Veicoli ad aria compressa

Aria compressa nei mezzi di trasporto
L'aria compressa come vettore energetico, per la trazione e le movimentazioni, non è una novità recente. Mezzi mossi da aria compressa erano molto diffusi nelle ferrovie, a cavallo del 1900, perchè semplici, sicuri, poco costosi, senza bisogno di pulizia. Per più di mezzo secolo i motori ad aria erano in commercio e usati nei metrò, nei trasporti e nelle miniere.
Dal 1930 in poi, con l'avvento di motori funzionanti a gas ed a combustibile derivato dal petrolio, i motori ad aria compressa caddero in disuso e sparirono del tutto perchè antieconomici.
E' solo dopo il 1970 che il motore ad aria compressa riapparve nei veicoli ibridi, o in veicoli dotati di sistemi di autoproduzione dell'aria compressa. Di seguito viene fornita una rassegna estesa di quanto si trova in internet.
Il motto “People Love Air Cars”, "La gente ama le auto ad aria" che Terry Miller ci ha lasciato in eredità è un dato di fatto.
In internet ci sono siti dedicati alle auto ad aria compressa; alcuni ricchi di notizie storiche ma, purtroppo, pochi con informazioni tecniche "autorevoli".
Un segnale molto forte, qui in Italia, si è verificato tra il 2003 e il 2005 quando la MDI, rappresenta dalla Eolo in Italia, incominciò a divulgare notizie sulle auto per città ad aria compressa. Come si vedrà l'iniziativa della MDI è rimasta in parcheggio in attesa di eventi che "sembrano" verificarsi.
Miller aveva ed ha ragione. Per convincersi del tutto basta vedersi affibbiare una multa per aver infranto l’accesso in un centro urbano perchè il livello di PM10 è superiore ai livelli previsti dalla legge o, semplicemente, dopo aver guardato il colletto della propria camicia dopo una giornata passata in città. Peccato che l'auto ad aria compressa non sia ancora un prodotto maturo. Ci sono frotte di persone che sono pronte ... ad innamorarsi di una auto ad aria compressa.(gp)

Nascita del Movimento dell’Auto ad Aria Compressa: Terry Miller
La riscoperta dei mezzi di trasporto ad aria compressa è dovuta al “pioniere” Terry Miller che nel 1979, dopo aver completato un progetto di auto “a molla”, concluse che ... l’aria compressa poteva rappresentare il mezzo ideale per accumulare energia.Miller costruì e brevettò (3) la sua “Air Car One” con 1.500$. Fece viaggi dimostrativi "coast-to-coast" richiamando l’attenzione dei media ma non delle grandi case automobilistiche. Successivamene, con Toby Butterfield di Joplin (Missouri), realizzò un altro prototipo di auto nominato “Spirit of Joplin Air Car”. Miller realizzò in tutto tre progetti/prototipi funzionanti; essi erano caratterizzati da budget modesti, i particolari utilizzati erano pezzi di ricambio e recupero.(1)(2)
I motori ad aria compressa di Miller utilizzavano fino 4 stadi di espansione in cascata. I serbatoi dell’aria compressa erano in fibra di vetro per pressioni di lavoro fino a circa 240 bar.
Terry Miller sull'autostrada
con uno dei suoi prototipi (1)
La potenza era ottenuta espandendo l’aria a circa 36 bar e poi, successivamente, regolando la pressione tra 36 bar e la pressione atmosferica.(2)La velocità di trasporto dei prototipi realizzati non era molto elevata. In questo modo però si ovviava al problema di tutti i motori ad aria compressa: il blocco del deflusso dell’aria per la presenza di ghiaccio conseguente alla presenza di umidità nell'aria compressa. Un processo lento favorisce il riscaldamento delle parti raffreddate dall’espansione dell’aria evitando la ghiacciatura nelle tubazioni di espansione. Terry Miller (†1997) lasciò in eredità i diritti di sfruttamento dei suoi progetti, le sue esperienze, i dettagli dei suoi prototipi, alla figlia ed a Toby Butterfield (†2002).
Chi fosse interessato a conoscere il pioniere Terrry Miller può utilizzare i link sottostanti.
  1. http://www.aircaraccess.com/history.htm - Sito curato da Scott Robertson, con una rassegna storica dei motori ad aria compressa fino ai giorni nostri. Consigliato per chi vuole approfondire il tema. Scott è autore anche del libro Air Car Basics (1981) in cui si confrontano 8 diverse soluzioni . Scott Robertoson è stato un allievo di Terry Miller.
  2. http://www.redrok.com/pneumat.htm - Con alcune informazioni sui prototipi costruiti da Miller.
  3. Brevetto US4370857 - Pneumatic system for compressed air driven vehicle – Feb. 1, 1983
  4. http://www.angelfire.com/theforce/ofcompressedair/ - Sito dedicato interamente a Terry Miller.

Guy Négre, una storia non ancora … iniziata
L'ex progettista di motori di F1 l’ing. Guy Négre è impegnato dal 1991 nello sviluppo di veicoli che usano motori ad aria compressa. I mezzi sono progettati e brevettati sia per il trasporto individuale che per il trasporto pubblico dalla Moteur Development International (MDI).
Va subito evidenziato che l’interesse per l’iniziativa di Négre si è spesso concentrato e si è focalizzato sul motore ad aria compressa e sul cinematismo brevettato.
A nostro avviso l’idea maggiormente innovativa proposta dall’ing. Guy Négre si basa su un nuovo modello di business incentrato sulla produzione di auto (con impiego di tecnologie e materiali leggeri innovativi, fornitori locali operanti in rete) in stabilimenti di piccola dimensione, decentrati nelle zone di utenza, per evitare gli elevati costi di distribuzione e di assistenza.
La difficoltà nel comunicare e far accettare questa idea agli addetti ai lavori e ai futuri utenti, è uno dei motivi principali che hanno frenato e bloccato il decollo della MDI.
Lo sviluppo del motore ad aria compressa in MDI ha avuto una lunga stasi tra il 2002 e il 2005. I motivi non sono ufficialmene noti ma sono, come già detto in precedenza, con alta probabilità, legati al concorso di una serie di cause come: la carenza di efficacia delle strategie di sviluppo della MDI, la disponibilità di cassa per investimenti a medio e lungo termine in R&S, l’affidabilità nel tempo dei prodotti, l’omologazione da parte degli organismi di controllo, la protezione dell’innovazione, la lealtà dei collaboratori, la creazione rete commerciale, ecc.


Motore ad aria compressa
Serie 34
800 cm³


Cinematismo MDI
per aumentare
la coppia motore
In Italia la distribuzione dei prodotti MDI doveva essere curata dalla Eolo. Purtroppo i ritardi nello sviluppo dei prodotti e i problemi economici, evidenziati in precedenza e, a quanto pare, la mancata sintonia con MDI, ne hanno compromesso l’immagine presso i media (1)(8), gli addetti ai lavori (7) e futuri utenti (2). Ultimo modello MDI
di auto per città

I modelli sviluppati dalla MDI fino al 2004, pronti per le fasi di produzione di pre-serie, sono quattro: auto per famiglia, pick-up, taxy, mini-van.
Le soluzioni proposte sono particolarmente adatte dove le velocità medie sono inferiori a 60 km/h.
L’ing. Négre dichiara un costo di gestione di 1 Euro per 100 km pari a circa 1/10 di un’auto tradizionale. Inoltre la percorrenza dichiarata per i vari modelli è compresa tra 200 e 300 km con una carica di aria compressa a 300 bar.
Il rifornimento può avvenire in due maniere:
(a) presso un stazione di carica con un tempo di 2–3 minuti con un costo della carica di 1,5 Euro (in Frrancia) oppure,
(b) utilizzando il compressore in dotazione all’auto azionato dalla rete elettrica (240-380V) con tempi di ricarica di 3-4 ore e un consumo di circa 10-12 kWh (e quindi con un costo per kWh di 0,2 €/kWh una carica sarebbe possibile con circa 2-2,4 €.
Le prestazioni al banco dei motori MDI sono interessanti sia per potenza per kg di peso, sia per coppia e rendimento meccanico (si dichiara 85%).
Si evidenzia però che il rendimento del motore dovrebbe essere valutato alle ruote a facendo riferimento alla energia primaria necessaria per comprimere l’aria compressa.(9)
Family
Pick-up
Van
Taxy
E’ nostra sensazione ad oggi (settembre 2006) che lo sviluppo dei motori non sia ancora stato completato e che ci possano essere problemi di affidabilità non ancora emersi e valutati.
In ogni caso l’iniziativa MDI merita di essere segnalata, e tenuta sotto osservazione, anche perché, per aumentare la percorrenza e le prestazioni nei cicli extra urbani, MDI può agevolmente sviluppare a breve soluzioni ibride combustibile-aria compressa.
Inoltre ci sono altre applicazioni interessanti caraterizzate dall’uso dell’aria compressa, sempre proposte dalla MDI che riguardano la co-generazione, e i trasporti con carrelli industriali
Chi fosse interessato può contattare il nostro socio Stefano Corrò che nell’ambito del Gdl “Trasporti” ha un canale aperto diretto con l’ing. Guy Négre, per aggiornamenti e sviluppi futuri. 
  1. http://www.quattroruote.it/auto/mondoauto/
    attualita/visualizza_articolo.cfm?codice=39215

    Quattroruote ha fatto una prova su strada della Eolo nel 2002. La prova è stata sospesa per ghiaccio.  Non perchè la strada era ghiacciata ma ... perché il ghiaccio si formava nelle tubazioni di espansione dell’aria compressa. L'ing. Negre, successivamente, ha affermato che il problema è stato risolto.Se è così gli consigliamo vivamente di ricontattare Quattroruote e ripetere la prova con l’intervento dei media e di EnergoClub.
  2. http://beppegrillo.meetup.com/boards/
    view/viewthread?thread=1490224&pager.offset=0#2220926
    - Nel Forum vengono riprese tutte le argomentazioni pro-contro dei forum precedenti dal 2003 al 2005.
  3. http://www.theaircar.com/ - www.mdi.lu - Siti ufficiali della MDI dove trovare notizie tecnico-commerciali (purtroppo incomplete).
  4. http://science.discovery.com/fansites/discoveriesthisweek/
    videogallery/videogallery.html?myClip=dtw_aircar
      
    Nel video, molto interessante, si vedono le auto, si ha modo di vedere l’ing. Négre e il figlio e, inoltre, si possono vedere i serbatoi in fibra di carbonio anti-scoppio, che hanno superato test a 740 bar (6). Si fornisce dati sui costi di gestione che non sono allineati con quelli riportati nel sito.
  5. http://www.futurepundit.com/archives/000129.html#000129  - Forum in inglese iniziato nel 2003 e tutt’ora attivo. Ci sono parecchi riferimenti ad altre auto ad aria compressa. Lo si segnala perché il forum ha portata internazionale.
  6. http://pfdietz.blogspot.com/2005_10_01_pfdietz_archive.html - Articolo dell’ottobre 2005 in cui si evidenzia il coefficiente di sicurezza delle bombole in fibra di carbonio pari a 740 bar (pressione di rottura)/300 bar (pressione massima di lavoro).
  7. http://www.aspoitalia.net/documenti/bardi/eolo.html  - Il prof. Bardi ha contribuito al dibattito sull’auto della MDI con utili argomentazioni sulle densità delle energie in gioco.
  8. http://it.wikipedia.org/wiki/Motore_ad_aria_compressa  - Il caso Mdi Eolo è presentato su wikipedia con molti riferimenti … non conclusivi.
  9. L'approccio giusto per confrontare le varie tecnologie automotive è quello noto come "from well to wheels" dal pozzo di estrazione dell'energia primaria alle ruote del veicolo.

Il motore ad aria compressa di Marquand con tubi di calore
Il prof. Christopher Marquand, insegna presso l’Università di Westminster a Londra, ed è autore del libro di testo che tratta di termodinamica.(1)

Il prof. Marquand sembra abbia in sviluppo un motore e un’auto ad aria compressa che impiega tubi di calore (noti anche come “heat pipes”) presumibilmente per evitare i problemi di ghiacciatura nelle valvole e condotti di espansione dell’aria compressa.
Abbiamo utilizzato "sembra" perchè, purtroppo, non ci siano materiali pubblicati reperibili nel web, se non alcune scarne notizie dove si afferma che l’auto impiegherà l’energia cinetica della frenatura per rigenerare e riscaldare parte del motore.(2)

Motore ad aria compressa
di Marquand

Il Gruppo di lavoro “Trasporti” cerca un socio EnergoClub che desideri aggiornare la scheda su questa tecnologia e tenga i contatti con il Prof. Christopher J. Marquand o con il suo collaboratore dr. Henry R. Ditmore, presso il Dept. of Information Systems & Computing, Univ. of Westminster, 115 - New Cavendish St., London W1M 8JS - Tel. 0170 911 5000.
  1. Marquand C & Croft D – Thermofluids: An Integrated Approach to Thermodynamics & Fluid Mechanics - Wiley, 1994 - Si evidenzia questo riferimento perchè spesso le maggiori critiche contro l'aria compressa sono arrivate proprio da "termodinamici".
  2. http://www.aircaraccess.com/history.htm - Nel sito si descrive sommariamente il motore del Prof. Marquand e si fornisce un foto del motore stesso.

Motore ibrido ad aria compressa e gasolio del prof. Tsu-Chin Tsao. Nascita di una nuova categoria di veicoli ibridi
Il prof. Tsu-Chin Tsao insegna ingegneria meccanica e aerospaziale alla Università di Los Angeles (UCLA) e ha in corso, dal 2003, una ricerca sul motore ibrido che impiega aria compressa e gasolio.
La soluzione del Prof. Tsao è singolare e molto interessante perché è alternativa ai motori ibridi attuali funzionanti a combustibile-elettricità.
Il motore dell’auto, durante la fase di avvio, è azionato dall’aria compressa mentre quando l’auto è in movimento funziona normalmente a gasolio.
L’aria compressa proviene da un serbatoio che è caricato in precedenza, durante la fase di decelerazione e frenatura, dallo stesso motore che però funziona come compressore.

Prof. Tsao al lavoro
in laboratorio UCLA
La soluzione di recuperare l’energia nelle decelerazioni ricalca, nell’idea di base, quella adottata dalla Toyota Prius. In questo caso però, l’energia cinetica di frenatura non è convertita e accumulata come energia elettrica ma, invece, viene accumulata in forma di aria compressa.
Il motore ibrido è dotato si un sistema di azionamento delle valvole senza camme ma, bensì, tramite attuatori elettro-idraulici. Questi attuatori possono operare in un campo ampio di funzionamento, riuscendo a gestire lo stesso cilindro-stantuffo sia come compressore dell’aria nelle fasi di decelerazione e sia come motore a gasolio tradizionale.


Motore gasolio
ed aria comrpessa

del prof. Tsao (UCLA)

Le quattro modalità di funzionamento gestite dal sistema del Prof. Tsao sono:
  1. Veicolo in decelerazione: il motore viene utilizzato come compressore fornendo l’azione frenante e alimentando il serbatoio dell’aria compressa;
  2. Veicolo fermo: il motore viene spento;
  3. Veicolo in partenza: toccando l’acceleratore il motore viene azionato dall’aria compressa.
  4. Veicolo in velocità: una volta raggiunta esaurita la carica di aria compressa il sistema fa intervenire l’alimentazione del motore tradizionale con la combustione del gasolio.
In questo modo si ottengono aumenti significativi di rendimento termici e meccanici. Le stime ottenute da simulazioni al computer, risalenti al lontano 2003, hanno fatto dire al Prof. Tsao che l’auto ibrida gasolio-aria compressa potrebbe risparmiare combustibile fino il 64% in città e fino al 12% in autostrada (1) e circa il 53% nel ciclo EPA (simile al ciclo CE). 
L’impiego del serbatoio di aria compressa e la presenza del sistema di controllo delle valvole comportano un aumento del peso dell’autoveicolo di circa 30 kg rispetto ad una auto tradizionale a 6 cilindri e da 2,5 litri di cilindrata.
Da rilevare però che il sistema ibrido gasolio-aria compressa è più semplice di un equivalente combustibile-elettrico. In effetti il sistema del Prof. Tsao non richiede alcun motore elettrico aggiuntivo.
Questo lo si nota dai due schemi a fianco, che rappresentano un veicolo ibrido elettrico e quello con aria compressa proposto dal Prof. Tsao.
Lo sviluppo di questo motore ha mosso l’interesse della Ford tanto da coinvolgere due tecnici e consulenti della Ford stessa (2).
Si evidenzia però che dal 2003 ad oggi (2006, ndr), gli sviluppi di questa soluzione non sono stati documentati se non attraverso memorie presentate a congressi SAE che riportano quanto sopra esposto.
L’assenza di pubblicazioni e di notizie aggornate nel web, dal 2003 ad oggi, lascia però perplessi.


Soluzione ibrida tradizionale
con motori Elettrico-Termico



Soluzione ibrida prof. Tsao
cone unico motore aria Compressa-Termico

Chi fosse interessato ad approfondire e aggiornarsi sul tema si metta in contatto con Francesco Pasqualin, Coordinatore EnergoClub.  Per l’aggiornamento del contenuto del portale si potrà corrispondere col Prof. Tsao ttsao@seas.ucla.edu e suoi collaboratori.
  1. http://www.aircaraccess.com/history.htm - Nel sito si fornisce una descrizione sommaria del motore ibrido ad aria compressa.
  2. http://www.engineer.ucla.edu/stories/2003/hybrid.htm - L’articolo del 2003 fornisce molte delle informazioni presenti sul web.
  3. http://www.seas.ucla.edu/~ttsao/ - Home page del prof. Tsao in cui si possono trovare indirizzi e notizie sulle sue attività ed interessi di ricerca, pubblicazioni, ecc.

La coreana Energine è un’auto ibrida?
L'auto della Energine è – senza alcun dubbio – un’auto ibrida elettrica-termica-aria compressa che utilizza una batteria da 48V per alimentare sia il motore elettrico sia un compressore di aria compressa.
L’aria compressa è impiegata per muovere i pistoni del motore in partenza e durante le accelerazioni mentre il motore elettrico è impiegato in condizioni di crociera (3).
Il sistema PHEV è adattabile su qualsiasi auto convenzionale un po’ come per l’impianto a Gpl o a metano. Purtroppo nel sito le informazioni sono qualitativamente poco attraenti e molto scarse.
Sistema Energine
Anche in questo caso il Gdl “Trasporti” cerca qualcuno che tenga i contatti con la Energine per aggiornare il portale o per le news.
Chi fosse interessato ad approfondire e aggiornarsi sul tema si metta in contatto con Francesco Pasqualin, Coordinatore EnergoClub.
  1. http://edition.cnn.com/2005/TECH/03/30/spark.air.car/index.html - Articolo della CNN
  2. Si evidenzia che i coreani della Energine adottando l’acronimo PHEV per indicare la loro tecnologia e, nel contempo, lo stesso acronimo PHEV è utilizzato in USA per definire la tecnologia Plug-In Hybrid Electric Vehicle che è alternativa a quella proposta da Energine. Chi ha diritto di precedenza? In ogni caso "occhio" alle sigle e al loro significato.
  3. La soluzione Energine potrebbe adottare con vantaggio quanto il prof. Tsao sta realizzando in California http://www.engineer.ucla.edu/stories/2003/hybrid.htm

Veicoli ad aria compressa del prof. Regusci
Il prof Armando Regusci insegna di fisica, scienze naturali, meccanica e - sembra essere - un discendente di Alessandro Volta.
Il prof. Regusci costruì la sua prima auto ad aria compressa nel 1986 e riusciva percorrere solo 135 km. Non ci sono dati tecnici, immagine i foto e, quindi, non possiamo dire granché di quanto il prof. Regisci afferma.
Anche in questo caso il Gdl “Trasporti” cerca qualcuno che tenga i contatti con il team del Prof. Regusci per l’aggiornamento del contenuto del portale.
Chi fosse interessato ad approfondire e aggiornarsi sul tema si metta in contatto con Francesco Pasqualin, Coordinatore EnergoClub.
  1. http://www.airenergycars.com - Sito di della azienda di Armando Regusci
    Regusciair Club company - Edificio Torre Maldonado Ap 705
    Ventura Alegre y Sarandi Maldonado - Maldonado – Uruguay
    Phone: 0598 42 254131, da fuori Uruguay 042 254131, in Uruguay 254131, in Maldonado - e-mail: regusciair@hotmail.com

Il motore Wankel ha bisogno di aria compressa per … rinascere?
 
Di Pietro Angelo, congegnatore meccanico di Avellino, dopo aver lavorato alla Mercedes sul Wankel, negli anni '70 emigrò in Australia dove creò una propria azienda di costruzioni meccaniche.
Solo nel 1999, dopo trenta anni di sperimentazioni intermittenti, arrivò a costruire il primo prototipo della EngineAir composto da uno statore e da un rotore con limitati perdite meccaniche per attrito.
Sembra che i risultati (non specificati) siano positivi.

Motore di Di Pietro
della EngineAir
Le prime applicazioni riguardano i carrelli di movimentazione per magazzini (1).
L’utilizzo dei motori nelle auto sembra interessi alcuni costruttori cinesi (2).
Anche per questa iniziativa non possiamo dire molto perché ... c’è ben poco.
Chi vuole sapere qualcosa può vedere l’articolo in (2). Leggendo il sito (1) si ha la sensazione di una iniziativa “ruspante”che è in attesa di qualche fatto che renda autorevole e credibile in un costesto internazionale.

Mezzi motorizzati ad aria compressa di DiPietro
Anche in questo caso il Gdl “Trasporti” cerca qualcuno che tenga i contatti con il team del Prof. Regusci per l’aggiornamento del contenuto del portale.

Chi fosse interessato ad approfondire e aggiornarsi sul tema si metta in contatto con Francesco Pasqualin, Coordinatore EnergoClub.
Prototipo del motore
della EngineAi
  1. http://www.engineair.com.au/index.htm - Sito molto ermetico della EngineAir dove le informazioni di rilievo sono alcune immagini e le applicazioni su una barca e su un carrello per magazzino.
    Engineair Pty Ltd - Telephone 03 9318 0011 - Fax 03 9318 0088 - e-mail: angelodipietro@engineair.com.au
  2. http://pesn.com/2006/05/11/9500269_Engineair_Compressed-Air_Motor/ L’articolo fornisce parecchie più informazioni del sito di Di Pietro. Si accenna ad una trattativa con produttori di auto cinesi. Sembra che il motore sia stato testato dalla locale Università di Monash nel 2002 e che i rsultati siano serviti per apportare delle migliorie al motore. Si accenna anche al confonto con il motore francese (è la MDI, ndr) e che l’efficienza del motore di Di Pietro fosse maggiore oltre ad avere una rumorosità minore. Non ci sono dati ed evidenze: la sensazione è che questa notizia faccia parte di una disputa di campanile.