Motori endotermici

In un futuro energeticamente Smart incentrato sulle energie rinnovabili, i motori a combustione interna avranno un ruolo chiave nel garantire la stabilità delle reti elettriche e il soddisfacimento dei fabbisogni termici. L'alta flessibilità dei motori Bergen Engines consente una transizione graduale verso combustibili ecologici a basse emissioni di carbonio come biometano e idrogeno.

Con l'entrata in vigore del regolamento sulla progettazione ecocompatibile UE 2019/1781 dal 1° luglio 2021, ABB fornirà prodotti che eccedono i requisiti normativi. "In un mondo che punta a decarbonizzare le industrie e le infrastrutture, diventa più che mai impellente migliorare l'efficienza energetica," ha dichiarato recentemente Morten Wierod, presidente della Business Area Motion di ABB. Come capo della divisione Motion, che è il più grande fornitore mondiale di azionamenti a velocità variabile e motori elettrici, Morten sa bene come la tecnologia possa contribuire alla lotta contro il cambiamento climatico. E manda un messaggio incoraggiante: la tecnologia necessaria per ridurre drasticamente il consumo energetico dei motori elettrici è già disponibile grazie ad ABB. La International Energy Agency (IEA) ha pubblicato di recente alcuni dati che dimostrano chiaramente l'importanza di aumentare l'efficienza dei motori elettrici e l'impatto di questa misura: l'industria e gli edifici insieme rappresentano il 67 percento del consumo mondiale di energia e il 52 percento delle emissioni globali di CO2. La maggior parte dell'elettricità consumata nell'industria è destinata a sistemi con motori elettrici. Gli edifici commerciali impiegano quasi il 40 percento dell'energia elettrica per i motori che azionano gli impianti di riscaldamento, condizionamento dell'aria e pompaggio dell'acqua. Traducendo queste cifre in esempi concreti, si può affermare che, adottando prodotti ad alta efficienza energetica, nella sola Unione Europea si potrebbe risparmiare una quantità annua di elettricità pari al consumo nazionale dei Paesi Bassi. Dal 1° luglio 2021 entrerà in vigore il Regolamento Ecodesign UE 2019/1781 dell'Unione Europea per i motori a induzione in bassa tensione con funzionamento DOL (direct-on-line) e gli azionamenti a velocità variabile. Il nuovo regolamento prescrive che un'ampia gamma di motori debba rispettare la classe di efficienza IE3 e che gli azionamenti destinati al controllo della velocità e della coppia dei motori debbano essere conformi alla classe IE2. Il nuovo regolamento favorirà la riduzione dei consumi energetici in milioni di applicazioni motorizzate. Tuttavia, si tratta solo del primo passo in un processo di transizione verso una maggiore efficienza: nel luglio 2023 il regolamento Ecodesign verrà ulteriormente ampliato, portando il livello minimo per alcuni motori alla classe di efficienza IE4. Per comprendere meglio la rilevanza delle norme sull'efficienza dei motori, è utile conoscere il significato dei diversi standard di efficienza. Un motore a induzione raggiunge un'efficienza superiore al 90 percento ed è più efficiente di qualsiasi motori a combustione interna di un'automobile, la cui efficienza raramente supera il 35 percento. Un motore elettrico IE3, a seconda della potenza e della velocità, può raggiungere un'efficienza del 96 percento circa, mentre un motore IE4 ha perdite di energia inferiori di circa il 15 percento rispetto a un motore IE3. La tecnologia fornita attualmente da ABB eccede i requisiti normativi presenti e quelli che entreranno in vigore fra due anni. I motori IE5 con efficienza "ultra-premium" offrono il livello massimo di efficienza fra tutti i sistemi attualmente in commercio. In pratica, i motori IE5 hanno perdite inferiori del 20 percento rispetto a un motore IE4.

La cogenerazione e la trigenerazione sono argomenti di grande attualità. Recentemente sono stati varati provvedimenti normativi e legislativi atti a promuovere l'utilizzo esteso di queste proposte tecnologiche e se ne prevedono di conseguenza importanti sviluppi applicativi. Gli argomenti trattati nel presente lavoro riguardano impianti di piccola cogenerazione, ossia quelli che coprono potenze elettriche fino a 1 MW, che utilizzano allo scopo motori a combustione interna. In particolare verranno considerate le problematiche poste dall' adozione, in accoppiamento ai motori, di assorbitori, apparecchiature queste che permettono la conversione del calore recuperato dal sistema cogenerativo in energia frigorifera atta agli impieghi più vari, quali processi industriali e climatizzazione ambientale. I gruppi utilizzati allo scopo sono caratterizzati da potenze frigorifere fino a 176 kW, sono modulari nella concezione costruttiva e compatibili tra di loro, il che permette installazioni con più unità per coprire livelli di potenza diversi. Per il loro azionamento è possibile utilizzare acqua a temperature assai basse, fra i 70 °C e i 95 °C. Producono acqua a 7 °C, con un'efficienza di conversione del 70%. Di seguito verranno formulati particolari suggerimenti atti ad ottenere il massimo rendimento energetico del sistema combinato. Va peraltro segnalato come questa formula tecnologica, altrimenti denominata trigenerazione, trovi da tempo ampia e proficua diffusione nei paesi del nord Europa, assai attenti ad ogni proposta di uso efficiente dell'energia. La cogenerazione e la trigenerazione Il termine cogenerazione si riferisce alla produzione combinata di calore ed energia elettrica (CHP = Combined Heat and Power) ottenuta impiegando energia primaria. L'energia primaria può essere quella potenziale del gas o del gasolio utilizzata in un motore a combustione interna, che aziona un generatore elettrico. Una gran parte del calore generato dal motore viene recuperata ed impiegata per scopi diversi. In passato, era uso comune installare in loco gruppi elettrogeni, sia per le emergenze - stand by - da utilizzare cioè in caso d' interruzione dell'alimentazione da rete, sia per la produzione dell'energia elettrica necessaria in tutti quei casi in cui questa non era altrimenti disponibile. Allora non si prestava grande attenzione al rendimento complessivo del sistema; la figura 1 illustra l'efficienza caratteristica di una installazione di produzione di energia elettrica, senza alcun recupero del calore dal motore. Gli attuali costi dell'energia primaria, quelli dell'energia elettrica e l'efficienza globale ottenibile con il recupero del calore da un gruppo elettrogeno hanno cambiato completamente l'intero concetto impiantistico adottato, portando alla scelta di soluzioni miranti alla drastica riduzione dei costi. Il rendimento ricavabile su motori, che convertono l'energia meccanica in energia elettrica, è dell'ordine del 32%; ciò in altri termini significa che l'acqua di raffreddamento del motore e i gas prodotti disperdono quasi il 70% dell'energia potenziale del combustibile di alimentazione impiegato. Peraltro, normalmente la possibilità di recupero del calore generato dal motore può risultare dell'ordine del 90%.

Hug Engineering is one of the leading suppliers for low to zero-emission solutions. We produce systems for Diesel and gas engines used in Marine, Power Generation and Mobile applications. We provide reliable and robust solutions as well as customized concepts for exhaust gas cleaning produced in house. Hug Engineering è uno dei fornitori leader di soluzioni a basse o zero emissioni. Produciamo sistemi per motori Diesel e a gas utilizzati in applicazioni marine, Power Generation e mobili. Forniamo soluzioni affidabili e robuste, nonché soluzioni personalizzate per la depurazione dei gas di scarico, tutti prodotti in casa.

La NME srl si occupa di componenti industriali nel settore Energia, partendo dalle turbine a vapore HOWDEN TURBO, ex KK&K (assiali e radiali, a contropressione e a condensazione, per la produzione di energia elettrica - fino a 10 MW - e per azionamento meccanico) passando ai package con turbine a gas della Società CENTRAX GAS TURBINES (moduli per la produzione di energia elettrica da 4 a 15 MW), per arrivare ai motori endotermici della Società INNIO Jenbacher, serie J920 (10 MW).

Uno dei fattori che maggiormente condizionano nel lungo periodo la convenienza dell'investimento sul biogas è il costo di gestione dell'impianto. Più bassi sono i costi di esercizio e più alto sarà il ROI ovvero il livello di redditività dell'investimento. Se consideriamo l'alto numero di ore di funzionamento di un impianto a biogas e' opportuno ridurne il consumo energetico equipaggiando locali tecnici e vano motore con macchine e componenti affidabili e ad elevata efficienza energetica. Il vano motore, cuore pulsante del cogeneratore, abbisogna di scambiatori e di ventilatori per dissipare il calore in eccesso sviluppato dal motore endotermico; si tratta di componenti che giocano un ruolo essenziale perché consentono la termoregolazione ottimale di processo e tanto più sono efficienti tanto più contribuiranno ad alleggerire la bolletta energetica.

Analisi delle emissioni non regolamentate e loro impatto sulla salute umana. Il biogas è un combustibile rinnovabile, ma la sua combustione negli impianti di generazione dell'energia elettrica, per la stragrande maggioranza motori a combustione interna (MCI), origina numerose sostanze, alcune delle quali dannose per la salute umana. Nonostante i limiti imposti dalla normativa vigente, molti sono i timori da parte della popolazione che vive in prossimità di questi impianti. A questo scopo, nel lavoro, dopo una breve disamina sulle normative relative alle emissioni e l'identificazione di quelle non regolamentate più significative, si pone l'attenzione proprio su queste ultime e sul danno alla salute umana da esse indotto. Le misure rivelano, tra le emissioni regolamentate, gli NOx prodotti dai MCI a biogas sono tre volte superiori a quelli del gas naturale.

La tesi tratta lo studio CFD di motori Diesel alimentati in parte con Gas Naturale, più eco-friendly rispetto al gasolio, in modalità Dual Fuel, con l'obiettivo di approfondire l'interazione tra i due combustibili e la formazione di inquinanti attraverso un progressivo miglioramento dei modelli cinetici e di combustione. La validazione dei risultati numerici è ottenuta dal confronto con dati sperimentali disponibili su tre motori con caratteristiche differenti. L'articolo riassume i contenuti della tesi elaborata dall'autrice cui è stato assegnato il premio "Tesi di Dottorato ATI 2020" nell'ambito dello svolgimento del 75^ Congresso annuale dell'Associazione.

Da oltre quarant'anni BERSY ingegnerizza e realizza sistemi per il post trattamento dei gas di scarico di motori a combustione interna. In particolare Bersy ha sviluppato prodotti specifici per il trattamento delle emissioni gassose prodotte dagli impianti di cogenerazione e trigenerazione. Il nuovo sistema ByNOx abbatte gli ossidi di azoto ed è appositamente studiato per motori stazionari. ByNOx sfrutta l'iniezione di urea in soluzione acquosa su un catalizzatore riducente; tale tecnologia prende il nome di SCR "Selective Catalytic Reduction".

NME si occupa di componenti industriali nel settore Energia, partendo dalle turbine a vapore HOWDEN TURBO, ex KK&K (assiali e radiali, a contropressione e a condensazione, per la produzione di energia elettrica - fino a 10 MW - e per azionamento meccanico) passando ai package con turbine a gas della Società CENTRAX GAS TURBINES (moduli per la produzione di energia elettrica da 4 a 15 MW), per arrivare ai motori endotermici della Società INNIO Jenbacher, serie J920 (10 MW).