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Tecnologia mixed-fuel (Dual-Fuel) per motori heavy-duty a minore impatto ambientale

Lo scopo di questo lavoro di tesi è di introdurre i concetti fondamentali atti alla descrizione dell’apparato sperimentale, del funzionamento e del confronto prestazionale (in termini di emissioni, potenza e consumi) di un motore mixed-fuel con il motore diesel originario. L’intento di questa tecnologia è la riduzione delle emissioni inquinanti, senza sacrificare coppia e potenza massima, e la diversificazione dell’uso di combustibile.
Per motore mixed-fuel s’intende un motore che prevede l’alimentazione mediante combinazione di due combustibili, uno (GN, GPL, Idrogeno ecc.) premiscelato con l’aria comburente nel condotto di aspirazione, l’altro opportunamente iniettato in camera di combustione. I fenomeni che avvengono durante il processo di combustione mixed-fuel sono più complessi rispetto a quelli che avvengono nei motori tradizionali, ed ancora non sono del tutto chiariti. Si deve partire dallo studio di questi fenomeni per attuare tutte le modifiche necessarie alla riduzione degli inquinanti.
Questa tecnologia è ancora poco conosciuta, ma deve rappresentare un primo passo verso la riduzione dell’inquinamento da trasporto stradale nei centri urbani. È infatti auspicabile che tale tecnologia si possa diffondere soprattutto in tale ambito. Essa va applicata principalmente a motori diesel già esistenti che, invece di essere rottamati perché inquinanti, vengono riutilizzati; si pensi ai numerosi autobus di vecchia generazione che circolano nelle città.
Comunque, mettere a punto un motore mixed-fuel che inquini poco non è un lavoro privo di problematiche, e in questa tesi sono trattati i principali fenomeni che sorgono durante la combustione e gli effetti che essi hanno sulle prestazioni.
È stato descritto l’impianto allo stato attuale di sviluppo ed alcuni dei risultati rilevati durante l’attività sperimentale. Dai risultati emerge che i margini di miglioramento sono ancora considerevoli, ma è proprio grazie a questi che si evidenziano le notevoli potenzialità di tale tecnologia, per cui è ragionevole prevedere che nel breve periodo buona parte degli autobus che superano i dieci anni di età possano essere dotati di tale tecnologia.
Il lavoro di tesi è così suddiviso:
La prima parte è dedicata alla problematica delle emissioni da trasporto stradale, richiamandone le cause di formazione. Sono riportati i limiti imposti dalla normativa sulle emissioni, ed i relativi cicli di prova, per motori heavy-duty. Fra i metodi di abbattimento delle emissioni inquinanti riportati nel capitolo 2, c’è il tipo di combustibile a cui è dedicato il capitolo 3.
Nel capitolo 4 sono riportati i fenomeni di combustione riscontrati nel funzionamento di un motore mixed-fuel e le varie soluzioni attuabili per ridurre le emissioni inquinanti a parità di coppia e potenza massima. Dunque, il fatto che la tecnologia mixed-fuel possa diffondersi è una realtà. A conferma vi sono le applicazioni in campo navale in particolare, le metaniere, dove la tecnologia non rappresenta più una possibilità ma un’opportunità. Le motivazioni e le varie applicazioni esistenti sono riportate nel 5° capitolo.
Negli ultimi due capitoli sono riportate le caratteristiche del motore originario utilizzato prima, e di quello convertito all’alimentazione mixed-fuel dopo con le componenti utilizzate, come rappresentato in figura:

Figura 1- Schema del motore mixed-fuel oggetto dell’ attività sperimentale.

Si riporta anche la descrizione dell’intero apparato sperimentale, a partire dall’impianto di adduzione del metano per finire agli analizzatori dei gas di scarico. Infine, sono riportati e commentati i risultati ottenuti (cicli di pressione, leggi di rilascio del calore ed emissioni) in modalità mixed-fuel, in alcuni punti del ciclo ECE R49, e raffrontati con quelli in modalità full-diesel.
I dati sperimentali sono risultati perfettamente in linea con quanto argomentato, nel Capitolo 4, sulla base della bibliografia consultata.

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Cap.1- Emissioni inquinanti da trasporto stradale 9 Capitolo 1 Emissioni inquinanti da trasporto stradale 1.1 Inquinamento ambientale Con l’incremento continuo della richiesta di energia e con l’evolversi della tecnologia e del benessere, nonché con le legittime aspirazioni ad un miglioramento delle condizioni di vita, ci si è scontrati con il problema dell’inquinamento del pianeta, ed in particolare dell’atmosfera. Le fonti inquinanti possono essere naturali o antropogeniche. Esistono, in natura, sorgenti di sostanze che risultano nocive agli organismi viventi: esse però fanno parte di un ciclo equilibrato e regolato, su cui vanno a sovrapporsi le emissioni legate all’attività umana, che, invece, non hanno in genere forme di compensazione. Numerose sono le sostanze attualmente definite inquinanti e per quanto riguarda l’aria, esse possono essere sia sotto forma gassosa che di aerosol, cioè di particelle (liquide o solide) in sospensione. L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha definito l’inquinamento atmosferico così: “L’inquinamento atmosferico si verifica quando una o più sostanze sono presenti nell’aria ambiente in quantità e per periodi di tempo tali da risultare dannosi agli esseri umani, agli animali, alle specie vegetali o alle cose e da pregiudicare o deteriorare il buono stato o l’uso di beni materiali ad un livello quantificabile”. Molti fattori condizionano l’evolversi di tale fenomeno: - le caratteristiche delle emissioni inquinanti (la quantità rilasciata, la concentrazione, le proprietà fisico - chimiche, ecc); - le caratteristiche della sorgente emissiva (il tempo e l’altezza di rilascio, la forma della sezione di uscita delle emissioni, ecc); - le caratteristiche atmosferiche (la velocità e la direzione del vento, la turbolenza, la composizione chimica dell’aria, ecc).

Tesi di Laurea

Facoltà: Ingegneria

Autore: Gabriele Di Blasio Contatta »

Composta da 148 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.