Riassunto analitico
L’Emak S.p.a è un’azienda che sviluppa tecnologia per la cura del verde, in particolare progetta e produce applicazioni di tipo Handheld come motoseghe, decespugliatori e troncatori. A causa del particolare impiego a cui è sottoposta, una macchina di questo tipo deve risultare maneggevole, oltre che prestazionale e affidabile. Ne consegue che il contenimento del peso e delle dimensioni rappresenta un obiettivo fondamentale per il successo di un prodotto. In quest’ottica appare evidente come, dovendo pensare ad un motore a combustione interna con cui equipaggiare le macchine, la scelta ricada obbligatoriamente sul motore a due tempi: esso consente di raggiungere elevate prestazioni mediante piccole cilindrate. Nel corso degli anni, da un punto di vista motoristico, si è assistito ad una vera e propria ricerca di soluzioni tecniche innovative, al fine di incrementare la potenza e, al contempo, di ridurre i consumi e le emissioni di idrocarburi incombusti, come imposto dalle normative vigenti. Un potente strumento, in grado di aiutare un motorista nell’assolvere a questo compito, è rappresentato dalla teoria della “lunghezza di accordatura dello scarico”, secondo cui è possibile sfruttare l’onda sonora dei gas combusti per migliorare i rendimenti del motore. Infatti, attraverso le lunghezze, i diametri e le conicità delle varie sezioni, si è in grado di manipolare l’onda e controllare il suo ritorno verso la luce di scarico, in accordo con la fasatura del motore. Le variabili in gioco, sono così numerose che il solo approccio empirico al problema sarebbe insufficiente, mentre risulterebbe molto più conveniente, affiancare una fase di simulazione numerica a quella di sperimentazione. Tutto ciò porterebbe alla riduzione dei tempi e dei costi necessari alla realizzazione dei primi prototipi.
In questo contesto nasce l’idea alla base del seguente lavoro di tesi: è possibile prevedere il comportamento fluidodinamico di uno scarico al variare della sua geometria? Cosa accade alle onde di pressione che si propagano all’interno della marmitta? E soprattutto, qual è il modello più semplice e immediato che può essere realizzato mediante STAR-CCM+, per caratterizzare il campo di moto dei gas di scarico?
Per cercare di rispondere a questi quesiti, si è partiti simulando il funzionamento di uno scarico ad espansione di un motore Husqvarna dalle prestazioni a noi note. In ottica di semplificare il problema, si considera uno scarico attraversato da un flusso monodimensionale, generato da un impulso di pressione applicato all’ingresso dello stesso. Purtroppo, l’ipotesi secondo cui sarebbe potuto bastare un semplice impulso, al posto della simulazione di un vero e proprio ciclo motore, è risultata essere troppo stringente e i risultati distanti da quelli attesi. È stato necessario, pertanto, arricchire il modello con l’inserimento di alcuni elementi costitutivi del motore, riuscendo, però, a fare in modo che solo uno di essi necessiti di esser messo in moto. Lo strumento così ottenuto, è stato testato su un motore EMAK con relativo scarico, in modo tale da poter confrontare i risultati della simulazione con quelli delle prove sperimentali. Superata in modo soddisfacente tale verifica, il lavoro di tesi si è concluso con la realizzazione di un nuovo scarico caratterizzato da un peso minore e ingombri ridotti, e le cui prestazioni sembrano coerenti con gli standard attesi.
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