Un’autovettura a vapore

I motori a vapore ricordano le vecchie locomotive e le navi a vapore piuttosto che le autovetture. Per motivi pratici, la tecnologia del vapore non ha trovato un impiego più diffuso nei veicoli più piccoli, ma ciò non significa che non sia stata sperimentata in quei contesti.

Nell’articolo seguente presentiamo le proprietà di base del motore a vapore, le possibilità di adattarlo a un’auto e alcuni esempi reali dell’uso della tecnologia a vapore nei veicoli.

Un po’ di storia

Per cominciare, analizzeremo il principio stesso di funzionamento dei motori a vapore nei veicoli non ferroviari.

Il primo motore a vapore fu costruito nel 1712 dall’inventore inglese Thomas Coneman. Nel 1769, molto prima che apparissero le automobili, il motore a vapore veniva utilizzato in un veicolo a ruote per trainare attrezzature di artiglieria pesante. L’ideatore di questa soluzione fu l’ufficiale di marina francese Nicolas Joseph Cugnot, e il suo veicolo si muoveva ad una velocità di 4 km/h.

La Gran Bretagna fu il paese più importante della Rivoluzione Industriale e fu il primo a utilizzare i motori a vapore su larga scala. Nel 1830 a Londra si contavano già 26 carrozze a vapore immatricolate, la cui velocità massima era di 24 km/h, considerata all’epoca un risultato miracoloso (le macchine italiane di questo tipo raggiungevano solo 8 km/h nel 1854).

Alla fine del secolo, anche i francesi entrarono nella competizione: nel 1888 le loro macchine potevano raggiungere i 60 km/h, e all’inizio del secolo i motori a vapore avevano un rendimento molto più elevato dei motori a combustione interna già esistenti all’epoca. Il record di velocità nel settore delle autovetture, pari a 120,77 km/h – fu stabilito nel 1902 da un’auto a vapore francese a Nizza.

Nel frattempo anche gli Stati Uniti mostrarono interesse per questa tecnologia e nel 1906 fu stabilito un nuovo record sulla costa della Florida: 205 km/h. Nel 1925, la Stanley Steam Car Company aveva prodotto circa 12.000 auto a vapore.

Lo sviluppo della rete stradale ha stimolato anche il traffico automobilistico, creando un nuovo mercato per la macchina a vapore. Nel 1926, solo in Inghilterra circolavano oltre 10.000 camion a vapore.

Nel 20° secolo, i motori a combustione interna hanno ottenuto un enorme vantaggio grazie ad un rendimento molto migliore, ma la produzione di motori a combustione interna non si è del tutto interrotta fermata del tutto. Dopo la fine della Seconda Guerra Mondiale, a causa della scarsità di carburante, molte fabbriche tornarono temporaneamente all’energia a vapore.

Tuttavia, la tecnologia svanì nell’oscurità fino a quando l’interesse per essa riemerse durante la crisi petrolifera degli anni 70. Inoltre, gli scienziati credevano che il motore a vapore potesse competere con i motori a combustione interna come soluzione rispettosa dell’ambiente che poteva essere controllata meglio e aveva emissioni migliori. Purtroppo la macchina a vapore non rappresenta attualmente una valida alternativa al trasporto su strada.

Principio di funzionamento

Un motore a vapore converte in modo indiretto l’energia immagazzinata nei combustibili fossili o in qualsiasi altro combustibile in energia cinetica.

Bruciando il combustibile nella caldaia, si genera calore che trasforma l’acqua accumulata nell’impianto in vapore. Un mezzo ad alta pressione e alta temperatura viene utilizzato dal motore per produrre lavoro meccanico.

L’elemento direttamente collegato al fattore trainante è il pistone montato saldamente nel cilindro. Utilizzando un distributore opportunamente controllato, il vapore ad alta pressione viene diretto sopra o sotto il pistone, costringendolo a muoversi continuamente. Questo movimento su e giù viene convertito dalla biella in un movimento alternativo, in modo che sia possibile anche il movimento rotatorio.

Il vapore caldo ad alta pressione si espande e si raffredda durante il funzionamento. Quindi, dopo la decompressione, lascia il sistema; questo spiega perché una macchina a vapore utilizza molta acqua.

Curva di coppia

La coppia iniziale di un motore a vapore è il doppio della coppia alla massima velocità. Ciò significa che in pratica non è necessario un cambio, a meno che non vi siano requisiti speciali per l’accelerazione o la velocità massima. Le auto a vapore realizzate in genere non avevano cambi con più di tre marce. Come un motore elettrico, può funzionare anche nella direzione opposta, quindi può essere utilizzato anche per frenare. La frizione non è necessaria per l’avviamento.

Prestazioni, consumi

L’efficienza rappresenta ancora il più grande ostacolo alla diffusione del motore a vapore nelle autovetture. Per molto tempo i progettisti sono riusciti a raggiungere un’efficienza termica massima del 10% e le versioni più moderne raggiungono dal 15 al 30%, almeno secondo i produttori.

Per raggiungere un’efficienza competitiva e quindi un consumo competitivo è necessario utilizzare temperature del vapore di almeno 600°C. Questo non è un problema per una turbina a vapore, ma nei motori a vapore installati sulle comuni automobili costituirebbe un grosso ostacolo a causa della necessità di una buona e costante lubrificazione del pistone. La tecnologia necessaria per raggiungere questo obiettivo è attualmente sconosciuta.

Carburante

Quando si pensa ai motori a vapore viene subito in mente la tutela dell’ambiente.

Tuttavia, non bisogna ignorare il fatto che il carburante stesso è coinvolto solo indirettamente nel funzionamento, per un motore a vapore non importa come vengono generate la temperatura e la pressione del vapore. Pertanto, l’ambito di usabilità è estremamente ampio, il che offre molte opportunità per rendere il sistema rispettoso dell’ambiente.

Costi

Il costo di ogni kilowatt prodotto da un motore a vapore è molto più elevato di quello di un motore a combustione interna, compresi i costi di produzione, riparazione e spazio. Ai prezzi odierni, il prezzo di un’auto a vapore prodotta in serie sarebbe molte volte superiore a quello della sua concorrente elettrica alimentata a batteria.

Vagoni a vapore completati

Come accennato in precedenza, in passato erano in uso molte automobili a vapore, prodotte in migliaia.

Uno di questi è la Locomobile, apparsa all’inizio del secolo e poteva essere acquistata per 750 dollari USA, ma possiamo citare anche la Doble Model E del 1924 o la Paxton Phoenix del 1953.

Nel 2009, la Inspiration ha stabilito un nuovo record di velocità, raggiungendo i 238.679 km/h.

Come potete vedere, l’interesse per la propulsione a vapore non è mai scomparso del tutto, ma è improbabile che entri presto nella tecnologia automobilistica tradizionale.