Automobile a vapore

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Una Stanley a vapore del 1912

L'automobile a vapore è un tipo di autovettura mossa da un motore a vapore.

Agli albori della storia dell'automobile, queste vetture erano primeggianti sia sulle auto elettriche che sui modelli con motore a combustione interna[1]. Fino all'inizio del XX secolo, le automobili a vapore erano infatti ancora relativamente comuni e registrarono, tra l'altro, un record di velocità terrestre assoluto[2]. La "Stanley Rocket", nel 1906, fu infatti il primo veicolo terrestre a superare i 200 km/h[3][4]. Da un punto di vista storico, le auto a vapore stabilirono altri importanti primati. Una vettura a vapore, il carro di Cugnot, fu la prima automobile mai realizzata nella storia, mentre la prima patente automobilistica emessa venne associata ad un'auto con questo tipo di trazione[5][6]. Alcune vetture a vapore furono poi fornite all'esercito britannico durante la seconda guerra boera. Per tale motivo, esse diventarono le prime autovetture al mondo ad essere utilizzate in un conflitto armato[7].

Dopo il successo iniziale, furono però poche le vetture a vapore costruite dopo gli anni venti del XX secolo[8]. Grazie ai progressi tecnologici compiuti all'inizio del XX secolo sulle auto a combustione interna - come l'invenzione del motorino di avviamento e l'applicazione di tecniche produttive più efficienti (la "catena di montaggio") - i modelli con questo tipo di trazione conquistarono infatti il predominio sui mercati rendendo obsolete ed anacronistiche le auto a vapore[1][8][9]. Sorte analoga toccò poi alle auto elettriche, che pagarono invece l'arretratezza della tecnologia connessa alle batterie[10].

Nella seconda metà del XX secolo ci sono stati invece dei tentativi per reintrodurre i veicoli a vapore con tecnologie moderne. Questi progetti sono però ancora in fase di studio[11].

Storia[modifica | modifica sorgente]

Le origini[modifica | modifica sorgente]

Il carro di Cugnot, la prima automobile della storia. Era mossa da un motore a vapore e venne introdotta nel 1769

Sebbene le prime applicazioni del vapore nella movimentazione di veicoli siano state tentate nel XVII secolo e benché l'invenzione della prima automobile della storia (il "carro di Cugnot", che funzionava con questo tipo di trazione) sia datata 1769, fu l'introduzione del motore con vapore ad alta pressione - a cavallo del XVIII e XIX secolo - che rese possibile la realizzazione pratica di questa tecnologia[5][12]. Le locomotive ed i battelli a vapore furono infatti sviluppati tra i due secoli citati, e quindi vennero realizzati molto tempo prima delle vetture con motori a combustione interna[9]. Il primo battello con questo tipo di trazione fu infatti costruito nel 1783, mentre la prima locomotiva ferroviaria a vapore venne realizzata nel 1803[13].

Le autovetture leggere con motore a vapore e quelle a combustione interna furono invece sviluppate contemporaneamente a metà del XIX secolo, così come la relativa ingegneria e la costruzione di strade[14]. L'evoluzione delle autovetture a vapore venne però facilitata dalla vasta esperienza sui motori a vapore che era stata fatta sia sulle locomotive che sui battelli, e quindi i veicoli mossi da questo tipo di trazione ebbero un vantaggio iniziale su quelli dotati di motore a combustione interna[15].

Le prime automobili a vapore[modifica | modifica sorgente]

La Bollée Obeissante del 1873

Già attorno al 1857 l'inventore Richard Dudgeon stupiva i newyorkesi andando dalla sua abitazione al posto di lavoro conducendo una carrozza a vapore[16]. Ma la prima autovettura a vapore moderna in grado di circolare lungo le strade fu inventata da Innocenzo Manzetti nel 1864[17][18]. Secondo le cronache dell'epoca, aveva l'aspetto di un furgone[19]. Nella parte anteriore del veicolo erano presenti il camino dei gas di scarico ed il motore monocilindrico, mentre sopra quest'ultimo era posizionata la caldaia[19]. La trazione era anteriore, e la panchina su cui potevano trovare spazio i passeggeri era posizionata nella parte posteriore della vettura[19].

Nel 1873 Amédée Bollée costruì invece a Le Mans un veicolo con motore a vapore a cui fu dato il nome di Obeissante[6]. Ad esso, il ministero dei lavori pubblici francese assegnò un permesso di circolazione, che fu pertanto la prima patente automobilistica della storia[6]. L'autovettura era dotata di due motori V2, ciascuno dei quali era collegato ad una ruota motrice[6]. Ognuno dei propulsori erogava 20 CV di potenza e permetteva al veicolo di raggiungere una velocità massima di 42 km/h[6].

Lo sviluppo - ad opera di Léon Serpollet - di una caldaia caratterizzata dalla riduzione del tempo necessario per raggiungere le condizioni operative, portò invece alla realizzazione di tricicli e quadricicli a vapore tra la fine degli anni ottanta e l'inizio degli anni novanta del XIX secolo[20][21]. Questi veicoli ebbero successo e presero parte anche a competizioni di lunga distanza, ma presto persero il favore del pubblico - in queste gare - a causa della concorrenza delle automobili con motore a combustione interna[21].

Nel 1892, il pittore svedese Jöns Cederholm e suo fratello André, che di mestiere faceva il fabbro, progettarono invece un'automobile a vapore a due posti; nel 1894 introdussero anche un condensatore di nuova concezione, ma la vettura non ebbe successo[22].

Le automobili a vapore all'inizio del XX secolo[modifica | modifica sorgente]

La White Model M 40, auto ufficiale del presidente degli Stati Uniti
Una Doble a vapore

Le automobili a vapore moderne furono sviluppate principalmente negli Stati Uniti d'America tra gli ultimi anni del XIX secolo e l'inizio del XX secolo[23]. Questo fu anche il loro periodo di maggior successo; infatti, ad esempio, nel 1902, 485 delle 909 registrazioni di nuove automobili negli Stati Uniti erano di vetture a vapore[22].

Una delle aziende più famose che costruivano automobili a vapore fu la Stanley, che fu attiva dal 1902 al 1924 a Newton, nel Massachusetts[24]. Negli Stati Uniti, fino al 1905 la Stanley superò nelle vendite tutte le case automobilistiche che assemblavano auto con motore a scoppio, posizionandosi al secondo posto assoluto dopo la Columbia, che produceva invece auto elettriche[22]. Le autovetture della Stanley avevano installato una caldaia a tubi che forniva la potenza per muovere un motore a due cilindri a doppia azione[25]. Nel 1906, la "Stanley Rocket", pilotata da Fred Marriott, conquistò il record di velocità terrestre a Ormond Beach, in Florida, registrando una velocità massima di 205 km/h[26]. La "Stanley Rocket" fu quindi il primo veicolo terrestre a superare i 200 km/h[3]. Tale primato fu battuto da un'altra automobile a vapore solo 103 anni dopo, nel 2009[27]. Tale era la diffusione delle auto con questo tipo di trazione, che una vettura Stanley fu la prima automobile ufficiale del presidente degli Stati Uniti d'America[28]. Nello specifico, venne scelta come auto di rappresentanza durante il mandato di Theodore Roosevelt[28].

La White Motor Company produsse invece automobili a vapore dal 1900 al 1911 a Cleveland, nell'Ohio[29]. Questa casa automobilistica introdusse nel 1902 una novità per il generatore di vapore[29]. Grazie all'installazione di un condensatore, la caldaia ora riciclava i vapori esausti[29]. Nel 1909 il neoeletto presidente degli Stati Uniti d'America William Howard Taft, che succedette a Theodore Roosevelt, scelse invece come auto ufficiale una White Model M 40 torpedo a sette posti a vapore[30]. Dopo la aver deciso di interrompere la produzione delle auto con questo tipo di trazione, la White iniziò a fabbricare auto con motore a combustione interna (1910) e veicoli commerciali (1918)[29].

Fred Marriott sulla Stanley a vapore che infranse il record di velocità terrestre

I tentativi più importanti per rendere più avanzate le auto a vapore furono operati invece dalla Doble, che riuscì a ridurre i tempi di avviamento introducendo una caldaia monotubo che era in grado di preriscaldare una piccola quantità di acqua facendo partire il motore prima che venisse scaldata l'intera quantità di liquido[31]. Entro il 1923, le Doble erano in grado di partire da freddo girando una chiave e avviandosi in meno di 30 secondi[32]. Abner Doble, fondatore della Doble, anche dopo la chiusura dell'azienda da lui costituita, non uscì dal mondo delle auto con questo tipo di trazione e sviluppò in via sperimentale, tra il 1950 ed il 1953, l’Ultimax, ovvero un motore a vapore per la McCullough-Paxton[33].

La Locomobile, Casa automobilistica inizialmente con sede a Watertown, nel Massachusetts, fabbricò alcune migliaia di modelli a vapore dal 1899 al 1904[34]. Quando la compagnia cessò la produzione di veicoli con questo tipo di trazione, iniziò quella di automobili di lusso con motori a combustione interna[35]. Nel 1922 fu acquistata dalla Durant Motors e chiuse i battenti nel 1929 per le basse vendite di autovetture[35]. Durante la seconda guerra boera la Locomobile fornì alcuni veicoli all'esercito britannico. Per tale motivo, le Locomobile furono le prime autovetture al mondo ad essere utilizzate in un conflitto armato[7].

Nel 1900 la American Bicycle Co di Toledo, nell'Ohio, creò invece la "Toledo Steam Carriage", che era mossa da un motore da 6,5 hp di potenza[36]. Nel settembre del 1901 due esemplari di questa vettura furono iscritti alla gara di durata New York to Buffalo Endurance Contest[37]. Uno di essi arrivò terzo nella propria categoria, anche se questa parte di gara venne cancellata dopo la diffusione della notizia dell'assassinio del presidente degli Stati Uniti William McKinley[37]. La produzione di auto a vapore Toledo terminò nel 1903, dopo di cui la compagnia concentrò gli sforzi sulla fabbricazione di modelli a benzina sotto il nome di Pope-Toledo[37].

L’Endurance steam car è stata invece un'automobile a vapore costruita negli Stati Uniti dal 1923 al 1924[38]. La compagnia produttrice aveva sede a Los Angeles e realizzò un modello a cinque posti che era dotato di freni a disco[38]. Questa auto a vapore era in vendita a 1.885 dollari[38].

Il declino e la scomparsa[modifica | modifica sorgente]

Una Stanley a vapore del 1923

Le vetture a vapore cominciarono a perdere popolarità nei confronti delle automobili con motore a combustione interna dopo l'adozione del motorino di avviamento da parte di queste ultime[1]. Infatti, fino ad allora, per l'auto a vapore esisteva il vantaggio di essere "avviata" con un cerino (che accendeva il bruciatore)[39], anche se per poi azionare il mezzo occorreva aspettare qualche minuto. L'avviamento a manovella delle prime auto a combustione interna era invece complicato, scomodo, faticoso, ed anche pericoloso[40].

In breve anche l'auto a vapore ebbe l'accensione elettrica[41], ma in realtà il problema principale di questo tipo di vetture era collegato al fatto che - con la tecnologia del tempo - il motore a vapore era molto pesante e, in aggiunta, era di difficile gestione l'enorme condensatore che era continuamente intasato da gelatine carboniose prodotte dalla miscela del vapore con i liquidi lubrificanti[15][42][43]. Inoltre, persisteva il problema del tempo necessario per raggiungere le condizioni operative e per far muovere - di conseguenza - l'auto partendo da condizioni fredde[44].

L'introduzione dell'avviamento elettrico nel 1912 su modelli Cadillac - che rese possibile una partenza dei motori a combustione interna semplice ed immediata - e l'invenzione della catena di montaggio applicata a modelli con questo tipo di trazione - che decretò invece un cospicuo abbattimento dei costi - causarono la scomparsa delle auto a vapore[1][8][9][45].

La tecnologia delle automobili a vapore[modifica | modifica sorgente]

Una caldaia di una Stanley Serie 740 del 1924. Sulla destra, il condensatore

Il motore a vapore è una tipologia di propulsore a combustione esterna. Pertanto differisce da quello a combustione interna per il fatto che il carburante viene bruciato fuori dal propulsore vero e proprio[9]. Sulle autovetture con questo tipo di trazione il cuore del sistema di trazione è il generatore di vapore (o caldaia), il cui compito è quello di produrre il vapore necessario per far muovere il motore. Nello specifico, il vapore viene generato dal calore prodotto dalla combustione di un carburante, che avviene in un bruciatore[9][46]. Per far sì che il motore poi produca movimento, il vapore deve essere generato a condizioni operative specifiche (ovvero ad una certa pressione) ed in quantità sufficiente[46]. Dopo essere stato prodotto, il vapore è quindi inviato al motore vero e proprio, dove genera energia meccanica grazie al movimento dei pistoni[46]. Come ciclo termodinamico, il motore a vapore descrive un ciclo di Rankine[9].

Sulle auto a vapore dell'inizio del XX secolo, la caldaia rappresentava il componente di maggior peso della vettura, e questa massa era superiore a quella generata dal gruppo formato dal cambio e dalla frizione dei veicoli con motore a combustione interna[47]. Grazie infatti alla grande coppia motrice che era fornita a tutti i regimi, il propulsore a vapore era connesso direttamente alle ruote motrici senza l'utilizzo dei due componenti meccanici citati (le automobili con questo tipo di trazione, una volta che la pressione operativa era raggiunta, potevano infatti essere avviate con una considerevole accelerazione perché l'energia era immagazzinata in caldaia grazie al vapore, e quindi la potenza era erogabile in pieno in qualunque momento ed a qualsiasi regime[9][47])[25]. Oltre a ciò, anche le grandi ventole di raffreddamento associate al propulsore a vapore pesavano più del cambio e della frizione delle auto con motore a combustione interna[48]. Nel complesso, questo maggior peso annullava il vantaggio che aveva il propulsore a vapore di funzionare senza il cambio (ad auto immobile il motore era fermo, e quindi non sprecava energia con la rotazione in folle)[48]. Dalla massa superiore conseguiva anche il fatto che le vetture a vapore fossero di norma più pesanti delle auto con motore a combustione interna, e quindi la loro conduzione richiedeva più attenzione da parte del guidatore[47][42].

Un motore a vapore di una Stanley. Si possono notare i pistoni ad alta pressione

Un'altra restrizione importante del motore a vapore dei modelli di inizio XX secolo era il rifornimento d'acqua per la caldaia. All'epoca, infatti, il liquido citato doveva essere trasportato e aggiunto frequentemente perché le vetture prodotte fino ai primi anni del XX scaricavano il vapore nell'atmosfera[47]. Per evitare questi frequenti rabbocchi, sui modelli successivi, venne installato un condensatore, cioè un'ulteriore apparecchiatura, piuttosto ingombrante, pesante e che dava anche molti inconvenienti, il cui scopo era quello di condensare e riciclare il vapore esausto[47][49]. Il condensatore aveva l'aspetto del radiatore delle auto a combustione interna ma, rispetto ad esso, aveva delle dimensioni maggiori che erano dovute al tenore dello scambio termico; quest'ultimo, infatti, doveva essere - oltre che maggiore - anche più veloce[48].

Oltre a quelli menzionati, per le auto a vapore dei primi anni del XX secolo c'era però un altro grande problema: il tempo necessario per raggiungere le condizioni operative. Serviva infatti oltre un minuto per ottenerle e far sì che il motore si avviasse[11]. Per risolvere questa limitazione, sui modelli prodotti in seguito fu sviluppato un tipo di caldaia dove i tempi di raggiungimento della temperatura di esercizio erano molto più brevi rispetto a quelli di una tradizionale, dato che in essa veniva scaldata una piccola quantità di acqua[50]. Quest'ultima forniva infatti al propulsore l'energia sufficiente per far partire il veicolo prima che venisse scaldata l'intera quantità di liquido[50]. Nel caso di automobili a vapore prodotte in seguito dalla Doble, era presente anche un sistema di accensione del bruciatore che funzionava a gasolio e che velocizzava ulteriormente questa fase[51].

L'automobile a vapore aveva però molti vantaggi. Il motore (esclusa la caldaia) era infatti molto più piccolo e leggero di quello a combustione interna[9]. Era anche meglio adatto a girare ad una velocità più elevata e richiedeva una trasmissione più semplice rispetto a quella richiesta da una vettura con motore a combustione interna dato che mancavano, come già accennato, il cambio di velocità e la frizione[1][9]. L'auto era inoltre molto più silenziosa anche senza marmitta (nel motore non si verificavano infatti degli "scoppi")[9]. Un altro indubbio vantaggio del motore a vapore, oltre alla silenziosità, era che in tale propulsore la combustione era continua e quindi il bruciatore poteva essere configurato in modo tale da averla ottimale minimizzando l'inquinamento atmosferico grazie alle basse emissioni di monossido di carbonio, di ossidi di azoto e di idrocarburi incombusti negli scarichi[9].

Le automobili a vapore moderne[modifica | modifica sorgente]

Dopo essere scomparse dal mercato per decenni, le automobili con questo tipo di trazione sono ricomparse, nello stadio di prototipo, nella seconda metà del XX secolo. Il motore a vapore, infatti, se prodotto con tecnologie moderne, presenta molte caratteristiche che potrebbero renderlo valido come sistema di propulsione alternativa[11].

La tecnologia dei motori a vapore moderni[modifica | modifica sorgente]

La novità principale dei motori a vapore contemporanei, rispetto a quelli dell'inizio del XX secolo, è quella della riduzione del peso dei componenti che costituiscono il sistema di propulsione[9]. Grazie al progresso tecnologico, è stato infatti possibile rendere modeste le dimensioni del generatore di vapore e del condensatore[9]. Ciò è stato ottenuto riducendo drasticamente la massa del fluido di lavoro (l'acqua), aumentando nel contempo la superficie di scambio termico e migliorando - in generale - l'efficienza del generatore[9]. Le strumentazioni moderne rendono agevole la possibilità di regolare la combustione e l'alimentazione dell'acqua e quindi - di conseguenza - anche la produzione di vapore in maniera molto accurata (cioè lo si può ottenere ad una temperatura e ad una pressione molto precise)[9]. Sistemi di rilevamento strumentale possono anche rendere veloce l'adattamento dei parametri operativi a quelli ottimali, che sono infatti legati alle condizioni di guida[9].

Con l'avanzamento della tecnologia, questo tipo di propulsore non è più affetto dal problema del tempo necessario per l'avvio, che è infatti diventato di pochi secondi[11]. Inoltre, il motore a vapore è tecnicamente molto più svincolato dalle caratteristiche del combustibile usato di quanto lo sia quello a combustione interna[9]. La combustione continua (non "a scoppi"), controllata strumentalmente e condotta in maniera ottimale, oltre a ridurre al minimo l'inquinamento, permette anche l'uso di vari combustibili ecocompatibili con le vigenti norme antinquinamento (ad esempio, oli vegetali grezzi, alcoli, ecc.)[9][11].

In aggiunta, rispetto a quelli a combustione interna, i motori a vapore forniscono un rendimento superiore ed inoltre non necessitano, come già menzionato, di una trasmissione complessa[9][15]. Quando l'auto è ferma, ad esempio ad un semaforo, la caldaia funziona in modalità "stand-by" (ovvero nelle condizione di mantenimento di temperatura e pressione del vapore) ed il motore è fermo; per tale motivo il sistema, a differenza dell'unità motrice delle auto con motore a combustione interna, consuma pochissima energia e non produce rumore[9].

Di fatto, nei moderni motori a vapore, non esiste più una "caldaia" nel senso comune di come si immagina tale oggetto, ma il generatore di vapore consiste in una serie di evaporatori che sono costituiti da fasci di tubi molto sottili oppure da altri dispositivi ad elevatissima superficie di scambio che contengono pochissima acqua[9]. L'acqua ed il vapore sono contenuti in un circuito ermeticamente sigillato e quindi non è necessario il benché minimo rabbocco del fluido di lavoro[52].

Visto che nei motori a vapore moderni è fatto largo uso di materiali speciali, viene reso inutile l'uso di lubrificanti convenzionali ricavati dal petrolio perché la funzione lubrificante è svolta in modo eccellente dallo stesso fluido di lavoro, sia sotto forma di acqua che di vapore[9][53]. Nel motore a vapore, l'olio minerale di lubrificazione è stato infatti in passato il principale motivo di danni, inaffidabilità e malfunzionamento dato che esso, dopo essersi emulsionato con l'acqua e col vapore, veniva a contatto con superfici roventi e si carbonizzava rapidamente[54]. I residui carboniosi depositati sulle superfici di scambio danneggiavano poi la trasmissione del calore ed otturavano i tubi del condensatore costringendo a continue fasi di manutenzione[43][54].

I prototipi prodotti[modifica | modifica sorgente]

In seguito alla crisi energetica del 1973 la Saab mise a punto un progetto, iniziato l'anno successivo sotto la guida di Ove Platell, per realizzare un'auto a vapore[55][56]. Fu costruito un prototipo che possedeva una caldaia costituita da un circuito multi-parallelo di tubi sottili aventi un diametro interno di circa un mm[55]. Questo generatore di vapore produceva una potenza di 250 hp ed aveva le dimensioni di una batteria per automobili[55][56]. Per poter permettere al prototipo un avvio immediato, venne previsto un sistema propulsivo ausiliario ad aria compressa[56]. Il motore a vapore era dotato di nove cilindri[55].

Una delle auto a vapore costruite da Pellandine

Tra il 1973 ed il 1974 il designer di automobili inglese Peter Pellandine produsse la sua prima vettura con questo tipo di trazione in Australia con marchio Pellandini Cars[57]. Il progetto era frutto di un contratto con il governo dell'Australia Meridionale[57]. Il telaio e la monoscocca erano in fibra di vetro, mentre la meccanica era basata su quella della Morris 1100 e della Mini[57]. Nel 1977 Pellandine, dopo essere tornato in patria, costruì una seconda vettura a vapore, la Pelland Mark II Steam Car, questa volta con il marchio Pelland Engineering[57][58]. Il motore di quest'ultimo prototipo era a tre cilindri a doppia azione con configurazione a W[58].

Negli anni novanta del XX secolo, una consociata del gruppo Volkswagen operante nel settore di ricerca e sviluppo, la Enginion AG, ha progettato e realizzato un motore a vapore chiamato ZEE ("Zero Emissions Engine", cioè "motore a zero emissioni")[15][59]. Questo propulsore produceva vapore quasi istantaneamente senza l'utilizzo di fiamma libera e non aveva bisogno di oli lubrificanti, dato che per questo scopo era utilizzato il vapore stesso[59][60]. Il motore produceva 220 hp di potenza e le camicie dei cilindri erano realizzate in materiale ceramico[59][60]. Questo propulsore era inoltre caratterizzato da emissioni inquinanti molto basse e da un rendimento superiore a quello dei comuni motori a combustione interna[11]. Comunque la Enginion AG si rese conto che il mercato non era pronto per le auto a vapore, e preferì procedere allo sviluppo del motore "Steamcell", ovvero di un generatore di energia e di calore (cogenerazione) basato su un principio analogo[60][61]. Infatti, la compagnia non riuscì a convincere nessuna azienda a produrre in serie il proprio motore a vapore[59].

Il 25 agosto 2009 la British Steam Car Challenge batté invece il record di velocità terrestre che era ancora valido per i veicoli a vapore e che resisteva dal 1906 quando fu registrato, come già accennato, da una Stanley Steamer[3]. Il nuovo primato fu di 225,055 km/h e venne realizzato alla Edwards Air Force Base, nel deserto del Mojave, in California[62][63]. La vettura fu guidata da Charles Burnett III[63]. Nello specifico, dato che questi record di velocità terrestre della FIA sono basati sulla media di due passaggi percorsi in direzioni opposte in un periodo di tempo di un'ora[63], la velocità massima raggiunta e registrata nel record citato fu ottenuta considerando i 219,037 km/h del primo passaggio ed i 243,148 km/h del secondo[62]. Nel giorno stesso, il record fu confermato dalla FIA[62]. Il giorno successivo, Don Wales, nipote di Malcolm Campbell, condusse la stessa vettura durante un nuovo tentativo raggiungendo questa volta una velocità media di 238,679 km/h infrangendo un nuovo record su due partenze consecutive calcolate questa volta sulla distanza di un chilometro[62]. Anche questo primato fu registrato dalla FIA[62].

Note[modifica | modifica sorgente]

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Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • (EN) Wise David Burgess, Locomobile: British Steam-Car Pioneers, London, World of Automobiles, 1974.

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