Le alte ciminiere delle fabbriche di Londra, un ricordo ormai lontano, sorsero nel giro di appena due generazioni. Da quelle alte strutture sgorgò presto il fumo nero dell’inquinamento, ovvero scorie derivanti dalla combustione del carbone, la polvere nerastra che anneriva i sentimenti ed i polmoni. Eppure nel contempo, nelle occulte, incomprensibili fornaci, prendeva forma il nocciolo della questione. La preziosa gemma del progresso, dalle molte e assai proficue derivazioni, che venivano applicate di volta in volta a produzioni differenti: tessuti, metallo lavorato, sostanze chimiche, cemento. Persino gli alimenti, nonostante i presupposti. Più il cielo andava perdendo la sua naturale lucentezza, maggiormente dilagava il metodo di trar profitto dalle cose. Mentre l’umanità scopriva, in fin dei conti, cosa volesse dire veramente, imbrigliare la natura ai suoi bisogni. L’energia non è di per se buona ne cattiva, ma segue un sentiero che trova composizione da questi due estremi, li rimescola e ne trae un lavoro. Che in quanto tale, non può non comportare un sacrificio. L’energia può tuttavia essere, se prodotta dalle cose di poco valore, divertente. Il che significa finalizzata all’assoluto nulla, procurata sulla base di una metodologia che non sarà efficiente. Né pratica. Né scalabile. Né ragionevolmente opportuna. Ma può far girare il fondo di un barattolo di vernice, opportunamente installato su di un mozzo rotativo, al ritmo notevole di 860 rpm! Con un suono di stantuffo reiterato, rilassante e regolare, tale da rivaleggiare il canto di un astruso pappagallo d’alluminio. Ci sono modi peggiori, ritengo, di passare la giornata…
Tutto trovò inizio assai probabilmente in piena estate, quando il consumo di bibite analcoliche (checché ne dicano Babbo Natale e gli orsi) tende a ritrovarsi estremamente incrementato. Così entrano preponderanti nelle nostre case tutti quei brillanti recipienti, tratti da un sottile strato di alluminio ribattuto in forma di cilindro. Con il suo contenuto di Pep! Co/Co! Spr…Ed altrettanti famosi nomi, ciascuno il frutto egualmente complesso di un processo di lavorazione che trovò la sua origine nel 1767, quando Joseph Priestley, ecclesiastico, filosofo e scienziato dello Yorkshire, scoprì il segreto per dissolvere l’anidride carbonica nelle sostanze dissetanti, creando così la prima acqua frizzante della storia. Proprio così: anche per quella, dobbiamo ringraziare gli Industriali. Del resto, già diceva il quell’insigne predecessore, Isaac Newton: “Nessuna forza può cessare di esistere, senza lasciare traccia. Tutte quante devono riuscire a trasformarsi!” (Uno dei fondamenti della termodinamica, aha!) Resta dunque indubbio, che nel contenuto della bibita, tutto quello zucchero, e/o sciroppo e gli altri contenuti cristallini, finiscano per essere diffusi con il sangue, irrorando ogni membrana cellulare che gli capiti dinnanzi. Le calorie, in parole povere, si notano nell’incremento di peso di chi espleta un consumo reiterato del sovrano succo con le bollicine. Ma che dire dell’ingegno costruttivo e l’inventiva, che attraverso i secoli, ci ha permesso di creare una filiera tanto pratica, da permetterci di prendere quell’alluminio dopo l’uso… E poi gettarlo, come niente fosse, nella spazzatura?! L’industria, in quanto tale, si basa su un rapporto delicato tra le forze in gioco. Pur non essendo, essa stessa, una Forza soggetta a leggi chiaramente definite. A meno che tra noi e il cestino, all’improvviso, non si frapponga il naturale desiderio d’inventare, ma purtroppo… Ehi, aspetta un attimo! Lo senti? Questo è il suono del premiato “Congegno per indurre un moto rotativo in un volano tramite l’impiego di una fiamma viva” già costruito in innumerevoli forme, negli anni più recenti, grazie all’applicazione di un metodo immediato, quanto estremamente funzionale. La versione qui orgogliosamente dimostrata, in particolare, è il frutto del lavoro dell’utente Approtechie, che dopo averlo caricato come “suo primo video di YouTube” ne ha ottenuto oltre un milione di visualizzazioni del profilo. Ma ce ne sono molti, molti altri…
Cerchiamo, come primo passaggio, di dare il nome corretto alle cose. Quella che avete osservato in funzione, nel video di apertura o in questo pratico tutorial costruttivo dell’utente Specallez, non è affatto una macchina a vapore. Di certo non basta il caldo di una mera candelina, o persino quello di un fornelletto a gas, per raggiungere i fatidici 100 gradi dell’ebollizione dell’acqua. Né del resto, la vagheggiante serie di scarti, pezzi di plastica e gomma, residui vari impiegati nella costruzione della macchina, potrebbero mai contenere quel principio di generazione controllata di potenza. Ciò che questi inventori internettiani ci stanno mostrando, nei fatti, è un semplice motore ad aria calda, che incorpora, per lo meno in parte, alcuni dei principi alla base di un’altra grande invenzione della Gran Bretagna (per essere precisi, proveniente dalla Scozia). Il motore “con economizzatore di calore” di Robert Stirling, anche lui un ministro della chiesa, che nel 1816 aveva brevettato un singolare metodo per incrementare la diffusione di un approccio alternativo alla messa in moto di apparecchi e motorini vari. Il fatto è che ancora a quell’epoca, nonostante i grandi progressi compiuti in ambito metallurgico, i bollitori usati nelle macchine a vapore erano tutt’altro che privi di difetti. E nel caso in cui ci fossero difetti di fabbricazione, avevano la scomoda abitudine di saltare in aria, scagliando schegge di metallo incandescente all’indirizzo dei presenti. Così appariva tanto più attraente, questo concetto di un motore che potesse essere fatto funzionare senza difficoltà o preoccupazioni, da chiunque fosse in grado di gestire un fuoco. Ma vediamo in che maniera quel condivisibile progetto di esattamente due secoli a questa parte, nei fatti, trovi reinterpretazione in chiave moderna nella lattina con candela e diaframma gommoso, fino a qui soltanto accennata.
Il motore di Stirling è del tipo a combustione esterna, il che significa che le parti riscaldate non sono le stesse che vengono sottoposte al movimento, con una notevole riduzione dell’usura e delle forze che quest’ultime dovranno sopportare. Inoltre, nella sua descrizione teorica, trova tre configurazioni distinte: alfa, beta e gamma. Nella prima, che poi fu anche quella originaria, prevede l’impiego di due pistoni a tenuta stagna collegati da un condotto, l’uno riscaldato con la fiamma, l’altro raffreddato, almeno parzialmente, tramite l’applicazione di un dissipatore a induzione (pensate alle lamelle di metallo sovrapposte di una ventola da CPU). L’aria, o in alternativa un gas scelto appositamente per lo scopo, vengono riscaldati nel primo di questi due ambienti, espandendosi. Quindi il primo pistone, sollevandosi, muove una ruota che spinge innanzi il secondo, il quale a sua volta vede un drastico ridursi della sua pressione. Il fluido scelto quindi torna indietro, anche assistito dalla ruota che agisce come un volano, immagazzinando e sviluppando l’energia in base alla necessità. Così, il movimento continua. Questo funzionamento concettuale, contrariamente all’opinione più diffusa, non fu inventato direttamente da Stirling, che ebbe l’unico metodo di migliorarlo tramite quello che oggi viene definito il recuperatore, ovvero un’intercapedine a induzione, posta in corrispondenza del cilindro caldo, che era in grado d’immagazzinare una parte del calore dissipato, liberandolo automaticamente al ritorno dell’aria dalla parte fredda. Ciò aumentava notevolmente la resa di questi apparati ad aria, rendendoli per la prima volta concorrenziali con quelli a vapore. Ma il motore a lattina, nelle versioni viste fino ad ora, nasce da una successiva reinterpretazione del sistema, ovvero la sua configurazione beta, decisamente più semplice da costruire.
Nel motore Stirling a configurazione beta, c’è un solo cilindro verticale, sempre a tenuta stagna (la lattina inferiore) con all’interno una versione mobile dell’economizzatore o recuperatore. Quest’ultima, come si può facilmente desumere dai tutorial, dovrà essere costituita da una sorta di stantuffo in materiale poroso e termicamente conduttivo, ovvero in grado di immagazzinare una parte dell’energia immessa nel sistema dalla fiamma sottostante. Nella versione fai-da-te dell’apparato, il metodo migliore per costruirlo sarà l’impiego di una certa quantità della tipica lana di acciaio per pulire i piatti, arrotolata attorno ad un cilindro collegato con un filo da pesca all’albero del volano, collocato in posizione soprastante. È importante notare come, anche nel modellino casalingo, tale ruota non abbia l’unico scopo di mostrare il funzionamento del motore, ma sia effettivamente necessaria per la sua corretta implementazione. Potrebbe quindi rendersi necessario fare diverse prove, per trovare un componente che abbia il peso e l’ampiezza adatte allo scopo, da sovrapporre ad una seconda lattina, nella quale generalmente viene praticata un’ampia finestra aperta. Questa non ha nessuno scopo funzionale al motore in quanto tale, ma serve più che altro a lavorare liberamente al suo interno, oltre che per mostrare al pubblico il funzionamento del meccanismo. Un componente invece primario è il diaframma a stantuffo, collocato negli esperimenti più semplici, come quelli qui mostrati, in parallelo al primo cilindro, ma in corrispondenza della sua parte superiore. Sarà proprio quest’ultimo, di norma, a produrre il tipico suono “PUT-PUT-PUT” che potrebbe facilmente dirsi la caratteristica più riconoscibile dei migliori Striling fatti in casa. Per la sua costruzione, il metodo più gettonato è quello dell’impiego di una membrana di gomma, come un palloncino o una camera d’aria, tenuta chiusa con un tappo di bottiglia in plastica forata, attraverso cui viene fatto passare il filo che collega il tutto al marchingegno soprastante. E se pure la tenuta stagna di un simile sistema non sarà, inerentemente, perfetta, poco importa. Una certa perdita d’aria è anzi desiderabile nei motori Stirling, che altrimenti non potrebbero affatto muoversi, ma agirebbero semplicemente come dei barometri passivi. Nonostante questo componente sia affine ad una sorta di secondo cilindro corto, il motore non può essere definito del tipo gamma, poiché in quel caso il movimento dello stantuffo dovrebbe essere perpendicolare invece che parallelo. Ora, quest’ultimo passaggio è facoltativo, ma indubbiamente consigliato: in corrispondenza della parte superiore della lattina-pistone, si può applicare una sorta di recipiente, nel quale versare del liquido, per così dire, refrigerante. Ad esempio, Specallez usa il contenuto di un’ulteriore lattina, appena estratta dal frigo. È facile osservare come a seguito del suo versamento, e del conseguente aumento del differenziale di temperatura, il ritmo del motore aumenti in modo alquanto significativo. Anche questo, se vogliamo, è un grande merito delle bibite analcoliche frizzanti.
Viene quindi, inevitabilmente, l’attimo della valutazione finale. Qual’è effettivamente la POTENZA di queste lattine? Potrebbero tenere accesa una LAMPADINA? Um, purtroppo, no. Più che in cavalli-vapore, qui si dovrebbe effettuare la misurazione in semplici criceti. Ciò significa che applicando il progetto di una lattina, si avrà un sistema che può essere adeguato al peso di diversi volani, ma l’aggiunta di un generatore basterebbe a frenarlo senza speranza di ripresa. Tutti i motori Stirling inoltre, per loro stessa natura, sono ingegnerizzati per lavorare a uno specifico regime, risultando per questo inadatti ad applicazioni veicolari. Nell’epoca moderna, fecero un ritorno agli albori dell’aviazione strumentale, quando i radiofari posti in posizioni remote, precedenti all’invenzione dei transistor, richiesero brevemente una fonte d’energia duratura e relativamente significativa, di certo superiore alla capienza delle batterie di allora. Oggi, gli unici campi in cui se ne valuti ancora l’utilizzo sono quelli in cui sussista un inerente spostamento di calore, che può trovare in simili dispositivi il valido reimpiego funzionale. Uno degli ambiti in cui lo Stirling risulta più efficace, dunque, resta quello relativo alla refrigerazione ed al riscaldamento. Ad esempio nel 2008, presso la scuola del comune Castel d’Aiano in provincia di Bologna, è stata costruita una moderna pompa di calore che impiega il cippato come combustibile di partenza. Simili approcci ingegneristici, che guardano con un occhio di riguardo al passato, potrebbero presto condurre a nuovi presupposti per la produzione di energia pulita.
