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Il processo di combustione nei motori alternativi: sviluppo di procedure per lo studio delle emissioni di idrocarburi incombusti

In questo lavoro di tesi si è cercato di aggiungere un piccolo contributo al complesso studio della combustione nei motori alternativi, focalizzando l'attenzione sulla produzione di quelle specie inquinanti meno trattate nella letteratura motoristica: gli idrocarburi incombusti (HC).
La meta prefissata distingueva due fasi: la prima prevedeva la costruzione di un modello in grado di discriminare le varie specie di idrocarburi incombusti all'equilibrio, nel bulk di un motore alternativo. La seconda fase si prefiggeva l'implementazione di una procedura software, in grado di simulare il modello teorico precedentemente realizzato.
Si è partiti dalla teoria classica della combustione di idrocarburi paraffinici, per poi estrapolare un sistema di reazioni di ossidazione in grado di evidenziare l'evolvere delle specie d'interesse.
Successivamente, in base a una analisi degli equilibri di reazione nel bulk, si è proceduto ad una semplificazione del modello di origine, al fine di rendere possibile la sua implementazione mediante l'utilizzo di un solver numerico. Il core di tale software è costituito da una subroutine standard, realizzata in FORTRAN 90, per la risoluzione di sistemi non lineari.
Il software realizzato è stato successivamente verificato (Bilancio Massico I/O) per attestarne l'attendibilità dei risultati, che si sono dimostrati soddisfacenti.
Tale lavoro di tesi è suscettibile di molteplici sviluppi futuri; si può, infatti, prevedere l'analisi di ulteriori combustibili oltre quelli paraffinici. Un altro sviluppo potrebbe essere quello di studiare un modello più complesso di quello utilizzato per la stima degli ossidi di azoto NOx, ispirandosi la meccanismo di Zeldovich. Un altro aspetto della modellistica chimica suscettibile di ulteriori sviluppi, potrebbe essere quello di proporre una sequenza di reazioni di ossidazione del metano più aderente alla fenomenologia reale.

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Introduzione. Il D.P.R. del 24 Maggio 1988 n. 203 definisce l’inquinamento atmosferico come: “…ogni modificazione della normale composizione o stato fisico dell’aria atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da alterare le normali condizioni ambientali di salubrità dell’aria; da costituire pericolo ovvero pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell’uomo; da compromettere le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell’ambiente; alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi ed i beni materiali pubblici e privati”. La definizione esposta, pur non rappresentando in modo esaustivo il concetto di inquinamento ambientale, poiché ne evidenzia soprattutto gli aspetti chimici, fa risaltare in modo incisivo l’importanza della salubrità dell’aria. Su quest’ultimo aspetto sono stati elaborati negli ultimi decenni (Protocollo di Montreal nel 1987, Convenzione sui cambiamenti climatici nel 1992, Protocollo di Kyoto nel 1997) gli standard di qualità dell’aria , atti a definire una politica di regolamentazione delle emissioni di sostanze inquinanti in atmosfera. I fenomeni di inquinamento atmosferico sono particolarmente critici da gestire, quando ci si riferisce agli ambienti urbani, dove molteplici fattori concorrono al peggioramento della qualità dell’aria; tra questi maggior spicco acquisiscono la limitata capacità di diffusione dell’ambiente cittadino, e le caratteristiche del traffico veicolare civico. Relativamente al primo fattore, oltre alla tossicità delle sostanze immesse in atmosfera, la morfologia dell’agglomerato urbano, frequentemente, tende ad intensificare i fenomeni di inquinamento. Spesso, infatti, la struttura architettonica di una città rappresenta una vera e propria barriera ai fenomeni di diffusione delle specie, presenti in atmosfera. Tali barriere strutturali, unite a particolari condizioni climatiche, possono essere causa di pericolosi fenomeni di inquinamento. Il secondo aspetto che caratterizza l’inquinamento urbano è costituito dall’intensità del traffico veicolare, al quale si deve una grossa fetta del contributo antropico alle emissioni tossiche in atmosfera. Il traffico veicolare presenta diversi elementi critici, tra questi quelli che destano maggior preoccupazione sono: ¾ Il funzionamento in regime transitorio del motore, durante le caratteristiche percorrenze urbane (condizioni di elevato traffico veicolare). ¾ La tipologia e la densità dei veicoli caratterizzanti il parco circolante cittadino. ¾ Le peculiarità di alcuni percorsi urbani, contraddistinti da brevi percorrenze specifiche, che impediscono la regimazione termica del motore. Tutti questi fattori determinano uno scenario di emissioni tossiche, che vede la compresenza di tutti i caratteristici inquinanti primari. Gli inquinanti primari, prodotti durante un ciclo termodinamico, nei motori a combustione interna (MCI) sono: il monossido di carbonio CO, l’anidride carbonica CO 2 , gli ossidi di azoto NO x , il particolato (soprattutto nei motori Diesel), e gli idrocarburi incombusti (soprattutto nei motori Otto).

Tesi di Laurea

Facoltà: Ingegneria

Autore: Emanuela Foglia Contatta »

Composta da 231 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 3771 click dal 20/03/2004.

 

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