Azionamento ibrido serie per macchina operatrice
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Introduzione
La maggior parte dei veicoli presenti oggi in tutto il mondo sono equipaggiati con motori a combustione interna.
Il loro vasto utilizzo e studio ha permesso una loro notevole evoluzione negli anni, risolvendo o comunque limitando i difetti tipici che presentavano quali: il basso rendimento ed il forte legame, tipico dei motori endotermici, tra il regime di rotazione e funzionamento ottimale. Si è infatti arrivati ad avere punte di rendimento del 40 %, che si dimostrano essere poco lontane dai rendimenti ottenibili con sistemi estremamente innovativi come le fuel-cell, con le quali realisticamente è difficile superare il 50-55%.
Inoltre la forte dipendenza del rendimento dal punto di lavoro è stata comunque ridotta negli ultimi motori sovralimentati, essendo tra l’altro dovuta sia ad aspetti intrinseci, ma anche all’architettura del veicolo convenzionale (ossia il collegamento meccanico con la trasmissione).
Tenuto conto di questi fatti comunque, poiché i motori a combustione interna sono alimentati da combustibile fossile, un altro aspetto da non sottovalutare è quello dell’inquinamento e del reperimento delle risorse combustibili. Negli ultimi anni infatti è stata rivolta grande attenzione verso le problematiche ambientali e le politiche legate allo sfruttamento del petrolio.
Da un punto di vista ambientale lo sforzo più consistente riguarda la drastica riduzione delle emissioni inquinanti, mentre da un punto di vista economico e politico la riduzione dei consumi di carburante diminuirebbe la dipendenza da scorte petrolifere in esaurimento e spesso localizzate in aree ad elevata instabilità politica.
I veicoli elettrici rappresenterebbero l’opzione migliore per raggiungere l’ideale di una mobilità “pulita” e con livelli di efficienza energetica molto elevati. Tuttavia nella sua recente storia, la trazione elettrica con alimentazione ad accumulatori elettrochimici (o più comunemente batterie) è stata, utilizzata sempre e comunque laddove non interessano autonomia e velocità, ma invece silenziosità ed assenza di gas di scarico. Ciò è dovuto soprattutto alla scarsa autonomia fornita dagli accumulatori che non consente ancora, di avere percorrenze chilometriche confrontabili con un veicolo di tipo convenzionale.
Va comunque detto che nell’ultimo decennio grazie al grande investimento effettuato dalle case costruttrici di autoveicoli per quanto riguarda la costruzione di veicoli cosiddetti ad
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“emissioni zero”, alla evoluzione tecnologica nella costruzione degli accumulatori, e grazie anche all’enorme salto tecnologico dell’elettronica si sono migliorati notevolmente sia le velocità che le autonomie, ma non entrambe insieme, perché appunto il problema ancora irrisolto è quello di non avere ancora accumulatori con una capacità di immagazzinare energia in quantità non troppo dissimile da quella dei combustibili liquidi.
Esiste però al momento una soluzione intermedia a cui in questa fase si sta tendendo, e cioè quella della propulsione ibrida. Mentre i veicoli elettrici hanno ancora bisogno di avanzamenti tecnologici per essere competitivi, i veicoli ibridi (HEV, hybrid electric vehicle) possono già garantire un’autonomia soddisfacente e livelli di inquinamento molto
più bassi di un veicolo in soluzione convenzionale. Essi possono essere visti come una soluzione “ponte” in attesa dello sviluppo di sistemi più competitivi, come i veicoli con celle a combustibile. Si tratta di un compromesso, ma allo stato dell’arte, è forse l’unico praticabile fino a quando si trovi una soluzione per un efficace immagazzinamento dell’energia.
Perseguendo la strada dello sviluppo di veicoli in conformazione ibrida, con il presente lavoro di tesi si è voluto cercare di capire quali sono i vantaggi in termini energetici e di risparmio di carburante nell’utilizzare uno schema ibrido su una piccola macchina operatrice denominata skid-loader. Per raggiungere l’obiettivo si è proceduto, attraverso l’ausilio di un software di simulazione avanzata, alla modellazione del veicolo di tipo convenzionale per ciò che concerne sia la parte propulsiva sia la parte di azionamento degli ausiliari, dopodichè è stato effettuato il confronto con un secondo modello che simulasse il funzionamento della stessa macchina operatrice però in conformazione di tipo ibrido serie.
