Riassunto analitico
Nell’era moderna la parola “innovazione”, specialmente in campo automotive, viene associata frequentemente all’elettrificazione dei mezzi.
Il progresso tecnologico e l’esigenza di una mobilità sempre più sostenibile hanno trovato punto comune nell’energia elettrica che, applicata ai mezzi di mobilità quotidiana, permette di azzerare le emissioni di questi ultimi durante il loro utilizzo.
Proprio per questi motivi ed esigenze, moltissime case costruttrici si sono mosse in questo verso, presentando nel loro parco vetture varianti ibride, associando un motore elettrico ad uno termico tradizionale, oppure full electric.
Da queste considerazioni nasce il progetto presentato in questa Tesi: il discorso viene ampliato anche ai mezzi da lavoro, come le trattrici agricole, in modo da realizzare macchine in grado di strizzare l’occhio ad una modalità di lavoro più “green”.
La trattazione di seguito esposta parte dalle considerazioni fatte in una precedente Tesi, in cui venne studiato il processo di ibridazione della trattrice agricola, dimensionate le componenti necessarie e sviluppato un concept di massima del layout del veicolo.
In particolare si tratta di un trattore ibrido, ossia dotato di un motore Diesel tradizionale e di due motori elettrici calettati sull’assale anteriore; con questa configurazione, la macchina avrà diversi tipi di funzionamento, partendo dalla trazione generata dal motore termico affidata all’assale posteriore, a quella elettrica per le sole ruote anteriori e per concludere quella combinata 4x4 con la cooperazione di entrambi i sistemi.
Il focus di questa Tesi, invece, sarà concentrato sul dimensionamento del sistema di raffreddamento a fronte di due principali interventi; il primo, ovviamente, prevede l’inserzione di un sistema atto al raffreddamento delle componenti elettriche, mentre il secondo viene effettuato sul sistema pre-esistente per la parte termica a fronte di una riduzione di potenza da 79kW a 55kW.
Due sono anche i principali obiettivi da raggiungere; infatti, gli studi sono stati incentrati sulla realizzazione di un sistema complessivo che unisca efficienza a compattezza, dovendo essere coerente con tutti gli elementi pre-posizionati nel trattore stesso.
Nel presente elaborato è possibile trovare una prima parte riguardante lo studio dimensionale con dati e risultati riportati in tabelle specifiche seguendo il procedimento ε-NTU, per poi passare successivamente all’elaborazione 3D dei sistemi in esame.
Infine, a sostegno dei calcoli preliminari analitici, viene affiancato uno studio CFD-1D in cui viene simulato l’uso delle componenti in due condizioni di funzionamento differenti: in particolare la prima in regime di coppia massima (1500rpm) e la seconda in potenza massima (2300rpm).
Lo studio è stato effettuato presso l’azienda HPE-COXA, operante nell’ambito automotive, motorsport, automazione, agricolo e difesa, utilizzando dei dati e dei modelli CAD in possesso del reparto integrazione Veicolo dell’azienda stessa.
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Abstract
In the modern era the word "innovation", especially in the automotive field, is frequently associated with the electrification of vehicles.
Technological progress and the need for increasingly sustainable mobility have found common ground in electric power, which, when applied to everyday mobility vehicles, makes it possible to zero emissions during their use.
Precisely for these reasons and needs, many manufacturers have moved in this direction, presenting hybrid variants in their fleet, combining an electric motor with a traditional thermal one, or full electric.
From these considerations comes the project presented in this Thesis: the speech is also extended to industrial vehicles, such as agricultural tractors, in order to create machines capable of winking at a more "green" working mode.
The following discussion starts from the considerations made in a previous thesis, in which the hybridization process of the agricultural tractor was studied, the necessary components were dimensioned and a concept for the layout of the vehicle was developed.
In particular, it is an hybrid tractor, i.e. equipped with a traditional diesel engine and two electric motors mounted on the front axle; with this configuration, the machine will have different types of operation, starting from the traction generated by the thermal engine entrusted to the rear axle, to the electric one for the front wheels only and finally the combined 4x4 one with the cooperation of both systems.
The focus of this thesis, instead, will be concentrated on the sizing of the cooling system in the face of two main interventions; the first, of course, provides for addition of a cooling pack for the electrical components, while the second is carried out on the pre-existing system for the thermal part against a reduction in power from 79kW to 55kW.
There are also two main goals to satisfy; in fact, the studies have been focused on the realization of an overall system that combines efficiency with compactness, having to be consistent with all the elements pre-positioned in the tractor itself.
In the present work it is possible to find a first part concerning the dimensional study with data and results reported in specific tables following the ε-NTU procedure, to then move on to the 3D elaboration of the systems under examination.
Finally, in support of the preliminary analytical calculations, it has been realized a CFD-1D study in which the use of the components in two different operating conditions is simulated: in particular the first in maximum torque (1500rpm) and the second in maximum power (2300rpm).
The study was carried out at HPE-COXA, a company operating in the automotive, motorsport, automation, agricultural field and defence sectors, using data and CAD models held by the company's own vehicle integration department.
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