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Emissioni: sempre in linea con le normative grazie alla simulazione

Pubblicato da Redazione il 29 August 2018

🕓 Tempo di lettura: 2 minuti

emissioni sempre in linea con le normative grazie alla simulazione

Mai come nell’era della trasformazione digitale sta crescendo l’attenzione, della politica, dell’economia, dei media verso il raggiungimento di uno sviluppo sostenibile, di un progresso tecnologico compatibile con la conservazione delle risorse disponibili sul nostro pianeta e indirizzato a controllare gli effetti dei cambiamenti climatici. Un trend che in questi anni ha generato nel mercato dell’automotive, ma anche nell’industria del trasporto aereo, una pressione crescente sulla riduzione delle emissioni di gas serra, soprattutto CO2 e ossidi di azoto (NOx). Nel campo dell’aviazione per il trasporto commerciale ogni aeromobile va progettato e costruito per rispettare i criteri di protezione dell’ambiente e di riduzione delle emissioni di gas nocivi. Allo stesso modo, nel settore automobilistico, di anno in anno, i vincoli sulle emissioni dei veicoli imposti dalle normative anti-inquinamento si fanno via via più stringenti.

Ottimizzare i motori per ridurre le emissioni

La continua evoluzione delle normative e i requisiti per la riduzione delle emissioni di gas inquinanti dei veicoli punta a migliorare l’efficienza nel consumo dei carburanti. Di conseguenza, i nuovi prodotti che i costruttori di auto introducono sul mercato devono rispondere in modo puntuale alle normative, spesso variabili da paese a paese. I rapidi cambiamenti del quadro normativo impongono l’adozione nei gruppi motopropulsori di soluzioni ingegneristiche che vanno dalla riduzione del peso della vettura al ridimensionamento del motore, per arrivare fino alla minimizzazione delle zone di attrito all’interno dello stesso: tutte queste modifiche non devono naturalmente penalizzare, ma anzi migliorare, le prestazioni del veicolo.

Riuscire a progettare mezzi dotati di motori più leggeri, ma al contempo in grado di fornire un maggior rendimento, è una sfida ingegneristica non banale: una sfida che i team di progetto devono interiorizzare. Un aiuto concreto arriva dai software di simulazione che, assieme ad altri pacchetti applicativi sono usati per ingegnerizzare i gruppi motopropulsori tenendo conto di tutte le complesse variabili in gioco. Gli strumenti più utilizzati per l’esecuzione dei test strutturali sono i software di calcolo basati sull’analisi degli elementi finiti (FEA - Finite Element Analysis, o FEM - Finite Element Method), mentre per comprendere e verificare il comportamento dei flussi di olio, aria o liquido refrigerante all’interno del motore oppure il ciclo di combustione nei cilindri, per analizzare e valutare il comportamento del carburante si utilizzano programmi di fluidodinamica computazionale (CFD - Computational Fluid Dynamics).

Prototipi virtuali per contenere i costi

Grazie alla continua evoluzione avvenuta del campo dei software di simulazione, oggi l’attuale tendenza è quella che permette di simulare e collaudare il sistema nel suo complesso, secondo un approccio multidisciplinare: quindi comprendere, attraverso una singola simulazione, come interagiscono, e vengono sottoposti a stress, tutti i componenti sollecitati dal punto di vista meccanico, termico e fluidodinamico. Questo consente di identificare da subito le aree del motore in cui può verificarsi un potenziale cedimento, e un conseguente malfunzionamento o blocco, e di apportare immediatamente al progetto le necessarie modifiche. In aggiunta, le simulazioni permettono anche di osservare il funzionamento del motore in condizioni non standard, e quindi di comprendere e valutare nell’analisi il maggior numero possibile di scenari di utilizzo.

L’elaborazione di prototipi virtuali realizzabile attraverso la simulazione permette poi di sostituire questi modelli ai prototipi fisici, costosi da costruire e su cui apportare modifiche.

Il prototipo virtuale può essere utilizzato già nelle fasi iniziali del processo di design, per individuare e correggere eventuali problemi prima che si verifichino realmente e questo consente di ottimizzare il progetto. Software di simulazione come modeFRONTIER, sviluppato da Esteco e distribuito da Enginsoft, sono ampiamente utilizzati. In particolare, modeFRONTIER è in grado di integrare tutti i tool di analisi prima accennati (FEA, CFD, ecc.) e di farli operare assieme. Per verificare che ciascun componente o processo del sistema sia ottimizzato, non è quindi necessario eseguire manualmente molteplici calcoli utilizzando strumenti diversi, perché modeFRONTIER sarà in grado di automatizzare tutte le simulazioni necessarie. Il software, attraverso le funzionalità di post-processing, condivide dati tra le simulazioni stesse, fornendo agli ingegneri informazioni di maggior qualità utili per supportare al meglio le decisioni di progettazione.  

 

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Argomenti: modeFRONTIER, Multidisciplina

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