Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo
a cura di Claudio Della Volpe
Il primo post di questo tema ha assodato che non ci sono usi miracolosi dell’acqua come carburante .
Approfondisco il tema delle miscele acqua-carburante e riporto qui una esperienza fatta all’interno di una grande azienda italiana che però mantiene il suo anonimato e che ci racconta con una certa dovizia di particolari come si può usare vantaggiosamente il gas di Brown.
Cominciamo dalla questione di aggiungere acqua al carburante.
Si sa che una miscela acqua-carburante può in certe circostanze favorire le prestazioni anche se a costo di un danno almeno potenziale a lungo andare. Ma come è possibile?
L’umidità, cioè il vapore acqueo presente nell’aria, è una delle variabili che influiscono di più, oltre che la temperatura dell’aria, nel calcolo del rendimento e della potenza dei motori. L’aria può essere più o meno fredda, ma più l’aria è umida, cioè ricca di vapor acqueo, più è leggera (meno densa) rispetto ad una stessa quantità di aria secca; ricordiamo infatti che la pressione atmosferica “scende” quando il tempo è umido e foriero di pioggia (ovvio: il peso molecolare dell’acqua è 18 contro quello medio dell’aria che è appena inferiore a 30).
Il vapore, cioè acqua in stato gassoso, che quindi è un gas, sottrae O2 nella testa dei cilindri. Togliendo spazio all’aria, il vapor acqueo dà quindi anche un effetto sovrapponibile a quello di un aumento relativo del carburante nel cilindro, cioè è come se uno avesse arricchito la miscela; come se non bastasse, il vapor acqueo nei cilindri ostacola il propagarsi della fiammata dell’accensione, quindi corrisponde anche a una riduzione dell’anticipo dell’accensione (scendono i giri del motore) o, detto meglio, la sua presenza richiede un incremento dell’anticipo di accensione (occorre dare più tempo alla miscela per detonare).
Tutto questo può compromette l’erogazione di potenza da parte del motore, anzichè favorirla.
Ma allora perchè si usa la iniezione di acqua? Le cose sono più complicate.
Nei motori esiste quello che potremmo definire un raffreddamento interno, dovuto al fatto che la miscela aria/carburante per essere effettivamente esplosiva deve prevedere un carburante allo stato gassoso non liquido; ora quando il carburante evapora sottrae calore al sistema perchè ha un calore latente di evaporazione. La riduzione di temperatura che ne viene causata da una parte riduce le sollecitazioni nel sistema pistone-cilindro e dall’altra aumenta la concentrazione della miscela esplosiva aumentandone l’efficacia. Ovviamente la riduzione di temperatura dipende dal carburante usato e può raggiungere decine di gradi.
In questo senso i motori a iniezione diretta sono avvantaggiati, dato che il carburante viene immesso all’interno del cilindro, e pertanto vaporizza tutto lì e non in larga misura nei condotti di aspirazione, come avviene con l’iniezione indiretta. Si ottiene in tal modo un miglior raffreddamento interno, il che agevola l’adozione di rapporti di compressione particolarmente elevati.
Come qualcuno dei lettori ha fatto notare l’idea di usare l’acqua a questo scopo fu sfruttata al principio del secolo scorso con motori d’aviazione sovralimentati di potenza elevata.
Motore BMW-801
L’aggiunta di acqua (che ha un elevato calore latente di vaporizzazione a causa dell’esistenza di legami idrogeno) migliorava notevolmente la resistenza alla detonazione e permetteva di adottare pressioni di sovralimentazione più elevate. I tedeschi (che alimentavano i loro motori impiegando sistemi di iniezione diretta e non carburatori, come i costruttori delle altre nazioni) impiegavano per la precisione una miscela di acqua e metanolo, con quest’ultimo che aveva fondamentalmente una funzione anticongelante. In tal modo era possibile ottenere incrementi di potenza che potevano anche essere superiori al 10%.
Un meccanismo analogo è stato impiegato nelle vetture da competizione. I risultati più significativi l’iniezione di acqua può fornirli se impiegata su motori sovralimentati e con un rapporto di compressione elevato. Recentemente la BMW che aveva fatto le sue esperienze proprio negli aerei da combattimento ha riproposto questa tecnologia nella BMW M4, una auto da alte prestazioni usata come safety car nelle corse automobilistiche.
“L’acqua viene emessa sotto forma di fine spray nel polmone, posto a valle dell’intercooler, dal quale respirano i sei condotti di aspirazione. Vengono impiegati tre iniettori, ossia uno ogni due cilindri. L’acqua è contenuta in un serbatoio da cinque litri, piazzato nel bagagliaio, e viene inviata agli iniettori con una pressione di dieci bar. Il sistema non richiede manutenzione ed è adatto anche per un eventuale uso quotidiano. La soluzione permette di ottenere un miglioramento delle prestazioni (si parla di un incremento di potenza dell’8% circa) senza dar luogo a un aumento del carico termico al quale sono sottoposti i vari componenti; inoltre, può consentire anche una lieve diminuzione dei consumi. “(http://www.automoto.it/news/motori-con-iniezione-ad-acqua-dagli-aerei-alla-bmw-m4.html)
http://www.tecnicamotori.it/iniezione_acqua.html
Fra l’altro per ridurre il problema della potenziale corrosione la centralina elettronica controlla sistematicamente la quantità di acqua immessa basandosi sull’umidità esterna e cercando di evitare la rottura del velo di olio che protegge le parti metalliche. Nessun miracolo e nessuna offesa alla termodinamica.
E veniamo al gas di Brown.
E’ chiaro dal post scorso che una quantità elevata di idrogeno ed ossigeno immesso nei motore non è conveniente termodinamicamente, ma un loro ruolo di tipo catalitico non si può escludere, come avevo già scritto, anche se la letteratura scientifica è povera di richiami a riguardo e tutti quelli presenti sono negativi.
Un amico che lavora in una grande azienda italiana mi ha contattato e mi ha sottoposto la sua esperienza; ho avuto qualche resistenza ma devo dire che i suoi dati sono molto convincenti; certo non sono dati che ho raccolto personalmente e non ho nessuna intenzione di riportarli come dati definitivi; diciamo che possono costituire uno stimolo per chi volesse approfondire i meccanismi catalitici potenziali di questo sistema.
Dunque di che si tratta?
Due piccole unità di elettrolisi costruite di lastre di acciaio consumando qualche centinaio di watts (12V-30A, quindi 720W in tutto) forniscono una piccola quantità di una miscela di ossidrogeno ad un grande motore diesel, un dispositivo da 300 litri di carburante l’ora. A memoria la cella è composta da piastre in Bohler A100 (AISI 316 – cromo/nichel/molibdeno) tagliate al laser ed impacchettate con guarnizioni in teflon; i tubi sono normali condotti calibrati per pneumatica da 8 e 10mm in polipropilene. L’elettrolita usato è carbonato di potassio 300g/litro). Prima dell’ingresso turbine il fluido attraversa solo un breve tratto di tubo ed un piccolo filtro a feltro.
La temperatura di funzionamento delle celle resta praticamente quella ambiente. Questo gas viene miscelato all’aria in aspirazione a monte della turbina, perché a valle della stessa la pressione non è costante ed il sistema si complicherebbe molto e inutilmente.
Cosa avviene? Semplicemente che il consumo si riduce di circa il 7%; il sistema produce l’equivalente di 519kW di potenza costante consumando carburante che prima forniva potenza per 482kW; se si fa il rapporto e si sottrae la ridicola quota di consumo dell’elettrolizzatore (meno di 1kW, 0.72kW) si ottiene un risparmio del 7% circa (482/519=0.928).
Il sistema è costantemente monitorato in quanto a scarichi, produttività e consumi e quindi i numeri sono verificabili, sostiene il mio amico che chiameremo X e che pur non essendo un chimico si occupa di efficienza energetica nell’ambito di questa grande azienda.
Ho avuto una lunghissima ed accesissima discussione con X e mi sono convinto che pur non avendo fatto una serie sistematica di prove X ha testato il sistema per qualche giorno e poi ha deciso che, si, ne valeva la pena. Potrebbe essersi sbagliato ma la sua buona fede è fuori discussione; X sostiene che le sue prove sono consistite sostanzialmente nel misurare i consumi del motore a parità di OGNI ALTRO PARAMETRO accendendo e spegnendo l’elettrolizzatore in “tre giorni del condor” di prove originarie.
Come si spiega questo risultato? Ovviamente il contributo dell’idrogeno ed ossigeno NON è di tipo stechiometrico, basta considerare che la quantità di idrogeno immessa in circolo è al massimo di una mole l’ora contro i quasi 3 quintali di carburante tradizionale (ossia migliaia di moli); è chiaro che siamo di fronte ad un effetto catalitico di qualche tipo.
Cosa potrebbe essere? Occorrerebbe fare prove che certamente X non consentirebbe in quanto significherebbero modificare il funzionamento del motore e la sua opertività, ma possiamo rifletterci usando qualche dato di letteratura.
Ho cercato un gas massa del gas di Brown, ma non l’ho trovato, tuttavia in una versione non pubblicata di uno dei lavori di Santilli (che come ricorderete si è inventato le magnecole) che si recuperano in rete si vede questo spettro:
Le formule le ho aggiunte io cercando di interpretare lo spettro di massa; la presenza di monossido di carbonio dipende dall’elettrolita scelto e dalla composizione degli elettrodi e non so se ci sia nel caso di X, ma non credo perchè la letteratura escluderebbe lo sviluppo di CO in presenza del tipo di componenti dell’acciaio dei suoi elettrodi; tuttavia gli altri componenti ci potrebbero essere: oltre ad idrogeno ed ossigeno, ioni vari positivi e negativi che rivelerebbero la possibile presenza di acqua ossigenata, ozono e varie specie probabilmente ioniche e radicaliche che si potrebbero formare e potenzialmente utili come specie catalitiche nelle condizioni di impiego; queste specie (per esempio acqua ossigenata e ozono) si formano quando si fa l’elettrolisi dell’acqua a causa dei meccanismi cinetici presenti ed attivi quando ci si allontana molto dalle condizioni di equilibrio chimico; la dissipazione di grandi quantità di energia (il valore teorico del potenziale di ossidoriduzione dell’acqua è di 1.21V mentre qua usiamo un valore sensibilmente superiore) consente la produzione di molte altre specie oltre a idrogeno ed ossigeno in dipendenza dei dettagli del processo. Nulla di nuovo. Aggiungo per correttezza che X è convinto che l’idrogeno in piccola quantità potrebbe funzionare da acceleratore della velocità di propagazione della fiamma incrementando il consumo di molecole che rimarrebbero e rimangono di fatto incombuste in condizioni normali (ovviamente in lingua chimica e non motoristica anche questo è un effetto catalitico)
In letteratura si trovano molti lavori che discutono l’aggiunta di queste specie come tali e i risultati sono spesso interessanti, mai eccezionali, spesso inconclusivi; nel caso del gas di Brown aggiunto per elettrolisi di una soluzione acquosa elettrolitica potrebbero avere effetti utili; comunque il miglioramento atteso è dell’ordine di qualche percento e probabilmente nel caso di motori moderni (quello del mio amico è un diesel alquanto datato, ma funzionante) i vantaggi sarebbero probabilmente minori.
Ecco questo è tutto, mi sentivo di dover estendere ed approfondire la discussione; il gas di Brown non ha nulla di miracoloso, certamente non consente di usare l’acqua come carburante, certamente non consente risparmi energetici folli; forse in qualche caso, come in quello di X, riduce di un po’ i consumi (il 7% in meno non fa schifo a nessuno); la cosa avrebbe bisogno di essere approfondita da specialisti della combustione ed anche un gas-massa serio del gas di Brown sarebbe utile; qualcuno lo ha mai fatto? Giro la domanda e le altre che vengono in testa ai colleghi che si occupano di queste cose: basterebbero le specie come acqua ossigenata ed ozono e gli ioni e i radicali potenzialmente prodotti a consentire risparmi del genere? I dati di X sono ragionevoli?
A voi la risposta.
La Chimica e la Società 
I dati sono abbastanza coerenti con quelli misurati,molto piu’ artigianalmente, dal sig. Burei (l'”utente soddisfatto” del post precedente). La cella consuma 18A a 12V, e probabilmente non ha un rendimento elevatissimo, per cui l’idrogeno prodotto è una piccolissima frazione rispetto al carburante.
Il motore (1800 cc) mostra aumenti di rendimento dell’ordine del 7%, e il poco idrogeno (o quel che c’è nel “gas di Brown”) probabilmente fa da antidetonante per il cambiamento di carburazione dell’auto, o un effetto catalitico del genere. Non essendo il mio campo non ipotizzo oltre, sarebbe interessante se qualcuno competente lo facesse.
io escluderei un ruolo del solo idrogeno; altrimenti basterebbe aggiungerlo a quella concentrazione che è bassissima, possibile che nessuno lo abbia notato? invece penso più ad un ruolo di acqua ossigenata e ozono e dei loro composti di degradazione, previa però conferma dei risultati in una forma più ampia e coerente; purtroppo non sono dotato degli strumenti di verifica necessari
Questo interessante articolo mi ha riportato alla mente una serie di episodi che avevo dimenticato. Viveva a Bari un meccanico molto intelligente e curioso. Aveva notato che quando percorreva con la sua macchina (a benzina o gasolio non era importante) una strada parallela e molto vicina al mare consumava meno carburante di quando percorreva le stessa distanza seguendo un altra strada molto più distante dal mare. Si mise a costruire un marchingegno molto semplice che poi brevettò (così diceva). Sul condotto di aspirazione dell’aria piazzò un piccolo contenitore di acqua di mare (molto più efficiente secondo lui dell’acqua dolce). L’aria prima di entrare nei cilindri passava attraverso l’acqua marina arricchendosi presumibilmente di umidità. I consumi si riducevano a suo dire del 10 % circa. Pare che il brevetto fu ceduto ad una casa automobilistica francese, dopo di che non ho saputo più nulla. E’ possibile che i numerosi ioni contenuti nell’acqua di mare abbiano qualche effetto?
Caro Benito sulla questione specifica valgono le considerazioni dell’ing. Buffa, nel senso: quali specifiche differenze ci sono fra le condizioni dell’auto che si muove lungo il mare e altrove? casomai la semplice differenza di temperatura ed umidità dell’aria potrebbero fare la differenza; occorrono prove molto dettagliate e complete per poter affermare cose del genere e queste sono proprio le cose difficili e noiose da fare per inventare delle cose veramente nuove
Prima di porsi interrogativi sull’origine dei benefici, bisognerebbe validare le misure con un’analisi che includa il test dell’ipotesi che il nuovo fattore ha un effetto rilevante statisticamente. Purtroppo il tecnico medio non è abituato a fare queste cose che invece dovrebbero essere obbligatorie in questi casi in cui si aggiunge un fattore a un esperimento il cui esito è determinato da numerosi altri fattori concorrenti non facilmente controllabili con effetti anche contrastanti. In pratica bisogna fare l’analisi della varianza/T-Test con il target di ottenere una P ragionevolmente bassa (generalmente < 0.05 ma se vogliamo essere di manica larga anche 0.099). Questa omissione è tipica di tutti le (insufficienti) misure effettuate per 'validare' i gadget basati su principi fisico/chimici fittizi o non applicabili agli idrocarburi, per migliorare emissioni e consumi di macchine termiche (caldaie e motori per trazione).
Segnalo che il veicolo BMW in foto non è una M4 bensì una i8 che usa tecnologie elettriche.
Francesco Buffa.
ringrazio per la segnalazione dell’immagine errata; l’avevo presa da una rivista del settore che evidentemente aveva sbagliato a sua volta; comunque l’ho corretta; per quanto riguarda il contenuto dell’articolo ho messo bene in chiaro le circostanze; si tratta di un esperto di questi temi che lavora per una grande azienda nazionale e che ha usato il metodo in un grosso ma antiquato diesel (non mi ha dato più dettagli ma è voluto rimanere nell’anonimato); come ho scritto nel post ho discusso a lungo con lui e mi è sembrato che abbia fatto i test che poteva fare in una fabbrica che non è un laboratorio; è una esperienza specifica che ho riportato col beneficio di inventario; sulla capacità individuali della persona che non è certo un vendtore di fumo ci metto la faccia; d’altra parte farebbe piacere anche a me che si confrontasse direttamente con specialisti come l’ing. Buffa o con altri; a me ha confermato ripetutamente di aver fatto qualche giorno di prove in cui l’unica (e ripeto UNICA) modifica era l’aggiunta descritta; di più non mi sento di dire, avendo già espresso sul tema generale non solo le mie perplessità ma essendomi anche scontrato “duramente” con altri amici in una lista di ASPO Italia su questo stesso tema sentendomene di tutti i colori (e rispondendo per le rime). Per i lettori dico che l’ing. Buffa che qui ha commentato è persona conosciuta nell’ambito tecnico-scientifico; Buffa per avere denunciato pubblicamente le sue riserve su di un sedicente dispositivo “elettromagnetico…….a polverizzazione molecolare” (qualunque cosa voglia dire questa frase) è stato querelato insieme con l’amico e collega Stefano Caserini; insomma persona certamente esperta e coerente; spero che parleremo nei prossimi giorni di questo episodio con un post della redazione.
ricevo e trasmetto :
Sono il tecnico che è rimasto anonimo, non per coprire chissà cosa ma solo per difendere il piccolo risultato raggiunto, visto che da esso dipende qualche posto di lavoro.
Sottoscrivo praticamente tutto ciò che è stato scritto, voglio solo aggiungere che nel mio caso i motori diesel utilizzati sono di tipo tradizionale (con iniezione meccanica a 250 bar) ed in questo senso li ho definiti “non moderni”, ritenendolo cruciale: per il resto, sono ancora dei signori motori, tanto che trovano tuttora impiego addirittura presso le forze armate di grandi paesi.
Riguardo ai test di significatività dei confronti effettuati in casi apparentemente analoghi, sottoscrivo integralmente le obiezioni mosse. Da “tecnico medio” con un po’ di esperienza universitaria, ed avendo a disposizione un laboratorio chimico che dirigo e che effettua consulenze per mezzo mondo, posso assicurare che dal mio punto di vista non ho problemi sotto questo aspetto, per il semplice fatto che i nostri motori operano a regime costante ed in condizioni stabili, quindi dopo migliaia di ore di servizio continuo, monitorato e registrato nei flussi di massa e di energia, i risultati che mostrano sono a dir poco robusti. Probabilmente è nato un fraintendimento quando ho affermato, e confermo, che le prove di ottimizzazione si sono protratte per pochissimi giorni: in pratica non posso esserne sicuro, ma è probabile che una migliore ottimizzazione si sarebbe potuta trovare, potendosi applicare per più tempo. Si può quindi discutere sulla validità dei risultati che ci hanno portato a parametrizzare la modifica, ma non sull’effetto stabile e prolungato che questa comporta, in netta evidenza rispetto al passato. I fattori di disturbo significativi, che nel nostro caso non fanno superare 0,05 alla P, sono le fluttuazioni della qualità del carburante, il progressivo intasamento di filtri ed iniettori, e la ben nota sensibilità di questo tipo di macchine alle variazioni climatiche.
A questo proposito, segnalo che l’effetto, soprattutto estivo, di miglioramento del rendimento, e del funzionamento in generale, dei motori automobilistici che percorrono tratti lungo il mare, soprattutto a fondo chiaro, rispetto alle strade asfaltate dell’entroterra, è ben noto, è perfettamente spiegabile ed era particolarmente evidente nei motori a benzina aspirati non catalizzati.
Finalmente un test serio per questo dispositivo! Immagino che la potenza elettrica della cella sia stata adeguatamente considerata nel bilancio totale di energia…a questo punto si potrebbe misurare altro sul motore per capire la natura dell’origine del beneficio (tipo temperatura gas di scarico …ciclo indicato) anche se purtroppo dubito che in motori più evoluti i benefici possano essere dello stessa entità.
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