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Titolo: La seconda rivoluzione industriale
Autore: Marco

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[LA SECONDA RIVOLUZIONE
INDUSTRIALE]

La seconda rivoluzione industriale

Indice generale
Prefazione

pag. 2

1. Contesto storico

pag. 3

2. Sviluppi tecnologici generali

pag. 7

3. Motori elettrici per l’industria e i padri
dell’elettrificazione moderna

pag.15

4. Motori a vapore, a combustione e turbine

pag.31

5. Impatto sociale

pag.49

6. Realismo, naturalismo e verismo(cenni storici)

pag.55

i.

APPENDICE 1

pag.59

ii.

APPENDICE 2

pag.69

iii.

APPENDICE 3

pag.77

iv.

APPENDICE 4

pag.83

v.

APPENDICE 5

pag.97

Bibliografia

1

La seconda rivoluzione industriale

Prefazione
La seguente tesina verte sulla nascita e lo sviluppo di particolari invenzioni
durante la Seconda rivoluzione industriale, e sugli effetti sociali ed economici
che queste invenzioni ebbero ed hanno tutt’ora.
In particolare saranno prese in esame le turbine in relazione alla produzione
di energia elettrica, il motore a scoppio e più succintamente lo sviluppo dei
generatori e dei motori elettrici utilizzati in ambito manifatturiero, ieri come
oggi.
Non verranno tralasciati gli aspetti economici e sociali di questo particolare
periodo storico che ha inciso così tanto con il cambiamento degli stili di vita e
delle potenzialità produttive e creative delle società occidentali.

Scopo della tesina non è soffermarsi su particolari macchine, situazioni
storiche relative ad esse o sui protagonisti inventori dell’epoca, ma intrecciare
tutti questi tre elementi per avere una panoramica generale del periodo
storico preso in esame.

Marco Daga
01/04/2013, MODENA

2

La seconda rivoluzione industriale

1
CONTESTO STORICO
La seconda rivoluzione industriale si colloca in un periodo il cui inizio viene cronologicamente riportato al
periodo compreso tra il Congresso di Parigi (1856) e quello di Berlino (1878) e che giunge a pieno sviluppo
nell'ultimo decennio del 1800 fino agli inizi del 1900.
Il periodo considerato vede in Europa il passaggio da una borghesia liberista ad una imperialista.
Precisamente si deve distinguere la fase che va dal 1849 al 1873 dalla successiva. Infatti fra il 1849 e il 1873
si assiste ad un forte sviluppo economico promosso dalla borghesia fedele ai princìpi del liberismo e perciò
sostenitrice del libero scambio e della concorrenza, senza controlli statali. Questo tipo di borghesia entra in
crisi al momento della grande depressione (1873-1895). L’economia europea tenta di uscire dalla
depressione con una politica antiliberista e imperialistica che si afferma nell’ultimo ventennio del secolo: si
formano grandi concentrazioni industriali monopolistiche che limitano la libera concorrenza; lo Stato
interviene nell’economia assumendo la protezione delle aziende; si creano nuovi mercati attraverso
un’accentuazione dell’espansione colonialistica. La nuova borghesia imperialistica è fortemente aggressiva
all’esterno e autoritaria all’interno.
Negli anni Novanta dell’ Ottocento l’ Imperialismo economico e militare è ormai una nuova realtà. Esso
costituisce la base economica di ripresa dello sviluppo economico: può prendere avvio così lo sviluppo della
seconda rivoluzione industriale che si sviluppa a cavallo dei due secoli.
Il concetto di “ imperialismo” è riferito alla politica aggressiva degli Stati europei, la cui guida è nelle mani
del potere monopolistico e del ceto medio. Essa è diretta prevalentemente alla conquista di nuove colonie in
Africa e in Asia; tuttavia, sviluppando la concorrenza tra gli Stati, ognuno dei quali protegge le proprie
aziende sino ad identificarsi con esse, acuisce anche le contraddizioni internazionali tra le grandi potenze,
sino a produrre la Guerra Mondiale del 1914-18.
Come già detto sopra questo periodo può essere suddiviso in due fasi principali, la prima che va dalla metà
dell’ Ottocento fino al 1873, il grande sviluppo economico, e la seconda che va dal 1873 al 1895, la grande
depressione. Vi è anche una terza cronologicamente più sfumata che dal 1896 arriva al 1908 e corrisponde
ad un forte balzo in avanti dal punto di vista industriale grazie all’elettrificazione per il manifatturiero.
La prima fase (1849-1873) segna uno dei momenti più rigogliosi dell’economia europea. La produzione
cresce del 500%. Il settore trainante è quello dello sviluppo ferroviario, strettamente connesso alla diffusione
delle macchine a vapore. Il settore ferroviario favorisce lo sviluppo di una serie di industrie ad esso
collegate: l’industria meccanica per la produzione delle macchine, l’industria siderurgica per il ferro
necessario alla costruzione delle rotaie, l’industria estrattiva per il carbone indispensabile all’ alimentazione
delle macchine a vapore.
Nel periodo della grande depressione (1873-1895), provocata dalla crisi del settore ferroviario e dalla
concorrenza dei prodotti agricoli provenienti dagli Stati Uniti, l’economia dei paesi avanzati (anzitutto
Inghilterra, Francia, Germania, Stati Uniti e Giappone) reagisce con tre misure:

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La seconda rivoluzione industriale
 Il protezionismo, che pone dazi sull’importazione delle merci straniere in modo da salvaguardare le
aziende nazionali;
 L’assorbimento della maggior parte delle aziende minori e di tutte quelle eventualmente più deboli in
grandi concentrazioni monopolistiche, che si spartiscono il mercato riducendo drasticamente i
margini della libera concorrenza;
 La costruzione di vasti imperi coloniali in Asia e in Africa in modo da allargare il mercato per i propri
prodotti, da controllare le materie prime e infine da avere a disposizione serbatoi per l’emigrazione.
Con queste misure finisce l’epoca del liberismo economico e nasce quello dell’imperialismo economico
politico e militare.
Si sviluppa un nuovo colonialismo, diverso da quello del passato, che consisteva soprattutto in un’espansione
commerciale. L’imperialismo diventa conquista militare e acquisizione territoriale di interi paesi in Africa e in
Asia.
Questa situazione determina anche un nuovo modo di vedere il mondo, e cioè la diffusione di ideologie che
teorizzano la superiorità dell’uomo bianco occidentale e giustificano il colonialismo come diffusione della
civiltà e come soluzione dei problemi demografici europei.
Anche le innovazioni tecnologiche contribuiscono a porre le basi per una ripresa dello sviluppo. Si diffondono
il telefono, il microfono, il grammofono, il telegrafo senza fili, la fotografia e poi verso la fine del secolo, il
cinematografo, la bicicletta, l’automobile e la macchina da scrivere. Fra gli anni Ottanta e Novanta nascono
l’industri elettrica e quella dell’automobile. Alla fine del secolo le luci elettriche illuminano le città, mentre
cominciano a circolare i primi tram elettrici. Ne consegue il lento declino delle macchine a vapore,
progressivamente sostituite da quelle elettriche.
Contemporaneamente l’organizzazione del lavoro in fabbrica si va razionalizzando e parcellizzando. Ne deriva
la crisi delle antiche abilità artigianali. L’operaio specializzato e qualificato non svolge più un lavoro affidato
alla propria individuale abilità, ma si trasforma in addetto alla manutenzione della macchina, venendo a
costruire una sorta di aristocrazia operaia, mentre la maggior parte del lavoro viene svolta da operai comuni
che eseguono solo operazioni elementari, monotoni e ripetitivi al servizio della macchina e sono perciò
facilmente sostituibili.
All’inizio del Novecento l’organizzazione scientifica del lavoro, teorizzata da Tylor, dà un contributo
fondamentale alla seconda rivoluzione industriale. Questa può svilupparsi a partire dal 1896, soprattutto
grazie alla diffusione delle nuove forme di energia elettrica e petrolifera ed ad una articolata società di massa
basata sui consumi.
L’Italia partecipa allo sviluppo dell’economia europea da posizioni ancora arretrate. Il vero e proprio decollo
industriale nel nostro paese sarà avviato solamente negli ultimi anni del secolo e all’inizio del 1900, in
concomitanza con la seconda rivoluzione industriale europea ( che per l’Italia risulta essere la prima dato la
sua arretratezza cronica). Un momento storico risulta essere la fondazione della FIAT, ad opera di Giovanni
Agnelli nel 1899.
Bisogna sottolineare che l’industrializzazione avviata nel corso dell’Ottocento e affermatisi alla fine del
medesimo secolo riguarda solo distretti limitati del territorio nazionale tra Genova Milano e Torino.
Il resto del paese rimane in condizioni prevalentemente agricole e arretrate, specialmente nel Meridione.
Fattori di crisi e di arretratezza del Meridione furono:
 Lo squilibrio dello sviluppo a vantaggio del Nord ( la Banca Nazionale del Nord godette di condizioni
di privilegio che penalizzarono le banche meridionali)
 L’applicazione, da parte della destra, che tenne il potere dal 1861 al 1876, di un duro sistema fiscale
che colpiva soprattutto le masse di contadini (come la tassa sul macinato introdotta nel 1868)
 La diffusione del brigantaggio e il conseguente regime di occupazione militare in cui vennero tenute
intere regioni del sud.
 Il potere dell’usura che impediva la nascita di un ceto di piccole e medi proprietari, soffocati dai
debiti.

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La seconda rivoluzione industriale
Questi fattori che determinarono la situazione di degrado e arretratezza, sono peraltro, in qualche forma,
ancora presenti nel territorio meridionale come pesanti strascichi di età passate, nei secoli precedenti,
sedimentate nel substrato culturale e istituzionale non statale, laddove condizioni di sfruttamento e
dominazione hanno compresso le forze sociali e civiche delle popolazioni prese in esame.
La condizione dell’epoca fu soggetta ad una famosa inchiesta di Leopoldo Franchetti e Sidney Sonnino e
dagli scritti di Villari e Fortunato.
Per quanto riguarda la politica interna il periodo della grande depressione, come già detto, e della nascita
dell’imperialismo economico coincide in tutta Europa con il rafforzamento delle tendenze autoritarie e
conservatrici. La comparsa del protagonismo delle masse (soprattutto cattoliche e socialiste) e lo
spauracchio della rivoluzione socialista, divenuto attuale in Europa dopo la Comune parigina del 1871,
inducono i gruppi dominanti a risposte antidemocratiche e spesso illiberali. Solo alla fine del secolo e all’inizio
del nuovo, si assiste a un inversione di tendenza almeno in Francia, in Inghilterra ma un po’ anche in Italia.

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La seconda rivoluzione industriale

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La seconda rivoluzione industriale

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SVILUPPI TECNOLOGICI GENERALI

Galleria delle macchine all'Esposizione universale del 1900 a Parigi
Il termine industria deriva dal latino industria (-ae), parola composta da endo- (dentro) e -struo (costruisco).
Il significato originario di operosità, attività, diligenza acquista alla fine del Novecento l'accezione di "settore
manifatturiero".
La rivoluzione industriale è un processo di trasformazione economica che da un sistema agricolo-artigianalecommerciale porta ad un sistema industriale moderno caratterizzato dall'uso generalizzato di macchine
azionate da energia meccanica, dall'utilizzo di nuove fonti energetiche (come ad esempio il petrolio e
l'elettricità) e dalla diffusione della fabbrica come principale luogo di produzione nel quale si concentrano i
mezzi di produzione (forza lavoro e capitale). Ne consegue un notevole incremento, quantitativo e
qualitativo, delle capacità produttive di un Paese.
All'interno della più generica definizione di rivoluzione industriale va fatta una distinzione fra prima e seconda
rivoluzione industriale. La prima, iniziata alla fine del settecento, riguarda prevalentemente il settore tessilemetallurgico ed è connessa all'introduzione della macchina a vapore.
La seconda rivoluzione industriale, che sia pure in tempi diversi a seconda dei paesi, prende avvio attorno
alla metà del secolo XIX, si sviluppa con l'introduzione dell'acciaio, l'utilizzo dell'elettricità, dei prodotti chimici
e del petrolio.
La rivoluzione industriale comporta una profonda ed irreversibile trasformazione che parte dal sistema
economico fino a coinvolgere il sistema produttivo nel suo insieme e l'intero sistema sociale. L'apparizione
della fabbrica e della macchina modifica i rapporti fra gli attori produttivi. Nasce il capitalista industriale,
imprenditore proprietario della fabbrica e dei mezzi di produzione, che mira ad incrementare il profitto della

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La seconda rivoluzione industriale
propria attività e conseguentemente si viene a formare la classe operaia che riceve, in cambio del proprio
lavoro e del tempo messo a disposizione per il lavoro in fabbrica, un salario.

L'accelerazione della storia
Oltre che per le grandi innovazioni tecnologiche e scientifiche, la seconda rivoluzione industriale si
caratterizza in modo incisivo rispetto alla prima perché « più rapidi furono i suoi effetti, più prodigiosi i
risultati che determinarono una trasformazione rivoluzionaria nella vita e nelle prospettive dell'uomo.»
Avvenimenti di rilievo prima dilatati nello spazio e nel tempo ora si concentrano in uno spazio temporale
ristretto che rende più veloce e concitata la vita dell'uomo .
Lo storico e sociologo tedesco Wolfang Schivelbusch ha osservato come la rivoluzione dei mezzi di trasporto
abbia modificato non solo la zone dove essa si è verificata ma anche la "geografia mentale" degli uomini, il
loro modo di percepire lo spazio e il tempo.
Inizia quel fenomeno che porterà, per effetto della contrazione dello spazio e del tempo, conseguenza dei
nuovi più veloci mezzi di trasporto e comunicazione, alla globalizzazione dei mercati, delle tecnologie e dei
linguaggi, e in definitiva all’accelerazione della storia dell'uomo.

Le innovazioni tecnologica

Convertitore Bessemer
Dal 1870 in poi, si ebbe in Europa e negli Stati Uniti uno sviluppo tecnologico senza precedenti, che assicurò
ai paesi Occidentali la supremazia tecnica in tutto il mondo. La caratteristica che differenzia maggiormente la
seconda rivoluzione industriale dalla precedente sta nel fatto che le innovazioni tecnologiche non sono frutto
di scoperte occasionali ed individuali, bensì di ricerche specializzate in laboratori scientifici e nelle università
finanziate dagli imprenditori e dai governi nazionali per il miglioramento dell'apparato produttivo.
I settori in cui si ebbero i maggiori risultati furono quello agricolo, quello manifatturiero e quello alimentare.
Nel settore metallurgico, giocarono un ruolo fondamentale la realizzazione del Convertitore Bessemer e il
Forno Martin-Siemens. Essi permisero la realizzazione di macchine e utensili più robusti e resistenti del ferro
che causava problemi per la sua tendenza ad usurarsi rapidamente.
Nel 1878 con l'adozione del "processo Thomas" poterono essere utilizzati materiali di ferro con alta
percentuale di fosforo. Fu proprio questo metodo di defosforazione che consentì alla Germania ricca di questi
minerali di trasformarsi da paese agricolo a industriale sino a superare, con uno sfruttamento più organizzato

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La seconda rivoluzione industriale
delle miniere dell'Alsazia e della Lorena e del bacino carbonifero della Ruhr, la produzione delle acciaierie
inglesi.
L'acciaio permise nuove soluzioni nel campo della meccanica e nel 1870 l'utilizzo del cemento armato in
quello delle costruzioni.
Novità investirono anche il campo elettrico, soprattutto in Italia, con la costruzione della centrale
termoelettrica a carbone per opera di Galileo Ferraris.

Pubblicità di lampade elettriche (1897)

In Italia, mancando il carbon fossile e scarseggiando il carbone bianco si sfruttarono i corsi d'acqua per la
produzione di energia elettrica. Così facendo non si andò incontro alle esose spese per l'importazione di
carbone.
Nel campo chimico, vi furono tra le industrie, fortissime competizioni che portarono in pochissimi anni alla
scoperta di nuovi prodotti come fertilizzanti, coloranti sintetici, ammoniaca, dinamite, soda e prodotti
farmaceutici quali cloroformio, disinfettanti e analgesici.
Più lento fu invece lo sviluppo dell'apparato elettrico ancora in via di sperimentazione, che ebbe un deciso
incremento solo dopo il 1870, quando si produssero i primi generatori (la dinamo e il motore elettrico,
nonostante fossero già in uso da molto tempo, risultarono poco convenienti e poco versatili per i processi
produttivi). I progressi in questo campo permisero la graduale diffusione della rete elettrica ad uso civile per
l'illuminazione (e successivamente l'utilizzo dei primi elettrodomestici), nelle case e nei luoghi di lavoro.
L'introduzione dell'elettricità come fonte di illuminazione delle città, molto più efficiente di quella che
utilizzava il gas illuminante, trasformò la vita dei cittadini rendendo più sicure le strade e permettendo anche
una vita notturna più intensa con la frequentazione di punti d'incontro illuminati.
La luce elettrica cambiò anche i ritmi di lavoro nelle fabbriche dove prima la produzione cessava con il venir
meno della luce diurna: ora gli operai potevano lavorare in turni ininterrotti nelle 24 ore.

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La seconda rivoluzione industriale

Medicina e sviluppo demografico

Robert Koch Nobel per la medicina nel 1905
Fu soprattutto nel periodo della seconda rivoluzione industriale, più che nella prima, che vennero fatte
numerose e importantissime scoperte in campo medico e scientifico. Gli studi di Charles Darwin e Gregor
Mendel stimolarono l'approfondimento di anatomia comparata, fisiologia, genetica, mentre le fondamentali
scoperte di Louis Pasteur, Gerhard Henrik Hansen, Robert Koch, e altri, in campo epidemiologico portarono
nel corso del XIX secolo a trovare una difesa contro antichi flagelli come la tubercolosi, la difterite, l'antrace,
la peste, la lebbra, la rabbia, la [malaria].
Numerose altre scoperte e invenzioni (come ad esempio lo stetoscopio) consentirono enormi progressi nel
campo della chirurgia e in generale delle condizioni igienico-sanitarie negli ospedali e nella vita quotidiana
delle famiglie. Furono ad esempio gli studi del medico ungherese Ignác Fülöp Semmelweis (1818 – 1865) a
dimostrare che l'alto tasso di mortalità delle donne dopo il parto era in buona misura dovuto a infezioni
trasmesse dai medici stessi durante il parto.
Un'altra decisiva scoperta nel settore medico-sanitario fu l'adozione dell'anestesia a base di etere e
cloroformio durante gli interventi chirurgici e l'applicazione dei raggi x per le diagnosi interne.
Questo complesso di scoperte e invenzioni permise nel giro di pochi decenni di migliorare le condizioni
igienico-sanitarie e alimentari di gran parte delle popolazioni dei paesi industrializzati, di abbattere l'alto
tasso di mortalità infantile, e di innalzare notevolmente l'età media della popolazione e le aspettative di vita
delle persone.
Tale evoluzione, unitamente alla maggiore disponibilità di risorse, condussero nel giro di alcuni decenni ad
un incremento esponenziale della popolazione, tanto che, fra la fine del XVII secolo e il XX secolo la
popolazione europea si è accresciuta di quasi quattro volte, la speranza di vita è passata da valori compresi
tra i 25 e i 35 anni a valori che superano i 75 anni, il numero di figli per donna scesi da 5 a meno di 2 e
natalità e mortalità scesi da valori compresi tra il 30 e il 40 per mille a valori prossimi al 10.

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La seconda rivoluzione industriale
Trasporti

Locomotiva a vapore (1907)
I trasporti nella seconda metà dell'Ottocento divennero molto più sviluppati e complessi. Il sistema
ferroviario, uscito dalla fase pionieristica, ebbe un accrescimento senza precedenti; in alcuni paesi le ferrovie
ebbero un incremento del 900%: negli Stati Uniti si passò da 15.000 km di linee ferroviarie a più di 150.000
km. L'enorme sviluppo del trasporto ferroviario rivoluzionò in breve tempo i commerci e la possibilità di
movimento delle popolazioni interessate, divenendo a sua volta un potente elemento di accelerazione e
moltiplicazione dello sviluppo economico delle aree raggiunte dal servizio.

Il piroscafo “Cincinnati” in un'immagine del 1911.

La costruzione di ferrovie a raggio transcontinentale - la ferrovia New York San Francisco (1862-1869), la
transandina tra il Cile e l'Argentina (1910), la transiberiana (1891-1904) Mosca-Vladivostok sul Pacifico e
successivamente sino a Port Arthur sul Mar Giallo - ebbe un'enorme influenza nello scambio delle merci
poiché si ridussero notevolmente i costi sino ad allora molto alti per il trasporto via terra. Inoltre in alcune
delle più importanti città Europee ed Americane, si ebbe la costruzione delle prime metropolitane, fra le quali
quelle di Londra e Parigi, che permetteva di spostarsi facilmente all'interno delle aree urbane, enormemente
accresciutesi già dopo la prima rivoluzione industriale.
Per quanto riguarda il sistema navale, grazie allo sviluppo della metallurgia e all'introduzione dell'elica, si
poterono costruire i primi scafi in ferro e successivamente in acciaio, che permisero la costruzione dei
robustissimi transatlantici. Piano piano, le navi a vela vennero soppiantate da quelle a vapore grazie anche
all'avvento dei motori compound.

Automobile Benz Velo (1894)

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La seconda rivoluzione industriale
Per i trasporti marittimi fu di enorme importanza la costruzione di canali artificiali come nel 1869 quello di
Suez che in poco tempo determinò spostamento dei traffici tra l'Atlantico settentrionale e l'oceano Indiano,
lungo la rotta del Capo di Buona Speranza sostituita con quella molto più breve del Mediterraneo e del Mar
Rosso, ripristinando così l'importanza della navigazione nel bacino mediterraneo come tramite tra l'Occidente
e l'Oriente.
Nel 1895 fu completato il canale di Kiel che facilitò gli scambi tra Mar del Nord e il Baltico. Nel 1914 si aprì il
canale di Panama che mise in immediata comunicazione l'Atlantico e il Pacifico.
In questo modo le economie dei vari stati nazionali cominciarono a divenire interdipendenti e sembrò
realizzarsi il sogno degli illuministi che basandosi sulla espansione del mercato auspicavano il superamento
delle barriere nazionali con la realizzazione del cosmopolitismo. La realtà si rivelò del tutto diversa: invece
che al sorgere di un sentimento fraterno tra gli uomini si assisté al feroce scontro dei nazionalismi. Nel 1883
l'ingegnere tedesco Gottlieb Daimler brevettò il primo motore a benzina efficiente. Pochi anni dopo, apparve
la prima vettura a benzina. L'invenzione della automobile si rivelerà di straordinaria importanza, con effetti
rivoluzionari sulle abitudini e lo stile di vita dei paesi industrializzati; tali conseguenze, tuttavia, si
avvertiranno in modo significativo solo a partire dalla diffusione di massa dell'automobile, che inizierà
successivamente, nei primi decenni del XX secolo.

Comunicazioni

Telegrafo Morse (esemplare alla Cité des télécoms di Pleumeur-Bodou)

Parallelamente ai trasporti, anche le comunicazioni si fecero più veloci e intense. La scoperta
dell'elettromagnetismo con l'invenzione del telegrafo prima e del telefono poi, permisero le prime
comunicazioni intercontinentali.

Telefono del 1896 prodotto in Svezia.

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La seconda rivoluzione industriale
Questo tipo di comunicazione ebbe un ruolo decisivo per il graduale sviluppo dell'interdipendenza tra i vari
stati del pianeta. Attorno agli anni quaranta del XIX secolo si svilupperà rapidamente in tutto il mondo il
telegrafo elettrico Morse, che per la prima volta nella storia permetterà la comunicazione istantanea a
distanza, e che darà luogo a notevoli sviluppi, fra cui la creazione delle prime agenzie di stampa, che
raccoglievano e distribuivano notizie in tempi molto più rapidi che in passato. Sarà soprattutto la successiva
invenzione del telefono (1860) e la sua diffusione su larga scala che porteranno ad una vera rivoluzione nel
campo delle comunicazioni, imprimendo in poco tempo uno sviluppo totalmente nuovo nelle interrelazioni
sociali e commerciali tra gruppi e individui. Nei primi anni del novecento, quindi, l'avvento della radio,
avvierà una nuova era nel campo della informazione che porterà notevoli conseguenze anche in campo
sociale.

Il mutamento del rapporto tra agricoltura e industria
Gli aspetti più rilevanti della grande trasformazione economica e sociale connessa alla seconda rivoluzione
industriale si ebbero nella patria della prima: in Inghilterra dove masse di popolazione si spostarono nelle
città. Nel 1871 in Inghilterra il 35% della popolazione lavorava nel settore agricolo, nel 1910 la manodopera
agricola era scesa al 25%. In Francia, dove l'industrializzazione aveva riguardato solo delle zone limitate, lo
spostamento della popolazione dalla campagna alla città fu più lento mentre in Germania, come nei paesi
scandinavi, fu imponente la riduzione della manodopera occupata nell'agricoltura. Se la produzione agricola
europea non subì un vistoso calo questo fu dovuto alla meccanizzazione dell'agricoltura che divenne
"scientifica", anch'essa di tipo capitalistico ed industriale. Nell'allevamento si cominciò a selezionare il
bestiame e dove possibile si sostituì alla cerealicoltura la coltivazione intensiva di frutta ed ortaggi. Nel Nord
Europa, in Olanda, in Danimarca, compaiono nuove forme di produzione associata come il modello
cooperativistico con i suoi ideali di mutualità, solidarietà, premessa dei nuovi regimi democratici.

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La seconda rivoluzione industriale

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La seconda rivoluzione industriale

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MOTORI ELETTRICI PER L’INDUSTRIA
I motori realizzati dalla metà del 1800 fino alla fine dello stesso secolo utilizzati nell’industria e dall’industria
stessi prodotti anche per usi civili furono i motori (ma anche i generatori) elettrici e quelli a combustione.
Cominciamo con una breve rassegna delle principali scoperte e delle invenzioni. La qualità che rende
preziosa l'elettricità è la facilità con cui può essere trasportata. Basta una coppia di fili e la corrente arriva
dove serve. Un'altra caratteristica dell'energia elettrica è la facilità con cui può essere trasformata in altri tipi
di energia. Il motore elettrico, che trasforma l'energia elettrica in energia meccanica, pur essendo utilissimo
si è sviluppato abbastanza tardi. I tecnici erano scettici sulla possibilità di costruire motori dal rendimento
accettabile. Quando, sulla scia delle lampade a incandescenza, l'energia elettrica scese di prezzo, fu la
convenienza e non il rendimento a diffondere l'uso del motore elettrico. Il principio teorico fu dimostrato da
Farday nel 1821 ma solo nel 1873 Gramme e il socio Fontaine presentarono a Vienna una dinamo che
funzionava altrettanto bene come motore.
Le centrali elettriche, dal 1882, fornivano per la maggior parte corrente alternata, c'era quindi bisogno di un
nuovo motore che venne inventato nel 1888 da Nikola Tesla (1856-1943). Probabilmente i primi motori a
induzione efficienti furono quelli costruiti a Zurigo nelle officine Oerlikon da C.E.L.Brown. Nel 1891 apparve il
motore sincrono. La prima ferrovia elettrica apparve in Germania a Lichterfelde nel 1881 e fu costruita da
Siemens. Nel 1883 entrò in funzione il treno elettrico a Porrush in Irlanda. Per la trazione erano usati motori
a corrente continua. I perfezionamenti di questo motore sono dovuti a Gramme, a Edison, a Siemens e
all'italiano Antonio Pacinotti (1841-1912).
Nella storia del motore elettrico ha particolare importanza la figura di Galileo Ferraris (1841-1897). Egli nel
1885 ebbe la geniale intuizione del campo magnetico rotante generato da un induttore polifase fisso. Questo
campo polifase produce correnti in un indotto mobile. L'azione elettrodinamica fra campo magnetico e
correnti dà origine alla coppia meccanica (motore asincrono). G. Ferraris non volle brevettare la sua scoperta
Nel 1891 apparve il motore sincrono. Entrando più nello specifico, in Germania per esempio, Friederich von
Hefner-Alteneck (1845-1904), un socio della Werner von Siemens’s e pionere nel disegno del sistema ad
arco elettrico imparò che i tecnici delle centrali elettriche come Emil Ratheneau, erano insoddisfatti delle
trasmissioni a cinghia, del basso rendimento e dalla alta velocità costruiti da Siemens & Halske, con licenza
di Edison. Nel 1886, lavorando con Karl Hoffmann, Hefner-Alteneck sviluppò successivamente un grande
generatore a poli interni di bassa velocità adatto per un accoppiamento diretto ad un efficiente motore a
vapore a bassa velocità.
Rookes E.B. Crompton (1845-1940), un inventore e ingegnere, introdusse in Inghilterra un generatore a
corrente continua accoppiato combinato con il motore ad alta velocità di Willans. Per aumentare la capacità
del generatore gli inventori e le industrie, come la Helios and C.& E.Fein aumentarono il numero di poli
magnetici. Negli anni ottanta dell’Ottocento, Wilhelm Lahmeyer, un inventore tedesco e produttore,
introdusse dei generatori che riducevano le perdite magnetiche ed elettriche. L’azienda di Pöge in Germania
introdusse le spazzole di carbonio per prendere corrente dal commutatore.

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Le spazzole di carbonio vennero introdotte grosso modo nello stesso tempo anche negli Stati Uniti, nel
Regno Unito e in altri paesi industrializzati.
Quando questi miglioramenti ridussero i costi di produzione dell’energia elettrica, ingegneri e imprenditori
cercarono di a un carico del motore che avrebbe potuto competere con i motori a vapore. I vari inventori
fecero dei miglioramenti che erano utilizzabili per particolari tipi di carichi meccanici.
I motori per i tram dovevano fermarsi e accelerare spesso e dovevano anche sopportare binari disposti
malamente e lo sforzo di frequenti curve.
I motori per gli ascensori e montacarichi dovevano rispondere anche a più frequenti accelerazioni e
necessitavano di essere affidati per controlli onde evitare spegnimenti e intrappolamenti dei passeggeri.
Motori per piccole applicazione domestiche come il ventilatore, e le macchine da cucire, dovevano essere
progettate per operare senza manutenzione. I primi modelli di queste applicazioni erano alimentati da
batterie e successivamente vennero progettati per connettersi anche alla rete della centrale elettrica.
Negli Stati Uniti, il giovane inventore Frank J. Sprague (1857-1934), era considerato un ottimo inventore per
i suoi miglioramenti sui problemi dei motori a corrente continua.
Nel 1884 esibì il suo primo motore e due anni dopo fece partire il motore da una centrale di 15 cavalli di
potenza installato in un montacarichi a Boston, in Massachussets; nel 1887-88, usando il suo motore, costruì
un pratico sistema per il tram in Richmond, Virginia. Affrontò anche il problema del controllo dei
montacarichi e l’accoppiamento elettrico dei tram.
Sprague è ricordato principalmente per il suo lavoro sui grandi motori. Altri inventori trovarono il modo per
risolvere i problemi dei piccoli motori per applicazioni domestiche.
Ancora, nel 1884, negli Stati Uniti, Philip Diehl (1847-1913) inventò un motore a corrente continua a velocità
variabile per le attrezzature mediche del dentista e più tardi fu adattato anche per macchinari tessili.
Nel 1887 Schuyler Skaats Wheeler (1860-1923), al quale fu accreditata l’invenzione del ventilatore elettrico,
era, con Charles Curtis and Francis Crocker, produttori di motori progettati per operare in circuiti ad
incandescenza. Altri affrontarono problemi simili in Europa e nel Regno Unito.
Seguendo quella che era la recente (per l’epoca naturalmente) introduzione di un filamento (per le
lampadine nell’illuminazione) ad alta resistenza, gli inventori che migliorarono le prestazioni di questi
apparati, non si contavano. Nel 1880 inventori e ingegneri, migliorarono molto velocemente generatori,
motori, e altri componenti del sistema a corrente continua. Con una sola eccezione rimarcabile, i problemi
del sistema erano stati risolti abbastanza bene; l’eccezione era l’alto costo di distribuzione dell’elettricità
attraverso i cavi dovuto alla perdita di tensione lungo la linea di distribuzione.
I costi di distribuzione continuarono a crescere in maniera proibitiva negli anni ‘80 dell’ottocento quando il
raggio di distribuzione della corrente continua dalla centrale si estese per oltre un miglio. La maggior parte
degli ingegneri e dei dirigenti delle centrali non credevano che la trasmissione sulla lunga distanza della
corrente continua sarebbe stata possibile senza l’uso di batterie per immagazzinare l’energia.
Nel 1883 Edison rispose a questa sfida in maniera non del tutto sufficiente, introducendo il sistema di
trasmissione a tre cavi in sostituzione a quello di due e collaudando differenti configurazioni di generatori in
aggiunta alle batterie.
Queste migliorie non provvidero un radicale miglioramento che sarebbe poi venuto con il sistema polifase.

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La seconda rivoluzione industriale
Tuttavia il miglioramento apportato fu notevole per l’epoca e i vantaggi li abbiamo ancora oggi.
La rete di distribuzione del Pearl Street, A New York, incorporò queste innovazioni le quali ridussero i costi
notevolmente. Infatti il 20 novembre 1882, solo due mesi dopo che la stazione elettrica di Pearl Street
divenisse operativa, Edison eseguì l’applicazione di un brevetto intitolato “System of Electrical Distribution”
(Sistema di distribuzione elettrica, U.S. Patent n° 274,290). Era ed è conosciuta come sistema a tre cavi e
continua ad essere utilizzato ancora oggi.
Il sistema a tre cavi permise di risparmiare il 60% di rame necessario per la realizzazione del sistema a
quattro cavi di Edison.
John Hopkinson (1849-1898), un inventore e ingegnere britannico, brevettò anche lui un sistema a tre cavi
pochi mesi prima (British Patent n° 3,576 datata 27 luglio 1882).
Il rappresentante di Edison a Londra E.H. Johnson, chiese all’ufficiale navale americano Frank Sprague, che
stava visitando l’esibizione al Palazzo di Cristallo nel 1882 di fare un resoconto del sistema di Hopkinson.
Quando Sprague tornò dall’America nel 1883 andò al lavorare per Edison, il quale lo assegnò alla
installazione del pionieristico sistema a tre vie in una piccola città, Sunbury, in Pennsylvania.
In Germania anche Wilhelm von Siemens, per conto della Siemens & Halske, applicò un brevetto per la
distribuzione a tre vie che venne però rigettata a causa della priorità di quella di Hopkinson. Nonostante ciò,
il sistema a trasmissione a tre vie è un ottimo esempio di simultanea presa di coscienza del “reverse salient
problem”, e del tentativo si superarlo.
La simultanea invenzione della distribuzione a tre cavi (in seguito verranno provati anche a 5 cavi), usa una
complessa combinazione di generatori e batterie di accumulo, ed esperimenti con alto voltaggio,
trasmissione di corrente continua dimostrarono che l’alto costo della distribuzione trasmissione a basso
voltaggio continuò ad essere un opposto saliente. Edison identificò il costo di distribuzione come un
problema critico nell’investimento di un sistema del genere. Agli inizi degli anni ’80 molti inventori definirono
diversamente il problema da risolvere nel tentativo di migliorare la situazione.
La risoluzione pratica che venne fuori fu data da dal lavoro di un francese e da quello di un britannico.
Infatti più di ogni altro inventore furono il francese Lucien Gaulard e il suo partner britannico in affari John
D. Gibbs responsabili di invenzioni e sviluppi che culminarono con la risoluzione del problema della
trasmissione e della distribuzione dell’energia elettrica. Gaulard and Gibbs dimostrarono che utilizzando
corrente alternata con trasformatori, alti voltaggi potevano essere impiegati per una trasmissione economica
dell’energia e bassi voltaggi per la distribuzione nei punti consumo.
La storia di Gaulard e di Gibbs e dei loro trasformatori è estrememente complicata. Prima è pero opportuno
dare un quadro generale dello stato tecnologico dell’epoca.
Nel 1831, quasi 50 anni prima che Gaulard e Gibbs ottenessero il loro primo brevetto sul sistema di
trasformazione e distribuzione, Michael Faraday (1791-1867) scoprì il principio di induzione. Nei decenni
successivi molti inventori applicarono il principio di induzione che diceva che la variazione in una corrente
elettrica che passa in un cavo conduttore avvolto in una bobina induceva una corrente in un’altra bobina
posta nelle vicinanze. Molte delle invenzioni che precedettero Gaulard erano varianti delle bobine ad
induzione sviluppate dal fisico tedesco Heinrich Ruhmkorff (1803-1877) nel 1848, e chiamate anche rocchetti
di Ruhmkorff, e introdotta in una prima e più semplice progettazione da Charles Page (1812-1868) negli
Stati Uniti nel 1836 sulla base della scoperta indipendente dell’induzione si Joseph Henry.

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La seconda rivoluzione industriale
2)

1)

3)

Nelle figure 1,2,3, sono riportati una sezione, una vista in prospettiva assonometrica e una foto del
rocchetto di Ruhmkorff

L’obbiettivo di questi dispositivi era quella di indurre una forza elettromotrice indotta nell’avvolgimento
secondario con una bassa forza elettromotrice primaria. Dal tempo in cui si cominciò ad utilizzare la lampada
ad arco nei tardi anni ’70, molti inventori tentarono di risolvere un altro problema relativo allo spegnimento
di una lampada intenzionalmente o accidentalmente tramite la rottura dell’intero circuito e lo spegnimento
delle rimanenti lampade. Per fare questo il circuito primario delle bobine a induzione erano connesse in serie
in un circuito alimentato da un generatore e le lampade ad arco erano connesse singolarmente con
avvolgimenti secondari. Siccome i circuiti secondari non erano connessi a quelli principali ma erano
relazionati attraverso il campo magnetico le lampade potevano essere estinte singolarmente. Solamente il
campo magnetico veniva interrotto. Tra i tanti inventori che applicarono questo sistema ci furono per
esempio il russo Paul Jablochkoff (1849-1894) che mostrò le sue lampade all’ Esibizione Internazionale di
Parigi nel 1878. Per alimentare le sue lampade, che erano formate da barre di carbonio affiancate e separate
da un isolante, il caolino, utilizzò il famoso generatore di corrente alternata sviluppato dall’ ingegnere Belga
Zenobe Theophile Gramme (1826-1901).

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La seconda rivoluzione industriale
Uno dei modelli di trasformatore perfezionati di Gaulard - Gibbs, nella foto a destra ritratto di Gaulard

L’adattabilità del trasformatore risultò dal fatto che la bobina poteva essere collegata con un’altra in modi
differenti, l’impilamento delle quattro bobine poteva essere combinata in vari modi. Gaulard e Gibbs
progettarono questo trasformatore per essere connesso nel circuito di un generatore a corrente alternata. Il
numero di trasformatori in un circuito variava: ne avevano solo due, per esempio all’esibizione di
Westminister Aquarium nel 1883, ma nella letteratura specializzata dell’epoca ne erano menzionati fino
undici.
Ne disegnarono di altri tipi, e i loro sforzi si indirizzarono nel correggere i problemi e le inadeguatezze che
tecnologie in rapida evoluzione portavano ovviamente con sé, come la commutazione da un nucleo
magnetico aperto ad un chiuso, connettendo i primari in parallelo piuttosto che in serie e variando gli
avvolgimenti nel primario. Nonostante ciò incontrarono diversi problemi. Utilizzare un nucleo ferromagnetico
chiuso piuttosto che aperto accresce l’efficienza del trasformatore ma creava altri problemi pratici.
Tra il 1885 e il 1886 provarono anche la combinazione tra i primari connessi in parallelo e un nucleo chiuso.
A proposito di questo ulteriore progetto dissero che avrebbe provveduto una buona regolazione del voltaggio
ma questo risultò, però in un sistema che non funzionava in maniera soddisfacente. I componenti di questo
dispositivo avrebbero richiesto ancora molte riprogettazioni. Alla fine il maggiore problema da risolvere era la
regolazione del voltaggio. Rincorsero dispositivi estremamente complessi per regolare il secondo voltaggio
sotto condizioni di carico variabile, ma furono incapaci di risolvere il problema e altri inventori trovarono le
risposte a questo ulteriore problema.
Furono tre uomini associati a un’industria elettrica ungherese di Budapest, la Ganz & Company. Prima di
descrivere la revisione fatta da questi inventori è opportuno sottolineare l’importantissimo lavoro svolto da
Gaulard and Gibbs che portò alla fondazione di un nuovo sistema di illuminazione durante le loro ricerche per
un problema di trasmissione e distribuzione della corrente continua. In effetti affrontarono il problema delle
lampade ad incandescenza e comunque non erano intenzionati come Edison e altri a salvare l’esistente
sistema a corrente continua.
Gaulard and Gibbs meritano un prominente posto nella storia perché inventarono, svilupparono e
dimostrarono un sistema che era capace, secondo un’espressione tedesca (Entwicklungsfahig). Una volta
dimostrate, le loro invenzioni stimolarono un gran flusso di miglioramenti. Il loro sistema era una
combinazione di principi e dispositivi in combinazioni che funzionavano per risolvere un problema con la

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La seconda rivoluzione industriale
corrente. Tuttavia quando questo sistema venne introdotto il suo potenziale fu presto intuito. Gli ingegneri
erano consapevole dei difetti della corrente continua e si apprestarono a risolverli.
Come già detto tre inventori-ingegneri soci della Ganz & Company, la principale azienda elettrica ungherese,
migliorarono il progetto di Gaulard e Gibbs del trasformatore.
Uno di questi, Otto Titus Blàthy (1860-1939), si avvicinò al loro sistema a un’esibizione a Torino.
Gli ingegneri della Ganz & Company comprarono il trasformatore e nell’inverno del 1884/85 fecero i due
maggiori miglioramenti. Blathy decise che un nucleo chiuso poteva essere usato per provvedere un più
efficace campo magnetico di un nucleo aperto. Max Déri (1854-1938), un altro membro della Ganz &
Company e Zipernowsky riconobbero l’inefficacia della regolazione del voltaggio nei circuiti secondari e
collegarono i circuiti primari in parallello.
Dal maggio 1885 Derì, Blathy, e Zipernowsky svilupparono il loro sistema lo dimostrarono all’Esibizione
Nazionale di Budapest. Alcuni considerano il loro trasformatore il primo ad essere stato pratico e
commerciale. Fleming descrisse il loro trasformatore come il maggiore miglioramento, oltre quello di Gaulard
e Gibbs. L’invenzione del trasformatore con nucleo chiuso connesso in parallelo di Blàthy, Déry, e
Zipernowsky non fu fortuita, infatti la società di cui facevano parte cominciò a fare ricerca e produzione
anche nel campo della corrente alternata che li portò poi allo sviluppo del trasformatore e alla connessione in
parallelo. Nel 1878 la Ganz & Company assegnò parte del suo esteso lavoro di ingegneria per la produzione
di apparati di illuminazione elettrica in Austria e Ungheria e dal 1883 fecero oltre 50 installazioni di questo
tipo.
La Società offrì un intero sistema consistente di lampade ad arco e ad incandescenza, generatori e accessori.
Il fatto da sottolineare era che adottarono la corrente alternata in un’era dove prevaleva corrente continua di
Edison. Zipernowsky fu il fondatore della divisione elettrica della Ganz, progettò il sistema brevettato sulla
corrente alternata della Compagnia. Blàthy, direttore tecnico della divisione elettrica dopo il 1883, possedeva
anche lui molti brevetti sulla corrente alternata. Benché Déri era maggiormente attivo nella divisione vendita,
contribuì anche lui allo sviluppo tecnico del trasformatore. Nella progettazione di varie installazioni a
corrente alternata, gli ingegneri della Ganz usarono circuiti in parallelo e generatori a voltaggio costante.
Questa esperienza indubbiamente influenzò i tre ingegneri nel provare il trasformatore in parallelo. Da
quando il trasformatore con avvolgimenti primari in parallelo e alimentato da un generatore a voltaggio
costante si autoregolavano, gli ingegneri della Ganz poterono fare a meno del complesso regolatore che
Gaulard and Gibbs avevano messo nel circuito secondario.
Il sistema della Ganz & Company fu rapidamente adottato. Dal 1890 quasi settanta centrali di varie sezioni
erano state messe in azione usando generatori a corrente alternata, trasformatori e regolatori. Queste
stazioni fornivano elettricità a 100.000 lampade ad incandescenza e 1.000 lampade ad arco. Altri presto si
unirono alla Ganz & Company tra le file di quelli che migliorarono il sistema di Gaulard e Gibbs. Sir Coutts
Lindsday, proprietario della Grosvenor Art Gallery a New bond Street, installò un generatore portatile che era
la soluzione migliore per illuminare I lavori di artisti come Burne-Jones, whistler e altri artisti. La luce elettrica
non avrebbe affumicato i dipinti come facevano il gas, l’olio e le candele di cera. Le nuove tecnologie
stavano convergendo velocemente.
La Sir Coutts Lindsay Company fu fondata per fornire illuminazione non solo alla galleria d’arte ma anche
alle attività di altri affaristi impressionati dall’illuminazione della galleria d’arte. Pe venire incontro alla
crescente domanda, la compagnia si rivolse a Gaulard e Gibbs, che installarono i loro trasformatori in serie

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La seconda rivoluzione industriale
in un circuito a 2500 volt con l’alternatore monofase di Siemens. Però come il carico aumentava, il sistema
provò di essere virtualmente impraticabile.

Nella foto ritratto di Ziani Ferranti

Poi nel 1886 la compagnia inglese chiamò un giovane e brillante ingegnere, Sebastian Ziani de Ferranti
(1864-1930), il produttore di misuratori elettrici che la Compagnia utilizzava. Egli non fece scoperte o
invenzioni scientifiche in ingegneria prima del 1881 quando cominciò a lavorare per la Siemens Brothers, la
filiale Britannica dell’impresa tedesca. Molto presto impressionò i soci dell’attività per la sua genialità. Dopo
questa esperienza fondò un’impresa per conto suo e poi venne contattato da Sir Coutts Lindsay, come già
detto, quando si presentarono le numerose difficoltà alla Grosvenor Gallery Art.
Nominato capo ingegnere della compagnia di Sir Coutts nel 1886, Ferranti seguì la precedente Ganz &
Company e cambiò la connessione in parallelo del trasformatore primario di Gaulard e Gibbs. Nel 1886 per
conto del suo nuovo datore di lavoro fece una petizione per la revoca dei brevetti di Gaulard e Gibbs. I due
inventori avevano caricato con tasse l’uso dei loro brevetti sul trasformatore e minacciarono Ferranti e Sir
Lindsay con un procedimento di infrangimento per aver ridisegnato i trasformatori.
Ferranti prudentemente sostituì l’alternatore di Siemens con macchinari di propria progettazione. In breve
riprogettò sistematicamente i componenti della centrale per la Galleria. La stazione della Grosvenor Gallery
si espanse in maniera impressionante fino al 1888 quando si contavano 5 macchine, 5 circuiti, 34000
lampade per l’illuminazione di un largo distretto di Londra. Il picco venne raggiunto nel 1888 con un carico di
600 kw. Negli Stati Uniti ancora un altro inventore migliorò il sistema di Gaulard e Gibbs nello stesso
momento in cui lo fecero gli ungheresi Déri, Blàthy, e Zipernowsky e mentre il sistema di Ferranti veniva
costruito.
L’americano William Stanley (1858-1916), gli ungheresi e Ferranti sapevano del lavoro di Gaulard e Gibbs,
nonostante dissero che ben poco impararono dal loro sistema. Questo ovviamente era una tattica per
sottrarsi dal dover riconoscere i meriti di altri, tattica usata più volte in quei tempi. Gli ungheresi affermarono
che appresero solo come non costruire il trasformatore; Ferranti disse che l’invenzione di Gaulard e Gibbs
non era brevettabile mentre Stanley osservò anni dopo che, benché il loro lavoro fosse rimarchevole dal
punto di vista teorico nella conoscenza dei principi fisici dell’indizione, era comunque mal montato e
concepito per adattarsi al sistema di illuminazione generale. Alla fine degli anni ’80, il sistema della corrente
continua di Edison affrontò una sostanziale competizione dai più recenti sviluppi della corrente alternata. La
Westinghouse Electric Company introdusse il trasformatore negli Stati Uniti; la Ganz & Company aveva molte
installazioni in Europa e c’erano piccoli produttori di equipaggiamento con poche installazioni in Gran
Bretagna. Durante quegli anni ottanta, i giornali tecnici e popolari informavano i loro lettori della “battaglia
delle correnti”, o detta anche “ battaglia dei sistemi”. Le società di professionisti tenevano dibattiti
riguardanti i meriti di ogni sistema. I dibattiti continuarono fino agli anni ’90 con la corrente continua a basso
voltaggio che competeva contro la corrente alternata monofase per il mercato dell’illuminazione ad
incandescenza.

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La seconda rivoluzione industriale
Il sistema a corrente alternata monofase fu originato come soluzione per un problema critico di trasmissione
del sistema a corrente continua. Ingegneri e managers fecero grandi miglioramenti del sistema a corrente
continua ma furono ostacolati dal costo di trasmissione oltre un raggio di alcune miglia. La corrente alternata
provvedeva un basso costo di trasmissione, ma anche la corrente alternata monofase aveva dei seri ostacoli;
mancava di un pratico motore. Con questi problemi i due sistemi competerono intensamente specialmente
tra il 1887-1892. La battaglia finì nell’ultimo decennio dell’ottocento ma non con la distruzione di uno da
parte dell’altro.
Il conflitto nacque su fattori tecnici ed economici. Nei centri abitati l’altra concentrazione abitativa diminuiva
la necessità di alimentare grandi aree per ottenere un diverso e ragionevole carico equilibrato. Nelle aree
poco abitate l’ economizzazione dei costi di trasmissione davano ai venditori della corrente alternata un
vantaggio. Nelle situazioni intermedie i vantaggi tecnici ed economici dei due sistemi non erano chiari e in
questi casi la competizione era molto intensa.
Questi problemi infuriavano particolarmente negli Stati Uniti dove l’uso dell’illuminazione elettrica era più
diffusa. I protagonisti che guidavano la competizione erano per esempio la Westinghouse e la ThomsonHustoun e George Westinghouse e Thomas Edison sopra tutti in questa rissa generale. Edison adottò
tattiche politiche di discredito per affrontare problemi tecnici relativi al suo sistema nel tentativo di mettere
fuori legge l’altro sistema. Lasciando perdere queste battaglie denigratorie, il vero problema della corrente
alternata all’epoca era la necessità di un motore elettrico pratico e utilizzabile a livello industriale. Un altro
problema scaturiva dall’uso di alti voltaggi nella corrente alternata e questo comportava di isolare e
seppellire i circuiti per evitare danni alla popolazione.
Tuttavia anche questi problemi sarebbero presto stati risolti dagli ingegneri dell’epoca. C’era, all’epoca, una
forte controversia sulla paternità delle invenzioni, perché ovviamente i successi hanno mille padri ma i
fallimenti sono tutti orfani e inoltre si possono fare le stesse considerazioni fatte per il trasformatore. La
controversia sui motori elettrici è un importante esempio di convergenza di invenzioni, ovvero più ricercatori
più o meno nello stesso tempo, in luoghi diversi e indipendentemente arrivarono allo stesso risultato.
Ovviamente chi più chi meno, chi un po’ prima e chi un po’ dopo contribuì all’invenzione. L’attività inventiva
si concentrò successivamente sulla corrente alternata perché fu ben pubblicizzata e accessibile per
sperimentazioni. Il sistema di Gaulard e Gibb cominciò ad attrarre attenzione verso il 1883 e ogni anno
successivo gli alternatori e i trasformatori divennero più diffusi, conosciuti, testati e usati.
Galileo Ferraris, uno degli inventori associati all’ invenzione del motore a corrente alternata, si interessò al
fenomeno della corrente alternata quando operò come tecnico valutatore dei trasformatori di Gaulard e
Gibbs, e della Ganz & Company. Siccome i fattori che stimolarono lo sviluppo dei motori in corrente alternata
erano numerosi (soprattutto economici) il numero degli inventori che dichiararono la loro priorità erano a
loro volta numerosi. Brevetti e contenziosi sui brevetti erano all’ordine del giorno e modellarono i ricordi e le
registrazioni dell’epoca così fortemente che trovare resoconti imparziali non era certo.
Oltre a ciò c’è anche una base nazionalistica relativa sulla nazionalità di origine degli inventori stessi. Gli
storici italiani sottolineano le scoperte di Galileo Ferraris (1847-1897); gli storici americani si concentrano
soprattutto su Nikola Tesla (1856-1943) e sugli ingegneri della Westinghouse con i quali collaborò. I tedeschi
sottolineano che Michael Osipowitch von Dolivo-Dobrowolsky (1862- 1919) e la A.E.G ( German General
Electric Company) introdussero il motore nella forma più ampiamente diffusa dal 1900. Gli storici svedesi
ricordano Jonas Westrom (1855-1893) e gli svizzeri Charles Eugene Lancelot Brown (1863-1924) della
Brown Boveri & Company. I francesi richiamano l’attenzione su Michael Deprez (1843-1918) che contribuì ai
concetti sulla corrente alternata e fece molti altri sviluppi in campo elettrico.

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La seconda rivoluzione industriale
Nelle immagini sottostanti è ritratto il modello di motore elettrico di Galileo Ferraris, bifasico e asincrono realizzato per
dimostrazioni di laboratorio del concetto di rotazione del campo magnetico da lui intuito intorno al 1885 ma
pubblicamente discusso nel 1888. L’ultima foto ritrae l’inventore Italiano stesso.

Primi, motori bifasici (modelli polifasici)
di Nikola Tesla . 1888 ca

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La seconda rivoluzione industriale
Sotto sono ritratti Michael Dolivo Dobrowolsky con due generatori trifasici in a.c. tra i primi ad essere costruiti secondo il
modello tutt’ora utilizzato.

Nel 1900 il sistema a tre fasi era comune ma anche quello a due fasi era utilizzato. I motori polifasici erano
stati progettati in molti modi ma la più comune distinzione era tra quelli sincroni e asincroni. Il motore ad
induzione o asincrono trovò largo uso, utilizzando dimensioni diverse e quindi anche potenze diverse, dalle
perforazioni dentali alle unità di propulsione delle navi da battaglia e oggi e usato in tutto il mondo. “
Insieme con il motore a petrolio, è diventato la macchina più indispensabile che l’uomo ha fatto” – Von
Siemens, ‘House of Siemens’, 1:140. Il rotore del motore ad induzione ha una corrente indotta nei suoi
avvolgimenti, o conduttori, dal campo magnetico rotante dello statore. La reazione tra la corrente indotta del
rotore e il campo magnetico dello statore sviluppa la torsione del motore. Il motore sincrono ha una
sorgente di corrente diretta per il rotore separata; come nel caso del motore ad induzione, il campo
magnetico rotante dello statore del motore sincrono è creato da correnti polifasiche. La velocità sincrona del
motore polifasico è la stessa del campo magnetico dello statore. Questa velocità varia direttamente con la
frequenza del voltaggio applicato e inversamente con i numeri dei poli magnetici. Le rivoluzioni del campo
magnetico girano alla stessa velocità dell’alimentazione di corrente alternata del generatore.
Interessante è valutare alcune delle motivazioni che portarono alcuni di questi inventori alle loro
realizzazioni. Per esempio, quando era studente al politecnico di Graz, Tesla vide un suo professore operare
con in generatore di Gramme (foto sotto) come un motore in corrente continua.

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La seconda rivoluzione industriale
La scintilla dalle spazzole del generatore e dal commutatore era intensa ed era chiaro che questi elementi si
sarebbero presto bruciati o consumati. Questa dimostrazione motivò Tesla a cercare un progetto che
avrebbe eliminato spazzole e commutatori. Non è chiaro se voleva sviluppare sia un motore che un
generatore senza commutatore. Comunque, cinque anni dopo quell’evento, nel 1882 disse di aver avuto
un’ispirazione da un testo di Goethe, il Faust.
Solamente nell’aprile del 1886 con dei soci fondò una società manifatturiera di produzione di materiale
elettrico e i primi due brevetti sul motore a corrente continua furono depositati all’ufficio brevetti il 12
ottobre 1887. In parte furono assegnati a Charles F. Peck of Englewood che probabilmente fu uno dei
sostenitori economici di Tesla. Tre ulteriori brevetti furono depositati a novembre e poi assegnati il 1 maggio
1888.-( Electro Magnetic Motor, depositato il 12 ottobre 1887 e confermato il 1 maggio 1888,
n°381,968….altri brevetti depositati sono il n° 382,280 depositato il 12 ottobre 1887 e approvato il 1 maggio
1888; seguono anche il n° 381,969-382,279-382,281-382,282-381,970)
I brevetti confermati il 1 maggio del 1888 descrivevano un sistema per la conversione, trasmissione e
utilizzazione dell’energia. Il sistema comprendeva un generatore per trasformare energia meccanica in
energia elettrica e un motore per convertire energia elettrica in meccanica. Il sistema di Tesla avrebbe
utilizzato un alto voltaggio per la trasmissione e il motore avrebbe provveduto uniformità di velocità
indipendentemente dal carico.
Tesla descrisse il campo magnetico rotante come “ un progressivo cambiamento del magnetismo o delle
linee di forza”- Brevetto n°382,280.

In accordo con gli esperti del settore di analisi di brevetti, quelli depositati da tesla coprivano entrambi i
motori sincroni e asincroni polifase. Come per le idee di molti altri inventori, i concetti di Tesla erano
geometricamente simmetrici e logicamente ordinati. Nello storico documento che presentò il 16 maggio 1888
all’ American Institute of Electrical Engineers descrisse come i generatori e i motori erano e come avrebbero
dovuto essere. Come scrisse nel suo documento, nel sistema a corrente continua, la corrente alternata era
prodotta nel generatore solo per essere trasformata in corrente continua dal problematico commutatore.
Dopo la distribuzione ai motori, queste correnti dirette erano ancora trasformate dal commutatore in correnti
inverse nel motore. Per Tesla questo era illogico. Perché non usare le correnti alternate attraverso il sistema
e quindi fare a meno del commutatore-“ un complicato dispositivo, e deve essere giustamente chiamato
così, la sorgente principale di problemi nelle operazioni con le macchine?” (2)
Avendo fatto a meno del commutatore affrontò il problema di produrre la rotazione dei poli magnetici, un
effetto prodotto nei motori in c.c. dal commutatore. Procedette nel suo documento- e nei suoi brevetti- nella

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La seconda rivoluzione industriale
descrizione del campo magnetico rotante prodotto dalle correnti alternate sfasate. Usando una serie di
diagrammi per illustrare i suoi punti, mostrò che le armature rotanti di un generatore (rotore) all’interno di
un campo magnetico indotto nei suoi segmenti, la polarità del campo magnetico ruotava intorno ai suoi
segmenti. Poi, Tesla, disse al suo uditorio, che il campo magnetico causava lo stesso effetto di un magnete
rotante. Un tale effetto a lungo osservato dagli ingegneri elettrici, era che un disco in acciaio o in ferro posti
nelle vicinanze di un magnete permanente rotante ruotavano in maniera simpatetica; un simile effetto
accadeva quando un disco metallico era posto nel campo di azione dell’elettromagnete rotante. Nell’ultimo
caso il campo magnetico era indotto nel disco dall’elettromagnete rotante e la conseguente reazione tra il
magnetismo rotante dell’elettromagnete e il disco magnetizzato faceva ruotare il disco.
Per trasmettere energia, Tesla fece correre i conduttori dagli anelli di scorrimento connessi ai segmenti del
rotore all’anello di scorrimento (senza voltaggio di scarica) connesso con i segmenti dello statore del motore.
Lo statore del motore aveva all’interno dei suoi componenti lo stesso campo rotante come le armature del
generatore. Nel rotore venne poi sperimentata la corrente indotta e il magnetismo. A causa del debole
ritardo di fase, si sviluppava la torsione. Il rallentamento o lo slittamento davano al motore un carattere
asincrono; la velocità del rotore era inferiore di quella di rotazione dello statore. Tesla descrisse anche un
motore sincrono che usava corrente continua che produceva il magnetismo nel campo. Due fondamentali
idee furono sottolineate da Tesla nella descrizione di un sistema per motori polifase- l’eliminazione del
commutatore e l’uso del campo magnetico rotante.
Comunque Galileo Ferraris dovette aver concepito la rotazione del campo magnetico prima di Tesla.
Comunque sia la controversia tra i sostenitori del Serbo Tesla e dell’ Italiano Ferraris non è finita e non è
risolta. La testimonianza di Tesla che ebbe l’idea della rivoluzione del campo nel 1882 non è supportata da
testimoni disinteressati o da pubblicazioni contemporanee e l’affermazione di Ferraris che scoprì il campo
magnetico rotante nel 1885 non era sostenuta da lezioni o pubblicazioni prima del marzo 1888, mesi dopo
che Tesla depositò i suoi brevetti.
Le circostanze che circondano la scoperta di Ferraris sono interessanti come caso di convergenza scientifica.
Ferraris costruì un motore operativo e la Westinghouse Company che all’epoca acquistava brevetti di quel
tipo lo persuase di brevettarla in America così la scoperta sarebbe stata utilizzata. Westinghouse ricompensò
Ferraris con 1000 $. Tuttavia Ferraris quando pubblicò il suo trattato sulla scoperta del campo magnetico
scrisse: “Il principio non può essere di nessuna importanza commerciale per il motore”. Dopo aver imparato
del lavoro di Tesla, disse, “Tesla lo sviluppò molto di più di quanto….. feci io.” (1)
Stabilire una priorità di patenti è complicato perché altri inventori costruirono motori e presero i loro brevetti,
circa nello stesso tempo in cui Tesla applicò i suoi brevetti e Ferraris pubblicò la sua scoperta. Ecco un breve
elenco dei più importanti: Alla Physical Society of London il 28 giugno, 1879, Walter Baily illustrò il principio
del suo elementare motore nel trattato "A Mode of Producing Arago's Rotations." ( Un modo metodo per
produrre la rotazione di Arago)
Fine a quel momento l’unico modo per produrre la rotazione di Arago di un disco di rame era stata quella di
metterci sotto un magnete rotante. Baily invece di far ruotare ogni tipo di materiale magnetico sotto il disco,
usò un elettromagnete fisso per causare il suo magnetismo così da creare un progressivo cambiamento tra 4
successivi poli producendo poi nel disco di rame fissato ad un fulcro sopra i poli delle correnti indotte le quali
davano al disco un movimento meccanico nella direzione progressiva dei poli.

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La seconda rivoluzione industriale

Motore di Baily, 1879

In questo modello di ‘motore’, gli avvolgimenti sono connessi a due a due in serie come due indipendenti
ferri di cavallo disposti diagonalmente attraverso uno all’altro. I due circuiti sono portati sotto
separatamente per un ingegnoso commutatore rotante costituito di un semplice arrangiamento di sorgenti e
contatti a strisce montati su un pezzetto di legno. Baily aveva le idee chiare su come rappresentare il
campo magnetico:
“ Forse la rotazione del magnete può essere l’unico modo praticabile per produrre una rotazione uniforme
del campo. M sarà mostrato in questo documento che il disco può essere fatto ruotare da una rotazione
intermittente del campo effettuata attraverso l’elettromagnete.” L’autore prosegue poi nel discutere il
risultato dell’aumento di forza del polo mentre il polo vicino dello stesso segno diminuisce in intensità e
forza, e suggerisce che se un intero circolo di poli viene realizzato sotto il disco, e successivamente eccitato
in coppie opposte, la serie di impulsi tendevano a mettere in movimento il disco. “ In un caso estremo,
quando il numero di elettromagneti è infinito, abbiamo il caso di una rotazione uniforme del campo
magnetico come se la ottenessimo dalla rotazione permanente dei magneti”.
Nella sua discussione continuò spiegando come l’inversione di direzione della rotazione poteva essere
effettuata in ambo i modi attraverso l’inversione dell’azione del commutatore, o dall’inversione delle
connessioni di una delle due batterie. Il diagramma che accompagnava il documento originale suggeriva che
i nuclei avrebbero dovuto essere di ferro laminato, mentre quelli del modello erano interi. Nel paragrafo
finale l’autore rimarcava che l’effetto del disco poteva essere incrementato ponendo quattro ulteriori
elettromagneti sopra il disco, ognuno opposto a uno dei magneti inferiori e connessi in polarità opposta.
Quando il documento fu letto e il modello mostrato, il Prof. Guthrie chiese scherzosamente quanta potenza si
aspettava che il motore avrebbe dato. Baily, molto modestamente, rispose che al presente considerava il
motore realizzato come un giocattolo scientifico.
Nel 1880, M. Marcel Deprez presentò alla Società "Franchise de Physique una carta sulla sincronizzazione
elettrica di rotazioni, in cui venivano prodotte artificialmente due correnti in fasi trasmesse da un
commutatore rotante di un motore sincrono costituito da due armature shuttle-ferita fissate su un albero,
ognuno sdraiata tra i poli di un magnete a ferro di cavallo, uno dei quali è dato da un elettrocatetere
angolare di 90 relativamente all'altro, in modo che ci potrebbero essere punti morti. Questo apparato
assomiglia a quello di Baily solo nel richiedere un sistema a 2 fasi delle correnti per azionarlo. Entrambi
operano sia con correnti di bifasiche prodotte da tali commutatori da una batteria, o con correnti bifasiche
prodotte induttivamente in modo periodico. Esse differiscono tuttavia, totalmente in funzione. Quello di
Deprez è una semplice combinazione di due motori ordinari ortogonali, in modo da non avere punto morto.

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La seconda rivoluzione industriale
In esso non c’è nessuna comprensione del campo magnetico. Mentre il motore di Baily possedeva come sua
principale caratteristica il progressivo cambiamento del campo magnetico in maniera regolare attorno al
centro e sviluppava correnti dall’induzione in una massa metallica in rotazione senza contatti striscianti o
commutatore.
Poi ci sono le ricerche del professor Ferraris, che nel 1885 arrivò alle stesse conclusioni fondamentali di Baily
e Deprez. Come Baily propose la produzione della rotazione dei conduttori di rame attraverso correnti indotte
attraverso esse attraverso un cambiamento progressivo del campo magnetico; questo progressivo cambio
del campo magnetico poteva essere prodotto da due correnti alternate sfasate di un quarto di periodo.
Pensato nel 1885, fu mostrato per la prima volta nel 1888 ed esibito al 1893 al World's Fair di Chicago.
Ferraris discusso la teoria elementare dell'apparato, sottolineando che l'azione induttiva sarebbe
proporzionale allo scorrimento, vale a dire a la differenza tra lo spostamento di velocità del campo magnetico
e quello del cilindro rotante, e la corrente indotta nel metallo rotante sarebbe anche proporzionale a questo,
e che la potenza del motore è proporzionale congiuntamente allo scorrimento e alla velocità della parte
rotante. Ferraris ha anche suggerì strumenti di misura per correnti alternative basate su questo principio.
Infine riuscì a girare generando in un massa di mercurio posta in un recipiente nel campo rotatorio. In 1894
Ferraris pubblicò una ulteriore discussione della teoria di questi motori.
Nel 1887 M. Borel ideò un motore bifase, in cui era prodotta la differenza di fase da un'unica corrente
alternata utilizzando due circuiti con diverse costanti di tempo. Nel 1887 l' Helios Co. Costruì, secondo un
brevetto di Mr. Coerper, uno dei piccoli motori, di cui alcuni erano per correnti monofase, sincroni e
asincroni, mentre un altro era il motore a 3 fasi e aveva tre anelli di scorrimento sulla parte rotante per
ricevere le tre correnti. Il motore richiedeva tre conduttori, e siccome a quel tempo tutti gli sforzi per
ottenere un lavoro soddisfacente con due fasi non ebbero successo, la Helios & Co. Fece decadere i brevetti.
Tra i primi pionieri americani sul lavoro polifase ci fu Charles S. Bradley, il cui lavoro è datato all’ inizio nel
1887. Il suo brevetto statunitense, che presentò l’ 8 maggio 1887(No. 390.439), descriveva un generatore
con un anello Gramme. Avendo quattro connettori radiali portò in fuori a quattro punti simmetrici quattro
anelli di scorrimento. Ottenne due correnti che si alternavano a 90°. L’obbiettivo di questo sistema era di
ottenere un rendimento maggiore. Venne asserito che il dispositivo avrebbe funzionato anche come motore
benché non venne detto nulla a proposito del campo magnetico. “ Un motore elettrico rotante costituito da
un campo magnetico e da un’armatura e coppie di dispositivi di circuiti che portano corrente- come contatti
ad anelli e spazzole-alle rispettive coppie essendo connesse con le feritoie del rotore a punti alternati dello
stesso e sistemato per la connessione di due circuiti esterni.”- Questa descrizione del 1887 era riferita ad un
motore polifasico. Nell’ottobre del 1888 (brevetto n°404,4659) fu la volta del motore asincrono azionato da
correnti parassite nella massa esterna dello statore. Il rotore riceveva due correnti in fase attraverso quattro
snelli di scorrimento. Il principio dell’anello magnetico era pienamente spiegato.
Nel brevetto n° 409,450 pubblicato il 20 agosto del 1889, Bradley descrisse un’armatura simile toccata in tre
equidistanti punti e connessa a tre anelli di scorrimento, creando un sistema a tre fasi. Questa macchina
poteva essere usata come generatore e come motore. In un altro brevetto dello stesso periodo, Bradley
indicò un metodo per separare una singola corrente alternata in due con differenti fasi.
Poi ci furono le ricerche di Tesla fatte tra il 1887 e il 1891. Nel 1886 arrivò alla conclusione che doveva
esistere qualche metodo per azionare il rotore da correnti indotte all’interno del motore invece di far
muovere il motore da correnti portate dentro di esso (come erano i motori ordinari dell’epoca) attraverso
l’azione di contatti metallico, commutatori e spazzole. Dall’ ottobre 1887 il suo lavoro fu sufficientemente
avanzato per lui da poter essere depositati dei brevetti alla United States Patent Office coprendo numerosi

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La seconda rivoluzione industriale
punti più o meno di carattere importante. Altre applicazioni di brevetti seguirono in Novembre e in Dicembre
dello stesso anno ma nessuna venne rilasciata prima del maggio 1888 quando furono totalmente garantiti.
Nell’aprile del 1888 realizzo che poteva fare un ritorno comune del sistema a due fasi e così ridurre i 4
quattro cavi a tre. Mostrò anche come prelevare due correnti alternate da un’ordinaria corrente continua
della dinamo. Nell’aprile del 1889 descrisse un metodo operativo per un motore a due fasi da una corrente
monofase usando un dispositivo per la divisione delle fasi per far partire il motore sincrono.
Altri che realizzarono motori furono il già citato Haselwander, E. Wilsom, Wenstrom e infine come non citare
uno dei principali protagonisti, Michael von Dolivo Dobrovolsky uno dei più grandi elettricisti della storia
tedesca ed europea. Partendo dagli studi e dai brevetti di Ferraris e di Tesla sviluppò il sistema migliorandolo
a tal punto che tutt’oggi è mantenuto simile all’epoca. Fu uno dei fondatori e sviluppatori del sistema a tre
fasi (l’altro fu Tesla), sviluppo un generatore pratico a trifase e studiò la connessione a delta e a stella.
Il trionfo del sistema trifasico in Europa fu mostrato all’Esibizione Internazionale di Elettrotecnica nel 1891,
dove Dobrovolsky usò i sistemi sopra riportati trasmettendo energia elettrica ad una distanza di 176 km con
un’efficienza del 75%. Nel 1891 realizzò anche un trasformatore trifase e il rotore a gabbia di scoiattolo.
Altri sviluppi degni di nota per l’epoca relativi allo sviluppo e al perfezionamento del motore elettrico come lo
conosciamo oggi erano da imputare alla Westinghouse e al suo ingegnere B.G.Lamme che sviluppò un rotore
come quello di Dobrovolsky a gabbia di scoiattolo, al posto di quello precedentemente usato detto rotore
avvolto basato sul modello di Tesla. Il primo motore ad induzione utilizzabile venne costruito dalla
Westinghouse nel 1892, era bifasico e funzionava a 60 hz. Un altro ingegnere della stessa società, Charles F.
Scott (1864-1944), che fu assistente di Tesla, inventò un particolare circuito per derivare corrente elettrica a
due fasi da quella a tre fasi o vice-versa. La connessione Scott-T distribuiva uniformemente un carico
bilanciato tra la sorgente e le fasi. Il trasformatore trifasico fu inventato da Scott nei tardi anni ’90 per
aggirare il più costoso convertitore rotativo di Edison e permettere al generatore bifasico della centrale (delle
Niagara Falls) di azionare i motori trifasici di Tesla.
Negli Stati Uniti l’invenzione del convertitore rotativo è attribuita al già citato Charles Bradley che lavorò per
Edison e inventò un generatore polifase prima installandolo in una industria a Yonkers, New York, nei primi
anni ’90 per produrre il convertitore che inventò nel 1888. La General Electric presto acquistò i suoi brevetti
ma successivamente anche la Westinghouse Electric Company un convertitore rotativo. Nel 1891, Wilhelm
Lahmeyer (1859-1907), inventore di vari macchinari a corrente diretta, introdusse un convertitore rotativo
con armatura singola per trasformare la corrente continua in alternata e vice-versa. Haselwander, il cui
sistema polifase Lahmeyer acquistò, brevetto anche lui un dispositivo simile. Anche Zipernowski e Derì della
Ganz & Company tirarono fuori un brevetto tedesco. Altri nomi sono ricordati nella storia di questo
macchinario.

Description

New York Edison Company Waterside No 2 - 2,000 kW rotary
converter

Date

c1905

Place

USA | New York

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MOTORI A COMBUSTIONE
BREVE STORIA DEI MOTORI

Nella storia, i motori hanno trasformato il nostro mondo portandoci fin sulla luna.
Per tre secoli questi progetti ingegnosi hanno rappresentato la massima espressione umana del progresso
tecnologico. Nell'arco di poche generazioni, i motori, continuamente migliorati, hanno influito profondamente
sul modo di viaggiare e di lavorare. Le locomotive a vapore così, hanno preso il posto dei cavalli. I motori
elettrici, a benzina e diesel hanno nel tempo, sostituito i veicoli a vapore. La realizzazione dei motori a
turbina e a reazione poi, hanno fornito tante nuove possibilità d'impiego. Sicuramente determinante per lo
sviluppo dei trasporti, è stata la possibilità di poter disporre di mezzi di propulsione sempre più versatili ed
efficienti.

LA MACCHINA A VAPORE
I primi mezzi di trasporto utilizzati sono stati gli animali, ma con l'arrivo del vapore si è potuto trasportare
una maggiore quantità di materiali più rapidamente e con maggior sicurezza.
Come funziona un motore a vapore? La parte centrale è costituita da un cilindro, all'interno del quale viene
mosso un pistone: il vapore entra in un' estremità del cilindro, spingendo il pistone; successivamente viene
fatto entrare nell'altra estremità, spingendo lo stesso pistone nella direzione opposta. Il vapore arriva da una
caldaia, un semplice contenitore di metallo, all'interno del quale l'acqua viene portata ad ebollizione. Di solito
i combustibili usati erano: il legno, il carbone, il petrolio o il gas naturale. Circa 2000 anni fa, lo scienziato
greco Erone di Alessandria inventò la prima macchina a vapore: l' EOLIPILA, che vuol dire “ sfera di
Eolo”, anche conosciuta come “motore di Erone”. Era essenzialmente una sfera cava di metallo, dalla quale
fuoriuscivano due tubicini messi in due punti diametralmente opposti. I tubicini terminavano con due brevi
tratti rettilinei che, rispetto all'asse centrale, avevano direzioni contrapposte.
La sfera era libera di ruotare intorno ad un asse perpendicolare a quello dove erano messi i tubicini. Una
fiamma riscaldava l'acqua con la quale era stata riempita la sfera.
Quando il liquido raggiungeva una temperatura sufficientemente elevata, il getto del
vapore usciva dagli orifizi e faceva ruotare la sfera intorno al suo asse.
Eolipila di Erone diAlessandria

Per anni il meccanismo fu considerato alla stregua di un curioso giocattolo. Nei primi anni
del 1700 un ingegner inglese Thomas Savery inventò un grande
motore a vapore, che venne utilizzato per togliere l'acqua dalle miniere
di carbone allagate. Esso era munito di un pistone: una sorta di asta,
che si muoveva avanti e indietro all'interno di un cilindro. Questo primo
motore non era però provvisto dell'ingranaggio per la trasformazione
del movimento lineare di andata e ritorno, nel movimento circolare.
Tale meccanismo fu introdotto solo nella seconda metà
del '700, quando James Watt inventò quello che è
tutt'ora considerato il motore a vapore più importante
del XVIII secolo. Egli apportò delle importanti

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La seconda rivoluzione industriale
modifiche al precedente motore di Newcomen . Il motore di Newcomen infatti, produceva un movimento
meccanico, basato sul moto alternativo di un pistone dentro un cilindro. Movimento che trasferito ad una
barra oscillante, azionava una pompa idraulica. Tale motore però non operava a ciclo continuo, perché ad
ogni movimento del pistone, bisognava riscaldare e raffreddare nuovamente la camera, che ospitava il
cilindro. Watt aggiunse alla macchina di Newcomen una seconda camera, il “condensatore”. Fece scorrere
cioè il vapore in due camere, una sempre calda e l’altra sempre fredda. Il vapore arrivava nel condensatore
dopo aver spinto il pistone ed essere stato aspirato da una pompa, mossa a sua volta dallo stesso
meccanismo. In questo modo non c'era più bisogno di riscaldare e raffreddare sempre il cilindro, come
avveniva nella macchina di di Newcomen, ottenendo così un enorme risparmio di combustibile ed una
maggiore efficienza. Il condensatore permise inoltre, di operare a ciclo continuo. Ancora altre migliorie
furono apportate, per renderlo più adatto al movimento di macchinari.

Macchina a vapore di James Watt

Il suo regolatore centrifugo infatti, si espandeva con l'aumentare della velocità: la forza centrifuga
allontanava delle sfere di pesante metallo, che chiudevano parzialmente la valvola del vapore, facendo così
rallentare la macchina. In tal modo il meccanismo riusciva a controllare l'ingresso del vapore all'interno del
cilindro, ottenendo un movimento uniforme e regolare. I motori a vapore oltre a pompare servivano anche
ad azionare i macchinari nelle fabbriche, sfruttando il vapore a bassa pressione.

Regolatore centrifugo di Watt l'acqua dalle miniere allagate

LA LOCOMOTIVA A VAPORE
Un giovane ingegnere minerario, Richard Trevithick, pensò di applicare l'esperienza delle macchine a
vapore, per la realizzazione di un nuovo motore; sviluppò una tecnica a quei tempi ritenuta pericolosa.
Usando una caldaia più piccola, ma molto resistente, riuscì a portare il vapore ad una pressione elevata.
Rilasciando il vapore, Trevithick otteneva così una grande quantità di energia. Questa nuova tecnologia portò
allo sviluppo di motori più potenti e meno ingombranti, che
resero possibile la costruzione di macchine semoventi. Nel 1801, Trevithick sperimentò un mezzo mai visto
prima, che chiamò “ Diavolo sbuffante”: la prima locomotiva a vapore che andò purtroppo distrutta.
Infatti, nonostante gli ingegnosi sistemi di sicurezza, il “Diavolo sbuffante” esplose. Nel 1801 però le strade
non potevano sostenere l'impatto del velivolo di Trevithick, molto più pesante dei mezzi allora in circolazione.
Egli comprese allora, che la soluzione poteva essere

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l'impiego delle rotaie, da anni in uso nelle miniere, per il movimento dei carrelli utilizzati per il trasporto del
carbone. Nel 1803 il geniale ingegnere realizzò la prima locomotiva ferroviaria, utilizzandola nelle miniere per
trainare i carrelli carichi di carbone.
Locomotiva di Trevitick del 1803

Numerosi furono quelli che seguirono le orme di Trevithick , fra questi: George Stephenson ed il figlio
Robert. Essi avevano studiato un modello della sua locomotiva e nel 1829 ne realizzarono una in grado di
trasportare passeggeri molto più velocemente. Costruirono il “Rocket”, oggi conservato al “National Railway
Museum” di York.

L

La locomotiva Rocket di George Stephenson

La grande intuizione degli Stephenson fu di impiegare nella loro macchina, tutte le innovazioni tecnologiche
allora conosciute, sviluppandole ulteriormente. In particolare, uno dei segreti del successo di quello, che
possiamo definire il loro motore, fu il posizionamento dei cilindri a 45° rispetto al senso di marcia e non
perpendicolarmente, come le macchine a vapore allora in uso. Con questa modifica, vennero diminuite
drasticamente le vibrazioni, a vantaggio dell'efficienza e della velocità. Il grande segreto di questa nuova
locomotiva,si trovava però all'interno della caldaia. Gli Stephenson infatti, ne aumentarono il rendimento,
sostituendo l'unico tubo presente all'interno delle precedenti caldaie, con ben 25 tubi di appena 7 centimetri
di diametro. In tal modo si otteneva una superficie cinque volte maggiore per scaldare l'acqua in essa
contenuta, potendo così rapidamente produrre un'enorme quantità di vapore. Il motore inoltre, fu
ulteriormente perfezionato, sfruttando il vapore di scarico dei cilindri. Questo infatti veniva forzato fino al
fumaiolo del focolaio, la sua risalita creava una depressione tale, da risucchiare l'aria nella parte posteriore
del focolaio stesso. Con un tale incremento di ossigeno, migliorando la combustione, la temperatura nella
caldaia aumentava e di conseguenza il rendimento della macchina. Con questi accorgimenti tecnici il
“Rocket”, nella corsa di prova, fu in grado di trainare un treno di 14 tonnellate, alla velocità massima di 46
km/h, riuscendo a mantenere una velocità media di circa 26 km/h. Gli Stephenson presentarono la loro
locomotiva durante una competizione, la Rainhill Trials,

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La seconda rivoluzione industriale

indetta per valutare il migliore mezzo di trasporto su rotaie e per scegliere quale locomotiva usare sulla linea
Liverpool - Manchester. Il Rocket sbaragliò tutti gli altri concorrenti. La diffusione del trasporto su rotaia
modificò radicalmente la società: le distanze finalmente, non rappresentarono più un problema
insormontabile.

LA TRAZIONE FERROVIARIA
Soffermiamoci brevemente sui motori utilizzati nelle ferrovie.
Per “trazione ferroviaria” si intendono tutti quei sistemi attuati o semplicemente sperimentati, per
muovere i treni.
Fu la macchina a vapore che per prima, sostituì l'impiego degli animali, nel trainare i carrelli di
carbone nelle miniere. Macchina a vapore, che consentì il rapido diffondersi delle ferrovie in tutto il
mondo, tra il XIX e il XX secolo.
Inizialmente le caldaie erano alimentate a legna o a carbone. Dalla metà del XX secolo, si cominciò
ad usare l'olio combustibile e la nafta. Vennero realizzati esperimenti per l'utilizzo anche del gas
metano, che fu però presto abbandonato, a causa di numerosi e gravi incidenti. Il XX secolo ha visto il
diffondersi della “trazione elettrica”. Oggi è il sistema tecnologicamente più evoluto ed è utilizzato, in tutte
le ferrovie ad “alta velocità”.
L'affermarsi di questo propulsore, è dovuto, specialmente nelle linee ad intenso traffico, alla sua maggiore
affidabilità elettromeccanica, all'economicità di esercizio e, aspetto non secondario, allo scarso impatto
ambientale di questi motori. Un ulteriore vantaggio dei motori elettrici, è rappresentato dalla possibilità di
impiegare meccanismi per il recupero di energia, sia durante le discese che durante le frenate.
Ma come funziona un motore elettrico? Esso è costituito essenzialmente da una parte esterna fissa
(statore) e da una interna rotante (rotore). La corrente elettrica che percorre gli avvolgimenti di rame
contenuti nello statore, genera una forza elettromagnetica, che agisce sul rotore, dando luogo a una coppia
motrice. Semplificando, possiamo dire che la corrente, scorrendo negli avvolgimenti, genera un campo
magnetico intorno al rotore.
La parte sinistra del rotore è respinta dal magnete di sinistra poiché ambedue hanno la stessa polarità
mentre è attratta da quello di destra, perché di differente segno. La stessa cosa avviene con la parte di
destra. La coppia così generata, provoca la rotazione. Quando il sistema si allinea orizzontalmente, il
commutatore inverte la direzione di corrente attraverso gli avvolgimenti, modificando il campo magnetico. Si
torna così alla situazione iniziale ed il ciclo ricomincia. In virtù del tipo di corrente di alimentazione,
distinguiamo motori elettrici a “corrente continua” (strutturalmente simili alle dinamo) da quelli a “corrente
alternata” (alternatori); a loro volta divisi in “motori asincroni”, di gran lunga più usati, e “motori sincroni”,
che pur mantenendo una velocità rigorosamente costante, qualunque sia il carico ad essi collegato, non
possono avviarsi da soli. Naturalmente anche i motori endotermici, a benzina e diesel, sono stati applicati in
campo ferroviario. Con il tempo, l'impiego di motori diesel ha decisamente sostituito quelli a benzina. E'
doveroso ricordare alcuni tentativi con propulsori a turbina di derivazione aeronautica ed altri con trazioni ad
elica, ma i risultati furono deludenti. Ma torniamo ai motori a vapore.

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LE NAVI A VAPORE
Compreso che il motore a vapore poteva rappresentare un ottimo propulsore marino, iniziarono esperimenti
per la realizzazione di motori adatti ad un impiego navale. Le prime imbarcazioni motorizzate non erano
molto diverse da quelle che in quel periodo, solcavano i mari. Avevano infatti sempre vele ed alberi, ma la
differenza risiedeva nella grande
ruota a pale, posta al centro della nave e azionata da un motore a vapore. Essa forniva maggior potenza
all'imbarcazione e la rendeva autonoma dai capricci del vento. Le navi a vapore, così come le linee
ferroviarie, diminuirono enormemente i tempi di percorrenza nelle lunghe distanze. Il primo prototipo di
nave a vapore o piroscafo o, più semplicemente detto “vapore”, fu varato nel 1783 da Claude de
Jouffroy.

Modello del battello a vapore di Claude de Jouffroy

Il 22 agosto del 1787 John Fitch viaggiò con un battello a vapore da Filadelfia a Trenton sul fiume
Delaware. Nel 1803 Robert Fulton fece navigare sulla Senna un battello di 20 metri, alla velocità di 3,5
nodi, e fu lo stesso Fulton a costruire il famoso Clermont, che percorse il fiume Hudson per 460 Km, alla
velocità di 5 nodi. Questo battello aveva una potenza di 18 cavalli ma fu distrutto subito dai barcaioli che
lavoravano sul fiume, per paura di rimanere senza impiego. Oramai era inutile ribellarsi al progresso
tecnologico poiché la propulsione meccanica eliminava la fatica ed i perfezionamenti andavano aumentando
con il tempo. Il Clermont di Robert Fulton Nella seconda metà del 1800, le navi a vapore viaggiavano
regolarmente attraverso l'Atlantico. La navigazione regolare di questi battelli cominciò agli inizi del 1800 e
soltanto in acque interne, poiché venivano ritenuti non adatti alla navigazione d'altura. La cultura del veliero
era ancora saldamente radicata nell'immaginario collettivo ed inoltre bisognava risolvere un altro problema:
la scorta del combustibile. E' emblematico quello che avvenne nel 1838: durante la prima traversata atlantica
a vapore il Sirius riuscì a superare il Great Western, ma dovette bruciare persino l'arredamento delle cabine
per mantenere in funzione la caldaia. La soluzione alla necessità di tanto combustibile era quella di disporre
di stive capienti. Fu chiaro che questo tipo di propulsore si conciliava meglio con navi più grandi, che
potevano quindi avere una maggiore autonomia.
Ma un altro problema della navigazione d'altura, era rappresentato dalla posizione delle due grandi ruote
laterali. In caso di forte “rollio” infatti, una delle due ruote poteva uscire fuori dall'acqua, con il rischio che
questa, ormai priva di resistenza, iniziasse a girare all'impazzata ed il motore potesse danneggiarsi. Il
diffondersi dell'elica al posto delle ruote a pale, risolse il problema della navigazione in mare aperto. Infatti
l'elica sommersa, non interferiva con il moto ondoso. La ruota a pale, molto suggestiva, fu mantenuta
ancora per un secolo, solo sui fiumi e sui laghi. Il passaggio poi alla costruzione di navi completamente in
metallo, rese le strutture di queste più resistenti alle vibrazioni dei motori a vapore. La prima nave
interamente metallica, fu costruita nel 1843 ed era una nave con propulsione mista: a vela e a vapore. Già
dopo qualche anno però, i battelli e i piroscafi a vapore superarono i velieri per numero e, con l’ apertura del
Canale di Suez, intransitabile per le navi a vela, ci fu la definitiva scomparsa dei velieri nella marineria
mercantile. Il motore a vapore subì nel tempo importanti modifiche, come quella dell'introduzione di motori
a doppia e tripla espansione. Dalla seconda metà del 1800, la quasi totalità dei motori a vapore era del
tipo a tripla espansione: i diversi stadi lavoravano con pressioni di vapore decrescenti, in modo da sfruttare
meglio la pressione degli scarichi degli stadi precedenti, con il conseguente recupero di un po' di potenza. La

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motrice a vapore andò definitivamente in pensione dopo la Seconda Guerra mondiale ma piroscafi ancora
funzionanti, sopravvivono oggi a scopo prevalentemente folcloristico.

Motore a vapore a tripla espansione

IL CARRO DI CUGNOT

La disponibilità del motore a vapore diede la possibilità ad un ingegnoso costruttore, lo svizzero Nicolas
Cugnot, di realizzare nel 1769, un carro militare a tre ruote, destinato al traino dei pesanti pezzi di
artiglieria. Fu il primo automezzo meccanico a muoversi autonomamente per strada.
Il carro misurava più di 7 mt di lunghezza, 2 mt di larghezza e con un peso di circa 4 tonnellate. Poteva
trasportare 4 persone. Fu realizzato con una caldaia sistemata anteriormente e due stantuffi verticali che,
alternandosi, facevano girare la ruota motrice, posta sul davanti. Essa poteva anche essere orientata,
permettendo così al mezzo di sterzare. Il suo ingombrante motore spingeva il carro ad una velocità
paragonabile a quella di un uomo: intorno ai 3 Km orari. Il Carro di Cugnot aveva però un inconveniente:
allo scoccare del quarto, non produceva più vapore perché l'acqua della caldaia si esauriva.

IL MOTORE A SCOPPIO
L'arrivo del motore a scoppio diede vita ad una vera e propria rivoluzione. In esso il movimento alternato dei
pistoni all'interno dei cilindri, veniva trasformato nel moto rotatorio dell'albero motore. L'origine del motore a
scoppio o Motore a Combustione Interna (MCI), risale alla metà del XIX secolo, quando, in diverse
regioni europee, iniziarono i primi esperimenti, nel tentativo di produrre energia meccanica dal calore. I primi
tentativi di ottenere lavoro meccanico dall'esplosione di polvere pirica, furono realizzati con scarsi risultati, da
Jean de Hautefuille e Christian Huygens, verso la fine del 1600. Seguì un periodo di stasi, durato circa
un secolo. All'inizio del 1800 Lebon d'Humbersin realizzò i primi esperimenti con gas illuminante. Dopo di
lui altri tentarono di realizzare motori dello stesso tipo, ma il primo motore funzionante con una certa
regolarità, fu quello di Barsanti e Matteucci.

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La seconda rivoluzione industriale

Il primo motore di Barsanti e Matteucci

Potremmo assumere, come data ufficiale della nascita del motore a scoppio, il 5 giugno 1853, data in cui
padre Eugenio Barsanti e l’ingegner Felice Matteucci, allo scopo di tutelare la priorità della loro invenzione,
depositarono, alla segreteria dell' Accademia dei Georgofili di Firenze, in assenza di un Ufficio Brevetti
Nazionale, un plico contenente una memoria dove venivano descritti dettagliatamente una serie di
esperimenti da loro eseguiti, sulla trasformazione dell’energia esplosiva di un gas, in lavoro meccanico.
Questo venne riconosciuto a tutti gli effetti, come il primo motore a combustione interna. Nel 1854 ottennero
a Londra una prima certificazione. Seguirono poi brevetti rilasciati in diverse Nazioni Europee. Nel corso degli
anni, Barsanti e Matteucci continuarono a migliorare il motore, sviluppandone modelli diversi. Fondarono una
Società e realizzarono i loro dispositivi presso importanti officine meccaniche italiane ed estere. Nonostante i
documenti comprovassero la priorità dell’invenzione, la sua superiorità tecnica ed il riconoscimento ricevuto
dagli ambienti specializzati, solo i motori di Jean Etienne Lenoir (che nel 1859 sviluppò un motore a
combustione interna), di Nikolaus Otto e Eugen Langen (del 1866) ottennero ampia fama. Oggi
comunque, il ruolo di Barsanti e Matteucci viene riconosciuto a livello internazionale. Come i primi motori a
vapore, anche il motore a scoppio venne inventato per prosciugare le mini ere di carbone. Il successo fu
immediato.

Motore di Lenoir

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La seconda rivoluzione industriale

Motore Otto e Langen del 1867

Nel 1867 Otto e Langen presentarono all'Esposizione Internazionale di Parigi, un motore sostanzialmente
uguale a quello di Barsanti e Matteucci. Ne perfezionarono il sistema di trasmissione, utilizzando il
manovellismo di spinta e ne realizzarono circa 5.000 esemplari. Nel 1876 realizzarono inoltre, un motore a
quattro tempi, basato sul ciclo di Beau de Rochas. Tale motore ebbe un tale successo, che oggi chiamiamo
“ciclo Otto”, quello ideato da Beau de Rochas. Il successo di questo motore fu enorme; vennero prodotti
circa 50'000 esemplari.

Confronto fra il ciclo Otto teorico e reale

Nel 1892, Rudolf Diesel brevettò il motore “Diesel”, simile al motore a combustione interna ma senza
candele. Questi motori, grazie alla loro straordinaria potenza, vennero montati sui grandi camion ed installati
su macchinari pesanti. Durante le due guerre mondiali, la produzione dei motori raggiunse livelli mai visti. Se
ne realizzarono di ogni tipo e dimensioni per camion, carri armati, navi ed aerei. Sino agli anni '50 la
produzione si concentrava sulla fabbricazione di motori più potenti e con minori spese di produzione. Ma con
la comparsa dello smog, l'evoluzione tecnologica dei motori ha dovuto seguire un'altra direzione,
introducendo negli anni '60 e '70, sistemi di controllo contro l'inquinamento. Grazie a tali sistemi via via
sempre più raffinati, le case automobilistiche hanno ridotto sensibilmente le emissioni di gas nocivi.

Ma come funzionano i motori a combustione interna?

Struttura di un motore a combustione interna
I motori a combustione interna vengono classificati in base al sistema di accensione, utilizzato per provocare
la combustione . Distinguiamo quindi i motori ad “accensione comandata” da quelli ad “accensione per
compressione” : i Diesel. In entrambi troviamo le fasi già descritte nel testo:

− aspirazione;
− compressione;

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La seconda rivoluzione industriale
− scoppio/combustione;
− scarico.
Nei primi, i “motori ad accensione comandata”, viene usato un carburante facilmente vaporizzabile come la
benzina, dove la miscela esplosiva (aria-benzina) viene preparata prima, fuori o dentro il cilindro stesso e
mediante una scintilla provocata da una candela, si innesca la combustione. Nei secondi, i “motori ad
accensione per compressione”, vengono usati combustibili meno volatili come olio, diesel e nafta pesante.
Questi iniettati a pressione in quantità opportune nei cilindri , nel momento in cui l'aria è fortemente
compressa e ad elevata temperatura, miscelandosi con quest'ultima, si incendia realizzando la combustione.
Nei motori a benzina la compressione operata dal pistone, mentre risale verso la testata del
cilindro, non è tale da riscaldare la miscela fino al punto di autoaccensione, per cui c'è bisogno della
scintilla prodotta dalla candela.
Fasi di un motore 4 tempi a benzina

Nei motori Diesel invece, l'aria fatta entrare preventivamente nei cilindri, viene riscaldata per forte
compressione durante la salita del pistone e iniettando il combustibile nebulizzato e a pressione, si genera la
miscela che brucia spontaneamente perché si trova alla temperatura di autoaccensione. In tutti i tipi di
motore diesel, sia a 4 che a 2 tempi, è necessario un elevato rapporto volumetrico di compressione*,
per consentire all'aria di raggiungere le pressioni e le temperature utili ad innescare l'autoaccensione della
miscela. Questo richiede cilindri più grandi e quindi più ingombranti inoltre le elevate temperature e pressioni
richiedono maggiore robustezza.

* rapporto fra il volume della camera di scoppio più la cilindrata ed il volume della camera di combustione
fasi di un motore 4 tempi Diesel

Fasi di un motore 4 tempi Diesel

Per funzionare, i motori utilizzano dei sistemi definiti impianti, relativi a:
− l'accensione, ma soltanto nei motori ad accensione comandata;
− l'alimentazione;
− l'avviamento;
− il raffreddamento;
− lo scarico.
Utilizzata l'energia, i gas combusti vengono solitamente eliminati attraverso la valvola di scarico.
Nei motori compressi invece, i gas combusti vengono fatti passare attraverso una turbina a gas
che recupera una piccola quantità di energia, sufficiente a comprimere l'aria, miscelata poi con il
carburante. Nel 1879 Clerk inventò il motore a due tempi.
Confrontando un motore a 4 tempi con uno a 2 tempi, notiamo delle sostanziali differenze.
Nel motore a 4 tempi ci sono le “valvole di aspirazione e di scarico” (valvole di distribuzione),

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La seconda rivoluzione industriale
sulla testata del cilindro. Nei motori a 2 tempi invece, abbiamo le cosiddette “luci di aspirazione e
di scarico” (fori con condotti praticati sulla parete del cilindro), che vengono aperte o chiuse dal
pistone stesso, durante la sua corsa.

Funzionamento di un motore a 2 tempi

In questo motore l'aspirazione e la compressione avvengono in una sola corsa del pistone durante la salita,
mentre la combustione , l'espansione e lo scarico, avvengono nell'altra corsa, la discesa. Nel motore a 2
tempi, dopo la combustione e durante l'espansione, si aprono prima le luci di scarico, dalle quali escono
spontaneamente, attraverso il collettore di scarico, i gas della combustione. Nella fase successiva, mentre il
pistone scende , si aprono anche le luci di immissione dell'aria, chiamate luci di lavaggio, poiché l'aria o la
miscela che entra nel cilindro, serve inizialmente a spazzare i rimanenti gas della combustione. Per realizzare
un buon lavaggio, quando la carica fresca è costituita di sola aria, si fornisce a questa, una sovrappressione
mediante un compressore , detto impropriamente pompa di lavaggio.

I MOTORI MARINI

I propulsori marini sono di diverso tipo, proprio perché sono tanti gli impieghi ai quali sono destinati. Il
motore di una piccola barca da diporto infatti, dovrà sviluppare delle prestazioni completamente diverse da
quelle di uno yacht da crociera, così come le potenze e le accelerazioni necessarie ad un cargo, sono diverse
da quelle richieste ad una nave militare.

Alberi a gomito fucinati per grandi motori marini

Nel panorama dei motori marini troviamo quindi, oltre ai motori a vapore, motori diesel e benzina a 4 tempi
e a 2 tempi, motori elettrici e turbine a gas, per citarne alcuni fra i più usati. Circa i motori a vapore e
alternativi, molto è già stato detto. E' necessario però spendere ancora qualche parola sui motori Diesel. I
motori diesel marini hanno delle caratteristiche particolari. Distinguiamo i motori a 2 tempi lenti, dai
motori a 4 tempi medio-veloci. Nei diesel a 2 tempi lenti, le eliche sono grandi perché girando a basse
velocità, solo la loro grandezza può assicurare la spinta necessaria. E' proprio questa condizione a fornire il
massimo rendimento. L'elica grande può essere però usata solo su grosse navi, che abbiano cioè un elevato
pescaggio.
Con questi motori, l'accoppiamento dell'albero motore con l'elica è diretto, poiché entrambi possono avere lo
stesso numero di giri al minuto. Nei diesel 4 tempi veloci e medio-veloci, le eliche sono un
po' più piccole e sono accoppiate al motore, tramite un riduttore di giri.

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La seconda rivoluzione industriale
LA TURBINA A VAPORE
La turbina a vapore è come un mulino, eccetto che le sue pale vengono spostate non dal vento, ma da un
getto di vapore pressurizzato. Ancora oggi le turbine a vapore sono utilizzate per la produzione di gran parte
della nostra elettricità. Il vapore in ingresso ad alta pressione, spinge le pale della turbina e le fa girare

.
Le pale fisse, poste all'interno della parete della turbina, canalizzano il vapore verso le pale rotanti, con
l'angolazione più efficace. Quando il vapore colpisce la pala, essa si dilata, cedendo pressione ed abbassando
la sua temperatura. Fu un italiano, Giovanni Branca, che nel 1692 disegnò un apparato, composto da una
ruota a pale piatte (come quelle di un battello fluviale), mosse a loro volta dal vapore. Il vapore, prodotto in
un recipiente chiuso, veniva convogliato verso le pale stesse, mediante un tubo. Questa caratteristica
potrebbe far credere che la macchina di Giovanni Branca sia il prototipo delle moderne turbine a vapore. In
verità, non aveva nulla in comune con le successive applicazioni della forza vapore, non fu altro infatti, che
una semplice evoluzione della macchina di Erone di Alessandria. La moderna Turbina a vapore fu inventata
da Charles Parsons nel 1884, per la produzione di energia elettrica. La più importante innovazione però fu
quella di Gustaf de Laval, che applicando il principio di Bernoulli, realizzò una turbina, dove degli ugelli
acceleravano il vapore prima di farlo entrare nella sezione delle palette. Secondo il teorema di Bernoulli
infatti, la velocità di un fluido può essere aumentata a spese della sua pressione. Tale soluzione permetteva
di sfruttare al meglio l'energia del vapore, aumentando il rendimento e la potenza del motore stesso. Un
altro importante pregio delle turbine che utilizzano la pressione del vapore, è che sono più compatte dei
motori a pistoni. Agli inizi del 1900, sull'Atlantico erano in servizio molte navi con turbine a vapore, esse
erano montate su gran parte delle imbarcazioni, andando a sostituire i grandi motori a pistoni. Oggi, le navi
militari sono azionate da impianti a turbina. Le turbine a vapore sono sicuramente più potenti ma i motori a
pistoni sono ancora molto più silenziosi.

La turbina idraulica è un dispositivo meccanico atto a trasformare l'energia cinetica di un liquido in energia
meccanica. Il loro rendimento è elevato, spesso sopra il 90% per questo sono molto apprezzate, anche se la
loro installazione richiede diverse infrastrutture. In precedenza delle turbine idrauliche moderne sono le
ruote idrauliche, di concezione antica, e divenute di grande uso a partire dal XVII secolo in concomitanza del
passaggio dalla fase artigianale a quella industriale della produzione. Le ruote idrauliche, tuttavia, essendo
basate quasi esclusivamente sullo sfruttamento dell'energia potenziale, non potevano fornire grandi potenze
a causa della bassa altezza di caduta dell'acqua (nel caso di ruote da sotto) e delle limitate dimensioni delle
camere (ruote da sopra). Un passo decisivo, che costituisce la nascita delle turbine moderne, fu lo
sfruttamento dell'energia cinetica, realizzato con le turbine di tipo Pelton XIX secolo, in cui opportuni sistemi
rendono l'acqua in ingresso alla turbina a velocità elevate in modo da sfruttare, in termini di quantità di
moto, la velocità di ingresso piuttosto che la portata. Tuttavia, per ottenere le velocità desiderate, vi era la

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La seconda rivoluzione industriale
necessità di disporre di prevalenze, o altezze di caduta, molto rilevanti, cosa spesso difficile data la
configurazione dei siti, e che obbligava alla costruzione di bacini artificiali alquanto costosi. Verso l'inizio del
XX secolo si svilupparono così turbine per basse altezze di caduta, le Francis, adatte sia a bacini a bassa
altitudine che all'installazione in corsi d'acqua, previa costruzione di sbarramenti di (relativamente) pochi
metri d'altezza, contro le decine o centinaia necessari per le Pelton. Si svilupparono infine le turbine di tipo
Kaplan, adatte a altezze di pochissimi metri (2 - 3), sostanzialmente delle eliche intubate.
Nel 1870 l'accoppiamento della dinamo alla turbina idraulica diede avvio alla produzione commerciale di
energia elettrica. Oggi le ruote idrauliche sono praticamente scomparse dall'uso pratico, e le turbine
idrauliche sono usate nella grande maggioranza dei casi per la produzione (tramite generatori azionati dalle
turbine stesse) di energia elettrica. I tipi Pelton, Francis e Kaplan costituiscono la maggioranza delle
installazioni, ciascuno secondo le proprie caratteristiche di esercizio.

Principio di funzionamento
Le turbine idrauliche sono inserite in un impianto che prevede un serbatoio di monte e uno di valle di solito a
pressione atmosferica. Esse sfruttano la caduta disponibile (pari alla differenza dei carichi ottenuti
sommando il dislivello geodetico z2-z1,le altezze piezometriche e quelle cinetiche). Dal momento che nei due
serbatoi l'energia cinetica è nulla e la pressione la stessa, la caduta disponibile è praticamente uguale al
dislivello geodetico o anche l'altezza a cui è posto il serbatoio di monte (misurata rispetto al serbatoio di
valle). Indicando la caduta disponibile con Hd si ha che Hd=z2-z1=h. Non tutta la caduta disponibile è pero'
utilizzabile dalla turbina, dal momento che sono presenti delle perdite di carico nella condotta: se indichiamo
con Hw le perdite espresse in m indichiamo con caduta utile la differenza tra Hd e Hw, quindi Hu = HdY.Essa puo' essere espressa in funzione della sola Hd attraverso il rendimento della condotta pari al rapporto
tra la caduta utile e quella disponibile. Definendo inoltre il rendimento idraulico della turbina (che tiene conto
delle perdite di natura fluidodinamica), il rendimento volumetrico (dal momento che non tutta la portata G
agisce sulle pale per via delle fughe attraverso i giochi), il rendimento meccanico (che tiene conto delle
perdite di natura meccanica che inevitabilmente provocano la dissipazione di potenza) possiamo scrivere che
la potenza utile (indicata con Pu) è uguale a: Pu= ug G g Hd, dove ug è il rendimento globale dell'impianto
pari al prodotto tra il rendimento della condotta e quello della turbina (a sua volta il prodotto del rendimento
meccanico, idraulico e volumetrico).
Le principali tipologie di turbine idrauliche oggi impiegate sono:







Turbina
Turbina
Turbina
Turbina
Turbina
Turbina

Pelton
Francis
Kaplan
a bulbo
Banki
Turgo

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La seconda rivoluzione industriale
Turbina Pelton
La Turbina Pelton fu inventata (Brevetto 1880 ) da Leste Allan Pelton, carpentiere, nel 1879 mentre
lavorava in California, e risulta essere ancora oggi la turbina ad azione con rendimento più elevato.
È utilizzata per grandi salti (maggiori di 15 m, di solito tra i 300 e i 1400 m) e piccole portate (inferiori a 50
m³/s), si utilizza quindi solitamente per i bacini idroelettrici alpini. L'energia potenziale dell'acqua (
) accumulata ad elevate altitudini giunge alla turbina tramite dei "condotti forzati" (grosse
tubature) che conducono l'acqua a valle. Un ugello (o più di uno) indirizzano l'acqua sulle pale della Pelton
determinandone la rotazione. L'ugello grazie alla sua forma trasforma in energia cinetica (
)
tutta la pressione contenuta sui condotti, così il getto sulla turbina non sarà in pressione: proprio per questo
la turbina Pelton è una turbina ad azione (vedi stadi ad azione). La forma delle pale è quella di due cucchiai
appaiati, tra i quali si trova un tagliante che divide a metà il getto, per farlo uscire ai lati sotto forma di due
getti separati ed equilibrare la spinta sui due lati della turbina.

Sezione della pala con getto incidente

Il flusso di acqua in uscita dall'ugello viene deviato di circa 180° dalle pale della turbina, che, come
conseguenza, subiscono una spinta (verso l'alto nel disegno) come reazione alla deviazione del flusso stesso.
Tale spinta è pari a:

dove: = densità di massa del fluido, = portata,
= componente tangenziale della velocità in uscita,
= componente tangenziale della velocità in ingresso. Le pale "in presa", contribuenti alla rotazione poiché
contengono acqua, sono sempre più di una, questo è necessario per avere regolarità nella spinta. Un aspetto
da non trascurare è il diametro della girante: più è grande, minore sarà la velocità di rotazione ,

ove:

è la velocità tangenziale,

il diametro della girante

una girante lenta è poco apprezzata su di una centrale idroelettrica, poiché fa aumentare i costi a parità di
energia prodotta; per questo motivo si utilizzano tipicamente alternatori a magnete rotante bipolare, il che
significa una velocità di rotazione di 3000 giri/min per la generazione della corrente AC a 50 Hz usata in
Europa (3600 giri/min e 60 Hz negli USA).

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La seconda rivoluzione industriale

Montaggio di due giranti Pelton coassiali

La massima spinta avviene a girante ferma, ovvero quando la differenza tra la velocità del getto e della
girante è più grande, quindi una caratteristica positiva di questo tipo di turbina è avere un transitorio di
avviamento molto breve.
Un altro aspetto particolarmente apprezzato è l'ampio margine di regolazione della girante, si può regolare la
portata del getto, riducendolo in sezione (quindi ottenere una potenza minore), senza che vada ad influire
negativamente sul rendimento della trasformazione energetica. La regolazione della sezione avviene
mediante una spina (ago doble) che scorrendo orizzontalmente va ad ostruire tutta la sezione del getto o
parte di essa. Dato che la regolazione mediante ago non può essere improvvisa, in modo da evitare colpi
d'ariete indesiderati, un altro strumento utile in regolazione è il tegolo deviatore che intercetta parte del
flusso in uscita dall'ugello, deviandolo. I salti su cui si impiegano le turbine Pelton vanno generalmente dai
1.400 m fino anche ai 300 m: ovviamente l'architettura della girante tra i due estremi varierà abbastanza.
Man mano che il salto decresce, cioè scendendo a valle, si ha un bacino di raccolta maggiore con
conseguenti portate più impegnative. Per far fronte a questo fenomeno è necessario impiegare Pelton con
cucchiai più grandi oppure suddividere il getto in più parti, così da avere la Pelton poligetto. Questa seconda
soluzione permette di utilizzare giranti più piccole di diametro e quindi che ruotano più velocemente.
Un difetto intrinseco di questa turbina è quello di non potere utilizzare l'intera altezza del salto, in quanto la
girante, non potendo essere immersa nel canale di scarico, è sollevata rispetto al pelo dell'acqua libera; una
quota del salto, quindi, maggiore del raggio della girante, è persa. L'inconveniente è chiaramente tanto più
trascurabile quanto più il salto dell'acqua è elevato.

Turbina Francis

Girante Francis: si nota dall'esterno, la chiocciola, il distributore e la girante all'interno. Il
flusso di liquido è rappresentato in azzurro.
La turbina Francis è una turbina idraulica a reazione sviluppata nel 1848 da James B. Francis, un ingegnere
inglese trasferitosi negli Stati Uniti. Oggi rappresenta il tipo di turbina idraulica più utilizzato.
È una turbina a flusso centripeto: l'acqua raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola che la
lambisce interamente, poi un distributore, ovvero dei palettamenti sulla parte fissa, statorica, indirizzano il
flusso per investire le pale della girante.

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La seconda rivoluzione industriale
La turbina è detta a reazione poiché non sfrutta solo la velocità ma anche la pressione del getto d'acqua che,
quando giunge nella girante, è ancora superiore a quella atmosferica. Infatti tramite il condotto convergente
costituito dal canale tra le pale del distributore e da quello tra le pale della girante stessa si finisce di
convertire la pressione ancora presente in velocità (energia cinetica). La sezione della voluta è decrescente
in modo che, man mano che le porzioni di fluido attraversano il distributore, la velocità del getto si
mantenga costante. Per ottimizzare il funzionamento della turbina l'espansione dell'acqua viene prolungata al
di sotto della pressione atmosferica, così da creare una sorta di effetto vuoto, che fa aumentare ancora di
più la differenza di pressione. A valle della girante, nello scarico, è necessario riportarsi alle condizioni
esterne, quindi si ricomprime il fluido grazie ad un diffusore, che converte la restante energia cinetica in
pressione. Questo passaggio non solo consente di riportare la pressione del flusso d'acqua a quella
atmosferica, ma permette di utilizzare quella quota finale di energia cinetica, non sfruttabile in turbina, che
andrebbe altrimenti persa allo scarico. Se si esagera nella ricerca del vuoto però si rischia di incappare nel
fenomeno, sgradito, della cavitazione per cui l'acqua, scesa al di sotto della pressione di liquido saturo, si
trasformerebbe in vapore, corrodendo e distruggendo i palettamenti della girante.


Girante di una turbina Francis, durante l'installazione


Turbina Francis e generatore elettrico


Pale regolabili (gialle) posizionate per la minima portata (la turbina è vista con copertura sezionata)


Pale regolabili settate per la massima portata

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La seconda rivoluzione industriale
Caratteristiche
Questa girante viene impiegata in corsi d'acqua con dislivelli da 10 m fino a 300÷400 m e portate da 2÷3
m³/s fino a 40÷50 m³/s. La sua regolazione avviene grazie alla variazione di apertura (angolo di incidenza)
delle pale nel distributore, quindi modificando il condotto convergente che esse creano determinando una
variazione della portata elaborata dalla girante. Questa variazione modifica anche il flusso sulle pale della
girante, facendolo arrivare con un angolo diverso da quello di progetto e per la composizione delle velocità si
determinano componenti rotazionali che non hanno contributo di potenza, in condizioni estreme può
accadere che il fluido non aderisca più alla pala provocando cavitazione sul lato aspirazione o pressione
(potrebbe distaccarsi o urtare contro la pala), introducendo oltre alla perdite di potenza anche fenomeni di
erosione della superficie.
Per questi motivi la turbina Francis ha un modesto campo di regolazione, se non si vuole uscire dalle
condizioni ottimali di efficienza. Quando le portate si accrescono è necessario realizzare giranti più grandi,
con una sezione di maggiore dimensione, questa geometria fa peggiorare ancora di più la possibilità di una
regolazione.

Turbina Kaplan

Girante Kaplan: ai lati si notano le due sezioni del condotto a chiocciola, poi le pale del distributore (in
verde), centralmente la girante. Le linee azzurre rappresentano le linee di fluido. In basso la macchina
continuerà con il tubo diffusore. La turbina Kaplan fu inventata nel 1913 dal professore austriaco Viktor
Kaplan.
È una turbina idraulica a reazione che sfrutta piccoli dislivelli, fino a qualche decina di metri, ma con grandi
portate, da 2/3 m³/s in su. Costruttivamente è un'elica, dove le pale si possono orientare, al variare della
portata d'acqua permettendo di mantenere alto il rendimento fino a portate del 20-30% della portata
nominale. Solitamente è dotata di deflettori statorici fissi che orientano il flusso. Si può ottimizzare il
rendimento della macchina per un range maggiormente ampio rispetto alla portata ideale tramite un sistema
di orientamento dei deflettori statorici al variare della portata. Il liquido giunge sulla turbina grazie ad un
condotto a forma di chiocciola che alimenta tutta la circonferenza, poi attraversa un distributore che dà al
fluido una rotazione vorticosa, essenziale per imprimere il moto alla girante, dove il flusso deviato di 90° la
investe assialmente. Allo scarico, come per la turbina Francis, è possibile recuperare energia grazie al
diffusore.

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La seconda rivoluzione industriale

Turbina Kaplan accoppiata con l'alternatore

Con una turbina ad elica la regolazione è praticamente nulla, quindi può funzionare solo per una certa
portata, ragion per cui il distributore non è nemmeno regolabile.
Con la turbina Kaplan grazie all'orientazione delle pale della girante, è invece possibile l'adattamento alla
portata presente. Questo perché ad ogni regolazione del distributore corrisponde un'orientazione delle pale e
ciò permette di farla lavorare con rendimenti molto alti (fino al 90%) in un grande intervallo di portate. Il
campo di utilizzazione delle turbine Kaplan lente arriva a cadute massime attorno ad 80 m e portate sino a
50 m3/s, sovrapponendosi in parte al campo di utilizzo delle turbine Francis veloci le quali arrivano a cadute
inferiori a 10 m e portate che possono superare 300 m 3/s
Si è soliti usare insieme turbine ad elica e turbine Kaplan: le turbine ad elica funzioneranno a pieno regime e
il fluido eventualmente eccedente viene destinato alle turbine Kaplan, qualsiasi sia la sua entità. In questo
modo si limitano i costi di installazione poiché una turbina Kaplan è più costosa di una turbina ad elica,
perciò installare solamente turbine Kaplan sarebbe molto più dispendioso.

Turbina a bulbo
La turbina a bulbo è un tipo di turbina Kaplan molto semplice in quanto è inserita direttamente nella
condotta e non necessita di distributore. Viene impiegata su dislivelli ridotti (qualche metro). La sua
particolarità è che solitamente il bulbo contiene pure l'alternatore per la produzione di energia elettrica,
inoltre può funzionare con un flusso in entrambi i sensi, come sono utilizzate sulle centrali maremotrici . Una
turbina Michell - Banki, nota anche come turbina Ossberger, è un tipo di turbina idraulica che deve il
suo nome agli studiosi che la svilupparono: l'australiano Anthony Michell, l'ungherese Donát Bánki e il
tedesco Fritz Ossberger.

Storia
Il primo brevetto per questo tipo di turbina venne ottenuto da Michell nel 1903 e venne prodotta per molti
anni da un'industria chiamata "Weymouth". Un analogo brevetto venne ottenuto da Ossberger nel 1922,
fondando una propria azienda per la produzione industriale, azienda che è tutt'oggi il maggiore produttore di
questo tipo di turbine. Questo tipo di turbina è impiegato su impianti di piccola potenza (indicativamente fino
a qualche migliaio di kW); ha il pregio della semplicità costruttiva, che la rende adatta all'autocostruzione e
all'impiego anche in contesti poveri, con conoscenze e attrezzature limitate. Di contro, il suo rendimento
(circa 0,85) è inferiore rispetto a quello ottenibile da altri tipi di turbine (le tipologie classiche, quali Pelton,
Turgo, Francis e Kaplan, possono superare lo 0,9), però rimane pressoché costante al variare della portata:
proprio la sua costanza d'efficenza per un elevato range di funzionamento ne consente l'utilizzo in un campo
di impiego piuttosto ampio (portata = 40-13000 l/s, salto = 2-200 m).

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La seconda rivoluzione industriale
Funzionamento
Le componenti principali sono:
- il rotore, costituito dall'insieme delle pale e dall'albero centrale;
- l'iniettore,nella versione economica è costituito da un una cassa che avvolge in parte il rotore,ma non
garantisce la variazione della portata fino al 83% in meno della Q di progetto come garantito da quelle
regolate con doppio o singolo pomolo o flap deftettore tipo le turbine della Ossenberger (detentrice del
brevetto originale)o similari. La sua sagomatura e in alcuni modelli la parzializzazione e divisione della
portata divisa in 2/3 e in 1/3 consente arrivare appunto alla variazione massima sopracitata della portata di
indirizzare correttamente il flusso idrico sulle pale del rotore, con un arco di ammissione e geometria
dell'iniettore che varia da da circa 45° per quelle economiche o fatte in casa a un massimo di 120° per le
professionali tipo le Ossenberger, raramente in altri casi si superano i 90°,generalmente l'acqua investe le
pale con un angolo di circa 16/17° sulla tangente del rotore.
- la cassa, tramite la quale l'acqua esce dalla turbina per essere scaricata in modelli professionali è a tenuta
sull'albero turbina ed è fornita di condotto di scarico in aspirazione anche non tronconico come per le turbine
a reazione, questo aiuta il rendimento totale ma non dà i vantaggi come per le turbine a reazione, essendo
la Banki una turbina principalmente ad azione con una piccola reazione sullo scarico.
Il principio di funzionamento è il seguente: l’acqua, guidata dall’iniettore, entra tra le pale, percorre
trasversalmente l’interno del rotore e quindi si scarica attraversando di nuovo le pale dalla parte opposta.
Questo sistema fa sì che le pale siano percorse dall’acqua in entrambi i sensi (dall'esterno verso l'interno in
ingresso, viceversa in uscita), facilitando la rimozione di eventuali corpi estranei. Quando le pale vengono
investite dal flusso idrico, il rotore entra in rotazione e l'albero centrale trasmette l'energia meccanica così
prodotta al generatore di corrente elettrica ad esso collegato

Turbina Turgo

Schema di una turbina Turgo con relativo generatore
La turbina Turgo è una turbina idraulica ad azione. Sviluppata dall'azienda britannica Gilkes nel 1919, è
stata derivata dalla turbina Pelton, rispetto alla quale ha un rotore più economico da realizzare, un numero
di giri caratteristico più elevato e può gestire una portata d'acqua maggiore a parità di diametro. Queste
ultime due caratteristiche permettono di ridurre le dimensioni dell'alternatore e i costi di installazione. Può
raggiungere rendimenti intorno all'87%. Questo tipo di turbine può essere utilizzato sia in impianti di grandi
dimensioni che nel piccolo idroelettrico. La gamma dei dislivelli entro la quale opera la Turgo si pone in una
fascia dove il campo di applicazione delle turbine Francis e delle Pelton si sovrappone. Nelle Turgo, in quanto
turbine ad azione, l'energia potenziale dell'acqua viene convertita in energia cinetica nell'ugello (peraltro
simile a quello utilizzato nelle turbine a vapore di tipo Curtis).

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