Università degli Studi di Bologna

FACOLTA’ DI INGEGNERIACorso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Disegno Tecnico Industriale

STUDIO DI MASSIMA DI UNA PIATTAFORMA ELEVATRICE AD IDROGENO

Tesi di Laurea di: Relatore:Angelo Giorgi Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI

Correlatori: Prof. Ing. FRANCO PERSIANI Prof.Ing.GIANNI CALIGIANADott.Ing.PIERLUIGI BRUNO

Anno Accademico 2002/2003

Obiettivo: Valida alternativa a due soluzioni presenti sul mercato per piattaforme elevatrici: accumulatori/elettrico per interni eDiesel 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.

Idrogeno compressoIdrogeno compresso

P= 200-250 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.

Idrogeno liquidoIdrogeno liquido

Stoccaggio a T= -253°CQuantità 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

SicurezzaSicurezza

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.

Diesel ad idrogeno o a gasolioDiesel ad idrogeno o a gasolio

VantaggiVantaggi

•No preaccensione

•No ritorno di fiamma

•Rendimento elevato

SvantaggiSvantaggi

•Complesso

•Indurimento olio

•Solo NOx allo scarico

•No perdita di potenza

Diesel ad idrogeno con iniezione pilota Diesel ad idrogeno con iniezione pilota ––Primo tipoPrimo tipo--

VantaggiVantaggi

•Utilizzo gasolio in caso d’emergenza

•Rendimento elevato

SvantaggiSvantaggi

•Non solo NOx allo scarico

•Preaccensione

•Indurimento olio

Diesel ad idrogeno con iniezione pilota Diesel ad idrogeno con iniezione pilota ––Secondo tipoSecondo tipo--

VantaggiVantaggi

•Gasolio in caso d’emergenza

•Rendimento elevato

SvantaggiSvantaggi

•Non solo NOx allo scarico

•Ritorno di fiamma limitato

•Preaccensione

•Indurimento olio

Diesel ad idrogeno con iniezione pilota Diesel ad idrogeno con iniezione pilota ––Terzo tipoTerzo tipo--

VantaggiVantaggi

•No perdita di potenza

•No ritorno di fiamma

•No preaccensione

•Rendimento elevato

SvantaggiSvantaggi

•Non solo NOx allo scarico

•Indurimento olio

Motore ad accensione comandata con miscelatoreMotore ad accensione comandata con miscelatore

VantaggiVantaggi

•Semplice conversione

•Solo NOx allo scarico

SvantaggiSvantaggi

•Preaccensione

•Ritorno di fiamma (collettore in Al per limitare gli effetti)

•Basso rendimento

•Problema isolamento

•Indurimento olio

Motore ad accensione comandata ad iniezione indirettaMotore ad accensione comandata ad iniezione indiretta

VantaggiVantaggi

•Ritorno di fiamma limitato e riducibile con iniezione sequenziale fasata

•Solo NOx allo scarico

SvantaggiSvantaggi

•Preaccensione

•Basso rendimento

•Problema isolamento

•Indurimento olio

Motore ad accensione comandata ad iniezione diretta Motore ad accensione comandata ad iniezione diretta

VantaggiVantaggi

•No ritorno di fiamma

•Solo NOx allo scarico

SvantaggiSvantaggi

•Preaccensione (risolvibile con iniezione ad alta P)

•Difficile miscelazione nell’iniezione ad alta P

•Basso rendimento

•Problema isolamento

•Indurimento olio

Fuel cell PemFuel cell Pem –Schema di funzionamento animato

Fuel cellFuel cell –Schema d’impianto con fuel cell-

Caratteristiche: Rendimento elettrico elevatoPossibilità di utilizzo di una vasta gamma di combustibiliModularitàEfficienza indipendente dal carico e dalle dimensioni dell’impiantoRidottissimo impatto ambientalePossibilità di cogenerazione

ConclusioniConclusioni

Diversi tipi di motori Diverse tecnologie di stoccaggio

Richieste dell’utilizzatore della piattaforma(Livelli di emissioni inquinanti richiesti, difficoltà di distribuzione dell’idrogeno, ingombro dei sistemi di

stoccaggio…)