Il calore di scarto alimenta i motori aeronautici
I motori ad aria calda sfruttano l’espansione termica dell’aria per spostare i pistoni. Nel processo di conversione dell’energia chimica del combustibile in energia meccanica, si perde circa il 30 % dell’energia del combustibile nei gas di scarico. In generale, il calore generato è inutilizzato e quindi viene sprecato. Il progetto WHEXPERS (Study and manufacturing of a wasted heat exchanger and a hot air piston engine recuperation system), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di sfruttare il calore di scarto. La tecnologia sviluppata vanta il beneficio aggiunto di trasferire il calore dei gas di scarico all’aria calda pressurizzata necessaria al motore a pistone. Il sistema di recupero del calore di scarto promette un aumento significativo nell’efficienza del motore, che consentirà di ridurre i consumi di carburante e le inquinanti emissioni di anidride carbonica. Per essere utilizzato negli aerei, il design del motore è stato modificato anche attraverso materiali a bassa densità e gruppo pistone ottimizzato e con attrito ridotto, al fine di massimizzare l’efficienza. I motori ad aria calda richiedono il sigillamento nella parte superiore con riduzione dell’attrito nel sistema di aspirazione o di ingresso dell’aria compressa. Le valvole rotative controllano il flusso d’aria. Alcune modifiche nelle valvole rotative, a seguito di test preliminari, hanno portato a perdite di pressione ridotte al minimo e alla permeabilità desiderata. Inoltre, il design della testa del cilindro è stato migliorato in base ai risultati dei test relativi ad attrito e sigillamento, come è stato fatto per il motore di base. Successivamente, i pezzi meccanici di un modello di motore ad aria calda sono stati assemblati, così come i sistemi di controllo e acquisizione dati del banco di prova. Le simulazioni sono state combinate con gli studi meccanici per il miglioramento degli scambiatori di calore a piastre e della resistenza meccanica relativa alle parti. Infine, il sistema di alimentazione dello scambiatore di calore è stato progettato per garantire una distribuzione uniforme del flusso, una caduta di pressione ridotta al minimo e un peso leggero. L’analisi delle prestazioni è ancora in corso. Il progetto WHEXPERS ha avanzato lo stato dell’arte relativo al recupero di calore gas-gas. Ci si aspetta che le innovazioni riguardo a materiali e progetti portino a motori di velivoli efficienti e con ridotti consumi ed emissioni, per un trasporto aereo più ecologico.
Parole chiave
Calore di scarto, scarico, motore ad aria calda, sistema di recupero del calore di scarto, recupero di calore gas-gas
