Trascrizione
Di fronte a voi potete vedere la Motrice Pia, il motore a combustione interna ideato da Bernardi. L’idea di sfruttare il potenziale esplosivo della polvere da sparo risale alla fine del Seicento quando gli scienziati Huygens e Leibnitz, suggerirono di sfruttare l’energia liberata dalla polvere pirica nelle bocche da fuoco per muovere uno stantuffo e ottenere lavoro meccanico. Occorse però oltre un secolo prima che tale idea trovasse concreta applicazione: nel 1794 l’inglese Robert Street depositò un brevetto di motore alternativo monocilindrico nel quale, a metà della corsa dello stantuffo nel cilindro, una fiammella accendeva una miscela formata da vapori di olio combustibile ed aria. I prodotti della combustione avrebbero sospinto lo stantuffo a fine corsa fornendo in tal modo l’impulso motore. Allo stesso principio si ispira il motore ad azione diretta del francese Lenoir, realizzato nel 1860. In questo motore, l’aspirazione di una miscela di aria e gas avveniva a pressione costante quasi pari a quella atmosferica attraverso una valvola posta sulla testata del cilindro. L’espansione successiva dei gas spingeva il pistone a fine corsa, il gas veniva successivamente espulso attraverso la valvola di scarico, situata sempre sulla testa del cilindro. Nonostante il rendimento termico del motore Lenoir fosse inferiore al 10%, esso ebbe notevole diffusione nelle industrie, ma il suo impiego diminuì rapidamente dopo il 1865 per la concorrenza dei motori atmosferici Langen-Otto, il cui ciclo funzionale era quello concepito nel 1853 da Eugenio Barsanti e Felice Matteucci, padri del primo motore a combustione interna. In questo motore, l’aspirazione della miscela avveniva ancora a pressione costante ma l’accensione aveva luogo in una posizione del pistone più vicina al punto morto inferiore rispetto alla soluzione adottata nei motori Lenoir. Anche in questo caso non aveva luogo alcuna compressione prima dell’accensione, e nell’espansione che seguiva la combustione la pressione dei gas scendeva al di sotto della pressione atmosferica. Durante le fasi di combustione ed espansione il pistone era scollegato dall’albero motore, e dunque non vi era nessun impulso motore. Il pistone poteva però raggiungere più velocemente la posizione di punto morto superiore, a tutto vantaggio del rendimento che raggiungeva valori intorno al 12-14%. La fase motrice avveniva durante la corsa di ritorno quando il pistone, collegato all’albero motore, era soggetto ad una forza data dalla differenza tra la pressione atmosferica agente sulla superficie esterna e la minore pressione interna creatasi all’interno del cilindro a seguito della espansione dei gas. Nella soluzione proposta da Langen-Otto il collegamento dello stantuffo con l‘albero motore era piuttosto complesso e prevedeva un’asta a cremagliera e un rocchetto a ruota libera. La proiezione veloce dello stantuffo durante la fase di espansione e il successivo innesto durante la fase di lavoro era accompagnata da forti vibrazioni e urti che portavano a limitare la potenza del motore, che aveva inoltre delle notevoli dimensioni.
È qui che si inseriscono gli studi di Bernardi nel campo dei motori a combustione interna che lo porteranno dai modelli atmosferici alla creazione della motrice Pia. Secondo Bernardi, che non concordava con la soluzione di Langen-Otto, la massa dello stantuffo doveva essere la minore possibile. Il primo motore atmosferico che costruì a Vicenza negli anni 1872-74, monocilindrico ad asse orizzontale e a semplice effetto, presentava un consumo di gas illuminante molto minore di quello del motore tedesco. Nel 1882 Bernardi propose un motore misto, denominato Motrice Pia, dal nome della figlia, ad azione diretta e atmosferico, che sfruttava contemporaneamente entrambi i principi di funzionamento. Si trattava di una soluzione indubbiamente innovativa sotto molteplici punti di vista: dall’apparecchio di accensione al regolatore automatico della velocità di rotazione, fino alla originalità di molti dei componenti. La sua prima applicazione pratica fu l’azionamento della macchina per cucire di Pia, come possiamo vedere nella fotografia sullo sfondo che raffigura la figlia alle prese con la sua macchina da cucire. Uno dei principali obiettivi di Bernardi era infatti quello di realizzare un motore di piccola potenza, facilmente trasportabile e adatto alle necessità della piccola industria a domicilio. La motrice Pia poteva essere adatta per azionare una macchina dinamometrica, una piccola pompa per la rete idrica di casa, il ventilatore di una piccola fucina, un piccolo tornio o un trapano. Nella motrice Pia, presentata da Bernardi anche all’Esposizione Nazionale di Torino del 1884, il ciclo operativo è ancora quello del motore atmosferico, ma durante la fase di espansione che segue la combustione lo stantuffo non è più libero di procedere a fine corsa, ma esercita la sua azione sull’albero motore attraverso una spinta rotativa. Nel museo sono conservate quattro Motrici Pia: una a gas illuminante e tre a benzina. La motrice Pia a benzina fu il primo esempio in Europa di motore funzionante a benzina, pensato per poter operare nei luoghi ove non fosse disponibile una condotta di gas. Nel dispositivo multimediale dedicato potete approfondire le varie componenti della motrice.