Compressore centrifugo: differenze tra le versioni

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[[File:NASA CC3 impeller and wedge diffuser.jpg|thumb|upright=1.4|Un compressore centrifugo è costituito da un corpo esterno che racchiude una [[girante]] con il suo diffusore (in questo caso di tipo cuneiforme)]]

Un '''compressore centrifugo''', o anche '''compressore radiale''', è una [[turbomacchina]] [[macchina operatrice|operatrice]] nella quale una [[girante]] posta in rapida rotazione fornisce [[energia]] ad un [[fluidodinamica#Fluido comprimibile (o compressibile)|fluido]] comprimibile]] al fine di aumentarne la [[pressione]] e la velocità. nel caso solo di moviemntare il gas, senza aumento rilevante di pressione la turbomacchina si dice ventilatore.

==Storia==

[[File:Centrifugal compressor types.svg|thumb|Diverse configurazioni di un compressore centrifugo]]

Le prime applicazioni che prevedevanocon l'impiego di ventilatori[[ventilatore]] centrifughicentrifuo si ebbero nel campo dell'industria mineraria estrattiva per la ventilazione forzata delle miniere a partire dal [[XVI secolo|sedicesimo secolo]]. A tutt'oggi rimane però incerta la paternità delll'invenzione della girante, che è antecedente.

Alcuni pensano che sia stato [[Leonardo da Vinci]] a suggerire per primo l'uso della forza centrifuga per sollevare liquidi<ref name=hist1>{{Cita web|url=http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/february99/features/crystal/crystal.html|titolo=From the Crystal Palace to the pump room|autore=Abraham Engeda|lingua=en|accesso=16 dicembre 2011|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20090115221252/http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/february99/features/crystal/crystal.html|dataarchivio=15 gennaio 2009}}</ref>, altre fonti riportano che fu Johann Jordan, nel 1680, a costruire una primitiva pompa centrifuga, seguito nel 1703 da [[Denis Papin]] che la utilizzò per chiarire la formazione di un vortice forzato in un contenitore circolare o spirale mediante l'uso di palette.<ref name=hist1/><ref name = brix>{{Cita libro|autore=F. A. Brix|titolo=Centrifugal Pumps|anno=1915|editore=McGraw-Hill Book Company, Inc|lingua=inglese}}</ref><ref name = gracey>{{Cita libro|autore=Michael T. Gracey|titolo=High-Pressure Pumps|anno=2006|editore=Elsevier Inc|lingua=inglese|isbn=0-7506-7900-X}}</ref> In seguito altri scienziati come Kernelien Le Demour, nel 1732, e [[Daniel Gabriel Fahrenheit]] descriveranno giranti centrifughe, ma non risultano applicazioni pratiche dei loro studi.<ref name=hist1/>

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Tra il 1752 ed il 1754, [[Eulero]] discusse nell'ambito delle sue ricerche nel campo dell'idrodinamica, la sua teoria sui vortici. Solo nel 1818, però, viene costruita da un anonimo la prima pompa centrifuga moderna, nota come la ''Pompa di Boston'' (o del Massachusetts), suo luogo di origine.<ref name=brix/>

Il primo brevetto per una [[Turbina a gas (turbomacchina)|turbina a gas]] fu rilasciato nel 1791 all'inglese [[John Barber (ingegnere)|John Barber]], ma la tecnologia dell'epoca non era ancora pronta. La scarsa efficienza dei compressori, unita a materiali che non erano in grado di resistere alle alte temperature necessarie impedirono, fino ai primi anni del [[XX secolo|Novecento]], di costruire delle turbine in grado di muovere il compressore e fornire allo stesso tempo lavoro utile. I primi a riuscire nell'impresa furono i fratelli Armengaud in Francia, che sulla base di un brevetto di Charles Lemale costruirono una turbina tra il 1905 ed il 1906. Questa turbina di tipo misto vapore-aria era dotata di un compressore centrifugo multistadio che forniva un rapporto di compressione totale di 3:1 e benché funzionasse aveva un rendimento di solo il 3%.<ref>{{Cita web|url=http://www.turbomachine.com/history/|titolo=Gas Turbine History|accesso=16 dicembre 2011|lingua=en}}</ref>

In campo aeronautico bisognerà attendere gli [[anni 1930|anni trenta]] perché la tecnologia permettesse l'uso della turbina a gas per la propulsione aerea con i primi modelli di turbogetto con compressore centrifugo studiati da [[Frank Whittle]] in [[Regno Unito|Gran Bretagna]] e [[Hans von Ohain]] in [[Germania]].

==Descrizione del funzionamento==

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Il compressore centrifugo è costituito da un disco palettato (girante o ''impeller'') messo in rotazione ad alta velocità. A causa della forza centrifuga impressa dal disco palettato, l'aria viene aspirata dal centro della girante ed accelerata radialmente con un certo incremento di pressione statica. L'aria, una volta lasciata la girante, viene convogliata in un diffusore costituito da canali divergenti (parte statorica della turbomacchina) che converte l'energia cinetica in energia di pressione.<ref name = Giacosa749-750>{{Cita|Giacosa|pp. 749-750}}.</ref>

Generalmente i compressori centrifughi sono progettati in modo tale che l'aumento di pressione avvenga per metà nella girante e per metà nel diffusore, cioè con un [[Turbomacchina#Grado di reazione|grado di reazione]] pari ad 1/2. Maggiore è la velocità di rotazione della girante e maggiore sarà la portata e l'aumento di pressione. Il limite superiore alla velocità di rotazione è però dettato da considerazioni costruttive legate agli sforzi meccanici che agiscono sul disco e alla velocità dell'aria in uscita dalla girante che deve essere minore di [[Numero di Mach|Mach]] 1 per evitare gli effetti di compressibilità per il [[Muro del suono|effetti di compressibilità]] e di [[limite di pompaggio|pompaggio]] che porterebbero ad un crollo dell'efficienza del compressore.<ref name=Giacosa749-750/><ref name = Gamma1>{{Cita web|url=http://dma.ing.uniroma1.it/users/lsa_ma/MATERIALE/CAP5-Il%20Compressore%20Centrifugo.pdf|titolo=Motori per Aeromobili - Il compressore centrifugo|autore=Fausto Gamma|sito=Corso di Motori per Aeromobili - La Sapienza Università degli Studi di Roma}}</ref><ref name = RR19-21>{{Cita|Rolls-Royce|pp. 19-21}}.</ref>

==Componenti principali==

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==Effetti di comprimibilità==

Quando la velocità relativa tra un fluido comprimibile ed un corpo solido raggiunge velocità prossime a quella del suono ([[numero di Mach|Mach]]=1), si innescano fenomeni di distacco di vena con formazione di vortici e onde d'urto che dissipano energia comportando notevoli perdite di pressione totale. Dal momento che il processo di diffusione è già critico a bassa velocità, appare chiaro che raggiungere velocità soniche in ingresso ad un diffusore può dar luogo a grosse perdite. Nei compressori di tipo aeronautico, per questioni di ingombro e peso si cerca di ottenere le massime portate con giranti di piccole dimensioni, raggiungendo velocità di rotazione assai elevate, ma generalmente dimensionate in modo da non superare Mach 0,8.

In un compressore di tipo aeronautico, poi, non è trascurabile la velocità di ingresso nella girante dal momento che la velocità relativa in ingresso alle estremità delle palette può anche raggiungere Mach 1. Questo può essere in parte attenuato installando nella [[presa d'aria]] delle palettature fisse che inducono una rotazione del flusso in ingresso alla girante riducendo la velocità relativa sulle palette della girante. D'altra parte questa soluzione riduce lo scambio energetico teorico del compressore di una quantità pari al prodotto tra la componente assiale (<math>V_i</math>) e la componente tangenziale (<math>V_{t_i}</math>) della velocità in ingresso

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#Compressore per il condizionamento dell'aria in [[abitacolo (aeronautica)|cabina]]

#Compressore per il sistema pneumatico (carrelli ed organi ausiliari)

#[[Presa d'aria|Prese d'aria]] (fornita dalle prese d'aria alla radice alare)

#Aggancio del motorino d'avviamento (non montato)

#Tubicini di alimentazione degli iniettori all'interno della camera di combustione

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==Voci correlate==

*[[Turbogetto]]

*[[Sovralimentazioneturbina a gas]]

*[[Turboelica]]

*[[Impianto d'alimentazione]]

*[[Turbocompressore]]

*[[Turbomacchina]]

*[[ventilatore]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

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{{Motori aeronautici}}

{{Portale|Aviazionemeccanica|Ingegneriaenergia}}

[[Categoria:Compressori]]