Migliori progettazioni del motore a turbina a gas incrementano l’efficienza e riducono il rumore
I motori a turbina a gas, usati per la produzione di elettricità e nelle caldaie domestiche per riscaldare gli edifici, sono diventati più ecologici nel corso degli ultimi anni. Questo è stato reso possibile dalla miscelazione del combustibile con un eccesso d’aria prima della combustione, portando a temperature inferiori della fiamma e ridotte emissioni di inquinanti. Tuttavia, questa tecnologia che riduce l’inquinamento è soggetta a “instabilità della combustione” che possono portare a elevati livelli di rumore e a volte a danni al motore. Gli scienziati che lavorano nell’ambito del progetto TANGO (Thermoacoustic and Aeroacoustic Nonlinearities in Green combustors with Orifice structures), finanziato dall’UE, hanno esaminato dei modi per superare queste instabilità. “All’interno della ricerca di TANGO noi volevamo comprendere le interazioni termoacustiche e aeroacustiche nei sistemi di combustione come i motori a turbina a gas e le caldaie domestiche che giocano un ruolo chiave nelle instabilità della combustione,” dice Maria Heckl, coordinatrice del progetto TANGO. Le instabilità della combustione possono innescare delle intense vibrazioni dovute alla pressione nel motore. Queste possono poi causare delle eccessive vibrazioni strutturali, sollecitazioni di alcuni componenti del motore e persino danni catastrofici al combustore. “Vi è una necessità urgente di comprendere i processi fisici che sono responsabili, in modo da poter sviluppare dei metodi per prevedere e prevenire queste instabilità,” dice Heckl. In un tentativo di fare dei progressi in questo campo, il progetto ha sviluppato un sistema di preallarme capace di rilevare le oscillazioni associate alle instabilità di combustione ben prima che queste raggiungano dei livelli pericolosamente alti. Il sistema di preallarme è stato adesso brevettato ed è commercializzato da IfTA, partner di TANGO, con il nome “IfTA PreCursor”. In una seconda linea di ricerca, il progetto mirava a evitare queste instabilità in modo specifico nelle caldaie domestiche, che solitamente hanno uno scambiatore di calore nella camera di combustione. I ricercatori hanno sviluppato dei modelli teorici, che non solo dimostrano come uno scambiatore di calore con proprietà scelte con cura sia in grado di bloccare l’instabilità, ma che servono anche quale strumento per prevedere le impostazioni ottimali per quello specifico scambiatore di calore. Heckl adesso si aspetta che Bekaert, uno dei partner del progetto TANGO, utilizzi questi modelli per creare una nuova generazione di caldaie domestiche a prova di instabilità e silenziose. Il progetto ha anche fatto progredire le conoscenze scientifiche riguardanti altri aspetti, ad esempio esaminando come interagiscono dei piatti micro perforati con le onde sonore, e se essi possono essere usati per ridurre i livelli di rumore durante un’instabilità della combustione. Inoltre, il progetto si è anche concentrato sulla parità tra uomini e donne nella scienza. Quattro dei 15 ricercatori erano donne e tutti i ricercatori hanno ricevuto una formazione riguardante la consapevolezza delle questioni di genere. TANGO ha pubblicato i suoi risultati in molti articoli in riviste scientifiche e in conferenze internazionali. Il progetto si aspetta che i suoi risultati vengano accolti dagli scienziati che affrontano specifici quesiti di ricerca. Anche se il progetto si è ora concluso, Heckl mira a portare avanti la ricerca. “TANGO ha avuto molto successo ed è stato per me un piacere coordinarlo. Io adesso spero di creare un progetto simile per approfondire la nostra comprensione dell’aeroacustica e per contribuire al lavoro per ridurre il rumore ambientale. Io proseguirò inoltre con i miei sforzi per attirare più donne verso l’ingegneria,” ha concluso.
Parole chiave
TANGO, instabilità della combustione, turbine a gas, motori, caldaie, efficienza energetica, rumore, generatori di elettricità
