La turbosoffiante industriale compie 100 anni

La turbosoffiante industriale compie 100 anni

Nel 2024 ricorre il 100° anniversario della prima turbosoffiante per motori di grandi dimensioni. Le turbosoffianti sono ormai una dotazione standard nelle grandi applicazioni alimentate da motori a combustione interna, da navi e locomotive, a centrali elettriche e datacenter. Tuttavia, realizzare la visione iniziale e convincere il mondo del valore di questa innovazione è stato un processo lento e probabilmente doloroso per l'inventore, Alfred Büchi (1879-1959).

Büchi aveva tutte le carte in regola per diventare un influente ingegnere. Era figlio di un dirigente della Sulzer, il gigante svizzero dell'ingegneria e della produzione, che alla fine del XIX secolo era già un'azienda ben consolidata. Nel 1899, si iscrisse al Politecnico federale di Zurigo, un'università pubblica di ricerca, per studiare ingegneria meccanica. Una volta laureato, lavorò come ingegnere all'estero, in Belgio e in Inghilterra, prima di far ritorno in Svizzera nel 1908.

Un'idea che ha cambiato tutto

Durante la sua permanenza all'estero, nel 1905, a soli 26 anni, Büchi depositò un brevetto in Germania per un “motore compound altamente sovralimentato” con un motore diesel, un compressore assiale e una turbina assiale montati su un unico albero.

Un'idea assolutamente sperimentale all'epoca, poiché non esistevano ancora né i materiali né i combustibili per trasformare la visione di Büchi in realtà. Ciononostante, il brevetto conteneva già i fondamenti di qualsiasi turbosoffiante creata fin da allora: una turbina alimentata con gas di scarico viene fatta girare ad alta velocità per convogliare aria fresca attraverso un compressore nella camera di scoppio, al fine di aumentare le prestazioni del motore e ridurre il consumo di carburante.

I primi anni del XX secolo sono stati un periodo di grandi innovazioni nel campo dell'ingegneria. I fratelli Wright fecero il loro primo volo su un velivolo a motore nel 1903; la Ford Model T fu introdotta nel 1908; l'acciaio inossidabile fu inventato nel 1913; il Canale di Panama fu completato nel 1914. Anche il cemento armato, la catena di montaggio nelle fabbriche, le trasmissioni via radio e le chiamate telefoniche intercontinentali fecero la loro prima apparizione in questo breve lasso di tempo.

Parallelamente, in questo periodo, l'idea dei motori con turbosoffiante stava ricevendo consensi e i problemi pratici connessi alla loro creazione venivano via via risolti. Tuttavia, in un primo momento, essi erano rivolti all'innovativo settore dei motori aeronautici piccoli e leggeri, ottenendo buoni risultati in termini di aumento delle prestazioni dei velivoli negli Stati Uniti e in Francia. A quel tempo non si riteneva ancora di poter applicare questa tecnologia ai motori industriali più grandi e più lenti, pensando che ciò non sarebbe stato economicamente redditizio.

La realizzazione del sogno: 1924

In quel periodo, Büchi lavorava ai motori diesel per la Sulzer, ma aveva anche instaurato un dialogo con l'emergente società di ingegneria svizzera Brown, Boveri & Cie (BBC), diretta antenata di Accelleron, per vedere se potevano collaborare alla realizzazione delle sue idee.

Nel 1923, la BBC ricevette una richiesta dalla Swiss Locomotive and Machine Works, la quale aveva sviluppato un motore sperimentale a due tempi per i treni diesel. Il motore avrebbe dovuto erogare più potenza e garantire un miglior consumo di carburante. La BBC suggerì di utilizzare una turbosoffiante a gas di scarico e la SLM acconsentì al progetto. Nel giugno del 1924, presso gli stabilimenti di Baden della BBC, fu realizzato il VT402, la prima turbosoffiante a gas di scarico per impieghi gravosi al mondo.

Nel frattempo, anche l'industria nautica si stava orientando verso l'idea dei turbocompressori. Nel 1923, il cantiere navale Vulkan in Germania aveva ordinato due grandi navi passeggeri - la Preussen e l'Hansestadt Danzig - ognuna delle quali avrebbe dovuto essere alimentata da due motori MAN turbo a 10 cilindri e quattro tempi. I turbocompressori furono progettati e costruiti presso la BBC sotto la supervisione di Büchi. Varate nel 1926, queste due navi furono le prime nella storia a essere dotate di motori turbocompressi.

L'invenzione e la commercializzazione della turbosoffiante è una conquista che ha gettato le basi per lo sviluppo dell'economia moderna così come la conosciamo oggi. Senza di esso non sarebbe possibile generare la potenza motrice richiesta utilizzando le risorse di cui disponiamo.

Un secolo di conquiste

Molti degli elementi di questa storia sono davvero straordinari. Il primo è il modo in cui i fondamenti della turbosoffiante sono stati definiti in un'unica soluzione, fin dall'inizio. Utilizzare i gas di scarico, che altrimenti andrebbero sprecati, per aspirare aria fresca e far funzionare meglio il motore è una di quelle idee che sembrano semplici e ovvie, ma al contempo, fino a quando Büchi non le ha messe su carta, nessuno aveva unito i puntini.

Il secondo è che mentre gli obiettivi richiesti dalla sovralimentazione sono cambiati nel corso degli anni, dalle prestazioni del motore, all'efficienza del carburante e ora la riduzione delle emissioni, i principi e la forma della turbosoffiante sono essenzialmente gli stessi. Le sue caratteristiche prestazionali, i materiali, la geometria e la costruzione sono stati continuamente migliorati, ma i principi di base rimangono invariati.

L'ultimo elemento di continuità è rappresentato dalle partnership instaurate tra produttori e specialisti, che hanno caratterizzato il settore fin dai primi anni. Raramente le innovazioni sono il prodotto di una sola mente. Büchi è stato indubbiamente un genio, ma senza la collaborazione della BBC per creare i suoi prodotti e dei costruttori di motori per dare fiducia alle sue idee, nulla sarebbe accaduto. A tutt'oggi, questa stessa rete di idee, produzione e creazione di soluzioni per i clienti continua a promuovere l'innovazione e l'ottimizzazione dei motori a combustione.