Studio di modellazione termodinamica di un sistema ORC per il recupero da motori a combustione interna

In uno scenario climatico sempre più preoccupante e nel panorama di una nuova crisi energetica, la ricerca tecnologica spinge nella direzione di metodi per aumentare l’efficienza dei sistemi energetici. Ad oggi, un motore alternativo a combustione interna converte in energia meccanica e/o elettrica il 30-45% dell’ energia disponibile nel carburante. Il resto è scartato sotto forma di calore, nella maggior parte nei gas esausti e nell’acqua di raffreddamento. Prendendo in esame un veicolo pesante, il 30% dell’energia disponibile al carburante è persa nei gas esausti. Oltre questo, i veicoli pesanti sono responsabili del 5.6% delle emissioni totali di gas ad effetto serra nell’UE. L’energia di scarto può essere recuperata tramite le tecniche di recupero di energia (Waste Heat Recovery). Obiettivo di questo lavoro di tesi è uno studio di modellazione termodinamica di un ciclo ORC (Organic Rankine Cycle) per il recupero di calore di scarto da un motore Diesel per applicazioni heavy-duty. Per valutare il potenziale del calore contenuto nei gas esausti, le condizioni operative di un reale motore Diesel pesante sono state utilizzate per definire le condizioni al contorno. Un modello GT-Power di tale motore è stato precedentemente sviluppato ed integrato, in questo studio, con un modello di sistema di post-trattamento dei gas esasusti in uscita dal turbocompressore. I tre componenti del PT (DOC, DPF, SCR), calibrati da lavori precedenti, sono stati utilizzati per lo scopo di questa tesi. Successivamente è stato modellato il ciclo ORC analizzando il comportamento e le performance di esso utilizzando tre fluidi organici diversi: due appartenenti alla famiglia dei refrigeranti (R245fa e R123) e un silossano MDM. I risultati ottenuti dalle simulazioni hanno evidenziato come è possibile arrivare ad una riduzione rispettivamente del 1.5%, 1.6% e 0.8% del BSFC del motore calcolati in un punto operativo stazionario a 2400 RPM per i tre fluidi considerati.