Università degli Studi di Bologna. FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale
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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale STUDIO DI MASSIMA DI UNA PIATTAFORMA ELEVATRICE AD IDROGENO Tesi di Laurea di: Angelo Giorgi Relatore: Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI Correlatori: Prof. Ing. FRANCO PERSIANI Prof.Ing.GIANNI CALIGIANA Dott.Ing.PIERLUIGI BRUNO Anno Accademico 2002/2003
2 Obiettivo: Valida alternativa a due soluzioni presenti sul mercato per piattaforme elevatrici: accumulatori/elettrico per interni e Diesel per esterni. Vantaggio rispetto all applicazione automobilistica: Necessità di una zavorra alla base del veicolo per garantirne la stabilità in elevazione. Soluzione: Propulsore a idrogeno a ridottissime emissioni che possa funzionare sia all interno che all esterno.
3 Idrogeno compresso P= bar (elevato ingombro e peso a causa della bassa densità energetica) P= 350 bar serbatoi in fibre di carbonio con pesi 4 volte inferiori. Quantità per piattaforma equivalente ai 20 litri di gasolio: 300 litri a 200 bar ( si possono utilizzare 6 bombole da 50 litri, peso = 420kg) 180 litri a 350 bar ( si possono utilizzare 4 bombole da 50 litri, peso = 100 kg) I tecnici della Sapio sottolineano l importanza di avere tenute perfette per evitare fughe di gas.
4 Idrogeno liquido Stoccaggio a T= -253 C Quantità per piattaforma: 80 litri (si può utilizzare un serbatoio da 100 litri, peso= 110 kg) Serbatoi a doppia parete con intercapedine vuota (Tecnologia utilizzata da diversi anni per MCI). Sistema valido ma complesso sia per veicolo che per distribuzione e rifornimento, costoso (30% del contenuto energetico) Positivo per MCI perché raffredda il processo di combustione abbastanza da ridurre gli NOx e il battito in testa, dovuto all aumento troppo rapido della pressione di combustione. L idrogeno a bassa temperatura inoltre occupando meno volume rispetto alla temperatura ambiente permette di avere una maggiore quantità d aria e quindi, complessivamente di potenza erogata
5 Sicurezza In caso di perdite di pressione nella linea a causa di una falla, il condotto di alimentazione dell idrogeno viene chiuso automaticamente. Una concentrazione pericolosa di idrogeno nell aria circostante il motore può essere evitata con un sufficiente ricambio di aria nell ambiente. Un sistema di controllo misura la concentrazione dell idrogeno in diversi punti dell ambiente. Se si raggiunge una concentrazione pericolosa di idrogeno viene attivato un allarme acustico. Nel caso di concentrazione ulteriore, viene attivato automaticamente l interruttore d emergenza. Per ICE: Il carter viene ventilato con aria fresca per evitare una concentrazione di idrogeno a causa dei gas di trafilamento. Dischi di rottura per protezione supplementare del sistema di scarico. Per ridurre la possibilità di miscela non bruciata allo scarico che potrebbe incendiarsi, i gas di scarico vengono diluiti.
6 Diesel ad idrogeno o a gasolio Vantaggi No preaccensione No ritorno di fiamma Rendimento elevato Solo NOx allo scarico No perdita di potenza Svantaggi Complesso Indurimento olio
7 Diesel ad idrogeno con iniezione pilota Primo tipo- Vantaggi Utilizzo gasolio in caso d emergenza Rendimento elevato Svantaggi Non solo NOx allo scarico Preaccensione Indurimento olio
8 Diesel ad idrogeno con iniezione pilota Secondo tipo- Vantaggi Gasolio in caso d emergenza Rendimento elevato Svantaggi Non solo NOx allo scarico Ritorno di fiamma limitato Preaccensione Indurimento olio
9 Diesel ad idrogeno con iniezione pilota Terzo tipo- Vantaggi No perdita di potenza No ritorno di fiamma No preaccensione Rendimento elevato Svantaggi Non solo NOx allo scarico Indurimento olio
10 Motore ad accensione comandata con miscelatore Vantaggi Semplice conversione Solo NOx allo scarico Svantaggi Preaccensione Ritorno di fiamma (collettore in Al per limitare gli effetti) Basso rendimento Problema isolamento Indurimento olio
11 Motore ad accensione comandata ad iniezione indiretta Vantaggi Ritorno di fiamma limitato e riducibile con iniezione sequenziale fasata Solo NOx allo scarico Svantaggi Preaccensione Basso rendimento Problema isolamento Indurimento olio
12 Motore ad accensione comandata ad iniezione diretta Vantaggi No ritorno di fiamma Solo NOx allo scarico Svantaggi Preaccensione (risolvibile con iniezione ad alta P) Difficile miscelazione nell iniezione ad alta P Basso rendimento Problema isolamento Indurimento olio
13 Fuel cell Pem Schema di funzionamento animato
14 Fuel cell Schema d impianto con fuel cell- Caratteristiche: Rendimento elettrico elevato Possibilità di utilizzo di una vasta gamma di combustibili Modularità Efficienza indipendente dal carico e dalle dimensioni dell impianto Ridottissimo impatto ambientale Possibilità di cogenerazione
15 Conclusioni Richieste dell utilizzatore della piattaforma (Livelli di emissioni inquinanti richiesti, difficoltà di distribuzione dell idrogeno, ingombro dei sistemi di stoccaggio ) Diversi tipi di motori Diverse tecnologie di stoccaggio
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