CAVALLI DA TIRO.. E CAVALLI VAPORE

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Le auto di odierna produzione sono dotate di motori la cui potenza rispetto alla cilindrata è notevolmente aumentata rispetto al passato. Ciò è dovuto allo sviluppo della tecnologia con i traguardi della tecnica nella invenzione di nuovi sistemi di iniezione del carburante, nella fasatura variabile delle valvole, nell’utilizzo del turbocompressore, ecc…

E’ interessante, dunque, sapere come nasce l’unità di misura della potenza di un motore definita appunto cavallo vapore e qual è il suo valore equiparato ad altre unità di misura. Non dobbiamo però dimenticare che quando siamo alla guida la prudenza ed il rispetto delle norme del CdS debbono prevalere sulle prestazioni dell’automobile.

Con l’avvento dei motori a vapore, bisognava introdurre un’unità di misura, allo scopo di determinare la potenza che tali macchine erano in grado di sviluppare, in funzione dell’utilizzo a cui sarebbero state destinate, come per il loro perfezionamento: era fondamentale avere contezza del numero dei cavalli che le macchine erano in grado di sostituire per compiere lo stesso lavoro.

Ad introdurre l’unità di misura dei Cavalli Vapore fu, alla fine del 1700, per esattezza nel 1789, in piena rivoluzione industriale, l’ingegnere scozzese James Watt (1736-1819), noto storicamente per aver dato un decisivo contributo al miglioramento dell’efficienza (rendimento meccanico) della macchina a vapore, decretandone così la sua larga diffusione (carrozze, treni e battelli a vapore; mezzi agricoli e macchinari industriali a vapore, ecc..) ed aprendo le porte al motore Stirling a cui seguirà il motore a combustione interna inventato dagli ingegneri italiani Eugenio Barsanti e Felice Matteucci nel 1854; macchina che porterà, di lì a poco, allo sviluppo del motore a 4 tempi, inventato nel 1867, dall’ingegnere tedesco Nikolaus August Otto insieme al suo amico Eugen Langen.

La scelta di definire, col termine Cavalli Vapore, l’unità di misura attraverso cui avere noto il valore della potenza erogata da un motore, fu operata da Watt, in quanto le macchine di nuova invenzione avevano come forza motrice appunto il “vapore”, e andavano a sostituirsi ai “cavalli” da tiro che erano stati utilizzati, fino ad allora, per il traino dei mezzi di trasporto (ad es. carrozze, diligenze ed omnibus), o in processi di lavorazione nei quali bisognava azionare, ad esempio, meccanismi costituiti da vari alberi ed ingranaggi calettati fra loro e di una certa mole, che la forza dell’uomo, molto limitata in termini di potenza muscolare (sforzo istantaneo e sforzo protratto nel tempo) non poteva mettere in movimento.

Pur non potendo effettuare calcoli teorici estremamente precisi, Watt, supportato dalla pratica esperienza, poté stabilire, in maniera molto attendibile, che la potenza di un Cavallo Vapore era quasi pari alla potenza sprigionata da un cavallo da tiro; cosa che sarà confermata, con uno studio condotto nel 1993, dunque oltre due secoli più tardi. La successiva introduzione del watt come unità di misura per la potenza meccanica, prenderà poi, il posto del cavallo vapore, ed il suo nome sarà scelto in ricordo dell’ingegnere scozzese.

Il Cavallo Vapore: definizione e potenza equivalente

«Si definisce Cavallo Vapore l’unità di misura della potenza meccanica erogata da un motore; il simbolo di esso è CV, ed il suo valore, in termini di energia prodotta, equivale a 735,5 Watt, ed a 75 Kgf × m/s », (valore DIN cioè stabilito e riconosciuto dall’Istituto Tedesco di Standardizzazione che a sede a Berlino).  

Pur non essendo classificato come “grandezza fisica derivata”, dal Sistema Internazionale di Unità di Misura (S.I.), è stato utilizzato per molto tempo in Europa, negli Stati Uniti, in Russia, ecc…, e soltanto nel 1982 in Italia è stato sostituito dal watt, con il D.P.R. n. 802, quando il nostro Paese ha deciso di aderire al S.I. Oggi, maggiormente in Europa, viene ancora usato tradizionalmente, per indicare la potenza del motore in ambito automobilistico e non solo.

1 Cavallo Vapore è la potenza che occorre a sollevare di 1 metro, nel tempo di 1 secondo, il peso di 75 chilogrammi forza:  1 CV = 75 Kgf × m/s

Il Cavallo Vapore Britannico 

Il Cavallo Vapore assume valori diversi in Gran Bretagna, ecco perché quello adottato in Europa viene definito appunto “cavallo vapore europeo”, e quello usato in Inghilterra “cavallo vapore britannico”.

Il Cavallo vapore britannico equivale a 745,7 Watt; è denominato “horsepower” e il simbolo che assume è la sigla stessa del nome, HP.

                            1 CV europeo  =  0,986 HP

                             1 HP  =  1,014 CV europeo

 I Cavalli Vapore che sviluppa un cavallo

Soltanto 200 anni dopo l’introduzione del Cavallo Vapore (CV) si è potuto appurare quanti cavalli vapore sviluppa mediamente un cavallo da tiro e uno da corsa. Secondo lo studio, condotto da R. D. Stevenson e R. J. Wasserzug, pubblicato in un articolo intitolato “Horsepower from a horse” sulla rivista Nature n. 364, del 15 luglio 1993, un cavallo da corsa può arrivare ad erogare una potenza istantanea, dunque per pochi secondi, di circa 15 Cavalli Vapore, (potenza, quest’ultima, di poco superiore a quella erogata dai normali scooter di 125 cc di cilindrata, attualmente in produzione, che sviluppano circa 12-13 cavalli vapore).

Un cavallo da tiro sviluppa invece, una potenza media equivalente ad un cavallo vapore; potenza che riesce ad erogare, in maniera quasi costante, per un lavoro ininterrotto della durata di 10 ore.

Possiamo dunque affermare che i calcoli effettuati da James Watt, alla fine del XVIII secolo, non si discostavano dalla realtà, e che quando guidiamo una automobile dotata di 200 cavalli vapore, è come se l’auto fosse trainata proprio da 200 cavalli da tiro.

I Cavalli Vapore che sviluppa un uomo

Un uomo di 75 kg di peso, che cammina alla velocità costante di 5 km/ora, quindi a passo svelto, arriva a sviluppare una potenza media di 105 Watt che equivalgono a 0,14 Cavalli Vapore; la potenza massima che invece può arrivare a sprigionare per pochi secondi, è di 3,2 Cavalli Vapore, equivalenti a 2352 Watt, (potenza istantanea); gli atleti, quelli più veloci al mondo, possono arrivare anche a sprigionare 6,3 Cavalli Vapore, ma sempre per pochi istanti.  L’essere umano dunque sviluppa su per giù, una potenza media 7 volte inferiore di quella prodotta da un cavallo da tiro.

 TAVOLA DELLE CONVERSIONI PER LA MISURA DELLA POTENZA MECCANICA

La tabella riporta le varie unità di misura della potenza, il loro simbolo e le conversioni tra esse.

Potenza – Lavoro/Tempo
Kilowatt kW 1 kW = 1,36 CV = 1,34 hp = 737,56 lbf·ft/s = 4’4253,7 lbf·ft/min = 859,84 kcal/h = 3’412,14 btu/h = 101,97 kgf·m/s
Cavallo Vapore (europeo) CV 1 CV = 0,735 kW = 0,986 hp = 75 kg·m/s = 542,47 lbf·ft/s = 632,41 kcal/h = 2’509,62 btu/h = 75 kgf·m/s
Kilogrammo forza per metri al secondo kgf ·m/s 1 kgf·m/s = 0,01 kW = 0,013 CV = 0,013 hp = 7,23 lbf·ft/s = 433,98 lbf·ft/min = 8,43 kcal/h = 33,46 btu/h
Kilocaloria all’ora kcal/h 1 kcal/h = 0,0012 kW = 0,0016 CV = 0,00156 hp = 0,8578 lbf·ft/s = 51,47 lbf·ft/min = 3,97 btu/h = 0,12 kgf·m/s
Horsepower

(cavallo vapore britannico)

HP 1 HP = 1,014 CV = 0,746 kW = 550 lbf·ft/s = 33000 lbf·ft/min = 641,19 kcal/h = 2’544,43 btu/h = 76,04 kgf·m/s
Foot pound force per second

(libbra forza per piede al sec.)

lb·ft/s 1 lbf·ft/s = 0,0013 kW = 0,0018 CV = 0,0018 hp = 60 lbf·ft/min = 1,166 kcal/h = 4,63 btu/h = 0,138 kgf·m/s
Foot pound force per minute

(libbra forza per piede al min.)

lb·ft/min 1 lbf·ft/min = 0,000023 kW = 0,0167 lbf·ft/s = 0,019 kcal/h = 0,077 btu/h = 0,0023 kgf·m/s
British termal unit per hour

(BTU per ora)

BTU/h

1 btu/h = 0,00029 kW = 0,216 lbf·ft/s = 12,97 lbf·ft/min = 0,25 kcal/h = 0,030 kgf·m/s

Foto: buschmen / 123RF Archivio Fotografico

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