Motori primi, energia e globalizzazione – Parte 9 – Il motore diesel

di Mario Giardini

A differenza di Herr Otto, Rudolf Christian Karl Diesel aveva un titolo ed una preparazione scolastica formale, ottenuta presso la Technische Hochschule di Monaco, da dove uscì laureato in ingegneria nel gennaio 1880.

Nato nel 1858, la sua era una famiglia tedesca di emigrati stabilitisi a Parigi otto anni prima, che fabbricava oggetti in cuoio. Lo scopo di tutta la sua vita fu quello di costruire il miglior motore endotermico mai progettato.

Un motore i cui principi di funzionamento gli furono ispirati dalla lettura dei lavori di Sadi Carnot sul funzionamento delle “macchine termiche”. Diesel era spinto, come tutti, dal desiderio di conquistare il successo mondano, l’accettazione sociale, e l’arricchimento.

Ma anche dall’autentico desiderio di realizzare un nuovo meccanismo che diventasse il “motore primo universale”. Da impiegare largamente nell’industria, ed in tutte le attività umane, ma in modo innovativo.

Il motore doveva essere piccolo, di basso costo, facile da usare. Doveva essere usato praticamente da tutti: dentisti, tornitori, massaie. Doveva fornire potenza per macchine da cucire, biciclette, sedie a rotelle, e ai mille e mille impieghi che potevano immaginarsi.

Doveva, in una parola, diventare un elemento che rivoluzionasse anche il concetto di industria, ne facilitasse la decentralizzazione, ne riducesse le dimensioni ciclopiche che andava assumendo, e frenasse la corsa all’urbanizzazione, origine di giganteschi problemi sociali e politici. C’era, nel lavoro di Herr Diesel, un generoso e indubitabile  impegno sociale, raro fra gli inventori dell’epoca.

Diesel non lo sapeva, ma già qualcun altro aveva raggiunto l’obbiettivo da lui perseguito. Un signore di nome Nikola Tesla, che nel 1888 aveva brevettato il primo motore elettrico.

Prima di cimentarsi nella costruzione del suo motore, Diesel procedette, da bravo ingegnere, a gettare le fondamenta teoriche per la nuova macchina. La cosa lo occupò tre anni. Nel 1892 fu pronto a iniziare la costruzione del prototipo.

Era un mono-cilindro destinato inizialmente all’insuccesso, semplicemente perché alcuni dei parametri di progetto erano al di fuori delle possibilità realizzative del tempo. Come la pressione finale nella fase di compressione, fissata intorno alle 240 – 250 atmosfere: nessun materiale e nessun processo di fabbricazione permettevano, in quel tempo, di raggiungere quelle pressioni, e le temperature relative.

Il motore Diesel è un motore endotermico e funziona, grosso modo, come un motore a benzina. Come quest’ultimo, può essere a due o a quattro tempi. Ma, a differenza del motore a ciclo Otto, invece si aspirare e comprimere una miscela di aria e benzina, aspira solo aria. Il carburante viene iniettato nel momento in cui si raggiunge il massimo valore di compressione.

Concettualmente, è un’idea semplicissima. E geniale. I cui vantaggi principali sono sostanzialmente quattro.

Primo: comprimendo solo aria, si superano le limitazioni (gravissime negli anni di fine ‘800) dovute all’uso di una miscela aria-benzina, che detona quando l’aumento di temperatura indotto dalla compressione supera il valore di ignizione della miscela stessa. La detonazione rende irregolare il funzionamento, e talvolta provoca guasti severi.

Secondo: si può, per la stessa ragione, comprimere di più, e quindi aspirare un maggior quantitativo di aria, cioè di ossigeno, per ogni ciclo, a parità di dimensioni dei cilindri. Ciò significa, a parità di ogni altra condizione, poter bruciare più carburante nell’unità di tempo. Cioè, maggiori potenze.

Terzo: posso usare per il funzionamento combustibili più “poveri” delle benzine. Di fatto, si usa l’olio combustibile (gasolio) per motori Diesel.

Questo combustibile, rispetto alle benzine, ha un costo di produzione minore (è un residuo della distillazione del petrolio) ed ha un peso specifico maggiore. Infatti, le benzine pesano intorno ai 710 – 740 gr/litro. Un olio combustibile per diesel sta intorno a 830 g/l.

Poiché l’energia sviluppata all’interno del motore è in funzione della massa, cioè del peso del combustibile bruciato, gli oli per diesel forniscono, a parità di condizioni, circa un 12% in più di energia per ogni kg.

E questo rappresenta il quarto vantaggio: il diesel è intrinsecamente un motore a rendimento termico totale più elevato.

Il primo motore costruito e funzionante vide la luce nel 1897. Da subito si dimostrò un 25% più efficiente del miglior motore a benzina allora disponibile (+ 41% nel 1911).

Non c’è medaglia senza il suo rovescio. Ad una maggiore efficienza corrisponde, come aspetto negativo, il maggiore peso e le maggiori dimensioni. Che sono aspetti visibili anche oggi.

E’ lungo ripercorrere l’affermarsi del Diesel in due settori specifici, quello di generazione di elettricità (il suo primissimo campo di applicazione su larga scala) e quello della propulsione marina.

La prima nave a usare un Diesel per la propulsione fu una piccola petroliera appartenente alla Nobel Petroleum Company, che navigava nel mar Caspio e lungo il Volga. Aveva una potenza di appena 89 kW, ma siccome i diesel dell’epoca non avevano la “retromarcia” (cioè il moto rotatorio dell’albero motore non era reversibile), veniva usato per muovere un generatore di corrente continua, che, a sua volta, muoveva un motore elettrico e, finalmente, le eliche.

Primo esempio in assoluto di propulsione mista diesel-elettrica, ma non unico: oggi sono assai diffuse.

Ma fu il Selandia, varato nel 1911, a inaugurare il Diesel sulle rotte oceaniche delle navi mercantili.

Apparteneva alla società East Asiatic Company, trasportava un carico totale (dwt) intorno alle 6800 tonnellate, e copriva la rotta Scandinavia – Tailandia, via Genova e Canale di Suez. Era propulsa da due motori a 8 cilindri, 4 tempi, da 783 kW (circa 1100 hp), da 140 giri/min, costruiti dalla Burmeister & Wain, licenziatari MAN per la Danimarca.

L’ascesa del diesel per propulsione marina è impressionante. Un anno dopo il varo della Selandia erano già in costruzione navi per un totale di potenza installata pari a 1.720.000 hp, cioè oltre 800 volte la potenza dei sue due motori. Nel 1939, un quarto della marina mercantile mondiale era propulsa da motori diesel.

Rudolf Diesel non ebbe una vita facile. Tormentato sin da giovane da terribili mal di testa, fu un uomo costretto a lottare la vita intera contro la malattia e un mondo che gli si rivelò assai ostile negli anni che seguirono all’invenzione del suo motore. Ebbe a subire molti e gravissimi rovesci commerciali e tecnici.

In nessuno dei mercati principali da lui immaginati si finì per adottare il suo motore. Molto spesso fu attaccato e denigrato sul piano personale. Sull’orlo del fallimento, finì suicida per annegamento nel settembre del 1913, durante una traversata del Canale della Manica a bordo del Dresden.

Molti decenni sarebbero passati prima del definitivo successo del suo motore. Che però è indubitabile.

Delle oltre 100 000 navi commerciali che oggi solcano gli oceani, solo meno del tre per cento sono propulse con turbine a vapore. La quasi totalità del trasporto pesante su terra va a diesel. Una buona parte delle automobili in Europa anche. Quasi tutte le macchine in agricoltura, per il movimento terra e per impieghi gravosi, sono propulse da motori diesel. Poco nota è la ancora larghissima diffusione del diesel nel settore ferroviario.

Le applicazioni “stazionarie” sono innumerevoli. E’ un motore largamente usato negli impianti di generazione di elettricità, dove raggiunge potenze dell’ordine del GW.

Infine, piccoli motori diesel sono disseminati a centinaia di migliaia, o forse milioni, come generatori di elettricità di emergenza.