Le condizioni standard alle quali vengono riferite le prestazioni delle turbine a gas sono le condizioni ISO: Temperatura ambiente: 15 °C Pressione ambiente: Pa Umidità relativa: 60% Perdite di carico all’aspirazione ed allo scarico assenti Combustibile di composizione nota (gas naturale) Macchina nuova e pulita. Al variare delle condizioni suddette rispetto ai valori ISO varieranno le prestazioni della macchina

il punto di partenza dell’analisi delle prestazioni di un impianto di TG al variare delle condizioni ambientali, è costituito dalle equazioni: Dove G C e G T sono le portate massiche rispettivamente del compressore e della turbina

Le prestazioni degli impianti di turbina a gas sono pesantemente influenzate dalla temperatura ambiente. Partendo dall’equazione della costanza della portata volumetrica di aria aspirata dal compressore, all’aumentare della temperatura ambiente, dovendo rimanere per definizione la pressione ambientale costante, la portata massica di aria aspirata necessariamente dovrà diminuire proporzionalmente -> diminuzione di portata di gas di scarico dalla camera di combustione le variazioni di portata massica possono direttamente collegarsi a quelle di densità

Tenendo conto dell’espressione sviluppata per la portata massica dei gas caldi in ingresso alla turbina, si osserverà come anche da questa si ottiene una diminuzione della pressione in ingresso alla turbina, qualora la regolazione intervenga per mantenere la TIT costante (termoregolazione) ->>> diminuzione del rapporto di compressione diminuzione di lavoro utile e di rendimento aumento della temperatura di scarico.

MOTORI AERONAUTICI Una variazione della pressione ambiente può riscontrarsi fondamentalmente in seguito alle variazioni di altitudine rispetto al livello del mare

Variazioni delle condizioni di funzionamento condizioni di usura e sporcamenti delle parti dell’impianto Filtri all’aspirazione del compressore con il compito di trattenere le particelle solide SONO NECESSARI ANCHE: raddrizzatori che obblighino l’aria nella giusta direzione all’ingresso in macchina silenziatori che proteggano dall’inquinamento acustico derivante dal funzionamento del compressore

Tutti questi elementi in serie determinano una effettiva perdita di carico per cui la pressione in aspirazione al compressore non è mai uguale a quella atmosferica ma inferiore Con il diminuire della pressione in aspirazione, a parità di portata volumetrica di aria aspirata dal compressore si ha una diminuzione di portata massica conseguente diminuzione di pressione in ingresso all’espansore diminuzione di lavoro prodotto e quindi di lavoro utile

Il compressore si sporca modalità di lavaggio on-line (turbina a gas in servizio) ed una off-line. La prima permette il lavaggio a velocità costante esclusivamente mediante l’utilizzo di acqua demineralizzata La seconda utilizza detergenti appositamente studiati e lavora seguendo un ciclo di velocità apposito E’ fondamentale che la macchina sia in rotazione per assicurare la completa distribuzione della soluzione detergente e dell’acqua di risciacquo sulle pale del compressore

Metodi di PowerAugmentation per turbine a gas industriali Le metodologie di aumento della potenza erogata dalle turbine a gas industriali non introducono modifiche al ciclo termodinamico, ma sono in grado di migliorare le prestazioni della macchina che vi faccia riferimento quando le condizioni operative possano influire sulle performance Vediamo quelle per impianti di turbina a gas costruiti senza prevederle in fase di progetto: Metodi di power augmentation con il raffreddamento dell’aria aspirata dal compressore; Metodi di power augmentation con iniezione di vapore, aria compressa o acqua in turbina (cicli misti).

Metodi di power augmentation utilizzanti il raffreddamento dell’aria aspirata dal compressore Per raffreddare l’aria aspirata dal compressore è possibile utilizzare un circuito in cui circoli un fluido refrigerante che raffreddi in maniera continuativa l’aria in aspirazione durante l’esercizio. 1. compressione meccanica (convenzionale, utilizzante un ciclo a compressione di vapore) 2. tecnologia a raffreddamento ad assorbimento 3. raffreddamento con acqua atomizzata da iniettare nel condotto di aspirazione in maniera che questa assorba calore dall’aria circostante (Inlet Water Fogging)

Inlet fogging poco invasiva per l’impianto costi molto bassi elevato raffreddamento

Il raffreddamento dell’aria aspirata dal compressore può avvenire anche durante il processo di compressione stesso, risultando in quella che viene detta wet compression l’acqua viene iniettata negli stadi intermedi del compressore per raffreddare l’aria (compressione quasi isoterma) Se il sistema fogging inietta più acqua di quella che potrebbe evaporare nel condotto di aspirazione del compressore si parla di tecnica di overspray

Metodi di power augmentation utilizzanti iniezione di vapore, aria compressa o acqua a valle del compressore (CICLI MISTI) per utilizzare aria compressa da iniettare allo scarico del compressore è necessario un compressore separato dall’impianto che provveda a fornire la giusta portata di aria alla pressione adatta. L’aria viene poi riscaldata ed umidificata fino al 60% di umidità relativa mediante l’uso di una parte dell’energia termica dei fumi

Sistemi di Inlet Fogging

skid di pompaggio costituito da un gruppo di pompe necessarie ad elevare la pressione di una determinata portata di acqua demineralizzata affinché la stessa possa essere nebulizzata nel condotto di aspirazione drenaggi all’interno del condotto di aspirazione

il processo di nebulizzazione non deve essere confuso con quello di umidificazione, che, al contrario del primo implica un passaggio di fase allo stato gassoso. il liquido viene frammentato in gocce ma rimane in parte in fase liquida e perciò si può affermare che le gocce abbiano dimensioni “macroscopiche” Importanza dello studio dell’atomizzazione del getto (diametri medi)

abbassamento di temperatura implica un aumento della portata massica in ingresso al compressore (sia per l'aggiunta della massa di acqua sia l'aumentata densità dell'aria) e perciò più potenza per l’intero impianto di turbina a gas. Il lavoro del compressione per unità di massa diminuisce

Fog from an impaction pin-fogging nozzle operating at 138 bar