Prove non cavitanti sull'induttore DAPAMITOR3 5

Prove non cavitanti sull'induttore DAPAMITOR3

In questo capitolo si riportano i risultati della campagna sperimentale effettuata sull'induttore DAPAMITOR3, con lo scopo di caratterizzarne le prestazioni in regime non cavitante. Le prove sono state realizzate con due diverse velocità di rotazione, per dimostrare l'indipendenza delle prestazioni da tale parametro; scelta poi una di queste due velocità, si è confrontato i risultati ottenuti con quelli ricavati nelle prove a temperatura diversa, mettendo in evidenza le differenze.

5.1 Procedura di realizzazione delle prove

La posizione dei trasduttori differenziali ed assoluti, impiegati per conoscere il salto di pressione statica generato dall'induttore, ed ottenere quindi la curva delle prestazioni

( )φ

ψ in regime non cavitante, è identica a quella presentata in figura 2.1. La configurazione dell'impianto utilizzata per gli esperimenti è quella intermedia, cioè la stessa impiegata per le prove sulla pompa centrifuga FIP e presentata al paragrafo 1.11. Allo stesso modo, la procedura per la realizzazione degli esperimenti sull'induttore DAPAMITOR3 coincide con quella descritta nel capitolo 2.

5.2 Risultati delle prove

Le prove sono state realizzate con un condotto in Plexiglas che garantisse un gioco radiale (clearance) di 0.8 mm, essendo il suo raggio interno di 81.8 mm, mentre il raggio di estremità dell’induttore 81 mm. In figura 5.1 si può osservare l’induttore assemblato nella sua sede nella camera di prova.

Sono stati effettuati due gruppi di prove, diversi tra loro per la velocità di rotazione imposta alla pompa, per un totale di 63 misurazioni. In ciascun gruppo si è scelto una portata diversa per ogni prova, partendo dal valore più alto ottenibile con la valvola completamente aperta e la pompa ausiliaria spenta, e diminuendolo di volta in volta.

Appena è stata raggiunta una portata prossima a 0 l/s, le prove sono proseguite con l'ausilio della pompa Grundfos, che ha permesso di analizzare il comportamento dell'induttore a portate più elevate rispetto a quella con cui si è iniziato. Questo ha consentito di raggiungere prevalenze molto prossime allo zero, fornendo così una curva delle prestazioni completa.

Figura 5.1: L'induttore DAPAMITOR3 assemblato nella camera di prova

Nella seguente tabella si riportano i valori delle velocità angolari utilizzate, i corrispettivi valori massimi della portata (Qmassima) e le sue variazioni indicative (ΔQ) tra una prova e l’altra.

Ω (rpm) Qmassima (l/s) ΔQ (l/s)

2000 33.25 0.853

1500 25.12 1.047

Tabella 5.1: Valore massimo e variazione indicativa della portata da prova a prova per

ciascuna velocità angolare esaminata

Per controllare che le misurazioni effettuate con i due trasduttori differenziali con fondo-scala da 1 e 7 bar siano equivalenti, si riporta la curva delle prestazioni ottenuta con i due diversi segnali per Ω pari a 2000 rpm. Nel caso di un induttore i parametri ψ e

φ

T Q AR φ = Ω 2 2 T L T p R ψ ρ ∆ = Ω

dove R è il raggio di tip della pala.T

Figura 5.2: Confronto tra i dati ottenuti dai due trasduttori differenziali di pressione,

per Ω =2000 rpm

Il programma Matlab utilizzato per la realizzazione del grafico precedente può essere trovato in Appendice 5.

In figura 5.2 si osserva che il trasduttore con fondo-scala da 1 bar non entra mai in saturazione. Inoltre, i risultati dei due trasduttori sono leggermente discostati per coefficienti di flusso bassi, mentre si sovrappongono quasi perfettamente per valori più elevati; questo comportamento può essere attribuito alla non perfetta taratura dei due strumenti ed alla loro diversa risoluzione. In tabella 5.2 viene presentata la media percentuale degli scostamenti (indicata con la lettera d) tra i segnali provenienti dai due trasduttori, per la velocità angolare di 1500 e 2000 rpm.

Ω (rpm) d (%)

1500 -6.51

2000 -6.23

Tabella 5.2: Media percentuale degli scostamenti tra le misurazioni del trasduttore con

fondo scala da 7 bar e quello da 1 bar

Sapendo che il trasduttore con fondo-scala da 1 bar ha una precisione maggiore, si è scelto di effettuare i calcoli che seguiranno utilizzando il segnale proveniente da quest'ultimo.

Nella seguente figura si riportano le curve delle prestazioni per i due diversi valori di Ω, ottenute con il trasduttore da 1 bar.

Figura 5.4: Confronto tra le curve di prestazione ottenute per Ω diversi con il trasduttore da 1 bar. Viene inoltre evidenziato il punto operativo (φ=0.059)

Ω (rpm) Temperatura media (°C) Re Pressione in ingresso (bar) Densità media (kg/m3₎ Φ intervallo di variazione Ψ intervallo di variazione 1500 27.25 2.3309*106 _{1.1245 997.5218} 0.0022-0.0958 0.0174-0.3180 2000 27.25 3.1079*106 _{1.0064 997.5218} 0.002-0.0951 0.0224-0.3157

Dalla figura 5.4 e dalla tabella 5.3, risulta evidente che le prestazioni dell'induttore in regime non cavitante sono indipendenti dalle variazioni della velocità di rotazione, ovvero dal numero di Reynolds (Re>106_{). Una freccia rossa indica il punto operativo di} progetto previsto per il DAPAMITOR3 (φ=0.059 e ψ=0.205, quest’ultimo valore è stato ricavato mediando i dati relativi ottenuti).

Nella prossima figura si riporta l’andamento della velocità specifica dell'induttore (ΩS), per i due valori di Ω testati. Questo parametro evidenzia il tipo di comportamento del DAPAMITOR3 (formula v dell'introduzione).

Figura 5.5: Confronto tra le velocità specifiche Ω S ottenute per Ω diversi

Dal grafico si può di nuovo osservare come le prestazioni della pompa non vengano influenzate dalla velocità di rotazione.

In figura 5.6 è stata indicata la posizione occupata dall'induttore in esame per il φ di disegno; si può facilmente notare che quando l'induttore opera in tali condizioni, il suo comportamento è quello di una pompa a flusso misto. Al variare del coefficiente di flusso invece, si passa da un comportamento centrifugo per le basse portate, ad uno tipicamente assiale per i valori più alti. Questo dipende dalla geometria della pompa, che presenta un mozzo non cilindrico e costringe il fluido a subire una variazione di

posizione radiale, aumentando di conseguenza l’effetto centrifugo sul flusso.

Figura 5.6: Caratteristiche geometriche delle pompe al variare di ΩS

5.3 Effetto della temperatura sulle prestazioni in regime non cavitante

In figura 5.7 si riportano le curve di prestazione non cavitante effettuate per quattro diverse temperature alla velocità angolare Ω=1500 rpm. Dal grafico, si può notare che all’aumentare della temperatura le prestazioni non cavitanti subiscono un degrado; questo fatto può essere attribuito alla conseguente diminuzione della viscosità cinematica dell'acqua (la densità resta per lo più costante) che può comportare come effetto, un aumento virtuale del gioco radiale (clearance) [1], che produce un peggioramento delle prestazioni. Un altro aspetto interessante può essere riscontrato nel fatto che questo degrado risulta via via meno marcato, all'aumentare della temperatura. Questo probabilmente è legato all'andamento della viscosità, che tende a stabilizzarsi riducendo mano a mano il suo gradiente (figura 2.8).

Velocità specifica Ω_S

Pompe centrifughe Pompe a _flusso misto

Pompe assiali

Compressori radiali Compressori assiali

Ruota Pelton T urbine Francis T urbine

Kaplan

Figura 5.7: Confronto tra le curve delle prestazioni non cavitanti dell'induttore

DAPAMITOR3, per quattro temperature diverse Bibliografia

• [1]-G. Pace, Caratterizzazione sperimentale di induttori cavitanti e del sistema di

misura delle forze rotodinamiche, Tesi di Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Università degli Studi di Pisa, 2008-2009.