Si chiamano motori le macchine che operano la trasformazione dell'energia dalle diverse forme, disponibili in natura, in energia meccanica.
In molti trattati di fisiologia, antichi e recenti, è riferito spesso il termine di meccanica animale, connesso con la descrizione dei fenomeni vitali. Apparecchi motori destinati all'attività della vita vegetativa sono quelli del cuore, dei vasi, del tubo gastroenterico, dei polmoni, ecc. Nel campo della vita di relazione si trovano organi attivi, quali i muscoli scheletrici, e passivi, quali le ossa, le cartilagini, i legamenti, ecc.; tutti questi organi concorrono a formare il più complesso apparato motore della vita di relazione, rappresentato dall'apparato della locomozione (terrestre, acquatica, aerea). Anche nelle macchine utilizzate dall'industria si distinguono gli ordegni attivi, che sono la sede della produzione o sviluppo dell'energia destinata a trasformarsi in lavoro utile, e gli ordegni passivi di trasmissione di essa, rappresentati da leve, da pulegge, da piani inclinati, da pompe, ecc.
D'altra parte concetti e termini meccanici si sono oggi affermati in anatomia e fisiologia, tanto da divenire insostituibili. Per effetto del metabolismo o ricambio dinamico ed energetico, il motore animato trasforma quantità di energia potenziale, penetrante nell'organismo prevalentemente sotto forma di energia chimica degli alimenti, in energia attuale (energia fisiologica, energia vitale) che si manifesta sotto forma di energia calorica e di energia meccanica (movimenti).
Anche le leggi della meccanica sono rispettate dalla macchina animale. A somiglianza delle macchine industriali, si creano in quella animale fatti di misura, che necessitano un restauro.
La fisiologia contemporanea, tra i diversi problemi, si propone anche lo studio meccanico degli esseri viventi, creando "la scienza della macchina animale" (come si esprime J. Lefèvre); una nuova dottrina, la bioenergetica, ha il compito di considerare i motori animati da un punto di vista strettamente meccanico e di applicare concetti e leggi meccaniche all'indagine e all'interpretazione dei fenomeni vitali. Questo nuovo ramo della scienza tenta di penetrare nell'intimità dei processi della vita, immedesimandoli agli stessi processi energetici; fatti e regole della bioenergetica costituirebbero le leggi della vita stessa.
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Motori ad aria compressa
L'aria compressa impiegata come fluido motore agisce generalmente su uno stantuffo mobile di moto alternato in un cilindro (motori alternativi), più raramente sulle pale di una ruota mobile (turbine ad aria compressa).
Il sistema presenta anche il vantaggio di diminuire il consumo di aria sia per il maggiore volume specifico dell'aria preventivamente riscaldata sia per il volume di vapore immesso; e tale vantaggio compensa, entro certi limiti, la maggiore spesa per il riscaldo preventivo. L'energia richiesta da un motore ad aria compressa è data dal lavoro L1 assorbito per la compressione dell'aria misurato per 1 kg. dal ciclo in fig. 2, dove sull'asse delle x sono riportati i volumi specifici.
Se si tiene conto dei rendimenti organici ηoc, ηom, rispettivamente del compressore e del motore, il lavoro motore richiesto Lm e il lavoro utile Lu saranno dati da Lm = L1/ηoc, Lu = L2 ηom da cui il rendimento dell'impianto η = Lu/Lm = L2/L1• ηoc ηom, cioè dal rapporto tra le aree D′E′FA e ABCD moltiplicato per il prodotto dei rendimenti organici.
I motori alternativi ad aria compressa funzionano a pressioni che in generale non superano i 6 ÷ 7 kg./cmq. e trovano le loro principali applicazioni per il comando di piccoli utensili nelle officine meccaniche (martelli pneumatici, chiodatrici, ribaditrici, trapanatrici, magli, ecc.), nelle perforatrici per lo scavo delle gallerie, negl'impianti di posta pneumatica, nelle trasmissioni pneumatiche delle locomotive Diesel, nei cilindri dei freni ad aria compressa, nei sistemi di propulsione dei siluri.
Motori ad aria calda
Il primo motore ad aria calda fu brevettato in Inghilterra nel 1827 da R. Stirling, ma non ebbe esito pratico; in esso è però da notarsi la prima applicazione del rigeneratore del calore, organo fisso che sottraeva calore all'aria di scarico per preriscaldare l'aria immessa nella macchina. Il principio della rigenerazione del calore ha poi trovato, indipendentemente, larghissima applicazione nel campo dell'industria.
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Successivamente molti altri tecnici, tra cui ricordiamo Rider, Robinson, Lehmann, Buckett, ecc., si dedicarono allo studio dei motori ad aria calda, sperando di raggiungere con essi dei vantaggi che non si potevano ottenere dai motori a vapore: infatti, ritenendosi di poter raggiungere con l'aria temperature più elevate di quelle allora praticate nei motori a vapore, si doveva avere, per il principio di Carnot, un rendimento maggiore. Però inconvenienti molto gravi, cui era impossibile ovviare, fecero naufragare ogni sforzo.
I motori ad aria calda aperti (fig. 7) hanno come parti essenziali il focolaio C, il cilindro A, ove si muove lo stantuffo motore, e la pompa d'alimentazione B, azionata dall'albero motore. Talvolta è lo stesso cilindro del motore che serve anche da corpo di pompa d'aria. Spesso l'aria viene compressa in un serbatoio prima di essere portata a contatto del focolaio. Al principio della corsa dello stantuffo una certa quantità d'aria è immessa nel cilindro passando attraverso il focolaio e riscaldandosi. A un certo punto della corsa dello stantuffo si chiude l'ammissione e si lascia espandere l'aria.
I motori ad aria calda chiusi (fig. 6) si compongono del focolaio B, del cilindro in cui agisce lo stantuffo motore C e del refrigerante D. Il refrigerante è costituito da un cilindro con camicia d'acqua fredda; in esso si muove lo stantuffo distributore o spostatore d'aria A, azionato dall'albero motore. All'inizio del ciclo l'aria, trovandosi a contatto del focolaio, si riscalda e dilatandosi nel cilindro fa compiere allo stantuffo la corsa di andata; si hanno così le fasi di ammissione ed espansione.
Motori a combustione interna
Nel 1854 lo scolopio Eugenio Barsanti di Pietrasanta e il fisico Felice Matteucci di Lucca brevettarono e costruirono il primo motore a combustione interna che abbia funzionato.
Nel 1860 il francese J.-J.-E. Lenoir costruì il primo motore a combustione interna che ebbe applicazioni industriali. Era un motore a doppio effetto con distribuzione a cassetto in cui la miscela di aria e gas illuminante, aspirata dallo stantuffo per circa metà della corsa, si accendeva per effetto di una scintilla elettrica e spingeva lo stantuffo per la seconda metà della corsa compiendo un lavoro utile.
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Scaldabagno a pompa di calore
Per alimentare un boiler a pompa di calore serve meno energia elettrica di quella necessaria per alimentare un boiler elettrico tradizionale - uno scaldabagno a pompa di calore usa, su un totale di 100, solo il 30% dalla rete elettrica, il che lo rende più conveniente sia di uno scaldabagno a gas sia di un tradizionale boiler elettrico.
Il calore “catturato” in questo modo non è a una temperatura sufficiente per riscaldare l’acqua sanitaria da destinare all’impianto di una casa. Tuttavia, in Italia, si tratta di un problema trascurabile.
AGUAmax di Cosmogas è un’ottima scelta se vuoi produrre A.C.S. AGUAmax è una soluzione pensata per essere installata internamente, soprattutto in contesti residenziali autonomi. L’apparecchio può contare su una struttura estremamente compatta e un design elegante, adatto all’installazione nel locale caldaia, nel garage o in ogni stanza dove ci sia più calore rispetto all’esterno. I vantaggi però non finiscono qui. AGUAmax è infatti progettato per superare i periodi di difficoltà della pompa di calore, ad esempio il periodo invernale.
- Pulizia dell’evaporatore, ovvero lo scambiatore di calore a batteria alettata - questi componenti assorbono molta umidità e polveri dall’aria, compromettendo l’efficienza della macchina se non sottoposti a una pulizia periodica.
- Il boiler, e in generale gli apparecchi, possono consentire lo sviluppo di batteri, tra cui la temuta Legionella.
Abbiamo già avuto modo di analizzare l’efficienza di uno scaldacqua a pompa di calore rispetto a uno scaldabagno a gas o a un boiler elettrico. Il COP misura il rapporto tra l’energia consumata e l’energia termica fornita all’ambiente.
Analisi di un motore che assorbe una quantità tripla di calore
Il motore A assorbe una quantità doppia di calore, compie un lavoro cinque volte maggiore e cede una quantità di calore doppia rispetto al motore B.
Evidentemente il Motore A con la stessa quantità di calore riesce a compiere un lavoro superiore pur cedendo alla fine la stessa quantità di calore. Io non vedo contraddizioni.
Se abbiamo due motori che assorbono una quantità di calore doppia uno dell'altro e cedono una stessa quantita' sempre una doppia dell'altra allora anche il lavoro di uno sara' doppio dell'altro. E se la quantità è tripla sia come calore assorbito che come calore ceduto anche il lavoro sarà triplo. E così via.
Pertanto se abbiamo due motori che assorbono una quantità di calore doppia uno dell'altro e cedono una stessa quantità sempre una doppia dell'altra allora anche il lavoro di uno sara' doppio dell'altro. E se la quantità è tripla sia come calore assorbito che come calore ceduto anche il lavoro sarà triplo. E così via.