Integrazione di cicli Rankine organici per il recupero del calore di scarto nei motori turbofan ad alto Bypass

Ad oggi nell'attuale panorama aeronautico, il consumo di carburante rappresenta il costo operativo principale per le compagnie aeree. La ricerca scientifica ha portato negli ultimi anni a migliorare nettamente materiali ed efficienza dei motori Turbo Fan attraverso l'utilizzo di materiali compositi e rapporti di Bypass sempre più elevati, ma ancora un elevata parte dell'energia chimica del combustibile è persa nei gas di scarico. A causa del continuo aumento del costo del carburante e dato dalla decarbonizzazione del settore, sempre più studi si stanno focalizzando su tecnologie in grado di massimizzare l'efficienza termica complessiva. Tra le soluzioni più discusse sono i sistemi di recupero del calore di scarto (Waste Heat Recovery - WHR) basati su cicli Rankine a fluido organico (ORC). Tuttavia, l'integrazione di questi sistemi su un velivolo presentano diverse problematiche come la complessità dell'impianto e la sensibilità al peso aggiunto, queste possono facilmente ridurne i guadagni termodinamici al punto di rendere il sistema completamente inutile. Data la limitata disponibilità di dati sperimentali e da una letteratura scientifica poco consolidata sul tema, il presente lavoro si propone di definire una metodologia per una prima validazione della fattibilità di tali sistemi. A tal fine, è stato sviluppato un modello numerico in ambiente Python capace di simulare consumi, temperature e pressioni legato ad una condizione di volo di progetto. Il modello è stato sviluppato con l'idea di essere versatile ed essere applicabile a diverse configurazioni di velivoli, validato attraverso dati sperimentali e applicato al caso specifico del motore CFM56-5B4 equipaggiato sull'Airbus A320-214. Lo studio analizza nel dettaglio la selezione del fluido operativo e l'integrazione del ciclo secondario, fornendo uno strumento di calcolo utile per una valutazione potenziale dei sistemi WHR anche in architetture future.