Simulazione monodimensionale di un motore 2T a pistoni liberi e ottimizzazione preliminare dei parametri di progetto = One-dimensional simulation of a 2-stroke free piston engine and preliminary optimization of the project parameters

Negli ultimi anni buona parte degli studi e delle ricerche nel settore motoristico sta concentrando le sue risorse verso un miglioramento dell’efficienza dei sistemi di propulsione finalizzato ad una riduzione di consumi e di emissioni di inquinanti. È proprio in tale contesto che si è sviluppato un forte interesse verso tipologie di propulsione alternative come l’utilizzo di bio-combustibili o la creazione di motori ibridi o puramente elettrici. Nell’attuale periodo storico si sta spingendo in particolare in quest’ultima direzione, ma non si possono trascurare le problematiche legate a tale tipologia di motori: le difficoltà di stoccaggio dell’energia, lo smaltimento delle batterie stesse, l’autonomia limitata e le lunghe ricariche che potrebbero creare disagi ai guidatori. Bisogna precisare, inoltre, che le emissioni complessive da valutare non sono solo quelle del veicolo in senso stretto (TTW: Tank to Wheel – “Dal serbatoio alle ruote”), ma c’è da considerare un ulteriore contributo (WTT: Well to Tank – “Dal pozzo al serbatoio”), che comprende le emissioni prodotte per generare il vettore energetico. A tal proposito si può dire che, poiché il processo di generazione di energia elettrica è ancora fortemente carbonizzato, i livelli quantitativi di emissioni totali sono molto simili. Tali criticità, unite al fatto che la trazione elettrica è molto meno sviluppata per i veicoli pesanti e per il trasporto aereo e marittimo, ha indirizzato studiosi e ricercatori del settore verso nuove possibili soluzioni alternative: una di queste è rappresentata proprio dai motori Free Piston Linear Generator (FPLG), su cui ci si concentrerà in tale elaborato. In particolare, esso sarà diviso in tre sezioni: -la prima comprende una presentazione teorica e generale dei motori Free Piston, in cui saranno delineate le caratteristiche costruttive, quelle di funzionamento e i pro e contro che ne hanno determinato un interesse crescente. -la seconda parte presenta uno studio su un motore tradizionale 2 tempi derivante dalla conversione di un motore Free Piston tramite la realizzazione di un modello Gasdyn (codice di termofluidodinamica monodimensionale); l’obiettivo di tale seconda sezione sarà quello di verificare l’affidabilità del codice di calcolo nella modellazione di motori a 2 tempi potendo contare, come parametri di confronto, su risultati numerici e andamenti qualitativi noti del motore free piston studiato. -la terza ed ultima parte rappresenta il vero nucleo di tale elaborato e comprende l’analisi del motore Free Piston progettato da OMI (Società di ingegneria e prototipazione operante nel settore automotive con sede a Milano) e STEMS (Istituto di Scienze e Tecnologie per l'Energia e la Mobilità Sostenibili), in stretta collaborazione per il progetto Flex-Gen, e per il quale sarà realizzato un secondo modello Gasdyn. L’obiettivo della trattazione, dopo aver dato un’inquadratura generale di questa nuova tipologia di propulsione, sarà quello di fornire un modello del motore OMI consistente e coerente nei risultati delle varie casistiche studiate e con prestazioni discrete in termini di potenza e consumo di combustibile, in proiezione delle applicazioni e studi futuri ai quali andrà incontro, come l’utilizzo di miscele di combustibili (metano arricchito di idrogeno) meno impattanti dal punto di vista delle emissioni.