Discussione dei risultati

Dall’analisi dei risultati ottenuti per la prevalenza fornita dal ventilatore nelle varie configurazioni simulate, si osserva come numero pale ed angolo di calettamento concorrano entrambi all’incremento della prevalenza.

Variando la portata di aria elaborata dalla girante, a parità di velocità di rotazione della stessa, notiamo come l’aumento della prevalenza tenda a ridursi di entità; questo aspetto è ben visibile nelle curve potenza assorbita - portata d’aria dove si manifesta un appiattimento delle curve muovendoci verso le portate più alte.

Nella configurazione a 5 pale, si è altresì manifestato un calo della prevalenza calet- tando le pale a 15° rispetto ai 9°. Il motivo è imputabile al fenomeno dello stallo a cui vanno incontro queste pale se inclinate troppo rispetto alla direzione del flusso; la condizione di stallo effettivo si è manifestata solamente nel ventilatore con 5 pale, mentre nelle restanti è in fase iniziale non ancora completamente manifestata. In tal senso l’avere un numero maggiore di pale porta alla riduzione del carico aerodinamico complessivo gravante sulla singola pala, portando di fatto a mitigarne gli effetti. Globalmente l’aumento dell’angolo di calettamento è apparso più performante nel generare il surplus di prevalenza rispetto all’aumento del numero pale. Il perché discende dalla condizione di funzionamento della pala dritta che migliora spingendoci in su con l’angolo di calettamento, avendo comunque cura di non superare i 10° per non insorgere nello stallo. La pala a profilo costante attualmente montata con un angolo di calettamento di 1.8° presenta una condizione di funzionamento anomala caratterizzata da angoli di incidenza negativi dalla sezione a diametro minore fino a circa metà lunghezza pala; da questo punto in poi, in virtù delle maggiori velocità periferiche, la condizione operativa migliora, con l’aria che incide il profilo con angoli positivi all’ingresso.

6.3. SIMULAZIONI FLUENT 67

Figura 6.31: Andamento dei flussi sulla pala calettata a 1.8° (ventilatore a 7 pale) Quanto appena espresso è ben visibile in FIG.6.31 dove è rappresentata la pala del ventilatore configurato a N = 7 e = 1.8. Si nota come sul bordo di attacco l’aria incida con un urto nelle sezioni a raggio minore, portando a rallentamenti della corrente sul ventre e sul dorso pala, con probabili distacchi dei filetti.

A dimostrazione di quanto appena affermato, in FIG.6.32 è riportata la pala calettata a = 5.8 sempre per il ventilatore configurato a N = 7; si nota chiaramente il miglioramento della circolazione dei filetti sulla superficie della pala, con il colore che vira sul celeste.

Figura 6.32: Andamento dei flussi sulla pala calettata a 5.8° (ventilatore a 7 pale)

A prescindere dal valore dell’angolo di calettamento, un aumento del numero pale comporta un beneficio nella circolazione dell’aria nella zona della girante. Dall’analisi delle immagini inerenti il campo di moto, si nota come un aumento del numero pale generi minori ristagni di aria dal momento che nel ventilatore si assiste ad una riduzione del vano palare. Avere più pale fa si che, tra una pala e la successiva, in

68 CAPITOLO 6. IL VENTILATORE A PALE DRITTE direzione angolare ci sia meno spazio libero così che l’aria ivi circolante non perda energia cinetica, dovendo trascorrere meno tempo prima che entri in contatto con la pala successiva. Aumentare il numero di pale, quindi, implica una migliore circola- zione dell’aria riducendo le zone a forte turbolenza ma, per contro, viene sollecitato troppo il fan sia staticamente che dinamicamente. La tendenza, quindi, è quella di prediligere configurazioni con meno pale, compensando la minore prevalenza generata con l’aumento dell’angolo di calettamento.

Nella scelta della configurazione ottimale per la torre di refrigerazione della cen- trale RANCIA 2 il dato vincolante è risultato essere quello sulla potenza assorbita dalla macchina, sul cui valore andrà poi scelta la taglia del motore asincrono. Dati alla mano, l’unica configurazione capace di garantire una p idonea a vincere le resistenze interne, rispettando contemporaneamente il vincolo di potenza, è risultata essere quella con 7 pale calettate a 1.8°. La soluzione selezionata è quella effettivamente scelta dal costruttore della torre, ad indicazione del fatto che le conclusioni alle quali siamo arrivati con il modello utilizzato hanno prodotto un risultato che ha trovato riscontro pratico nella realtà.

Prima è stato posto l’accento sul fatto che la pala dritta non sia molto performante in termini aerodinamici a causa delle anomale condizioni di incidenza, in parte mitigate dall’aumento dell’angolo di calettamento contenuto entro i 10°. La configurazione scelta dal costruttore va in controcorrente rispetto alla logica ingegneristica, che spinge verso l’impiego di palettamenti calettati con angoli capaci di far lavorare meglio le pale stesse. A livello progettuale, allora, si preferisce sacrificare il rendimento di palettatura a favore del contenimento della potenza assorbita, che va ad incidere direttamente nella potenza netta generata dall’impianto geotermico.

E’ nell’ottica dell’incremento dell’efficienza della pala che si è proceduto alla realizza- zione della geometria svergolata spiegata nel dettaglio nel CAP.7 sempre con il vincolo della potenza assorbita.

Capitolo 7

Il profilo svergolato

In questo capitolo viene trattata la realizzazione del profilo alternativo con anda- mento svergolato. Lo svergolamento altro non è che un attorcigliamento della pala rispetto ad un asse longitudinale che permette di variare l’angolo di calettamento sezione per sezione lungo la coordinata longitudinale così da compensare la disunifor- mità della velocità di trascinamento u durante l’esercizio.

In presenza di una pala a profilo costante si è visto come, proprio in virtù delle differenze di modulo della velocità di trascinamento lungo l’intera pala, le condizioni di incidenza del flusso di aria non risultino essere ottimali, ma si manifestino funzio- namenti anomali nelle sezioni a minor velocità di trascinamento (quelle più vicine al piatto porta-pala), dove il flusso incide con angoli negativi portando, di fatto, ad un urto della corrente stessa sul profilo pala.

Con la svergolatura, procedendo ad una progressiva riduzione dell’angolo di calet- tamento dall’HUB fino al TIP, si vuole operare nella direzione dell’incremento di efficienza della pala così da far lavorare ogni sezione con angoli di incidenza positivi indipendentemente dal valore della velocità di trascinamento.

Sfortunatamente, non avendo in nostro possesso un modello di pala svergolata pronto per essere simulato, si è reso necessario applicare la teoria delle ali portanti sviluppata nel CAP.3 limitandoci, però, alla definizione delle due sezioni di estremità, ovvero quella a diametro minore e quella a diametro maggiore. Nel seguito le proprietà relati- ve alle due sezioni saranno contrassegnate, rispettivamente, con l’apice i e con l’apice e.

7.1 I profili NACA

La scelta della geometria base dei profili delle due sezioni di riferimento è ricaduta sui modelli NACA, da una parte in quanto standard per questo genere di applicazioni, dall’altra perché in letteratura esistono una vasta gamma di diagrammi polari per vari angoli di incidenza e geometrie base.

I profili NACA vengono definiti in termini di punti coordinati su un piano x-y; indipendentemente dalla classe dei profili, per la modellazione si sfruttano logiche che combinano una linea media con una funzione di distribuzione dello spessore così da ottenere, zona per zona, un preciso angolo di inclinazione per la generica sezione del profilo NACA.

Si definiscono, poi, un punto di imbocco ed uno di uscita che indicano, rispettivamente, i punti di inizio e fine della linea media; la corda, segmento la cui lunghezza è uno dei parametri fondamentali nel calcolo delle caratteristiche aerodinamiche di una pala,

70 CAPITOLO 7. IL PROFILO SVERGOLATO alto non è che il segmento rettilineo che unisce i due punti sopra citati.

Come detto, il singolo profilo NACA è ottenuto a partire dalla composizione delle varie sezioni che si incontrano muovendosi lungo la linea media, sezioni che presentano ciascuna una propria inclinazione rispetto alla tangente alla linea media passante per il punto di intersezione tra la sezione e la linea media stessa.

Si procede definendo un sistema di riferimento solidale alla linea media così che ogni suo punto sia definito rispettivamente da

• x ascissa coordinata valutata rispetto al riferimento X-Y centrato nel punto di imbocco (origine del segmento di corda)

• yc ordinata del punto di tangenza • tan ✓ pendenza

Il dominio di analisi per la costruzione della singola sezione viene suddiviso in due estremi

• Upper zona al di sopra della linea media • Lower zona al di sotto della linea media

Definita yt l’ordinata della distribuzione di spessore simmetrica rispetto alla linea media per un preciso valore dell’ascissa x, per le due zone si ricava

xU = x ytsin ✓ yU = yc+ ytcos ✓ xL= x + ytsin ✓ yL= yc ytcos ✓

Figura 7.1: Modello analitico per profili NACA

La coordinata yt, legata alla classe del profilo NACA scelto per la costruzione della sezione, è tabulata in funzione dell’ascissa x del sistema di riferimento centrato nel punto di origine del segmento di corda con l’asse x diretto lungo la corda.

Come anticipato prima, i profili NACA sono ormai diffusi in moltissime applicazioni che vanno oltre a quella tipica dei profili alari per l’industria aeronautica; questo ha permesso di agevolare non poco la realizzazione della pala svergolata dal momento che è stato possibile reperire in letteratura, una volta specificati classe del profilo e lunghezza della corda, le coordinate yt(x) e yc(x) ed il valore della pendenza tan ✓. Con l’aiuto di un foglio di calcolo, sono state implementate le funzioni per le zone Upper e Lower così da ottenere le coordinate dei vari punti costituenti i due profili.