Analisi preliminare dell’implementazione di propulsioni innovative in una locomotiva da manovra

L’obiettivo dell’elaborato, svolto in collaborazione con le aziende IPE locomotori e BSIM, è stato quello di analizzare delle soluzioni alternative alle locomotive diesel con trasmissione idraulica, in tratte non elettrificate o parzialmente elettrificate. Inizialmente sono stati esaminati i principali layout proposti in letteratura come alternativi a quello classico diesel-idraulico o diesel-elettrico, come pure-battery, ibrido serie motore a combustione interna (alimentato a idrogeno) con pacco batterie e infine ibrido serie fuel cell con pacco batterie. In particolare, dopo aver valutato i vantaggi e svantaggi di ogni soluzione, l’attenzione è stata posta sull’idrogeno e le tecnologie ad esso associato, affrontando in dettaglio: le caratteristiche proprie dell’idrogeno rispetto ad altri combustibili; le problematiche legate alla produzione e allo stoccaggio; la distinzione tra le varie fuel cell, descrivendo la composizione dello stack; il modello delle fuel cell e il sistema associato, ovvero il balance of plant. Per poter definire le caratteristiche generali del powertrain, si è analizzato la potenza massima e l’energia complessivamente richiesta al sistema di stoccaggio sulla base di dati coerenti all’impiego reale. Si è proceduto a modellare le resistenze al moto, per differenti profili di missione: locomotiva da manovra, locomotiva di linea per il trasporto di merci pesanti, locomotiva di linea per il trasporto di merci leggere. Per ogni caso è stato calcolato il consumo di combustibile (diesel o idrogeno) e in particolare il numero di bombole necessarie e il peso aggiuntivo, considerando il profilo di missione ripetuto nell’intera giornata lavorativa. Lo studio è stato condotto sia per una locomotiva a tre che per una a quattro assi, nelle quali si è scelto di sostituire il sistema di trazione diesel idraulico con un sistema composto da fuel cell e pacco batteria. La maggiore attenzione è stata dedicata alla macchina più piccola, a tre assi, di particolare interesse per l’azienda, della quale, dopo aver valutato il carico richiesto, è stato effettuato un primo dimensionamento di tutti i componenti della trazione, valutandone anche l’ingombro. Infine, dopo aver creato il modello su Amesim, software di Simcenter, sono state effettuate le simulazioni, che hanno permesso di studiare le prestazioni in condizioni di differente massa rimorchiata e pendenza. In particolare, il confronto è stato fatto tra due casi aventi una diversa locomotiva di testa, ovvero una locomotiva da 60 ton e una da 67.5 ton. Lo studio è stato completato con una prima analisi economica