Motori termici

Nei primi anni di funzionamento i capostipiti dei moderni impianti funicolari realizzati verso la fine dell’800 vennero azionati da grosse macchine alternative a vapore, fino alla prima metà degli anni ‘20 dopo di ché, con l'avvento dell'elettricità, il metodo di trazione venne affidata ai motori elettrici.

Al giorno d’oggi i motori termici trovano impiego soprattutto nelle funicolari aeree come azionamenti di emergenza, oppure

come azionamento principale ma

limitatamente a piccoli impianti isolati quali sciovie non raggiunte dalla rete elettrica.

In questa sede verranno trattati esclusivamente i motori endotermici alternativi alimentati a gasolio, in quanto essi sono gli unici praticamente impiegati nel settore dei trasporti speciali. I motori

endotermici alternativi trasformano il lavoro, tramite stantuffi e cinematismi del tipo biella-manovella, una frazione del calore che si ricava bruciando nel loro interno materie combustibili (quanto maggiore è questa frazione di calore utilizzata come lavoro, tanto maggiore è il rendimento). Loro caratteristiche principali sono la facilità di avviamento, la semplicità di regolazione ed, entro certi limiti, la leggerezza. Le prime due caratteristiche in particolare sono fondamentali per quanto riguarda il particolare uso che viene fatto di questi motori nel campo dei trasporti speciali, ovvero la movimentazione dell’impianto in situazioni di emergenza quali potrebbero essere la mancanza totale dell’energia elettrica oppure un guasto serio degli organi di trasmissione, per esempio la rottura di un giunto o di qualche elemento del riduttore.

I motori termici non vengono normalmente impiegati nel normale esercizio dell’impianto, compito questo affidato ai motori elettrici, ed è per questo motivo che i progettisti non si pongono il problema dell’insonorizzazione di questi motori. Il problema però andrebbe preso in considerazione in quanto la forte, anzi fortissima, rumorosità indotta da queste macchine rende difficoltosa la comunicazione vocale tra gli operatori impegnati nelle manovre di recupero. E’ inoltre da tenere presente che i quadri per l’avvio e la manovra del motore diesel sono collocati nelle immediate vicinanze della macchina (foto 47), esponendo l’operatore a livelli di rumorosità molto elevati.

La soluzione ottimale per questo tipo di installazione sarebbe la delocalizzazione della macchina termica in un ambiente dedicato fisicamente separato dall’impianto, meglio ancora se interrato. Questa soluzione è spesso adottata per i gruppo elettrogeni di emergenza; infatti in questo caso è semplice portare l’energia elettrica prodotta dai gruppo elettrogeno agli utilizzatori finali. Nel caso però che il motore termico vada ad azionare il circuito idraulico del recupero, è necessario che tutto l’azionamento si trovi il più vicino possibile alla puleggia motrice, in modo da ridurre al minimo le perdite di carico che altrimenti si avrebbero in condutture lunghe e tortuose.

E’ utile anche in questo caso isolare le singole fonti di rumorosità al fine di delineare i possibili interventi finalizzati alla mitigazione del fenomeno acustico.

- Aspirazione; - Raffreddamento:

- Ad aria

- Con liquido refrigerante

- organi meccanici in movimento:

- pistoni - valvole - cinghie trapezoidali - catena di distribuzione - turbocompressore; - scarico.

Per quanto riguarda il sistema di aspirazione e di raffreddamento ad aria vale quanto detto a proposito del rumore aerodinamico trattato in precedenza; in questi casi però il fenomeno è accentuato in quanto le velocità dei gas nei condotti di aspirazione sono dell’ordine dei 70 ÷ 120 m/s al regime di massima potenza. Nei casi dei motori a combustione interna l’intasamento dei filtri di aspirazione e/o dei condotti di aspirazione, oltre a produrre un certo incremento della rumorosità, provoca una diminuzione del rendimento complessivo della macchina.

La rumorosità prodotta dagli organi in movimento dipende essenzialmente dai giochi presenti tra le parti, in particolare le valvole producono un caratteristico ticchettio,

avvertibile soprattutto ai bassi regimi. In questi casi potrebbe essere necessaria la regolazione della distribuzione da effettuarsi sugli spessori calibrati dei bicchierini (nel caso di distribuzione con albero a camme in testa) oppure sugli appositi registri dei bilancieri, nel caso la distribuzione sia realizzata con il sistema ad aste e bilancieri. L’eccessiva rumorosità della catena di distribuzione potrebbe essere un segnale di una sua incipiente usura.

Le cinghie in materiale sintetico che comandano gli organi ausiliari quali alternatore, pompa del liquido refrigerante, ecc. potrebbero essere responsabili di marcati cigolii; in questi casi la causa è imputabile allo scivolamento della - o delle - cinghie sulle rispettive pulegge. La causa del malfunzionamento, e quindi della rumorosità, è dovuta in questi frangenti dalla presenza, anche concomitante, dei seguenti fattori:

- presenza di sostanze untuose che imbrattano le superfici di contatto tra cinghia e puleggia;

- usura delle cinghie e/o delle pulegge; - allentamento delle cinghie;

- grippaggio di qualche puleggia o del galoppino tenditore (se presente).

Una volta individuata la causa della rumorosità, risulta immediata la soluzione da applicare.

Spesso la turbina del turbina del sistema di sovralimentazione, oramai presente su tutti i motori industriali, genera un caratteristico fischio a determinati regimi di funzionamento. Tale rumorosità è normale e dipende essenzialmente da fenomeni di tipo fluidodinamica che avvengono in corrispondenza delle palettature interne, fisse e mobili. In questi casi l’unica via percorribile per la riduzione della rumorosità consiste nella schermatura acustica del turbocompressore, operazione questa realizzabile abbastanza facilmente considerate le ridotte dimensioni delle moderne turbine.

L’impianto di scarico è il principale responsabile dell’emissione acustica dei motori a combustione interna. A tale scopo vengono impiegati i silenziatori (fig. 20)che hanno il compito di attenuare la rumorosità allo scarico. In essi la corrente gassosa subisce espansioni successive e si raffredda, riducendo così la propria velocità sensibilmente rispetto ai valori ultrasonici (500 ÷ 600 m/s) presenti all’uscita del collettore di scarico. Il rumore che si propaga lungo il condotto viene convogliato nel silenziatore. Dopo aver attraversato la sezione reattiva, il flusso gassoso attraversa la sezione dissipativa che, grazie a particolari elementi fonoassorbenti, provvede ad attenuare le frequenze medio-alte.

Negli autoveicoli destinati al trasporto di merci e persone si fa uso di due o tre silenziatori disposti in serie. La contropressione allo scarico prodotto da essi da luogo ad una perdita di potenza dal 2 al 6%. Sono costruiti in genere in lamiera di acciaio a medio tenore di carbonio oppure, per impieghi gravosi, in acciaio inossidabile.

Ora non è chiaro come i dispositivi di scappamento dei gas di scarico siano trascurati nella stragrande maggioranza dei casi degli impianti dove trovano collocazione i motori termici; quasi sempre infatti i gas di scarico vengono convogliati all’esterno della sala argano con delle semplici tubazioni (foto 48 e 49) approssimativamente isolate tanto acusticamente che termicamente. Questo particolare settore riguardante i gas di scarico è sicuramente suscettibile di sensibili miglioramenti dal punto di vista del miglioramento delle emissioni sonore.

Tali perfezionamenti, una volta tanto, possono essere facilmente realizzati anche a posteriori. Si tratterebbe infatti di dotare i motori termici di adeguati dispositivi silenziatori il cui costo, sia di fornitura che di installazione, risulta essere più che accessibile in quanto comporta sostanziali modifiche alla struttura generale ed alla disposizione delle varie parti dell’impianto nel quale andranno inseriti.