Il calore di scarto alimenta i motori aeronautici

I motori ad aria calda sfruttano l’espansione termica dell’aria per spostare i pistoni. Nel processo di conversione dell’energia chimica del combustibile in energia meccanica, si perde circa il 30 % dell’energia del combustibile nei gas di scarico. In generale, il calore generato è inutilizzato e quindi viene sprecato.

Il progetto WHEXPERS (Study and manufacturing of a wasted heat exchanger and a hot air piston engine recuperation system), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di sfruttare il calore di scarto. La tecnologia sviluppata vanta il beneficio aggiunto di trasferire il calore dei gas di scarico all’aria calda pressurizzata necessaria al motore a pistone.

Il sistema di recupero del calore di scarto promette un aumento significativo nell’efficienza del motore, che consentirà di ridurre i consumi di carburante e le inquinanti emissioni di anidride carbonica. Per essere utilizzato negli aerei, il design del motore è stato modificato anche attraverso materiali a bassa densità e gruppo pistone ottimizzato e con attrito ridotto, al fine di massimizzare l’efficienza.

I motori ad aria calda richiedono il sigillamento nella parte superiore con riduzione dell’attrito nel sistema di aspirazione o di ingresso dell’aria compressa. Le valvole rotative controllano il flusso d’aria. Alcune modifiche nelle valvole rotative, a seguito di test preliminari, hanno portato a perdite di pressione ridotte al minimo e alla permeabilità desiderata.

Inoltre, il design della testa del cilindro è stato migliorato in base ai risultati dei test relativi ad attrito e sigillamento, come è stato fatto per il motore di base. Successivamente, i pezzi meccanici di un modello di motore ad aria calda sono stati assemblati, così come i sistemi di controllo e acquisizione dati del banco di prova.

Le simulazioni sono state combinate con gli studi meccanici per il miglioramento degli scambiatori di calore a piastre e della resistenza meccanica relativa alle parti. Infine, il sistema di alimentazione dello scambiatore di calore è stato progettato per garantire una distribuzione uniforme del flusso, una caduta di pressione ridotta al minimo e un peso leggero. L’analisi delle prestazioni è ancora in corso.

Il progetto WHEXPERS ha avanzato lo stato dell’arte relativo al recupero di calore gas-gas. Ci si aspetta che le innovazioni riguardo a materiali e progetti portino a motori di velivoli efficienti e con ridotti consumi ed emissioni, per un trasporto aereo più ecologico.