màcchina

Lessico

(ant. màchina), sf. [sec. XV; dal latino machĭna].

1) Complesso di organi e meccanismi capaci di trasformare un'energia di alimentazione in una finale di tipo diverso (per esempio da elettrica in motrice) o dello stesso tipo ma con parametri diversi (per esempio energia elettrica da bassa in alta tensione) e di fornirla ad altre macchine (come fa per esempio un motore) oppure di usarla direttamente per eseguire certe operazioni (come fanno per esempio le macchine utensili). Nei capitoli della parte enciclopedica, oltre ai principi generali, costruttivi e d'impiego relativi alle macchine, vengono brevemente trattate solo alcune categorie di macchine, rinviando per le altre sia ai settori di appartenenza, sia ai nomi propri di ciascuna macchina (per esempio: macchina calcolatrice, vedi calcolatrice; macchina per cucire, vedi cucitrice; macchina per proiezione, vedi proiettore; macchina da presa, vedi cinepresa) sia al termine che le qualifica (per esempio: macchina fotografica; macchina per scrivere, vedi scrivere; ecc.).

2) Con valore assoluto, se nel contesto non vi è possibilità di equivoco, può indicare l'automobile o qualsiasi mezzo automatico di locomozione, la macchina per scrivere, la macchina da presa, la rotativa ecc.: una macchina sportiva; battere a macchina; il giornale sta andando in macchina. Con accezioni specifiche: A) in marina, è così detta sia la motrice di propulsione sia l'apparato motore nel suo insieme, compresi i locali relativi; andatura di macchina, il regime di funzionamento dell'apparato motore; capitano di macchina, titolo professionale degli ufficiali di macchina della Marina mercantile, rilasciato dall'Istituto Nautico, Sezione Macchinisti; direttore di macchina, l'ufficiale o il sottufficiale responsabili del servizio di macchina, ecc. B) In informatica, il termine è usato talvolta per indicare l'elaboratore elettronico; per esempio, linguaggio di macchina. Per le macchine di Turing, vedi Turing; per le macchine meccanografiche e le macchine elettrocontabili, vedi meccanografico.

3) Per estensione: A) nelle gare ciclistiche, motociclistiche e automobilistiche, la lunghezza del veicolo con cui si valuta la distanza tra un concorrente e l'altro, specialmente al traguardo: è arrivato secondo a due macchine. B) In loc. particolari: fatto a macchina, prodotto con mezzi meccanici (opposto a manuale); far macchina indietro, far retrocedere l'automobile, la locomotiva ecc.; fig., ritornare sulle proprie decisioni.

4) Fig.: A) insieme articolato di elementi, di azioni interdipendenti e miranti a uno stesso fine; organismo complesso: la macchina della giustizia, l'insieme degli organi con cui viene esercitata; la macchina dello Stato, insieme degli organi con cui lo Stato esercita le sue funzioni; la macchina elettorale, l'insieme dei mezzi e delle azioni con cui si conduce una campagna elettorale. B) Persona che opera con instancabile energia: sul lavoro è una macchina. Anche persona priva di volontà propria, automa. C) Intrigo, macchinazione: è tutta una macchina messa in piedi per rovinarmi. D) Ant., complesso architettonico grandioso e articolato: “quella gran macchina del duomo” (Manzoni).

5) Macchina da guerra, ogni congegno bellico usato nell'antichità, come arieti, catapulte, balestre ecc.

6) Impalcatura lignea che in età barocca sorreggeva le immagini dei santi durante le processioni sacre, ancora in uso in alcune città italiane.

Tecnica: generalità

Una definizione generale e globale di macchina è impossibile in quanto il termine ha avuto nel tempo significati molteplici e diversi: Virgilio chiama macchina il cavallo di Troia; Vitruvio la identifica in quelle capaci di imprimere un movimento a carichi vari; i Greci chiamarono macchina il congegno che permetteva di introdurre in scena il dio risolutore di situazioni teatrali, da cui l'espressione deus ex machina. Durante il Medioevo e il Rinascimento col nome di macchina venne indicato qualsiasi dispositivo o apparecchio atto a compiere un lavoro (per esempio una coclea, un mulino), a facilitare lo sforzo muscolare umano (per esempio una leva) o con le più varie funzioni (per esempio dispositivi per azionare zampilli di fontane, ponti levatoi, mezzi di difesa o di offesa, strumenti, aggeggi senza utilità pratica). Più di recente le macchine sono state (e spesso lo sono ancora) definite in base alla funzione che svolgono e pertanto macchina è qualsiasi congegno atto a eseguire un'operazione specifica e quindi prodotti industriali, cioè un lavoro al servizio dell'uomo. Spesso si chiamano macchine "da" o "per" quelle invenzioni delle quali ancora non esiste o non si è diffuso un nome specifico. La definizione adottata in questa enciclopedia è quella essenzialmente tecnica che considera la macchina in sé, nei suoi parametri caratteristici di operatività, di assorbimento di energia e di produttività. Da tutto ciò deriva che molteplici possono essere le classificazioni delle macchine. Una prima classificazione, eminentemente tecnica, individua tre categorie di macchine. Le macchine trasformatrici di energia sono distinte in macchine motrici o motori, cioè quelle che hanno come risultato finale la conversione di energia termica, chimica, potenziale, elettrica, nucleare, ecc. in energia motrice, e in macchine generatrici o generatori, cioè quelle che trasformano l'energia motrice in altra forma di energia, elettrica, idraulica, pneumatica, ecc. Le macchine operatrici sono quelle che hanno come prodotto finale del loro ciclo di lavoro un'operazione, una lavorazione o un manufatto. Appartengono a questa classe le macchine per la lavorazione di materiali, quelle adatte al trasporto di fluidi, merci, persone, informazioni, quelle adibite all'elaborazione di dati e quindi anche quelle addette alla regolazione di altre macchine. Le macchine trasmettitrici o convertitrici sono quelle che, inserite tra una macchina motrice e un'operatrice, presentano a quest'ultima l'energia motrice nelle forme più idonee a essere sfruttate. Tali sono i cambi di velocità, i riduttori, i trasformatori del moto da circolare a rettilineo, i convertitori, ecc. Questa classificazione presenta come principale inconveniente la difficoltà di definire le macchine complesse che contengono una o più unità delle precedenti: tipico esempio è l'automobile che contiene in sé inscindibilmente le caratteristiche di macchina motrice, macchina trasmettitrice e macchina operatrice. Una seconda classificazione, fondata sulla cibernetica e basata sull'attitudine di una macchina a organizzare il proprio lavoro, distingue sei gruppi di macchine: le macchine che hanno attitudine e azione, come il tasto della macchina per scrivere; le macchine che hanno in più la capacità di coordinamento di più azioni, per esempio le macchine utensili; quelle che hanno in più la capacità di giudicare l'opportunità di eseguire un'azione, per esempio il rivelatore-avvisatore d'incendio; le macchine che hanno in più la stabilizzazione di una certa azione, per esempio il pilota automatico; quelle che sono libere di agire per conseguire un fine loro imposto, per esempio l'omeostato, specie di tartaruga meccanica che, come un animale, si procura da sola il cibo, in questo caso energia elettrica; quelle che sono libere di decidere anche la finalità delle proprie azioni, come il multistato, cioè quella macchina che è ancora nei sogni dei progettisti e che dovrebbe comportarsi in tutto e per tutto come l'uomo. Altre classificazioni, più tradizionali, si limitano a individuare, secondo un certo criterio ordinatore, solo le categorie di appartenenza delle macchine; tale concetto non coincide con quello espresso precedentemente per le macchine operatrici, in quanto in queste categorie si comprendono anche le unità motrici le cui caratteristiche si adattano alle lavorazioni implicate. La classificazione più nota suddivide le macchine in tre gruppi: secondo il settore in cui operano: macchine tessili, macchine tipografiche, ecc.; secondo l'operazione che svolgono: macchine per cucire, per scrivere, fotografica, ecc.; secondo la forma di energia che utilizzano (macchine elettriche, termiche, eoliche) o il fluido elaborato (macchine idrauliche, pneumatiche) o lo stato fisico del fluido (macchine a vapore). Alcune macchine vengono infine indicate con nomi caratteristici tradizionali che, al di là di ogni classificazione, le distinguono semplicemente da tutte le altre, per esempio: macchine utensili, macchine semplici, macchine guerresche.

Tecnica: caratteristiche funzionali delle macchine

Le macchine hanno dimensioni variabili, non solo come misure di ingombro, ma anche come complesso di organi e operazioni a esse connesse; tuttavia tutte le macchine presentano sezioni caratteristiche comuni. Anzitutto esiste una sezione di ingresso attraverso cui la macchina viene alimentata sia del materiale su cui verrà eseguita la lavorazione, sia dell'energia impiegata (macchine operatrici), oppure (macchine trasformatrici) l'alimentazione è solo del materiale o solo dell'energia. Esiste poi sempre una sezione in cui viene elaborata l'energia fornita che a volte viene ceduta ad altre macchine o sfruttata per compiere direttamente altre operazioni. Altra sezione è l'utilizzatore che può o meno far parte integrante della macchina stessa. Esempio eloquente è l'automobile in cui gli utilizzatori possono essere le ruote o il guidatore e i passeggeri secondo i punti di vista. Altri elementi comuni a tutte le macchine sono i comandi: in certe macchine esistono solo i comandi di messa in moto e di arresto; in altre esistono comandi che influiscono direttamente sul processo operativo regolandone i parametri come nelle macchine automatizzate. Le macchine, spesso, posseggono equipaggi di autoregolazione (regolatore termico centrifugo di Watt) e di autocontrollo (dispositivo a termocoppia nei riscaldatori d'acqua domestici), che intervengono direttamente a modificare il funzionamento della macchina o avvertono l'operatore di una situazione anomala di funzionamento mediante avvisi generalmente acustici e ottici (spie). Nelle macchine vi sono poi organi di protezione: per esempio i fusibili che, fondendo per il calore sviluppatosi in seguito a un corto circuito, interrompono il flusso di corrente e salvano le macchine elettriche da danni elevati. La maggior parte delle macchine ha anche una serie di elementi ausiliari che, pur non rientrando nel ciclo produttivo vero e proprio, tuttavia lo migliorano e lo rendono possibile (per esempio, impianti di lubrificazione e raffreddamento). Gli organi che compongono una macchina, e che sono pressoché presenti in ogni sua sezione, possono così riassumersi: organi di collegamento (chiodature, viti, bulloneria, guarnizioni), organi per la trasmissione e la trasformazione del moto (perni, assi e alberi), manovellismi (bielle, leve, manovelle), sistemi articolati (guide e cerniere), coppie cinematiche superiori (ruote dentate, trasmissioni, ecc.), organi per la conduzione di fluidi (tubi, valvole ecc.), organi elettrici (fili, interruttori ecc.). Tali organi vengono prodotti in serie perché sia facile la loro sostituzione in caso di guasti, rotture ecc. Le parti componenti di una macchina sono a volte intercambiabili modularmente, per poter ottenere la massima operatività: per esempio, nelle macchine utensili si attrezza un telaio con un motore e poi si piazzano fino a cinque teste operatrici (testa a fresare, forare ecc.) che ricevono il moto ed eseguono la lavorazione del pezzo, spesso contemporaneamente, su cinque facce (viene esclusa quella di ancoraggio).

Tecnica: caratteristiche di impiego delle macchine

Durante il ciclo di funzionamento in ogni macchina si verificano fenomeni collaterali; anzitutto la produzione di calore, sviluppato per attrito delle singole parti o nel processo di elaborazione dell'energia; poi il rumore emesso durante il ciclo e le vibrazioni che l'accompagnano. Per contenere l'uno e le altre si deve sempre studiare a fondo il disegno della macchina e passare a volte a una lunga sperimentazione che valga a individuarne le cause. Possono svilupparsi inoltre fumi nocivi, come nelle macchine per l'industria chimica e nei motori; in questo caso vi sono precise leggi antinquinamento che fissano i limiti di tollerabilità. Igiene e sicurezza sono due parametri perseguiti sia dai produttori della macchina sia dagli utenti: obbligatorie sono le protezioni in rete di ferro o grigliato che coprono tutte le parti in movimento di una macchina, le cellule fotoelettriche che arrestano la macchina se l'operatore inavvertitamente invade uno spazio pericoloso, il disinfettante che si mescola all'acqua chimica impiegata per lubrificare e asportare calore dall'utensile lavorante nelle macchine utensili e tutti gli altri dispositivi di protezione. Parametro caratteristico di una macchina è il rendimento: tutte ricevono ed erogano energia (della stessa forma o di forma diversa) e quella erogata è sempre minore di quella ricevuta a causa delle perdite per attrito o per calore dissipato, ecc.; pertanto il rendimento globale è sempre inferiore a uno. Tuttavia non sempre il rendimento valutato in termini puramente energetici è significante. Specie per le macchine operatrici si deve valutare piuttosto il rendimento economico, in termini non solo strettamente contingenti, ma anche proiettati nel tempo in base a precisi criteri di programmazione. Occorre analizzare, per esempio, la produttività, la perfezione del prodotto, la convertibilità, la necessità di manutenzione e le cadenze di revisione, il lavoro in coppia, i turni di lavoro, ecc. Lo sfruttamento di una macchina è inoltre oggetto di precisi studi volti a realizzarne il miglior utilizzo. Si possono individuare due indirizzi distinti, ma vi sono infinite soluzioni intermedie. Il primo è la conservazione e la manutenzione perfetta della macchina affinché possa durare il più a lungo possibile. Questo è il criterio più antico e anche oggi è giustificato quando la macchina venga considerata nel quadro di un'attività artigianale, o collaterale a una grande produzione, come in un reparto sperimentale di una grande azienda, o all'interno di un nucleo familiare, come per l'automobile, gli elettrodomestici, ecc. Il secondo indirizzo è invece quello di sfruttare la macchina in maniera che ne derivi la massima resa economica. Se ne prevede a priori la vita in rapporto all'intensità di sfruttamento e se ne grava del costo il prodotto stesso tenendo conto che, per il continuo progresso tecnologico, molto probabilmente il prodotto richiesto dal mercato futuro dovrà avere caratteristiche diverse e che lo stesso mercato offrirà macchine perfezionate adatte a conferire al prodotto queste nuove caratteristiche. Per tali motivi, in genere si assegna alla macchina una vita breve, durante la quale la si sfrutterà al massimo della resa economica. Tale criterio è seguito per quelle macchine che presentano rendimenti o, più in generale, produttività variabili con il lavoro prodotto. Il particolare impiego di alcune macchine suggerisce invece di sostituirne solo elementi o addirittura alcune sezioni con una ben definita cadenza e quando ancora l'efficienza globale della macchina è del tutto adeguata. Ciò si effettua, per esempio, nelle automobili delle quali si revisiona o sostituisce il motore quando si giunge a un totalizzo di ore di funzionamento predeterminato, oltre il quale il suo rendimento e la sua affidabilità non sono più garantiti. Infine, molto spesso, occorre rinunciare alla massima resa economica della macchina a causa dell'alto tasso di inquinamento o del livello del rumore che ne deriverebbe. Sovente alcuni parametri della macchina sono soggetti a limitazioni fissate a termine di legge o contrattuali che devono in ogni caso essere rispettate. Le stesse considerazioni si propongono in sede di progettazione della macchina, per la quale occorrono studi tecnici, ma anche ricerche economiche, merceologiche ed ergonomiche (vedi ergonomia).

Tecnica: costruzione e produzione delle macchine

Nello studio tecnico di una macchina convergono varie branche della scienza, da quelle che studiano i fenomeni coinvolti (fisica, chimica, termodinamica, elettrologia) a quelle che si occupano più immediatamente del dimensionamento dei vari organi, come scienza delle costruzioni, meccanica applicata, costruzione di macchine, tecnologia, metallurgia ecc. Per il disegno dei particolari esistono precise norme e simbologie che devono essere rispettate pena la non comprensione e la cattiva esecuzione del pezzo da parte dell'operatore: tali norme, insieme alle tolleranze e alle lavorazioni superficiali da eseguire, formano oggetto di competenza del disegno meccanico. I criteri di produzione di una macchina sono stati per secoli puramente artigianali; il processo di industrializzazione ha però soppiantato tali criteri e ha introdotto la lavorazione in serie. Si possono distinguere in tal senso due tipi di produzione di serie: quella in grande serie e quella in piccola serie. Quest'ultima deriva dalla prima e non, come potrebbe sembrare, dai criteri di produzione artigianale; essa presenta infatti fasi realizzative, studi, organizzazione della produzione uguali a quelli della grande serie e ha come scopo il somigliarvi il più possibile, anche per essere pronta a un eventuale aumento di richiesta produttiva. Il primo atto che si deve compiere è l'analisi dei requisiti che dovrà avere la nuova macchina, poi, alla luce delle possibilità produttive dell'azienda, si operano le scelte, si definiscono i compromessi e le soluzioni, ottimizzando tutte le varie necessità. Nascono quindi le specifiche di progetto il più possibile dettagliate. Dopo di che il lavoro passa nelle mani del tecnico e precisamente del capo-progettista cui compete l'ideazione della macchina, l'individuazione delle parti principali e l'assegnazione ai tecnici dipendenti dei vari elementi da progettare. A una prima fase di studi preliminari, accompagnata dall'analisi dei prodotti della concorrenza e delle previsioni di mercato, segue il disegno costruttivo vero e proprio di tutte le parti componenti: cioè il calcolo di resistenza, il dimensionamento, le prove di fatica, la valutazione dei costi delle varie soluzioni ecc. Si passa poi alla realizzazione di prototipi della macchina e alla loro sperimentazione. In questa fase si affrontano e si risolvono tutti gli inconvenienti che emergono nel funzionamento secondo precisi standard di prova e che non è possibile prevedere in sede di progetto: rotture a fatica, surriscaldamenti locali, vibrazioni e rumore. Contemporaneamente per le macchine prodotte in grande serie (che da questo stadio comincia a diversificarsi dalla piccola serie) si attrezzano le catene di montaggio e si risolvono tutti i problemi relativi alla produzione delle macchine finali. In questa fase si procede secondo una rigida programmazione che stabilisce la successione degli stadi di decisione; per esempio, per un motore di autoveicolo si costruiscono i magli e gli stampi per lo stampaggio degli alberi-motore, non appena questo ha superato gli standard di durata, quando ancora è in prova, poniamo, il motorino di avviamento o non è stata definita la carburazione. A una certa fase la sperimentazione viene anche fatta su un dato numero di macchine di preserie costruite direttamente secondo i sistemi, i tempi e con i mezzi previsti per la serie. Si avvia infine, se è il caso, la produzione industriale durante la quale si eseguono continue analisi del prodotto per mantenerne costanti le caratteristiche e la qualità. Infine la macchina viene venduta o affidata al cliente cui compete di seguire le norme di uso e manutenzione nonché di curare che vengano fatte le revisioni già programmate. Da parte sua la ditta produttrice, attraverso un'opportuna organizzazione assistenziale, mette a disposizione del cliente tecnici e mezzi per riparazioni e conversioni, sia nel periodo di garanzia, sia dopo. Tutto quanto visto si verifica in maggiore o minore misura secondo il tipo di macchina costruita ma può differire soprattutto nella fase finale dove non si escludono adattamenti su richiesta specifica del cliente o miglioramenti e trasformazioni di unità esistenti, che con l'aggiunta di accessori vengono mantenute aggiornate e rese più versatili. Nella produzione di piccola serie spesso vengono offerti sul mercato gruppi modulari componibili secondo le esigenze del cliente: per esempio, definiti per un tornio il basamento e il motore, può essere montato un mandrino autocentrante con comando pneumatico se la lavorazione avverrà, poniamo, da barre, oppure un dispositivo a copiare per pezzi complessi, in luogo delle slitte portautensili ad azionamento tradizionale.

Tecnica: macchine a fluido

Sono le macchine che nel loro ciclo operativo coinvolgono l'elaborazione di un fluido, cioè gran parte delle macchine note: se il fluido è incomprimibile si parla in generale di macchine idrauliche, mentre se il fluido è comprimibile, implicandosi in ogni caso trasformazioni termodinamiche, le macchine si dicono termiche. Nella tecnica si parla, però, comunemente di macchine idrauliche, termiche, pneumatiche e a vapore. Le macchine idrauliche generalmente elaborano acqua e tra liquido e macchina avviene, nella maggior parte dei casi, uno scambio di energia cinetica, ma non sono rari gli esempi di scambio di energia di pressione (per esempio, nelle presse idrauliche). Se invece il liquido è usato solo per la trasmissione di energia allora si è in presenza di un impianto. Le macchine termiche sono caratterizzate da uno scambio di energia che avviene attraverso una o più trasformazioni termodinamiche: secondo come avviene lo scambio di energia si hanno macchine rotative a flusso continuo e macchine alternative. Nelle prime lo scambio di energia avviene tra il fluido e le palette di una girante, coassiale con l'albero che funge da presa di moto; nelle seconde lo scambio avviene tra fluido e stantuffo che poi, con un meccanismo biella-manovella, trasmette all'albero il lavoro meccanico. Macchine termiche sono anche gli scambiatori di calore nei quali interessa non tanto la trasformazione di energia termica, quanto il trasporto del calore da un ambiente all'altro. Il calore può essere portato nell'ambiente finale (riscaldatori) o sottratto (refrigeratori e macchine frigorifere). Le macchine pneumatiche elaborano generalmente aria opportunamente filtrata, deumidificata e a volte recante goccioline di olio per la lubrificazione delle valvole di attacco degli utilizzatori. Due sono i principi di funzionamento di tali macchine: per pressione, come negli spruzzatori e aspiratori; per depressione, come nei compressori, pompe d'aria e a vuoto ecc. Le macchine a vapore sono quelle che nel loro funzionamento elaborano un fluido allo stato di vapore. Sono quindi macchine a fluido termiche. Esse meritano un cenno particolare giustificato da precise ragioni storiche. La prima macchina a vapore nota è la turbina a reazione di Erone (eolipila); ricordiamo poi: la pompa di Savery, nella quale il vapore affluisce in una camera chiusa e, raffreddandosi, la mette in depressione aspirando quindi il liquido da pompare; a mezzo di appositi rubinetti si scarica il liquido e si ripete il ciclo; la macchina di Newcomen, in cui con lo stesso principio si muove un pistone di moto alternativo; e finalmente la macchina di Watt, che è alla base delle motrici a vapore alternative moderne e che presenta un cilindro a doppio effetto comandato da un cassetto di distribuzione. Di gran lunga più usate tra le macchine a vapore sono oggi le turbine a vapore per la produzione di energia elettrica e per la propulsione navale; tra le macchine a vapore alternative, la più significativa è la locomotiva ferroviaria. In ogni tipo di macchina a vapore il fluido segue questo ciclo di base: l'acqua, opportunamente trattata, viene pompata da un condensatore in una caldaia sotto una certa pressione dove viene riscaldata e trasformata in vapore surriscaldato che successivamente si fa espandere adiabaticamente nel cilindro, se la macchina a vapore è alternativa, o lungo le palette della turbina se la macchina è rotativa: in questi organi si ha la conversione in lavoro meccanico dell'energia cinetica del vapore che fluisce. Infine il vapore si ricondensa nel condensatore e viene riciclato. Le macchine a fluido possono essere distinte anche in motrici, generatrici, operatrici e trasmettitrici. Le motrici comprendono tutti i tipi di turbina e i motori endotermici, a vapore e ad aria compressa. Le generatrici comprendono le pompe idrauliche, a stantuffi e rotative, i termocompressori, i ventilatori, i compressori, le pompe a vuoto. Le operatrici comprendono presse, torchi, accumulatori idraulici, magli, martelli pneumatici, ecc. Tra le trasmettitrici si citano gli emulsionatori, gli iniettori, gli arieti idraulici. In tutte le macchine a fluido vi sono fenomeni di fughe di fluido, di attrito del fluido contro le pareti della macchina, di laminazione, di riscaldamento a seguito delle trasformazioni termodinamiche e di dispersione del calore stesso che rappresentano le perdite e riducono il rendimento globale a valori inferiori, a volte notevolmente, all'unità.

Tecnica: macchine elettriche

Sono quelle destinate a trasformare energia meccanica in energia elettrica (generatore elettrico) o energia elettrica in energia meccanica (motore elettrico) oppure a convertire energia elettrica con determinate caratteristiche in energia elettrica con altre caratteristiche (convertitrice rotante, trasformatore, mutatore, raddrizzatore, invertitore ecc.). Una distinzione può essere fatta tra macchine elettriche statiche (come i trasformatori) nelle quali non vi sono organi in moto, e macchine elettriche rotanti. Nelle macchine rotanti e nei trasformatori si hanno sempre una parte con funzioni meccaniche (alberi, carcasse, cassoni, tiranti ecc.), un insieme di elementi in materiale ferroso che costituisce il circuito magnetico della macchina e un complesso di avvolgimenti in materiale conduttore che costituisce i circuiti elettrici. In linea di principio, le macchine elettriche rotanti e i trasformatori sono reversibili, nel senso che la potenza può fluire in entrambi i sensi. Le macchine rotanti possono ridursi a tre tipi essenziali: sincrone, asincrone, con collettore a lamelle, più un certo numero di macchine speciali. Le macchine sincrone vengono utilizzate, in tipi di grandissima potenza, come generatori nelle centrali (vedi alternatore) o come compensatori rotanti nelle sottostazioni elettriche a scopo di rifasamento; tipi più piccoli, solitamente con rotore a magneti permanenti, sono usati come alternatori tachimetrici, come generatori accoppiati a raddrizzatori per l'eccitazione di macchine più grandi ecc. L'uso della macchina sincrona come motore è ridotto ad applicazioni particolari (vedi motore). La macchina asincrona viene usata prevalentemente come motore e talora anche come generatore, specie nelle piccole centrali idroelettriche non presidiate. La macchina con collettore a lamelle, a corrente continua, è diffusa sia come generatore (vedi dinamo), sia come motore e negli azionamenti industriali a velocità variabile. Sono inoltre diffusi, per piccole potenze, motori con collettore a lamelle alimentati in corrente alternata monofase. La più tipica delle macchine statiche è il trasformatore, molto diffuso sia nel tipo monofase sia in quello trifase, in svariate applicazioni, per potenze e rapporti di trasformazione compresi entro limiti molto ampi. Macchine statiche vanno considerate le ampolle raddrizzatrici a vapori di mercurio (vedi mutatore), i raddrizzatori al silicio per forti potenze, gli invertitori e altri dispositivi elettronici di grande potenza. Esiste poi un elevato numero di macchine elettriche con caratteristiche speciali, come per esempio le convertitrici rotanti a due collettori, uno a lamelle e uno ad anelli, usate un tempo come raddrizzatrici, che oggi hanno un interesse puramente storico, le metadinamo, gli alternatori brushless ecc.

Tecnica: macchine agricole

Sono quelle destinate alle varie pratiche agricole e possono essere distinte in: macchine rimorchiate, in cui il traino viene eseguito da trattori e, oggi meno spesso, da animali; macchine portate, in cui l'unità operatrice è montata direttamente sulla motrice; macchine fisse e semoventi o automotrici, capaci di compiere operazioni complesse, nelle quali non si possono separare parte motrice e parte operatrice. Secondo le operazioni che compiono possono essere classificate in: macchine per la lavorazione del terreno, come l'aratro; macchine per la semina e il trapianto; macchine per la raccolta, come le mietitrebbiatrici; macchine per i foraggi, quali le motofalciatrici; macchine per la lavorazione primaria dei prodotti; macchine per il settore zootecnico; macchine per il trattamento antiparassitario; macchine tipo Combinat, diffuse soprattutto negli USA e nei Paesi dell'ex URSS, che associano in una linea completa macchine agricole semplici accoppiate, capaci di raccogliere il prodotto, trattarlo, sceglierlo, pesarlo e confezionarlo.

Tecnica: macchine per l'edilizia e i movimenti di terra

La loro grande varietà è giustificata dalle molteplicità delle realizzazioni edili che vanno dalla costruzione di case a quella di ponti, dighe, strade, fogne ecc. Inoltre molte di esse trovano impiego in altri settori, quali il sollevamento e il trasporto di materiali e carichi. Tali macchine possono essere classificate secondo l'operazione che compiono; tuttavia esistono macchine che assolvono a due o più funzioni diverse. Si distinguono: macchine per scavi, sollevamento e trasporto terra (escavatori, bulldozer, perforatrici, benne, draghe ecc.); macchine idrauliche e per fondazioni profonde (iniettori di cemento, battipali, cassoni pneumatici, ecc.); macchine per la realizzazione delle strutture (trance, piegatrici, seghe, sparachiodi, betoniere, vibratori, compressori, gruppi autogeni ecc.); macchine per lo spostamento di terra e prefabbricati (gru, elevatori, argani, martinetti, trasportatori a coclea); macchine per operazioni di rivestimento e finitura (levigatrici, intonacatrici, autobitumatrici). Tutte le macchine più complesse lavorano insieme ad altre generiche che però sono loro essenziali: pompe, carrelli, autocarri ecc. Esistono inoltre macchine per prove preliminari e collaudi, variabili con i materiali, o di calcolo e di studi di progetto, come le apparecchiature per rilievi fotoelastici.

Tecnica: macchine per le industrie della carta e tipografica

Le macchine per la produzione della carta comprendono quelle per il trattamento della materia prima (scortecciatrici, vagli, sfibratrici ecc.), quelle per la preparazione dell'impasto (come le olandesi), quelle per la formatura del foglio (macchina piana continua, macchina in tondo) e le varie macchine per la finitura e l'allestimento; vi sono inoltre tutte le macchine per la lavorazione della carta e del cartone mediante le quali si ottengono buste, scatolette, sacchetti, carte speciali, ecc. Le macchine per l'industria tipografica possono essere suddivise secondo le fasi di produzione in: macchine per la composizione, macchine per la formatura e la fotoformatura, macchine per la stampa, macchine per la legatura e la confezione.

Tecnica: macchine per l'industria mineraria

Comprendono tutte quelle impiegate nella ricerca, coltivazione, preparazione dei minerali e per la ricerca ed estrazione del petrolio e dei gas naturali. Possono essere suddivise in: macchine per scavare le rocce, come gli escavatori, le tagliatrici ecc.; macchine per perforare le rocce, come i martelli perforatori, le sonde, gli impianti rotary; macchine per il trasporto, che vanno dai carri spola, ai locomotori, alle teleferiche, ai nastri trasportatori; macchine per la preparazione dei minerali, comprendenti classificatori, frantoi, vagli, celle di flottazione ecc.; macchine per i servizi che vanno da macchine per lavorazioni speciali (quali le macchine da ripiena), a ventilatori, compressori ecc. In particolare si chiama macchina d'estrazione l'argano a tamburo che, nei pozzi minerari, serve ad avvolgere e svolgere le funi di sostegno delle gabbie e degli skips.

Tecnica: macchine utensili convenzionali

Sono quelle adibite alle lavorazioni dei materiali in semi-lavorati o grezzi. Possono essere suddivise a seconda del tipo di lavorazione che, di norma, avviene per deformazione plastica o per asportazione del materiale. Le macchine utensili che lavorano per deformazione plastica si basano su due principi: cessione di energia al materiale per successivi urti (magli, martellatrici ecc.), o progressivamente (estrusori, presse, laminatoi ecc.). Le macchine che funzionano per asportazione del materiale possono avere azione non meccanica (fresatrici chimiche, elettrocorrosive, foratrici ad ultrasuoni per fori non tondi) oppure meccanica. In questo secondo caso si distinguono quelle, come le tranciatrici, che tagliano con azione di rescissione il materiale in eccesso (sfrido) e quelle che eliminano il sovrametallo con asportazione di truciolo. Possono essere raggruppate in tre categorie: quelle a moto rettilineo (seghe a nastro, limatrici, stozzatrici), quelle a moto rotatorio (alesatrici, torni, trapani, frese, lucidatrici), quelle con moto complesso (dentatrici, lappatrici ecc.). Ciascuna macchina è in grado di compiere una sola operazione elementare e sotto il diretto controllo dell'operatore, ma il loro potenziale operativo può essere aumentato enormemente con opportune soluzioni tecniche: si fa muovere il pezzo da una macchina all'altra (sistema a catena di montaggio o transfer), oppure si blocca il pezzo a una tavola e la macchina, attrezzata con diverse teste utensili, lo lavora contemporaneamente su cinque facce. Molto diffusa è l'automatizzazione delle macchine utensili, in tal caso l'operatore funge solo da controllore: il dispositivo più semplice che rende automatica un'operazione è il copiatore. Un altro modo molto usato per la riproduzione automatica di cicli di lavoro abbastanza semplici è il comando di parti della macchina per mezzo di camme, azionate da un solo albero, o da più alberi in movimento sincrono: ne è stata fatta larga applicazione sui torni automatici. L'automatizzazione di cicli più complessi può essere realizzata per mezzo di circuiti pneumatici o idraulici. Il comando di macchina a mezzo scheda perforata o nastro perforato o magnetico è ormai considerato superato dal comando diretto da parte di un elaboratore: in tali macchine (comunemente dette "a controllo numerico computerizzato", o CNC) l'elaboratore controlla l'entità e la velocità dello spostamento di vari organi e la sequenza delle operazioni; nelle macchine a CNC più semplici l'elaboratore indica su un display all'operatore quando deve cambiare l'utensile, mentre in quelle più complesse provvede direttamente alla sostituzione. L'utensile da sostituire viene prelevato da un braccio meccanico e riposto nel magazzino utensili (a torretta o a catena), dal quale lo stesso braccio preleva il nuovo utensile e lo posiziona sul mandrino. Nel ciclo di lavoro possono essere previste operazioni di controllo, seguite, se è necessario, dalla regolazione automatica dell'utensile, in modo da compensarne l'usura e mantenere così le dimensioni nei limiti delle tolleranze prefissate. Per sfruttare appieno la flessibilità delle macchine CNC, queste possono venire collegate a una gerarchia di elaboratori in modo da costituire un sistema di macchine a controllo numerico diretto, Direct Numerical Control o DNC. Ogni macchina risulta controllata dal proprio microcomputer, più microcomputer sono controllati da un elaboratore più potente (per esempio un minicomputer) e gruppi di questi vengono a loro volta controllati da un elaboratore centrale.

Tecnica: macchine utensili non convenzionali

Sono definite non convenzionali le macchine utensili elettrochimiche e quelle ad arco, a raggio laser, a scarica elettrica, a ultrasuoni e a fasci di elettroni; trovano impiego nell'industria pesante e in quella aerospaziale per la lavorazione delle leghe dure e in quella elettronica per profilare e incidere i componenti di ridottissime dimensioni. Le macchine elettrochimiche utilizzano energia elettrica per asportare materiale: in una soluzione elettrolitica si pone il pezzo da lavorare, che deve essere di un materiale conduttore, con funzione di anodo, mentre il catodo funge da utensile; una differenza di potenziale applicata agli elettrodi genera una corrente di bassa tensione e forte intensità, che dissolve il metallo e lo elimina dal pezzo. Con questo procedimento si possono eseguire svariate operazioni, quali l'incisione, la tracciatura, la foratura e la fresatura. Le macchine per la saldatura ad arco sommerso producono la fusione di metalli con il calore generato da un arco elettrico tra l'elettrodo e il pezzo: dalla saldatrice, in pratica un trasformatore che abbassa la tensione mantenendo alto l'amperaggio, partono due fili, uno da collegare alla pinza di massa e uno a quella portaelettrodi; la prima pinza va serrata sul pezzo da saldare, ed è importante che il contatto sia molto buono perché da esso dipende la buona riuscita della saldatura. Le macchine a raggio laser operano servendosi di un fascio di luce coerente di estrema precisione e alta potenza per vaporizzare il materiale in eccesso: sono particolarmente adatte per eseguire fori di grande precisione, anche su materiali ceramici e su spessori molto sottili, senza deformare il pezzo, e saldature di fili sottilissimi senza danneggiarli. Le macchine a scarica elettrica impiegano energia elettrica per asportare materiale dal pezzo senza toccarlo; vengono anche dette macchine a elettroerosione. Le macchine a ultrasuoni impiegano vibrazioni ad alta frequenza e piccola ampiezza per eseguire fori e cavità varie: un utensile di materiale relativamente tenero, preventivamente sagomato in negativo (a forma cioè speculare rispetto a quella che si vuole produrre nel pezzo), viene messo in vibrazione contro il pezzo stesso; tra quest'ultimo e l'utensile viene interposta una sospensione acquosa di polvere abrasiva, in modo che l'azione abrasiva delle particelle di polvere eserciti gradualmente l'operazione di erosione della superficie. Con queste macchine si possono lavorare materiali duri come acciaio temprato, carburo metallico, rubino, quarzo, diamante e vetro. Le macchine a fasci di elettroni vengono impiegate nell'industria elettronica per incidere i circuiti dei microprocessori: un fascio di elettroni, accelerato a velocità pari a circa tre quarti della velocità della luce, viene diretto contro una zona accuratamente delimitata del pezzo; in seguito all'urto, l'energia cinetica degli elettroni si trasforma in energia termica, che fonde e vaporizza il materiale da eliminare, creando fori e incisioni. Il processo viene eseguito in una camera a vuoto per ridurre la diffusione degli elettroni da parte delle molecole di gas dell'atmosfera.

Tecnica: macchine semplici

Vengono indicate come macchine semplici la leva, il cuneo, la vite, il verricello, la carrucola, il piano inclinato, il torchio idraulico. Questi dispositivi costituiscono il mezzo più semplice, o forse solo il primo, trovato per moltiplicare la forza dell'uomo e consentirgli la esecuzione di un lavoro superiore alle sue forze. Alcune, come la leva, il verricello e la carrucola, consentono di vincere una forza resistente con una minore ma a braccio maggiore e che agisce per spostamenti maggiori, sfruttando l'equilibrio alla rotazione dei corpi rigidi. Altre, piano inclinato, cuneo e vite, consentono di vincere solo una componente, in genere piccola, della resistenza, lasciando che l'altra venga equilibrata dal vincolo . Il torchio idraulico permette di agire su stantuffi di grandi dimensioni sfruttando la pressione alla quale riesce a portare il liquido idraulico del circuito, mediante l'azione di piccoli stantuffi.

Tecnica: macchine telefoniche

Macchina segnali, complesso generatore di segnali e di ritmi di segnalazione, presenti nelle centrali telefoniche elettromeccaniche per la generazione di segnali opportuni e per la messa in atto di procedure di controllo e verifica periodica. La presenza di tali macchine era resa necessaria sia per l'elevatissima complessità delle centrali elettromeccaniche, sia per l'assenza di organi e dispositivi elettronici. La tecnica delle centrali elettromeccaniche si è infatti sviluppata indipendentemente e prima che la tecnologia elettronica mettesse a disposizione gli opportuni apparati automatici di controllo e verifica. Nelle centrali elettroniche, le tensioni di interesse in banda acustica sono generate con appositi alimentatori, e le procedure di controllo e verifica sono programmate sugli elaboratori con funzioni infrastrutturali e di instradamento. Nella tecnica delle centrali elettromeccaniche, ogni macchina provvede alla generazione dei toni a 450 Hz per le segnalazioni acustiche di centrale (tono di centrale, di occupato, di inclusione, di abbonato libero), nonché della corrente a 25 Hz destinata all'azionamento della suoneria di chiamata del telefono. Macchina di prova automatica, dispositivo interamente automatico che, secondo un programma prestabilito, verifica sistematicamente il funzionamento degli organi di una centrale telefonica elettromeccanica, segnalando, con opportuna registrazione in codice, sia i dati relativi all'identificazione di ogni organo riscontrato guasto, sia il numero d'ordine della prova che, nel programma previsto, non è andata a buon fine. Queste macchine, designate anche con la sigla MPA, operano prevalentemente di notte, quando cioè gli organi di centrale sono impegnati in minima parte. Macchina di chiamata automatica, dispositivo automatico, generalmente indicato con la sigla MCA, che opera secondo un programma di prove prestabilito allo scopo di verificare il funzionamento delle giunzioni telefoniche delle reti urbane o interurbane nell'ambito telefonico nazionale. Allo scopo, in ogni centrale telefonica principale una MCA esegue una serie di prove o durante il giorno in modo statistico (così da verificare il funzionamento in presenza di traffico), oppure durante la notte in modo sistematico, così da verificare per ogni giunzione telefonica lo scambio di informazioni in linea (cioè i criteri di funzionamento e di conversazione), con un apparato di utente fittizio (detto dispositivo di risposta automatico o DRA) che viene a tal fine dislocato nella centrale verso la quale si desidera verificare il funzionamento delle linee di giunzione. Ogni disservizio viene registrato in codice in modo che il personale di esercizio di centrale possa tempestivamente intervenire per rimuovere i guasti relativi.

Informatica: macchine a stati

È un processo decisionale basato su stati e variazione di stato. Permette di descrivere tutte le operazioni in cui un processo deriva da un evento. Una macchina a stati, di per sé, non ha memoria e questo significa che lo stato della macchina al momento n dipende unicamente dallo stato al momento n-1 e agli eventi di transizione da n-1 a n, indipendentemente dal percorso (spesso aleatorio) che ha portato la macchina nello stato n-1. La programmazione mediante macchina a stati è una delle più diffuse perché permette di controllare i risultati di una elaborazione anche senza conosce quello che è avvenuto in precedenza.