Risultati delle simulazioni

La presentazione dei risultati delle simulazioni condotte sul profilo svergolato appena generato seguirà la medesima impostazione tenuta nel CAP.6; accanto ai valori della pressione statica generata sotto varie portate di aria e per diverse velocità di rotazione della girante, troviamo i valori della potenza assorbita dalla macchina in ciascuna condizione operativa considerata.

Come accennato in precedenza, per avere un quadro di analisi più ampio, sono state effettuate quattro simulazioni aggiuntive per saggiare la sensibilità del profilo svergo- lato al variare dell’angolo di calettamento all’HUB, mantenendo costante la velocità

76 CAPITOLO 7. IL PROFILO SVERGOLATO di rotazione a 130.6 rpm. Con il grassetto sono evidenziati i risultati ottenuti alle condizioni operative della centrale RANCIA 2.

A completamento dell’analisi sono presentate le immagini relative al campo di moto nella zona del ventilatore.

Variazione del numero di giri

Pressione Statica [Pa] Portata [m3 s ] 80[rpm] 100[rpm] 130.6[rpm] 150[rpm] 122.9 79.4 130.7 227.6 339.0 186.4 67.6 110.7 203.8 309.6 296.6 49.1 76.2 165.4 251.2 379.1 23.7 43.2 110 208.4 474.6 7.5 15.7 67.7 145.1

Figura 7.5: Andamento della prevalenza al variare del numero di giri

Potenza assorbita [kW] Portata [m3 s ] 80[rpm] 100[rpm] 130.6[rpm] 150[rpm] 122.9 10 17 28 42 186.4 13 22 40 59 296.6 20 29 53 80 379.1 21 30 54 91 474.6 28 32 56 93

7.4. SIMULAZIONI FLUENT 77

Figura 7.6: Potenza assorbita al variare del numero di giri

Variazione dell’angolo di calettamento

Pressione Statica [Pa] Portata m3 s 15° 20° 379.1 47.4 83.3 474.6 12.8 28.8 Potenza Assorbita [kW] Portata m3 s 15° 20° 379.1 30 44 474.6 31 38

78 CAPITOLO 7. IL PROFILO SVERGOLATO Campo di moto attorno al ventilatore a 130.6 [rpm]

Figura 7.7: Ventilatore configurato a 7 pale svergolate

7.4. SIMULAZIONI FLUENT 79

Figura 7.9: Ventilatore configurato a 7 pale svergolate calettate a 20°

7.4.2 Discussione dei risultati

Dall’analisi dei risultati ottenuti per il profilo svergolato, si osserva come la va- riazione del numero di giri influisca non poco sul valore della prevalenza fornita dalla girante mostrando, però, un comportamento differente a seconda del range di variazione dei giri.

Infatti, tra 80 e 100 [rpm] assistiamo ad un incremento della pressione statica co- munque contenuto; passando all’intervallo 100 - 130 [rpm] la situazione cambia radicalmente. L’analisi delle curve pressione statica - portata mostra chiaramente il salto significativo sulla prevalenza, portato all’estremo nel successivo range 130 - 150[rpm].

Per quanto riguarda la potenza assorbita, al pari del profilo dritto, essa manifesta sempre un incremento al variare della portata di aria secca elaborata, con le curve che tendono ad appiattirsi in corrispondenza dei valori più alti della portata. Tra pala dritta e svergolata quest’ultima ha portato a valori globalmente più bassi nella potenza assorbita.

Analizzando il campo di moto attorno al ventilatore visibile in FIG.7.7 osserviamo come si abbia una circolazione più uniforme per l’aria intorno al profilo della pala con ridotte zone a bassa energia cinetica, segno di minori ristagni di aria nella zona della girante. Il confronto con la pala dritta configurata su 7 pale calettate a 1.8° FIG.6.8 mostra chiaramente il miglior comportamento aerodinamico della pala svergolata. E’ altresì ben evidente l’ottimizzazione nella circolazione dei flussi sulle pale stesse; il problema dell’incidenza del flusso con angolo negativo nelle sezioni a raggio minore che era stato riscontrato nel CAP.6, è stato risolto potendo così concludere positivamente circa la bontà del profilo generato.

80 CAPITOLO 7. IL PROFILO SVERGOLATO

Figura 7.10: Andamento dei flussi sulla pala svergolata

Figura 7.11: Andamento dei flussi sulla pala dritta

Le FIG.7.10 e FIG.7.11 non fanno che confermare l’ottimizzazione della condizione di funzionamento; messe a confronto le configurazioni pala dritta e pala svergolata, appare subito evidente il migliore comportamento della seconda, rappresentato da una colorazione più uniforme sull’intera superficie alare.

7.4. SIMULAZIONI FLUENT 81 Per quanto riguarda le prove condotte sull’angolo di calettamento, si deduce come ampie variazioni comportino drastici cali nella prevalenza ma, soprattutto, portino ad un peggioramento nelle condizioni di circolazione dei flussi attorno alle pale stesse. Dalle FIG.7.8 e FIG.7.9 osserviamo chiaramente questo aspetto, con zone a forte degrado di energia cinetica posteriormente alle pale. La configurazione calettata a 15° manifesta, in aggiunta, una condizione di incidenza anomala nelle sezioni a raggio maggiore, probabilmente per la comparsa di urti sui bordi di attacco.

Figura 7.12: Pala svergolata calettata a 15°

82 CAPITOLO 7. IL PROFILO SVERGOLATO

Le FIG.7.12 e FIG.7.13 sono esemplificatrici in tal senso, facendoci concludere che la pala svergolata appare più sensibile di quella dritta alle variazioni dell’angolo di calettamento richiedendo esclusivamente piccoli cambiamenti sul valore di tale angolo, rimanendo sempre nell’intorno del calettamento originario (27.7°).

Rispetto alla pala dritta analizzata nel CAP.6, quindi, la svergolata qui proposta è apparsa decisamente più performante dal punto di vista della potenza assorbita e della condizione di funzionamento (campo di moto); nel CAP.8 saranno tirate le somme sull’intero lavoro condotto, andando a testare la configurazione finale scelta per RANCIA 2 (che anticipiamo essere quella a 7 pale a profilo svergolato) su altre torri refrigeranti geotermiche, nella speranza di raggiungere l’unificazione desiderata.

Capitolo 8

Progetto di unificazione

In questa sezione è presentato il progetto di unificazione a conclusione dell’intero lavoro svolto. Per giungere ad una standardizzazione del profilo delle pale da impiegarsi nelle torri di refrigerazione delle altre centrali geotermiche ENEL GreenPower, si è dovuti passare attraverso una serie di prove fluidodinamiche così da ottenere una quantità di dati sufficienti per portare avanti l’obiettivo prefissatoci.

E’ utile, in questa sede, fare una breve sintesi dei risultati ottenuti nei precedenti capitoli, così da evidenziare le tappe che hanno portato alla conclusione del lavoro. Il punto di partenza è stato la definizione di un modello fluent per la torre di refrigerazione della centrale RANCIA 2, modello che ci ha permesso di ricavare la curva di carico della torre al variare della portata di aria circolante. Il perché si sia lavorato su questa centrale si deve al fatto che l’azienda possedeva un gran numero di informazioni sia tecniche (portata d’aria, prevalenza richiesta, prestazioni del riempimento e del drift eliminator) sia geometriche (quote di ingombro, posizione dei principali componenti all’interno della torre) che ha agevolato non poco la costruzione del modello 3D.

Successivamente sono state condotte una serie di prove fluidodinamiche su un profilo di pala noto installato su RANCIA 2 ed altre torri di refrigerazione, per il quale eravamo in possesso dei disegni tecnici, e su un profilo nuovo di tipo svergolato costruito a partire dalla teoria delle ali portanti. Le prove svolte hanno avuto come obiettivo principale la valutazione del comportamento delle due pale al variare di

• Numero pale (5 - 7 - 9 - 12)

• Angolo di calettamento (1.8° - 3.8° - 5.8° - 9° - 15° - 20°)

• Velocità di rotazione della girante (80 - 100 - 130.6 - 150) [rpm]

Secondariamente, tutte le simulazioni condotte sulle varie configurazioni di ventilatori studiate, hanno permesso di raccogliere molte informazioni circa la sensibilità della macchina alle variazioni dei tre gradi di libertà sopracitati, riuscendo così ad avere un quadro più ampio per la scelta della configurazione ottimale per la centrale RANCIA 2, nonché per il processo di unificazione stesso.

La scelta degli intervalli di variazione per numero di giri, angolo di calettamento e velocità di rotazione, non è stata casuale, ma frutto di un’analisi sui rispettivi valori effettivamente presenti nelle centrali del parco geotermico ENEL GreenPower, riportati nella seguente tabella.

84 CAPITOLO 8. PROGETTO DI UNIFICAZIONE

Report palettamenti ventilatori torri di refrigerazione Centrali e_{[mm] Q}kg

s n [rpm] ps t a t ica[P a] N [deg] Taglia M.E. [kW]

Cornia, Piancastagnaio5, Travale3 8534 500 83 127.1 12 19 136 San Martino 8534 555.6 97.7 133.8 7 14.9 145 Lagoni Rossi 8540 408.4 119 116.5 8 3.8 75 Rancia2 8540 447.3 130.6 109.3 7 1.8 75

Pianacce 9145 500 119 90.1 6 11 160

Farinello, Valle Secolo 9145 625 119 113.3 6 11 160 Nuova Molinetto 9144 555.6 83.1 133.8 8 14.1 120

Le Prata 7925 411.8 130.5 99.4 5 9 75

Radicondoli2, Chiusdino1 7925 375.1 130.5 99 5 8.9 75 Nuova Lago 9750 605.6 84 125 6 15.8 132 Travale4 10363 861.1 83.1 192.3 9 18.1 250 Nuova San Martino (torre in cemento) 7315 375 105.7 92.1 7 14.7 65 Nuova Lagoni Rossi (torre in cemento) 7315 366.7 148.5 116 6 5.8 75

8.0.1 Configurazione ottimale per la centrale RANCIA 2

Nel CAP.6 si è visto come la configurazione a 7 pale calettate a 1.8° sia la soluzione che garantisce, con pale a profilo dritto, la potenza assorbita minore. Nel CAP.7 si è osservato come la geometria svergolata, a parità di configurazione in termini di numero pale e velocità di rotazione, sia la migliore per quel che riguarda la potenza assorbita nonché per l’efficienza aerodinamica legata allo sfruttamento uniforme del profilo.

Le seguenti tabelle riassumono le due configurazioni, quella attuale a geometria dritta, e quella ottimizzata a geometria svergolata. Per chiarezza di presentazione sono stati separati i risultati relativi alla prevalenza ed alla potenza assorbita.

Pressione Statica Portata kg s n[rpm] p(attuale)[P a] p(ottimizzata)[P a] 447.3 130.6 109.3 110 Potenza Assorbita Portata kg

s n[rpm] Pass(attuale)[kW ] Pass(ottimizzata)[kW ]

447.3 130.6 63 54

E’ ben evidente il miglioramento delle performance dove, a fronte di una prevalenza generata pressoché identica, si assorbe meno potenza, con una riduzione del 14%. Tale valore potrà non sembrare elevato, ma se valutato sull’intero gruppo di refrigerazione (3 torri) nell’arco di un anno solare, porta indubbiamente ad un risparmio in termini

di energia spesa per l’azionamento dei ventilatori.

E’ doverosa una precisazione. Nella definizione della pala svergolata un limite al suo dimensionamento è stato imposto dalla solidità ; le lunghezze della pala e della corda delle sezioni all’HUB e al TIP risentono, oltre che delle prestazioni richieste dalla torre, anche del vincolo sulla particolarmente stringente nelle sezioni a raggio minore. La pala svergolata risulta essere più piccola di 300mm rispetto a quella dritta,

85 ma nonostante questo riesce a soddisfare la richiesta di prevalenza della torre. Una pala più piccola risulta essere più leggera, contribuendo così alla riduzione dei carichi statici e dinamici.

Per quanto riguarda la configurazione adottata fin da subito nelle simulazioni della girante svergolata, l’idea di fondo è stata quella di uniformare l’analisi così da avere un confronto più oggettivo tra la nuova soluzione a quella attualmente impiegata. L’osservazione sui risultati della geometria dritta del CAP.6 ha fatto poi escludere altre configurazioni provando a variare il numero delle pale; 9 o 12 pale incrementano eccessivamente i carichi sulla girante, mentre la configurazione con 5 pale richiederebbe un aumento nei valori della corda per le due sezioni di estreme della pala al fine di garantire quel preciso valore di prevalenza.