La macchina ad aria compressa

Intorno al 2001 fu presentato dall’ingegnere francese Cyril Guy Nègre un motore ad aria compressa di nuova concezione che prometteva rendimenti elevatissimi rispetto ai motori già esistenti (oltre il 70%).

Fu creato uno stabilimento in Italia per la sua produzione e la distribuzione di una city car con questo motore (Eolo auto), ma il progetto, pur avendo superato alcune sperimentazioni, non ha avuto seguito, secondo alcuni per difficoltà tecniche, secondo altri la colpa va fatta risalire alla casta dei petrolieri che hanno voluto mettere a tacere la cosa per via di interessi commerciali.

Il problema vero però è che, nonostante l’alta pressione sulle bombole (200 – 300 Bar), in realtà la densità di energia per unità di volume e di peso, è molto scarsa (30-40 Wh/kg) cioè simile a quella erogabile dalle comuni batterie al piombo usata dnelle auto (30-50 Wh/kg). Inferiore quindi agli accumulatori ricaricabili al nichel-cadmio (80-100 Wh/Kg) e molto inferiore alla tecnologia al litio-polimero (100-130 Wh/Kg).

Se confrontati questi valori con la densità energetica dei combustibili tradizionali tipo benzina e gasolio, il cui valore è di oltre 10 KWh/kg (quindi da 100 a 1000 volte superiore) non è minimamente possibile un paragone. E’ proprio questa sproporzione di densità energetica che rende accettabile, per il momento, l’utilizzo di motori anche molto inefficienti come quelli a pistoni a combustione interna delle auto attuali.

Oltre a questo Il professore Ugo Bardi del Dipartimento di Chimica dell’Università di Firenze (vedi anche www.aspoitalia.net) ha fatto seriamente alcuni conti per dimostrare che ciò che si è detto fin qui è realtà.

Riporto pari pari le sue parole:

... Come prima approssimazione, supponiamo che il gas segua la legge dei gas perfetti. Ne consegue che l’energia immagazzinabile è: L= nRT ln(Pf/Pi) dove i suffissi “i” e “f” stanno per “iniziale” e “finale.” Risulta dalle descrizioni della MDI che la Eolo monta delle bombole da sub come contenitori dell’aria compressa. Questa è una tecnologia già ottimizzata in termini di pesi per garantire la miglior trasportabilità possibile. Una bombola da sub in acciaio di 15 litri pesa circa 16 kg e contiene circa 4 kg di gas compresso a 200 bar. Sostituendo questi valori troviamo un’energia di 1.8 MJ, ovvero circa 440 Wh. Il rapporto energia/peso è circa 25 Wh/kg. In principio, si potrebbe anche lavorare a pressioni più alte, diciamo fino a 300 bar usando bombole in carbonio. Queste bombole sono costose e non è chiaro se sarebbe possibile omologarle per un veicolo circolante, comunque in questo caso l’energia immagazzinata potrebbe salire fino a 30-40 Wh/kg. Il calcolo di cui sopra quantifica l’energia immagazzinata dall’aria compressa, ma la cosa importante è quanta di questa energia, può essere effettivamente sfruttata. Per prima cosa, consideriamo che il motore ad aria compressa deve necessariamente funzionare a una pressione superiore a quella atmosferica, per cui non si può sfruttare tutta l’aria immagazzinata nelle bombole. Se, per esempio, in >condizioni di regime il pistone richiede una pressione di 40 bar, questo vuol dire che il 20% dell’energia immagazzinata a 200 bar non potrà essere utilizzata. Come ulteriori elementi di svantaggio per l’aria compressa, notiamo la minore efficienza del motore ad aria rispetto a quello elettrico, già citata prima (70% contro >90%). Notiamo anche che una vettura elettrica ha la possibilità di recuperare energia in frenata, possibilità che viene implementata in molte delle vetture elettriche sul mercato. Questo recupero è possibile, in teoria, anche per l’aria compressa, ma molto difficile in pratica per le complicazioni meccaniche associate e non sembra che questa possibilità sia stata implementata nella Eolo.

Per finire, il punto forse più importante è che sarebbe possibile recuperare tutta l’energia immagazzinata in un gas compresso solo se si potesse fare avvenire l’espansione a temperatura costante (“isoterma”). Viceversa, un gas si raffredda quando si espande e questo diminuisce di parecchio il lavoro che se ne può estrarre. Questo tipo di espansione si dice “adiabatica”. Utilizzando le appropriate formule, si trova che per un’espansione puramente adiabatica, l’energia effettivamente sfruttabile dal gas potrebbe essere ridotta di un fattore 10 circa rispetto al caso isotermo. Nella pratica, l’espansione del gas può essere fatta in stadi, lasciando progressivamente riscaldare il gas. Questo tipo di espansione viene detta “politropica” e le formule che descrivono l’energia utile ottenibile dipendono dalla differenza di temperatura, dalla capacità termica del gas e da un “fattore politropico” che dipende dalle condizioni di espansione. E’ difficile dire che livello di efficienza possa raggiungere l’espansione politropica del sistema della Eolo, ma sicuramente non sarà pari a quella del ciclo ideale isotermo e potrebbe essere, in effetti, molto inferiore.

A questo riguardo, si pone il problema di come la Eolo possa gestire le problematiche termiche create dall’espansione adiabatica dell’aria ad alta pressione. Nel normale uso dell’aria compressa, si lavora a pressioni molto più basse; per intendersi, un avvitatore di quelli usati dai gommisti funziona normalmente a soli 6 bar e in un officina raramente si trovano applicazioni dell’aria compressa oltre qualche decina di bar. In queste condizioni, non ci sono problemi di raffreddamento dovuti all’espansione del gas.

Ma per pressioni di 200 bar o superiori, l’espansione può causare il congelamento dell’acqua contenuta nel gas con la conseguente ostruzione degli ugelli. In effetti, nel caso della Eolo si può pensare che esistano delle notevoli difficoltà a evitare il problema considerando le piccole masse in gioco in una microvettura.
Per il momento, l’aria compressa come mezzo di stoccaggio di energia si presenta come pratica soltanto per grandi volumi, ovvero per sistemi stazionari di grande potenza. Non è da escludere che sia possibile costruire un veicolo ad aria compressa utilizzabile in certe condizioni. Il sistema ad aria compressa avrebbe l’indubbio vantaggio del numero quasi infinito di cicli di carica/ricarica delle bombole, ma risulterebbe senza vantaggi significativi (e probabilmente in svantaggio) in termini di prestazioni rispetto alla tecnologia tradizionale delle batterie al piombo e quasi sicuramente svantaggioso rispetto alla nuova generazione di veicoli a batteria al litio (tipo Toyota Prius).
Possiamo dunque scartare senza problemi l’ipotesi che il fatto che oggi non possiamo comprare la Eolo da un concessionario sia dovuto a un complotto. Se così fosse, bisognerebbe spiegare come mai i cospiratori non si siano preoccupati di affossare anche la tecnologia delle macchine a batteria. E’ assai più probabile che i promotori della Eolo si trovino effettivamente in difficoltà a sviluppare una vettura veramente pratica e utilizzabile.

D’altra parte, anche se si vendesse dai concessionari, la vettura ad aria compressa non risolverebbe il problema che ci troviamo di fronte, ovvero di eliminare l’attuale parco macchine inefficienti e inquinanti, sostituendolo con veicoli a “emissioni zero” se possibile alimentati da fonti rinnovabili. Purtroppo, gli acquirenti sono abituati ai motori a combustione interna a benzina o a gasolio e non sembrano minimamente interessati a passare a veicoli che, pur non inquinanti, non danno le stesse prestazioni e non hanno la stessa autonomia. Anzi, negli ultimi anni il mercato si è sempre più orientato verso veicoli dispendiosi e inefficienti, quali gli “Sport Utility Vehicles”; SUV, rifiutando di dare spazio ai veicoli a batteria. La vettura ad aria compressa non avrebbe speranze di fare di meglio.
Di fronte a questa situazione, lascia perplessi l’aggressiva strategia di marketing della MDI. Che senso ha vendere licenze per la costruzione di un veicolo che per il momento non circola su strada e non esiste sul mercato? Che senso ha promuovere con tanta insistenza una tecnologia che non ha prestazioni superiori a quelle delle vetture a batteria che, per il momento, non riescono a quadagnarsi una fetta di mercato significativa?

Oltre a tutto questo non va dimenticato che in un auto elettrica vi sarebbe una notevole diminuzione delle parti meccaniche e dei pesi perché

– non servirebbe più né cambio né gli elementi per la trasmissione.

– il motore alloggerebbe uno per ogni ruota e permetterebbe il recupero dell’energia della frenata

– si potrebbero avrere sistemi di trasmissione integrali senza alcuna complicazione meccanica e nessuna perdita per attrito

– interventi di manutenzione (sulle parti meccaniche) praticamente nulli

– semplificazione notevole sulla struttura e sugli interventi.

Saluti

 

 

 

 


------- Se ti è piaciuto il post diffondi e metti Mi Piace
0
Puoi lasciare un commento o un trackback dal tuo sito.

Una risposta a “La macchina ad aria compressa”

  1. piero rossi ha detto:

    Andare in giro con un Ducato (Fiat Ducato) a metano, 1800 cc, a metano, 160 litri di carica per 320 Km di autonomia… unico problema le salite, cambio furgone sempre Ducato, serie successiva, motore 2000 catalizzato e metanato, stesse bombole, autonomia nettamente superiore e potenza nettamente superiore, mi ricordo di questo motore ad aria compressa… e mi chiedo se per caso il vecchio Ducato avesse camminato solamente spinto dalla pressione della carica….
    In lettere, se fossero state vere le premesse promesse un motore ad aria compressa in grado di sfruttare la spinta della combustione avrebbe dovuto avere una autonomia doppia rispetto al solo metano.
    Mah!

Lascia una risposta

Powered by WordPress | Designed by: 7Graus | Thanks to 7Graus WP Themes

Se trovi interessanti gli argomenti... condividi.

  • http://www.stampolampo.it/feed/
  • Follow by Email
  • https://www.facebook.com/stampolampoblog/
  • https://plus.google.com/u/0/+StampolampoIt
    http://www.stampolampo.it/la-macchina-ad-aria-compressa/">
  • https://twitter.com/slblog
  • SHARE
http://www.stampolampo.it/feed/
Follow by Email
https://www.facebook.com/stampolampoblog/
https://plus.google.com/u/0/+StampolampoIt
http://www.stampolampo.it/la-macchina-ad-aria-compressa/">
https://twitter.com/slblog
SHARE