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Titolo: [old press] Tecnologia BMW

http://www.omniauto.it/magazine/articolo/1272/bmw_turbosteamer.html
BMW Turbosteamer
20 Dicembre 2005  |  Mario Testa 
Ci risiamo! BMW dimostra ancora una volta il suo "attaccamento" al motore a
pistoni presentandone l'ennesima evoluzione: il Turbosteamer. Questo
sistema equipaggierà probabilmente in futuro tutti i modelli della casa
bavarese, ed è frutto della filosofia "Efficient Dynamics", secondo cui la
diminuzione di inquinamento e consumi viene perseguita non a scapito, ma
addirittura migliorando prestazioni e piacevolezza di guida: in sintesi
limitando gli sprechi energetici.
Il funzionamento è abbastanza complesso, ma si basa su un principio molto
semplice; seguite il ragionamento: i motori a benzina odierni hanno
rendimenti medi intorno al 15%. Cosa significa?
Che per ogni litro di benzina bruciato all'interno del cilindro, solo il
15% del calore (o energia termica) prodotto viene sfruttato per "spingere i
pistoni" e quindi fare avanzare il veicolo. E che fine fa il restante 85%
del calore? In parte viene ceduto alle pareti del cilindro, e quindi al
sistema di raffreddamento, mentre il resto esce dalla camera di combustione
assieme ai gas di scarico (ancora molto caldi) per essere "buttato" in
atmosfera. Perché abbandonare nell'atmosfera tanto calore, sprecando così
tanta energia e quindi potenza? Perché, in un certo senso, la "qualità"
dell'energia termica dipende dalla sua temperatura. Quindi è più semplice
trasformare la stessa quantità di calore in "energia propulsiva" se la
temperatura di questa fonte di calore è di 2000°C anziché 1000°C.
In pratica è conveniente sfruttare l'espansione dei gas caldi all'interno
del cilindro quando questi hanno temperature al di sopra dei 900°C, mentre
sarebbe molto più complicato sfruttare la restante (e rilevante) parte di
calore, che viene semplicemente "espulsa" per poter sfruttare la successiva
combustione.
Una volta che questi gas sono fuori dal cilindro, la loro energia termica
serve solo ad attivare i catalizzatori (che funzionano con temperature
intorno ai 350°C – 500°C). Al massimo si può sfruttare questa energia
ricorrendo alla sovralimentazione tramite turbocompressore. Questo metodo
però, utilizza l'energia dello scarico solo per "pompare" una maggiore
quantità in aspirazione; il risultato è si un incremento delle prestazioni,
ma anche un analogo aumento dei consumi: l'efficienza del motore, in linea
di massima, rimane sempre intorno al famoso 15%!
Nel caso del Turbosteamer invece, l'elevata quantità (nonostante la
relativamente bassa temperatura) di calore dei gas di scarico, insieme a
quello del liquido refrigerante, viene "trasferito" ad una sorta di "motore
secondario", indipendente da quello principale a pistoni e capace di
racimolarne ancora qualche kW di potenza. Tramite degli scambiatori di
calore inseriti sulla linea di scarico e sulla linea di refrigerazione, una
certa quantità d'acqua viene così riscaldata fino a diventare vapore ad
alta pressione. Ecco quindi che la stessa energia termica "scartata" dal
motore principale ed altrimenti "gettata via" viene "convogliata" su due
piccole turbine, le cui pale raccolgono il getto di vapore trasformando lo
scarto di calore in energia meccanica che contribuisce alla propulsione del
veicolo. L'asse delle turbine è infatti collegato, tramite cinghie di
trasmissione, direttamente all'albero motore al quale fornisce una spinta
supplementare.
In termini numerici, si riescono ad ottenere "gratis" degli aumenti di
potenza e coppia motrice pari rispettivamente a 13 CV e 20 Nm. Considerando
le prestazioni del motore della 318i (129 CV e 180 Nm), si tratta di valori
pari al 10% circa rispetto a quelli massimi del motore a pistoni. I consumi
risultano invece diminuiti del 15%, o se preferite il rendimento
complessivo è migliorato del 15%. Sarà interessante capire con quale logica
ed in quale condizioni di funzionamento sia possibile sfruttare questa
spinta ausiliaria, ad esempio se tale spinta si possa avere anche allo
spunto come accade con i motori elettrici.
E' comunque interessante il confronto con le altre motorizzazioni: ad
esempio le prestazioni della 318i con Turbosteamer dovrebbero risultare
confrontabili con quelle della 320i, la quale costa circa 1600€ in più ma
ha dei consumi leggermente superiori. Questi dovrebbero invece risultare
solo poco superiori rispetto alla diesel entry-level, la 318d che costa
2200 € in più rispetto alla 318i ma che ha anche prestazioni inferiori.
Quindi un costo di circa 2000-3000€ sarebbe ben giustificato per questo
sistema (anche se BMW non parla ancora di costi), che non imporrebbe
rinunce ne dal punto di vista prestazionale, ne dal punto di vista delle
spese di gestione.
Quanto alla "messa in produzione", BMW dichiara che già oggi il sistema ha
dimensioni tali da poter essere ospitato anche sulla serie 3; tuttavia pare
che il lavoro di sviluppo, miniaturizzazione ed industrializzazione sia
ancora lungo, visto che si prevede un percorso di almeno 10 anni. Forse
troppi considerando le varie tecnologie – alternative o meno al motore a
pistoni – che prima o poi supereranno lo status di "prototipo".
Il sistema, secondo precise politiche aziendali, sarà destinato a tutti i
modelli BMW, i cui responsabili affermano come "una modesta riduzione dei
consumi ottenuta su tutta la gamma di modelli apporti benefici maggiori per
la collettività rispetto ad una notevole riduzione conseguita soltanto su
un modello di nicchia ". Una provocazione lanciata a chi esibisce
avveneristici prototipi dallo scopo puramente dimostrativo ma privi di
effetti benefici sull'ambiente (almeno fino a quando non saranno messi in
vendita a prezzi competitivi), "snobbando" magari il motore a pistoni (e
tutti i possibili affinamenti)? Probabile.
Ad ogni modo, solo il tempo dirà chi ci ha visto veramente giusto in questa
sfida; noi possiamo solo augurarci che i "maggiori benefici per la
collettività" arrivino ben prima dei 10 anni o più di cui si continua a
parlare in giro... 
-- 
idam faq: 
http://adcserver1.biodip.unimi.it/idam/faq/faq.html

 racimolarne ancora qualche kW di potenza.
Bello, era ora che qualcuno lo relizzasse.
Il sistema -come al solito- sul piano concettuale è tutto tranne che nuovo 
giacché in uso da quasi duecent'anni nei motori a vapore. Il vapore veniva 
fatto espandere solo parzialmente nel primo cilindro a valle del regolatore 
onde evitare caduta eccessiva di temperatura a causa del raffreddamento 
sulle pareti, con perdita di efficienza, e successiva possibile condensa 
sottoforma di goccioline d'acqua sulle pareti stesse con grave rischio per 
la meccanica. Il vapore in uscita dal primo cilindro, detto cilindo di alta 
pressione, solo parzialmente espanso, anziché venir espulso all'esterno e 
sprecato veniva immesso in un secondo cilindro più grande, detto di bassa 
pressione, e ivi lasciato espandere completamente. L'efficienza del sistema 
risultava così migliore e i rischi di condensa in parete minori.
I motori a doppia espansione sono tipici delle locomotive a vapore. Sui 
grandi motori navali o industriali si usavano espansioni più frazionate con 
cilindri di alta, media, bassa e bassissima pressione.
Questo è un piccolo motore a vapore monocilindrico. I numerosi vasetti 
verticali sono gli oliatori delle parti in movimento: cuscinetti radenti e 
volventi:
http://www.linkandpinhobbies.com/Graphics/amb_stat%20steam%20engine.gif
Questa invece è la mitica 691 delle FS italiane, si vedono bene i due 
cilindri: quello piccolo di alta pressione e subito sotto quello grande di 
bassa pressione. No, la caldaia non è un terzo cilindro :-b
http://www.ilmondodeitreni.it/vapore%20-%20file/Gr691.jpg
Qui si vedono meglio, su altra locomotiva, i due cilindri di alta e bassa 
pressione della doppia espansione:
http://www.spoornet.co.za/SpoornetWebContentSAP/images/steam/trans-38.jpg
Questo è un motore industriale a doppia espansione. Bellissimo, notate il 
regolatore centrifugo a sfere contrapposte. Il cilindro di alta pressione è 
in ombra, sul lato opposto:
http://tinyurl.com/oogm9
Questo è il grandioso motore a doppia espansione della centrale Regina 
Margherita che forniva energia alla Tessitura Gavazzi di Desio, ora 
conservato al museo della scienza e della tecnica di Milano:
http://www.museoscienza.org/english/energia/img/regina_margherita_old_big.jpg
Questo è uno splendido modello funzionante di motore a tripla espansione, a 
cilindri verticali:
http://www.kbships.com/Bolton/Completed/FrontView.png
Ciao!
-- 
  Marco Sala
  Cosa c'è di più bello dell'intuizione che improvvisamente illumina
  una lunga, arrovellante, corrosiva, magari nebulosa meditazione e
  finalmente pone fine all'incertezza che sempre accompagna il lavorio
  della mente?  (Dante Giacosa)