I ricercatori hanno progettato una struttura unica per testare parti del motore stampate in 3D, per contribuire a ridurre le emissioni di carbonio in tutto il mondo. Il nuovo Transient Air System Rig (TASR) è stato progettato e costruito dal Dr. Aaron Costall e dal suo team del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Imperial College di Londra.

I ricercatori sperano che aiuterà i produttori di grandi veicoli fuoristrada e merci a ridurre la quantità di anidride carbonica (CO2) che producono.

L'impianto di perforazione utilizza aria fresca anziché gas di scarico caldi, quindi le parti in plastica stampate in 3D non si fondono nelle condizioni solitamente calde che si trovano nelle normali strutture di prova del motore.

Significa anche che i produttori possono stampare in 3D solo le parti del motore che necessitano di test, invece di costruire un intero motore.

TASR sarà utilizzato per progettare e testare i componenti del motore per i nuovi veicoli pesanti fuoristrada e merci a basse emissioni, ei ricercatori ritengono che contribuirà a ridurre le emissioni di CO2 sia nel Regno Unito che in tutto il mondo.

Caroline Brogan ha incontrato il dottor Costall per discutere del nuovo sistema.

Quale problema stai cercando di risolvere?

I trasporti producono un quarto delle emissioni mondiali di CO2, ma è anche il settore più difficile da decarbonizzare.

Tra il 1990 e il 2010 i veicoli pesanti hanno contribuito all'aumento del 36% delle emissioni di CO2 nell'UE. Ciò è in gran parte dovuto alla crescente domanda di trasporto merci su strada, così come la mancanza di progressi nel miglioramento dell'efficienza del carburante del motore:le emissioni di CO2 sono direttamente collegate alla quantità di carburante bruciato.

Perché questa piattaforma è un passo nella giusta direzione per i veicoli da trasporto pesanti?

Per ridurre le emissioni di CO2, dobbiamo migliorare l'efficienza del motore. Possiamo farlo mettendo a punto "l'apparato respiratorio" del motore, recuperando quanta più energia possibile dai gas di scarico caldi.

Le parti del motore che controllano questi processi sono conosciute collettivamente come il sistema dell'aria, e un componente critico della maggior parte dei moderni sistemi ad aria è il turbocompressore. La nostra ricerca esamina i modi per migliorare il sistema dell'aria e le prestazioni del turbocompressore per aumentare rapidamente la presa d'aria, recuperando energia dai gas di scarico.

Lo facciamo cercando di capire come i gas di scarico fluiscono attraverso il sistema dell'aria e nel turbocompressore, cercando di sfruttare le pulsazioni di pressione, e fondamentalmente rendendo il più facile possibile per il motore "respirare". Così facendo, riduciamo la quantità di carburante richiesta e la quantità di CO2 emessa.

Come funziona l'impianto di perforazione?

I motori sono complessi. I processi comportano una miscela di aria e carburante, a pressioni e temperature in continuo cambiamento. Nel sistema aereo, il flusso dei gas di scarico è effettivamente pulsante a causa del movimento della valvola. Tutto ciò rende molto difficile prevedere con precisione come si comportano i motori.

Ora abbiamo TASR, che ci consente di misurare le prestazioni del motore in condizioni controllate ma realistiche per il motore, per quasi tutte le dimensioni e tipi di motore a combustione interna.

Imitando il flusso di impulsi del motore, eliminiamo la necessità di bruciare carburante, consentendoci di studiare la fluidodinamica senza gli effetti confondenti del trasferimento di calore dovuto ai gas di scarico caldi. Non c'è nessun'altra struttura sperimentale al mondo come questa!

TASR è stato costruito utilizzando il sistema Active Valve Train di Lotus come parte del progetto del sistema di aria del motore ad alte prestazioni, che è una collaborazione tra Imperial, Caterpillar Inc., e sistemi di trasporto Honeywell.

È commissionato come parte del programma di efficienza dei veicoli pesanti dell'Energy Technologies Institute (ETI).

Quali sono le prospettive per il campo?

Molte sfide con le emissioni dei veicoli possono essere affrontate attraverso l'elettrificazione, purché l'elettricità sia generata da fonti energetiche a minor impatto climatico, come il gas naturale e, sempre più, risorse rinnovabili come il solare e l'eolico.

Questo è l'approccio attuale nel settore dei veicoli passeggeri, ma il passaggio ai veicoli elettrici non avverrà dall'oggi al domani:ci sarà una transizione graduale nel corso di molti anni, durante il quale la tecnologia attuale, il motore a combustione interna, continua ad emettere CO2.

Per di più, è molto difficile da elettrificare, o addirittura ibridare, molti veicoli pesanti – i requisiti di stoccaggio dell'energia sarebbero enormi – motivo per cui i combustibili a idrocarburi liquidi ad alta densità energetica rimangono prevalenti. Questo è ancora più un problema per le macchine fuoristrada, come quelli usati nelle costruzioni e nelle miniere, dove il luogo di lavoro può essere estremamente lontano da una valida fonte di energia elettrica.

Tutto ciò significa che l'industria e il mondo accademico devono continuare a lavorare insieme per migliorare l'efficienza del motore, poiché anche il più piccolo aumento ridurrà la quantità di CO2 che verrà emessa nella nostra atmosfera.