Temi con svolgimento per esame di stato per l'abilitazione alla professione di ingegnere meccanico

ILLUSTRI LE TECNOLOGIE PIÙ AVANZATE PER LA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI INQUINANTI E L'IMPIEGO DI BIOCOMBUSTIBILI

I motori alternativi a combustione interna trovano una amplia diffusione nei mezzi di trasporto terrestri e marittimi, sia nella loro versione a 4T che a 2T; sebbene quest'ultima sia limitata ormai a ristretti campi di applicazione (es. motocicli) a seguito della difficoltà nel contenimento delle emissioni e dei consumi specifici.

L'evoluzione dei sistemi di trasporto è avvenuta principalmente nella direzione della riduzione del consumo specifico di combustibile, dell'aumento delle prestazioni (potenza specifica e coppia) e della riduzione delle emissioni inquinanti.

Tale evoluzione è avvenuta attraverso alcune innovazioni tecnologiche ed accorgimenti tecnici, i principali dei quali sono di seguito elencati:

• Sovralimentazione: il passaggio da motori aspirati a sovralimentati ha aumentato la potenza specifica a seguito

• Elettronica: l'impiego di sistemi elettronici di controllo e di diagnosi (es. OBD) ha permesso un notevole miglioramento delle prestazioni dei motori grazie ad esempio al controllo degli apparati di iniezione e all'individuazione di forme di combustione anomale (detonazione, misfire). Inoltre si è ottenuto un maggiore controllo delle emissioni attraverso l'impiego di sensori, come la sonda lambda.
• Riduzione del peso: utile al fine di ridurre il consumo di combustibile, è principalmente conseguita attraverso l'impiego di materiali a basso peso specifico (es. alluminio, carbonio, polimeri).
• Alimentazione del combustibile: nei motori ad accensione comandata si è passati dal carburatore agli apparati di iniezione indiretta e diretta, quest'ultima permette la realizzazione di combustioni innovative (carica stratificata, carica omogenea).

stratificata) e un controllo fine del rapporto di miscela.

Combustione: modalità di combustione innovative come la combustione a carica stratificata e CAI per i motori ad accensione comandata, e combustione HCCI per i motori ad accensione spontanea permettono di incrementare le prestazioni motoristiche e contenere le emissioni.

Propulsione elettrica: nella propulsione ibrida un motore a combustione interna è affiancato da un propulsore elettrico e da un accumulatore (batteria). Il vantaggio di questa soluzione risiede nel disaccoppiare le ruote dal motore termico, così da permettere a questo di lavorare quasi esclusivamente con carichi ad alti rendimenti; un ulteriore vantaggio consiste nella possibilità di recuperare l'energia nella fase di frenata immagazzinandola

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Esame di stato per l'abilitazione all'esercizio della professione di Ingegnere

Temi I e II prova Tema 1

• EGR (Exhaust Gas Recircolation): Nelle condizioni di carico parziale una frazione controllata di gas combusti viene ricircolata ed immessa nel cilindro insieme alla carica fresca. Il processo permette l'abbassamento della temperatura massima di combustione con una conseguente riduzione della formazione degli NO_x. L'EGR può essere sia di tipo esterno che interno. Nel primo caso si mette in comunicazione il condotto di scarico con quello di aspirazione tramite un condotto e eventualmente si raffredda la carica di gas combusti ricircolata. Nel secondo caso la circolazione avviene entro il cilindro stesso realizzando un'opportuna legge delle alzate delle valvole di scarico e aspirazione. L'EGR può essere impiegato sia nei motori Otto che

Diesel.Convertitori catalitici trivalenti

Si tratta convertitori in grado di funzionare con motori i quali impiegano un’alimentazione prossima alla stechiometrica (motori Otto). I gas di scarico sono forzati attraverso una struttura porosa ceramica in cui sono depositati catalizzatori in grado di catalizzare reazioni di ossidazione di HC e CO a CO2, e reazioni di riduzione di NO a N2. Per il funzionamento è indispensabile che il rapporto di miscela oscilli ciclicamente (frequenza di 1 Hz) nell’intorno del rapporto stechiometrico di miscela, la sonda lambda permette di realizzare un controllo retro-azionato per massimizzare tale processo.

Convertitori DeNOx

Si tratta di convertitori catalitici che sono impiegati in motori Otto che impiegano una miscela fortemente magra. In tale condizione di funzionamento l’eccesso di ossigeno agevola l’ossidazione di CO ed HC ma rende particolarmente difficile la riduzione degli NOx. Si tratta dunque di specifici

Catalizzatori in grado di ridurre gli NO a N anche in presenza di ossigeno.

Filtri per il particolato (DPF)

Il particolato viene emesso dai motori Diesel, il suo abbattimento avviene ad opera di filtri la cui funzione consiste nel forzare i gas di scarico all'interno di strutture porose ceramiche o metalliche, che in virtù delle loro caratteristiche geometriche permettono l'intrappolamento delle particelle di particolato. Le strutture più utilizzate sono quelle a nido d'ape e quelle a manica. Le particelle, depositandosi, producono la progressiva ostruzione dei canali di passaggio della struttura, che rende necessaria una periodica rigenerazione del filtro. Questa avviene bruciando i depositi carboniosi, le reazioni di ossidazione ad opera di O o NO possono essere eventualmente agevolate da catalizzatori.

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di IngegnereTemi I e II prova Tema 1presenti nella matrice porosa del filtro stesso, queste contribuiscono ad abbassare la temperatura diinnesco della combustione.

SCR (Selective Catalytic Reduction)Consiste in una tecnologia che permette la riduzione degli NO presenti nei gas di scarico attraversoxl’impiego di ammoniaca. Questa tecnologia trova impiego nei motori Diesel dove l’emissione degliossidi di azoto rappresenta la problematica maggiore. Nel reattore viene immessa urea, la quale sidecompone in ammoniaca e CO per idrolisi e termolisi. L’ammoniaca si combina per catalisi con2l’ossigeno degli NO riducendoli a N .x 2

I biocarburanti sono una categoria di biocombustibili che possono essere impiegati direttamente neimotori a combustione interna, presentando proprietà chimiche e fisiche altamente standardizzateed omogenee che li rendono idonei a tali impiego. I principali biocarburanti sono il biodiesel e ilbioetanolo. Questi possono essere impiegati sia

In forma pura o addizionati alla loro controparte fossile. L'impiego dei biocarburanti permette la riduzione delle emissioni di CO2, la quale costituisce un gas serra, a questo si aggiunge una riduzione delle emissioni di alcune specie inquinanti come CO e HC. I biocarburanti possono essere di prima generazione e di seconda generazione; i primi derivano da coltivazioni in competizione con l'alimentazione umana, i secondi da processi di sintesi a partire da biomasse agricole residuali, biomasse ligneo cellulosiche o da rifiuti.

Biodiesel

Si tratta di un metilestere ottenuto mediante un processo di transesterificazione di oli e grassi vegetali (1° generazione) oppure a partire da processi di sintesi da syngas, come ad esempio il processo Fischer-Tropsh, o pirolisi di biomasse (2° generazione). Presenta un potere calorifico inferiore di 37 MJ/kg contro i 42 MJ/kg del gasolio fossile. Rispetto a quest'ultimo possiede un numero di cetano superiore, una riduzione delle

Lubrificazione rispetto alla benzina. Le miscele di carburante contenente bioetanolo sono contrassegnate dalla sigla Exx, dove xx indica la percentuale di bioetanolo presente.

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Temi I e II prova Tema 1

Tema n. 17

IL CANDIDATO, DOPO AVERE DELINEATO IL QUADRO DELLA SITUAZIONE ENERGETICA AL LIVELLO MONDIALE E NAZIONALE, ILLUSTRI IL RUOLO RIVESTITO DALLE FONTI RINNOVABILI; IN TALE AMBITO, DESCRIVA LE TECNOLOGIE PIÙ AVANZATE PER LA CONVERSIONE DELL'ENERGIA EOLICA.

Microeolico

Il microeolico è l'eolico caratterizzato da piccole taglie di potenza, in pratica comprese fra 0 e 20 kW. In realtà, il microeolico comprende sia aerogeneratori di piccolissima taglia (0-5 kW) sia aerogeneratori di piccola taglia (5 kW-20 kW). Pertanto, il microeolico comprende sia sistemi autonomi (stand-alone), di solito impiegati

Perutenze isolate o per piccole applicazioni particolari, che impianti connessi in rete (grid-connected). Gli impianti microeolici, purché correttamente dimensionati, risultano adatti ai fabbisogni energetici sia di abitazioni private che di utenze commerciali e agricole di piccole dimensioni. Il microeolico utilizza sia aerogeneratori ad asse verticale (eolico verticale), più adatti per l'ambiente urbano ed ai regimi di vento cittadini, che solitamente sono turbolenti, con vento di direzione e portata variabili, sia i classici aerogeneratori ad asse orizzontale (eolico orizzontale), indicati per gli spazi aperti. I generatori ad asse verticale non hanno bisogno di orientamento, in quanto offrono al vento la superficie utile in un arco di 360°, e possono rappresentare una soluzione interessante per condomini, per edifici con tetti non esposti verso sud e per piccoli terrazzi e presentano caratteristiche tecniche molto interessanti:

• funzionamento indipendentemente

dalla direzione del vento

basso impatto visivo