello stantuffo nel cilindro immaginario raf-figurato in basso. All'inizio del ciclo (1), un grande serbatoiodi calore è a contatto con la testa del cilindro e l'afflusso di

calore che passa dal serbatoio al fluido provoca l'espansione(a-b) del fluido stesso in modo isotermico, ossia senza aumentidi temperatura. Nella fase successiva (2) la fonte di calore vieneallontanata e la testa del cilindro si trova isolata termicamente;il fluido operatore continua a espandersi (b-c). L'espansione èadiabatica, cioè senza né afflusso né deflusso di calore rispetto

al fluido, e la temperatura del fluido stesso diminuisce. Succes-sivamente lo stantuffo deve essere riportato indietro, compri.mendo il fluido operatore. In un primo tempo la testa del ci-lindro è a contatto con un serbatoio termico più freddo (3), inmodo che il calore della compressione passi dal fluido al corpofreddo: la temperatura del fluido non aumenta e la compres.

sione risulta isotermica. Infine (4) il corpo freddo viene sosti-tuito dall'isolante e lo stantuffo torna alla posizione di parten-za (d-a). Tale processo è adiabatico e il calore generato dallavoro dello stantuffo riporta la temperatura del fluido opera-tore al livello originario, completando in questo modo il ciclo.Ognuna delle fasi del ciclo sopradescritto risulta reversibile.

84 85

o 0,25 0,50 0,75

VOLUME (METRI CUBI)

1,25 1 1,25

VOLUME (METRI CUBI)

0,25 0,50 0,75

Due diagrammi successivi rivelano i problemi che Diesel do-vette affrontare nel calcolare le pressioni e i volumi reali chesi sarebbero resi necessari per una macchina di Carnot. Il primodiagramma (a sinistra) indica il campo di variazione necessarioper arrivare alla temperatura di 800°C alla compressione mas-sima (a) e a 20°C all'espansione massima (b). La pressione ri-chiesta (250 atm) è molto più elevata di quanto si potesse otte-nere in pratica al tempo di Diesel. Inoltre la zona di lavoro

utile (in colore) era pericolosamente esile. Diesel, rifacendo icalcoli, si accorse che avrebbe potuto ridurre i valori di pres-sione necessari a 90 atm (« a » a destra), sacrificando soltantoil 5% del rendimento teorico. Sorgeva però un altro problema:la coda allungata e sottile alla destra del diagramma (b) cidice che l'espansione completa avrebbe richiesto un cilindrodi notevoli dimensioni, contribuendo però ben poco al lavoroutile. Diesel venne a un nuovo compromesso e tagliò la coda.

250

O

200

150

100

50

250

200

100

50

VOLUME (UNITA ARBITRARIE)

VOLUME (UNITA ARBITRARIE)

Due diagrammi pressione-volume, inseriti nel primo brevetto di Diesel, servivano araffrontare il ciclo del motore Otto con quello proposto da Diesel. Nel ciclo Otto(a sinistra) la pressione aumenta bruscamente dopo l'accensione (a). La combustioneè quasi istantanea, e quindi il calore viene fornito a un volume pressoché costantefa-b). Il diagramma Diesel (a destra) rivela la pressione massima raggiunta esclusivamen-te per compressione dell'aria (c-d-a). L'accensione avviene in a e la combustione prose-gue da a a b, fornendo calore isotermicamente, secondo il ciclo ideale di Carnot. Le li-nee continue indicano il ciclo ideale; quelle tratteggiate l'andamento di un motore reale.

Il primo successo di Diesel fu questa macchina monocilindrica a petrolio, che nel 1897raggiunse una compressione di circa 30 atm e un rendimento termico del 26%. Nel 1897fu abbandonato il progetto della macchina sognata da Diesel, molto meno efficiente.

dal titolo Riflessioni sulla forza motri-ce del calore e sulle macchine idoneea sviluppare detta forza. Il volumettocontiene preziose intuizioni intorno al-la natura del calore e ai principi sot-tesi al funzionamento delle macchinetermiche. A quell'epoca non era anco-ra ben chiaro il nesso esistente traenergia termica ed energia meccanica.Come aveva dimostrato il Conte diRumford con i suoi famosi esperimen-ti sull'alesatura delle canne da canno-ne, il lavoro poteva produrre calore inmisura illimitata, ma sussistevano nonpoche incertezze circa il rapporto in-verso: la trasformazione di calore inlavoro. Naturalmente c'era già la mac-china a vapore che trasformava l'ener-gia termica in energia meccanica, manessuno sapeva dire esattamente in chemodo il lavoro fosse collegato al ca-lore. Ai tempi di Carnot il calore ve-niva considerato più come una sortadi sostanza, che come forma di ener-gia; da questo punto di vista era logicopensare che attraversasse la macchinaa vapore senza modificarsi sostanzial-mente, esattamente come l'acqua che,scorrendo, fa muovere le pale di unmulino. Non si comprendeva, insom-ma, il semplice fatto che il calore, al-lorché viene trasformato in lavoro,scompare come energia termica, perriapparire come energia meccanica.

Carnot, nel suo libro, aveva dimo-strato che ogni macchina termica po-teva trasformare in lavoro soltanto unafrazione minima del calore fornitole.Questa frazione, chiamata rendimentotermico, dipende dall'intervallo di tem-peratura entro cui funziona la macchi-na e non dalla natura del fluido ope-ratore impiegato. Carnot aveva altresíprovato che il rendimento di un datoprocesso è massimo allorché il proces-so stesso è reversibile. Un processoche, per esempio, riuscisse a trasfor-mare il calore in lavoro e che potesseanche operare in senso inverso, tra-sformando la stessa quantità di calorenella stessa quantità di lavoro, sarebbereversibile. Se un mulino ad acqua po-tesse estrarre da una cascata tanta ener-gia da pompare la medesima quantitàd'acqua utilizzata al livello originario,il processo sarebbe reversibile e il mu-lino « perfetto ». La reversibilità inte-sa in questo senso è un ideale irrealiz-zabile, poiché non è che un modo perdefinire il limite superiore imposto alrendimento delle trasformazioni ener-getiche. Nessuna macchina termicafunzionante in un dato intervallo ditemperatura può essere più efficientedi quella che opera secondo un ciclocostituito da processi tutti reversibili.

Carnot aveva poi descritto il ciclo

ideale, costituito da quattro processi re-versibili, e ne aveva illustrato il funzio-namento in una macchina ideale. Ave-va cioè immaginato un cilindro conte-nente una quantità fissa di fluido ope-ratore, per esempio aria, e uno stantuf-fo che si muovesse in su e in giù nel ci-lindro. Aveva inoltre immaginato duecorpi di grandi dimensioni, uno caldoe uno freddo, da porre alternatamentea contatto con il cilindro: il corpo cal-do sarebbe stato un serbatoio di calo-re che avrebbe fornito l'energia termi-ca da trasformare in energia meccani-ca, mentre il corpo freddo sarebbe sta-to un serbatoio di raccolta in cui lamacchina avrebbe scaricato il caloreinutilizzato.

A ll'inizio del ciclo ideale il cilindro èa contatto con il corpo caldo per

cui si suppone che la temperatura delfluido operatore sia molto prossima aquella del corpo caldo. Il calore passadal corpo caldo al fluido, fa dilatare ilfluido stesso e, in tal modo, lo stantuf-fo viene spinto per un certo tratto nelcilindro. L'espansione del fluido, chevince la resistenza dello stantuffo, è giàuna trasformazione di calore in lavoro.Si postula, inoltre, che il trasferimentodel calore dal corpo caldo al fluido siaisotermico, ossia che si verifichi senzamodificare la temperatura del fluido, eche il corpo caldo sia di tali dimensio-

ni da poter fornire calore senza apprez-zabili diminuzioni di temperature. Inrealtà, perché ci sia passaggio di calo-re, ci deve essere una certa differenzadi temperatura, ma questa differenzapuò essere molto piccola. Il primo pro-cesso della fase di espansione è rever-sibile perché isotermico, mentre nonsarebbe reversibile se si trattasse delpassaggio del calore da un corpo cal-do a un corpo freddo, poiché il pas-saggio in senso inverso, cioè dal corpofreddo a quello caldo, non può avve-nire spontaneamente.

A questo punto cessa il contatto conil corpo caldo e inizia il secondo pro-cesso. Il fluido continua a dilatarsi ma,poiché il calore non affluisce più, lasua temperatura, continua a diminuirefinché, alla fine della fase di espansio-ne, scende a un livello di pochissimosuperiore a quello della temperaturadel corpo freddo. Nel corso di questoprocesso, parte dell'energia accumula-ta nel fluido è stata trasformata nel la-voro rappresentato dal movimento del-lo stantuffo. Questo tipo di espansione,senza né afflusso né deflusso di caloreverso e dal fluido di esercizio, si chia-ma adiabatica. Anche questo processoè reversibile poiché può verificarsi insenso inverso: lo stantuffo può ancoracomprimere il fluido, elevandone latemperatura.

Siamo cosi alla fine della fase di

espansione, o fase attiva. A questo pun-to, se si vuole che la macchina fun-zioni in modo continuo, si deve fartornare lo stantuffo alla posizione dipartenza. Questo viaggio di ritorno, lafase di compressione, non può non co-stare qualcosa: ci vuole, infatti, del la-voro per spingere lo stantuffo nel ci-lindro, atto che comprime il fluido ope-ratore finché lo stantuffo stesso nonraggiunge la posizione iniziale e il flui-do non torna alla pressione e alla tem-peratura originali, in attesa che si ri-peta il ciclo. In pratica, in un motorereale, tale lavoro è fornito dall'energiaaccumulata, per esempio in un volano,durante la fase utile, mentre in unamacchina di Carnot la compreionedovrebbe potersi realizzare in modo re-versibile.

All'inizio della fase di compressioneil cilindro vien messo a contatto con ilcorpo freddo, in modo che, durante laprima parte della corsa, il lavoro dicompressione si trasforma in calore,che affluisce completamente al corpofreddo, evitando cosí l'aumento di tem-peratura del fluido operatore. Si postu-la inoltre che il corpo freddo sia ab-bastanza grande da assorbire caloresenza un corrispondente aumento ditemperatura. Questo processo è la com-pressione isotermica, ossia un processoreversibile.

A questo punto si interrompe il con-

8687

La macchina composita, che separava la compressione e l'espan-sione in processi a bassa e ad alta pressione, fu la prima pro-posta di Diesel per avvicinarsi al ciclo di Carnot. I processi a

bassa pressione avevano luogo nel cilindro maggiore, quelli adalta pressione nei cilindri laterali minori. Il ciclo d'eserci-zio del motore è illustrato in queste due pagine, in basso.

ALIMENTATOREDEL COMBUSTIBILE

VALVOLA ROTANTESCARICO

CILINDROA BASSA PRESSIONE

CILINDROAD ALTA PRESSIONE

CILINDRO AD ALTA PRESSIONE

VALVOLA ROTANTE

PISTONE

PISTONE

PISTONE

SERBATOIO A PRESSIONE

GETTI D'ACQUA

PRESA D'ARIA

ALIMENTATOREDEL COMBUSTIBILE

1 2 3 SECONDA FASE DI ESPANSIONEDAL CILINDRO DI DESTRA

L'ARIA ENTRA NEL CILINDROAD ALTA PRESSIONE

SECONDA FASE DI COMPRESSIONE ACCCENSIONE AD ALTA PRESSIONE

GETTID'ACQUA

L'ARIA ENTRA NEL SERBATORIOA PRESSIONE

INIZIOALI MENTAZ IONE

DEL COMBUSTIBILE

4 5 6

PRIMA FASE DI ESPANSIONEFINE DELLAALIMENTAZIONEDEL COMBUSTIBILE

SCARICO

2

SECONDA FASE DI ESPANSIONE

RICARICA DELCOMBUSTIBILE

INGRESSO DELL'ARIA L'ARIA ENTRANEL SERBATORIO A PRESSIONE

PRIMA FASE DI COMPRESSIONE INGRESSO DELL'ARIA

tatto con il corpo freddo e la compres-sione continua senza né afflusso né de-flusso di calore dal fluido operatore.In questo processo conclusivo del ci-clo, il lavoro di compressione si tra-sforma in calore e tale calore fa au-mentare la pressione e la temperatura

del fluido, facendole tornare ai valorioriginari. Questa è la compressioneadiabatica, altro processo reversibile.

Il ciclo ideale di Carnot può essererappresentato graficamente a mezzo deidiagrammi di pressione-volume ripor-tati nell'illustrazione in alto a pagina

84. Nei diagrammi l'asse verticale mi-sura le pressioni e quello orizzontalemisura le variazioni di volume che siverificano durante il movimento dellostantuffo nel cilindro. Diagrammi diquesto genere, detti diagrammi indica-tori, vengono usati dai tecnici per stu-

diare il comportamento delle macchinea stantuffo fin da quando James Wattinventò un meccanismo indicatore uti-le a registrare il gioco dei volumi edelle pressioni all'interno del cilindrodi macchine reali.

N el diagramma di un ciclo ideale diCarnot, la curva superiore indica

che la pressione diminuisce mentre lostantuffo viene spinto verso destra dalfluido che si espande: è la curva diespansione. La zona sotto la curva,cioè il prodotto della pressione per lavariazione di volume, rappresenta illavoro compiuto sullo stantuffo dal flui-do durante la fase di espansione; sitratta di lavoro positivo. La curva in-feriore mostra che la pressione aumen-ta durante la corsa di ritorno dellostantuffo verso la posizione iniziale. Lazona sotto la curva rappresenta il la-voro compiuto sul fluido dallo stantuf-fo al fine di riportarlo alla pressionee alla temperatura originarie; questo la-voro è negativo. In una macchina rea-le si vuole che il lavoro positivo siasuperiore al lavoro negativo, ossia chela fase di espansione produca almenouna potenza sufficiente a respingere lostantuffo. La differenza tra lavoro po-sitivo e lavoro negativo è data dalla zo-na intermedia tra le due curve, cherappresenta il lavoro utile. Quantomaggiore è l'area di questa zona, tantomaggiore sarà il lavoro utile compiutodalla macchina.

Questo è il ciclo di Carnot, che Die-

sel studiò a scuola e che, ancor oggi sistudia regolarmente sugli stessi dia-grammi utilizzati da Diesel nel corsodei suoi studi. Come abbiamo detto,però, il ciclo di Carnot è solo teorico,non è una macchina. Il problema chestimolava un ingegnere idealista e am-bizioso come Diesel consisteva nell'av-vicinarsi il più possibile in pratica allasituazione ideale. t, probabile che si siaconvinto della possibilità di andaremolto vicino alla espansione e alla com-pressione adiabatiche in una macchinaa stantuffo. Infatti l'espansione e lacompressione dell'aria nel cilindro,mentre lo stantuffo va avanti e indie-tro, potrebbero essere più o meno adia-batiche se lo stantuffo si muovesse ab-bastanza rapidamente e se si potesse ri-tardare, a mezzo di un isolamento ter-mico, la fuga del calore attraverso lepareti del cilindro. Non sarebbe diffi-cile, poi, grazie a tecniche note, realiz-zare la compressione isotermica. Peresempio, l'acqua iniettata in un gas,mentre avviene la compressione, po-trebbe sottrarre calore in modo da im-pedire l'aumento della temperatura. Inuna macchina reale, è però difficiletrovare il modo di fornire calore allatemperatura massima del ciclo senzaaumentare ulteriormente la temperatu-ra, requisito indispensabile del ciclo diCarnot, soprattutto se il calore provie-ne dalla combustione interna. Chi hamai sentito parlare di una combustioneche non faccia aumentare la tempera-tura dell'aria circostante?

Ecco, invece, che cosa pensava diaver scoperto Diesel: il modo di rea-lizzare la combustione isotermica. L'i-dea centrale era questa: il motore a-vrebbe raggiunto la temperatura massi-ma del ciclo esclusivamente grazie al-la compressione dell'aria. Una voltagiunto a questo punto, Diesel pensavadi aggiungere all'aria surriscaldata unadose minima di combustibile ad af-flusso controllato, in modo che la ten-denza naturale della temperatura del-l'aria all'aumento durante la combu-stione del carburante, venisse contro-bilanciata esattamente dalla tendenzadella temperatura alla diminuzione du-rante l'espansione dell'aria stessa a se-guito del movimento del pistone. Laquantità del combustibile doveva esse-re minima, contro una quantità di ariamolto elevata (quasi dieci volte in piùdel minimo necessario per sostenerela combustione); però, se l'idea si fossedimostrata giusta, tutto il calore svi-luppato dal combustibile si sarebbe tra-sformato in lavoro durante la parteisotermica della corsa di espansione. E,se fosse stato possibile attuare in pra-tica tale processo, si sarebbe realizza-to, almeno in misura approssimativa, ilciclo di Carnot.

Nel 1892 Diesel richiese il brevettoper il suo motore, indicando nella com-bustione isotermica l'essenza della suascoperta. Il brevetto venne concesso. Atestimonianza della differenza tra lanuova macchina e il comune motoreOtto, Diesel corredò il brevetto di due

PRIMA FASE DI COMPRESSIONE

Il ciclo della macchina composita richiede che i due pistoniminori (che non si vedono) lavorino con uno sfasamento di1800 rispetto al pistone maggiore a bassa pressione e a doppiaazione. Il ciclo dei pistoni minori ad alta pressione inizia conuna corsa discendente (1), aspirando una dose d'aria che, dalserbatoio a pressione (estremo a sinistra), ha già superato laprima fase di compressione. La corsa successiva (2) comprime

ulteriormente l'aria. Verso il termine di questa corsa (3), allacompressione massima, il combustibile comincia a entrare nel,l'aria surriscaldata e si accende. La combustione continua du-rante la prima parte della successiva corsa discendente (4).In questa fase si effettua la prima fase di espansione. Alla corsasuccessiva (5) l'espansione entra nella seconda fase, mentre ilpistone minore si alza e quello maggiore si abbassa. La suc•

cessiva corsa ascendente del pistone grande (6) scarica a pres.sione atmosferica e, al tempo stesso, inizia il ciclo successivo,aspirando un'altra dose d'aria. Il cilindro grande centrale serveentrambi i cilindri ad alta pressione, poiché ogni cosa ascen-dente del suo pistone (1, 4 e 6) aspira aria nella parte infe.riore del cilindro, espellendo i gas di scarico dalla parte supe-riore. Ogni corsa discendente (2 e ,5) esegue la prima fase di

compressione nella parte inferiore del cilindro, costringendol'aria compressa a passare tra i getti d'acqua fino al serbatoioa pressione, mentre nella parte superiore del cilindro si pre-para lo spazio libero per la seconda fase di espansione dei gasprovenienti dall'uno o dall'altro dei cilindri minori. Per il ci.lindro grande questo è un ciclo a due tempi, per i cilindriminori a quattro tempi, per l'intero sistema a sette tempi.

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CAMERA D'ARIA

COMPRESSIONE

ORIFIZI NELLE PARETIDEL CILINDRO

ALBERO A GOMITI/

21INIETTORE DELCOMBUSTIBILEVALVOLE DI SCARICO

Rappresentazione schematica di un moderno motore Diesel del tipo a due tempi. Gene-ratore dell'aria in pressione è un compressore la sinistra), che contribuisce anche a sca-ricare i gas combusti dopo che si ha la corsa utile (1). Verso il termine della corsa dicompressione (2) il combustibile è iniettato idraulicamente e a questo punto si accende.

VOLUME COSTANTE

PRESSIONE COSTANTE

TEMPERATURA COSTANTE

VOLUME

Il diagramma pressione-volume del motore Diesel 1897 (in colore), ha la medesimaforma dei diagrammi dei motori Diesel attuali. Il punto di accensione (a) indica l'ini-zio del processo di combustione che fornisce calore al fluido operatore. Se si fosse rea-lizzata (cosa che non accadde) la speranza di Diesel di fornire il calore isotermicamen-te, la linea tratteggiata in basso sarebbe salita alla sommità del diagramma. In realtàin un motore Diesel si ha un compromesso tra un processo a pressione costante(curva intermedia) e il processo a volume costante (curva superiore) del motore Otto.

diagrammi pressione-volume, dai qualirisultava che, mentre nel motore Ottola combustione è praticamente istanta-nea, cosicché la pressione del fluidooperatore aumenta rapidamente dopol'accensione per poi diminuire lenta-mente all'aumentare del volume delfluido stesso, nella macchina di Diesella combustione inizia alla pressionemassima e — come diceva l'inventorenel brevetto — prosegue senza che si ve-rifichino né aumenti di pressione néaumenti di temperatura. I diagrammiallegati al brevetto non recano alcunaindicazione di scala, ma se ne potevadedurre che il motore di Diesel avesseuna pressione di molto superiore aquella del motore di Otto; inoltre l'areadel lavoro utile appare, sul diagrammadi Diesel, abbastanza ampia da far pen-sare a una buona potenza in fase at-tiva.

Nel medesimo anno della richiestadi brevetto, Diesel descrisse anche indettaglio le proprie idee in un mano-scritto che contiene calcoli particola-reggiati e disegni esplicativi. Di questosaggio inviò varie copie a numerosiesperti, chiedendo critiche e pareri.Quasi tutti i tecnici, pur dicendosi e-stremamente interessati alla teoria, pre-videro non poche difficoltà pratiche. Laproposta originaria di Diesel riguarda-va una macchina destinata a compri-mere l'aria a una pressione di 250 at-mosfere, portandola a una temperaturadi 800 °C. Se si fosse riusciti a ridurrel'espansione alla pressione di un'atmo-sfera e alla temperatura di 20 °C, co-me sperava l'inventore, allora il rendi-mento teorico, secondo la formula diCarnot, sarebbe stato del 73%. Carnotaveva dimostrato che il massimo rendi-mento possibile in una macchina ter-

mica funzionante in un dato intervallodi temperatura; è uguale alla differenzatra le temperature massima e minimadel ciclo divisa per la temperatura mas-sima (con tutte le temperature espres-se in scala assoluta, per esempio in gra-di Kelvin). Nella prima proposta diDiesel la temperatura massima dovevaessere di 1073 °K (800 °C) e la mini-ma di 293 °K (20 °C). La differenza è780, che divisa per 1073, dà un ren-dimento massimo possibile attorno al72.7%.

La pressione massima di 250 atmo-sfere proposta da Diesel andava al dilà delle possibilità tecniche del tempo.In una macchina a stantuffo, infatti,un valore del genere avrebbe richiestoun rapporto di compressione di 60 a1. (I rapporti di compressione dei mo-derni motori a scoppio sono di circa8 : 1, mentre nei moderni Diesel sonointorno a 16 : 1). Naturalmente la pro-spettiva di affrontare simili valori dipressione era tale da impensierire nonsoltanto i tecnici, ma anche i possibilifinanziatori.

Quando Diesel tracciò il diagrammapressione-volume per la sua macchinaoriginaria, i calcoli da lui eseguiti por-tarono a una figura estremamente sot-tile (si veda la figura a pag. 87) suf-ficiente ad allarmare la gente del me-stiere: non soltanto, infatti, la pressio-ne risultava elevatissima, ma anche lacurva del lavoro negativo si trovavapericolosamente vicina alla curva dellavoro positivo. Ciò significava chegran parte del lavoro sviluppato nellafase di espansione doveva essere usa-ta per riportare indietro il pistone du-rante la fase di compressione.

A seguito delle critiche mossegli suquesto aspetto della questione, Dieselcalcolò la curva per un motore di mi-nori pretese, accorgendosi cori che glisarebbe stato possibile ridurre la pres-sione iniziale di picco a 90 atmosfere(con una riduzione di quasi due terzi),sacrificando soltanto un 5% del rendi-mento termico. Aggiunse quindi al ma-noscritto un succinto paragrafo, in cuidescrisse un motore di compromessocon rendimento termico pari solo al68% e, agli inizi del 1893, pubblicò ilsuo lavoro sotto il prolisso titolo diTeoria e costruzione di una macchinatermica razionale sostituibile alla mac-china a vapore e a tutte le macchinea combustione attualmente note. Leprime copie le inviò a tecnici e indu-striali di tutta Europa.

Osservando i dettagliati disegni e gliimpeccabili calcoli matematici conte-nuti nel volumetto, un lettore avrebbepotuto ricevere l'impressione che lamacchina di Diesel già esistesse, men-tre l'inventore non ne aveva realizzato

in pratica neppure un pezzetto: era so-lo sul piano teorico. Il libro era statopubblicato con tanto anticipo sempli-cemente perché occorreva guadagnarsil'appoggio finanziario indispensabile amettere a punto il motore reale. Perconvincere i fabbricanti di macchina-rio pesante dell'opportunità di accol-larsi le spese del progetto, occorreva as-sicurarsi l'avallo dei circoli scientificipiù autorevoli. Ecco perché nel librosi avverte un chiaro sentore « promo-zionale », soprattutto là dove si accen-na ai futuri effetti socio-economici diuna macchina perfettamente razionale.Il rendimento del motore, dichiaravaDiesel, avrebbe reso economico il con-gegno anche nei formati più piccoli,cosa assolutamente impossibile con lamacchina a vapore. Il minimo ingom-bro di un impianto erogatore di forzamotrice cosí economico avrebbe con-sentito all'industria, sosteneva ancoraDiesel, di iniziare il decentramento del-le attrezzature e, addirittura, avrebbepotuto riportare il piccolo artigianatoa quella posizione di preminenza cheaveva perduta con l'avvento del vapo-re. Diesel non dimenticò di sottolinea-re anche le conseguenze positive cheil nuovo tipo di forza motrice avrebbepotuto avere per il traffico ferroviarioe marittimo.

Il libro sembrava una prova convin-cente della possibilità di realizzare qua-si per intero il ciclo ideale di Carnot,almeno quanto bastava a convincerequasi tutte le più eminenti autorità eu-ropee in fatto di termodinamica, anchese qua e là affioravano le difficoltà del-la trasposizione pratica della scoperta.Persino il grande Lord Kelvin conces-se al progetto di Diesel la sua paternabenedizione. Simili garanzie, accompa-gnate dall'indubbia eloquenza dell'in-ventore, indussero due grandi impresetedesche, la Krupp di Essen e la Ma-schinenfabrik Augsburg, a finanziare ilprogetto. Tanto l'una quanto l'altra im-presa erano importanti case produttri-ci di - rnahine a vapore; è quindi pos-sibile che l'appoggio accordato non fos-se che una prudente mossa preventivanel caso che l'idea del Diesel si fossedimostrata realizzabile.

La forma che Diesel aveva origina-riamente scelto per il suo motore eraquella di un curioso dispositivo a trecilindri, poiché non gli era sfuggito ilfatto che, se avesse cercato di realizza-re per intero in un solo cilindro l'e-spansione e la compressione previste,le dimensioni del pezzo sarebbero sta-te smisurate. Schematizzò quindi unamacchina complessa, in cui tanto lacompressione quanto l'espansione av-venivano in due tempi in cilindri indi-pendenti. I processi a bassa pressione

dovevano aver luogo in un grande ci-lindro centrale e quelli ad alta pressio-ne in due cilindri minori posti ai latidel primo. Una tramoggia a elementiconici colmi di polvere di carbone eramontata sulla parte alta dei cilindri mi-nori e da essa il combustibile andava amescolarsi all'aria nell'istante di mas-sima compressione; ciò era ottenutomediante ingegnosi alimentatori desti-nati a dosare l'erogazione di carbonein polvere nella misura necessaria esufficiente a produrre la combustioneisotermica.

Lo studio di Diesel non prevedevanessun particolare accorgimento per laaccensione, in quanto si postulava cheogni sostanza combustibile avrebbe pre-so fuoco nell'attimo in cui fosse venu-ta a contatto con l'aria surriscaldata.A quei tempi nessuno, in verità, capi-va molto bene tutti gli aspetti dellacombustione, e Diesel si accorse di es-sere stato troppo ottimista circa la pos-sibilità di ricorrere a qualsiasi combu-stibi'e. liquido o gassoso che fos-se. Gli esperimenti fallirono puntual-mente, sia con la polvere di carbonesia col gas illuminante. Del resto Dieselsi trovò nei pasticci con il problemagenerale dell'accensione tanto che, aun certo punto, disperando di realiz-zarla per semplice compressione, co-minciò a lavorare su una gran varietàdi dispositivi d'accensione.

E interessante notare che, anche seoggi l'accensione per compressione vie-ne considerata quasi la principale ca-ratteristica definitoria del motore Die-sel, l'inventore la considerò sempre ele-

mento accidentale, sostenendo che l'es-senza della sua invenzione era rappre-sentata, invece, dalla combustione iso-termica: che importava in che modo siavviasse la combustione stessa? Per a-vere un'idea di quanto Diesel fosse con-vinto di ciò, basti pensare che i suoipiani originari non prevedevano nep-pure un qualsiasi dispositivo di raf-freddamento del motore: del resto, sela combustione non doveva far salirela temperatura del fluido operatore (co-me invece avveniva nelle altre macchi-ne a combustione), era impossibile cheandasse perduto del calore; quindi nonc'era bisogno di raffreddamento. Inrealtà Diesel si riproponeva di isolarei suoi cilindri proprio per ridurre al mi-nimo lo scambio termico con l'esterno.

Ciò che abbiamo descritto fin qui èdunque l'idea di un motore, non il

motore che venne poi_realizzato in pra-tica. Fin dal principio Diesel, sapendodi dover scendere a compromessi conil suo ideale, teneva pronti i piani diun motore semplificato da esibire nonappena i suoi finanziatori si fossero de-cisi ad appoggiare la messa a puntodella macchina. I lavori sperimentaliebbero inizio nel 1893 su un moto-re monocilindrico a petrolio, che se-condo le aspettative, avrebbe dovutosviluppare 25 HP con una compressio-ne massima di 70 atmosfere. Allo sco-po di mantenere l'ingombro del cilin-dro entro limiti ragionevoli, la fase diespansione veniva arrestata molto pri-ma che la pressione e la temperaturadel fluido operatore arrivassero al pun-

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to previsto dalla teoria, mentre non sitentava neppure di realizzare la com-pressione isotermica. Come abbiamodetto, quando Diesel aveva predispo-sto questi piani, sperava ancora nellacombustione isotermica e non pensavaassolutamente alla necessità di un im-pianto di raffreddamento.

Già durante i primi esperimenti pra-tici, Diesel si accorse che, volendo farfunzionare il motore, occorreva usaremolto più combustibile di quanto nonrisultasse dai suoi calcoli a tavolino.Nessun motore a combustione internapotrà mai realizzare il ciclo di Carnot.Il processo di combustione isotermica,infatti, richiede forti quantitativi d'aria,molto maggiori di quelli necessari perla semplice combustione. Il lavoro ne-cessario a immettere l'aria in più e aportarla alle alte pressioni richieste,non può essere effettuato con le dosidi combustibile abbastanza limitate checonsentono di conservare isotermica lacombustione. Anche se la « macchinarazionale » avesse avuto un elevato ren-dimento interno, non sarebbe stata cer-tamente in grado di sviluppare la po-tenza necessaria a mantenersi in fun-zione autonomamente. La verità è cheil diagramma pressione-volume è trop-po sottile: sarebbe bastata la minimaanomalia nell'andamento della curvadi compressione (a causa, per esempio,dell'attrito interno) a portare tale cur-va a contatto con quella dell'espansio-ne, il che significa che il motore nonavrebbe funzionato. Il lavoro esercita-to sullo stantuffo durante l'espansionenon sarebbe bastato a riportare lo stan-tuffo nella posizione di partenza.

Diesel tornò ai suoi studi teorici escrisse una lunga spiegazione circa lanecessità di apportare certe correzioniche avrebbero consentito di aumentarela potenza del suo motore. Cercò intutti i modi di salvare l'integrità dellateoria originaria, ma si vide costrettoa sacrificare definitivamente il princi-pio della combustione isotermica; si ac-corse infatti che, invece di fornire ilcalore a temperatura costante durantela fase di espansione, avrebbe dovutofornirlo a una pressione approssimati-vamente costante.

L'intenzione di Diesel era di far pub-blicare l'appendice nella seconda edi-zione del suo libro, ma la seconda edi-zione non venne mai realizzata. Inol-trò, tuttavia, richiesta di un brevettosupplementare che prevedeva vari di-spositivi per regolare l'afflusso del com-bustibile al suo motore, tanto da con-sentire l'allargamento del diagramma.

Il brevetto postula la possibilità diconseguire questo allargamento modifi-cando il tasso dell'iniezione di carbu-rante, ma nella realtà diventa necessa-

rio erogare una quantità superiore dicombustibile. Ciò significava, anche seDiesel non lo ammetteva esplicitamen-te, rinunciare al processo a temperatu-ra costante (la combustione isotermi-ca), per muoversi in direzione di unprocesso a pressione costante. Dieselrestò aggrappato, come a un simbolo,al ciclo ideale di Carnot: in occasionedi numerose manifestazioni ufficialicontinuò a parlare del suo motore co-me di un'approssimazione della macchi-na ideale di Carnot, pur sapendo che,dopo l'accensione, la temperatura delfluido operatore doveva salire a 1000°C. Del resto sono comprensibili le in-certezze di quei giorni a proposito del-le temperature interne dei motori: lamisurazione diretta era impossibile,mentre i diagrammi pressione-volumeallora utilizzati (come quelli riportatiin questo articolo) non dicono nulla dipreciso sulla temperatura. Si era quindicostretti a calcolare i valori in base aidati approssimativi ricavati dai dia-grammi, mentre persino in un motorelento la temperatura avrebbe subito va-riazioni di almeno 1000°C.

La messa a punto del motore Dieselreale costituisce un capitolo a partedella storia. Come abbiamo detto, sitrattò di una lotta lunga e costosa allaricerca del modo migliore per supera-re l'ostacolo delle alte pressioni. Il pro-blema dell'iniezione del combustibilenell'aria supercompressa si dimostròestremamente difficile. Il primo motoresperimentale monocilindrico, pur of-frendo all'inventore un'esperienza sa-lutare, non riuscí mai a funzionare dasolo e dovette essere ricostruito piùvolte. Dopo quattro anni di accanitolavoro, Diesel annunciò ufficialmente(e prematuramente), a un congresso diingegneri tedeschi nel 1897, come undefinitivo successo la messa a punto delsuo motore. La macchina da lui pre-sentata in quella occasione aveva unrendimento termico del 26%, con unacompressione a 30 atmosfere: era unaimpresa notevole, ma il motore era tut-t'altro che sicuro ed economico.

Già dopo i primi anni di lavorò pra-tico il ciclo di Carnot aveva cessato diavere un ruolo effettivo nello sviluppodel motore Diesel. Tuttavia l'inventorevi era impegnato moralmente a cagio-ne dei brevetti e del suo stesso orgo-glio professionale. E cosí, mentre ilmotore monocilindrico semplificato siavvicinava sempre più alla realizzazio-ne pratica, Diesel continuò a lavorareal suo progetto di motore a tre cilin-dri, sperando che questa macchina, cheincorporava sia le elevate pressioni ini-ziali, sia l'espansione completa del flui-do operatore da lui originariamenteconcepite, potesse giungere a pochi pas-

si dall'ideale di Carnot. Infine venne co-struita una macchina complessa digrandi dimensioni che, più o meno, ri-spettava il progetto originario di Die-sel, se si eccettua il fatto che comecombustibile, usava petrolio. Le pre-stazioni di questo modello si dimostra-rono ben lontane da quelle ideali: ilconsumo di combustibile per cavallo--ora risultò due volte più elevato diquello del motore monocilindrico, men-tre la potenza sviluppata era metà diquella prevista. Il problema principaleera rappresentato dalle perdite di ca-lore: mentre il vantaggio essenziale delmotore a combustione interna sta nelfatto che non c'è bisogno di far muo-vere da una parte all'altra il fluidooperatore, limitando cosí l'intero cicloalla camera di combustione, nella mas-siccia macchina di Diesel il fluido ve-niva prima pompato dal cilindro mag-giore al serbatoio a pressione, poi aicilindri minori e, infine, dalle condottedi ritorno al cilindro maggiore, attra-verso tubazioni e valvole che scambia-vano abbondante calore con l'ambien-te. Nel 1897, l'anno stesso in cui Die-sel annunciava il successo del mono-cilindro, il motoie a tre cilindri vennerelegato in cantina.

Nei venticinque anni che seguironocontinuò la lenta evoluzione del

Diesel. Già nel 1910 diverse navi sol-cavano i mari sotto la spinta dei mo-tori Diesel e i sommergibili del primoconflitto mondiale montavano quasitutti il nuovo motore. Questi primi e-semplari erano molto pesanti e spre-cavano una parte notevole della loropotenza per azionare i compressori diaria allora necessari per l'iniezione delcombustibile. Il moderno Diesel, unmotore giunto a maturità tecnica edeconomica, comparve soltanto negli an-ni venti, grazie al perfezionamentodei dispositivi d'iniezione. Anche se,come abbiamo detto, il Diesel dei gior-ni nostri ha ben poca somiglianza conla « macchina razionale » delle origini,sono stati conservati tre elementi es-senziali dell'idea che Diesel aveva avu-to nel 1892. In primo luogo esso è unmotore ad alta compressione che usal'aria come fluido operatore; in secondoluogo il combustibile viene iniettatoverso la fine della corsa di compres-sione e, infine, il combustibile si accen-de grazie al calore di compressione. Eun motore economico, sia perché l'oliopesante che lo alimenta costa poco. siaperché il rendimento termico è eleva-tissimo — fino al 40% per i miglioriDiesel — e quasi identico a quello dellepiù efficienti e grandi turbine a vapore.Resta il fatto, però, che la combustio-ne non è isotermica.

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