istituto motori - ITI E.Barsanti

Consiglio Nazionale delle Ricerche
ISTITUTO MOTORI
ITIS E.BARSANTI
Dipartimento Meccanica
“EVOLUZIONE TECNOLOGICA DEI MOTORI, DEI
COMBUSTIBILI E DELLA SALVAGUARDIA AMBIENTALE”
Relazione Convegno
Prospetto Istituto Motori
In data 11 dicembre del corrente mese,circa trenta ragazzi,quali rappresentanti dell'Istituto Barsanti, sono
stati convocati a far parte di un convegno tenutosi presso l'Istituto Motori di Napoli, uno dei maggiori organi
del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) che, sin dalla sua fondazione avvenuta nel 1940, svolge
un'affascinante attività di ricerca nel settore dei motori termici impiegati nella trazione autoveicolare leggera
e pesante e nelle applicazioni industriali e marine.
Il loro principale obiettivo è lo sviluppo di sistemi di combustione per motori termici ad alto rendimento
energetico con un impatto ambientale sempre minore, riducendo quindi, l'inquinamento urbano e planetario.
In particolare sono in corso studi sul fenomeno di combustione con le tecniche diagnostiche più sofisticate
per ridurre le emissioni di sostanze nocive all'atto della loro formazione, quali l'ossido di carbonio (CO), gli
ossidi di azoto (NOx), gli idrocarburi incombusti (HC), i particolati carboniosi e l'anidride carbonica (CO2).
Alcune di esse (come NOx e HC) sono le principali responsabili del cancro nell'uomo.
Diagramma emissioni delle sostanze nocive
Sistema diagnostico ottico del particolato carbonioso
L'Istituto Motori è costituito da cinque Reparti di Ricerca e sei di Servizi Tecnici con personale di altissimo
livello professionale impegnato negli studi svolti alla conoscenza dei principali fenomeni chimico-fisici
sviluppati nei sistemi di combustione dei motori sia ad accensione per scintilla (motore a Benzina)che per
compressione (motore Diesel), e i principali laboratori sono:
Celle per lo studio delle fluidodinamica interna con tecniche di anemometria laser doppler (LDA);
-
Cella per lo studio fluidodinamico dei sistemi di aspirazione e scarico, operanti sul banco a flusso
dinamico;
Laboratorio per la sintesi di nanomateriali;
Celle per lo studio della formazione della miscela, della combustione e della formazione del
particolato in motori otticamente accessibili;
Laboratorio per lo studio dei processi di evaporazione di miscele di combustibili e della formazione di
specie inquinanti solide e gassose in sistemi a pressione e temperatura controllate;
Celle per prove stazionarie e dinamiche di motori alimentati a gas naturale compresso (GNC) o GPL
fino a 315 kW;
Laboratorio per lo studio della termofluidodinamica dei getti di combustibile ad alta pressione;
Shock tube; reattori in flusso, celle di combustibile per singola goccia, per studi di carburanti
mediante tecniche ottiche;
Banco di prova ad elevata dinamica per la caratterizzazione di spray di iniettori con diagnostica
ottica;
Banchi a rulli per veicoli a 4 e a 2 ruote, strumentati per la determinazione degli inquinanti gassosi e
particellari;
Laboratori chimici.
Banco a rulli per veicoli a 4 ruote
Durante la nostra visita guidata nei laboratori, i ricercatori ci hanno spiegato quali siano attualmente,le
nuove tecniche di indagine utilizzate in motori accessibili otticamente per studiare,quindi, i meccanismi di
formazione della miscela aria-combustibile e il loro processo di combustione.
Inoltre, già da alcuni anni, le ricerche e gli studi dell'Istituto Motori si sono concentrati attivamente sui
nuovi tipi di combustibili alternativi/rinnovabili capaci non solo di ottimizzare efficienza e consumi ma
soprattutto di ridurre sensibilmente le emissioni nocive, attraverso l'utilizzo di CNG, bio-combustibili
liquidi e gassosi, idrogeno, miscele di metano ed idrogeno.
Grazie all'impegno di tutto il personale dell'Istituto, molti obiettivi in passato da loro prefissati sono stati
raggiunti, quali tra i più importanti, lo sviluppo dei sistemi di combustione dei motori ad accensione
comandata ad iniezione diretta, strategie di controllo che minimizzano le emissioni allo scarico in
presenza di catalizzatori a tre vie, ricircolo dei gas di scarico e l'applicazione di modelli di simulazione
termofluidodinamica per la progettazione di motori a tecnologia eco-compatibile. Inoltre sono state
misurate per la prima volta, con tecniche ottiche, le dimensioni delle particelle di particolato carbonioso
(pericoloso per l'apparato respiratorio umano) presenti allo scarico dei motori Diesel nei veicoli operanti
sui banchi di simulazione dinamica.
Motore ad accensione comandata ad iniezione diretta
Esempio di Motore Diesel con Catalizzatore
Un altro argomento di cui si è parlato, sono i sistemi di iniezione Common Rail, cioè una modifica del
sistema di alimentazione dei motori Diesel. Praticamente consiste in un condotto unico (“Common Rail” =
rampa comune) che collega una pompa a iniezione ad alta pressione a una serie di iniettori “intelligenti” a
controllo computerizzato, che al momento opportuno immettono l’esatta quantità di combustibile
direttamente nella camera di combustione. Lo spray di gasolio è formato da goccioline fini, che bruciano
interamente.
Quindi affermiamo che rispetto ai motori Diesel tradizionali, c’è una riduzione dei consumi (12% circa), una
potenza superiore e una coppia elevata anche a bassi regimi, il che consente di usare marce più alte (che
riducono i consumi) a pari capacità di ripresa.
Il sistema è più funzionale per motori di cilindrata superiore ai 2.000 cc.
Invece nel settore dei combustibili innovativi a derivazione non petrolifera, l'Istituto Motori è uno dei pochi
laboratori europei che ha contribuito all'utilizzo del gas naturale "Metano" sia nella trazione leggera che in
quella pesante. E' noto che il gas naturale è molto meno inquinante dei combustibili liquidi. Infatti egli
produce, a pari prestazioni dei motori alimentati con combustibili convenzionali, circa il 25% in meno delle
emissioni di CO2.
Fiat Marea bi-power
Infine abbiamo visitato i laboratori composti da sistemi a fuel-cell fino a 30 kW ed electric drives a 80 kW,
differenti tipi di batterie e supercapacitori, freni dinamici per la simulazione dei cicli di guida fino a 120 kW e
impianti per la produzione di idrogeno e per lo studio delle proprietà di assorbimento di materiali solidi per lo
stoccaggio di idrogeno.
Personalmente sono rimasto soddisfatto dal convegno effettuato che ha sensibilizzato tutti i partecipanti al
gravoso ed importante problema dell'inquinamento atmosferico .
Docenti:
Alunno:
A.Aprile - G.Ferretti - G.Rosella
R. Staffelli VG
Napoli 11/12/2014