Compressore: differenze tra le versioni

Versione delle 10:24, 24 ott 2005

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Nel seguito viene citato il ''rapporto di compressione''. Questo è definito come rapporto tra la pressione assoluta di mandata e la pressione assoluta di ingresso, in unità coerenti. ed è quindi un numero puro, usualmente espresso in forma frazionaria (ad es. con 2 : 1 si intende un rapporto di compressione pari a 2).

==Tipi di compressore==

Attualmente sono in uso diversi tipi di compressore, che si possono dividere in due grandi famiglie :

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:* Assiali

=== Compressori volumetrici ===

Hanno in genere la caratteristica (che può essere un vantaggio o uno svantaggio) di avere portata direttamente proporzionale alla velocità di rotazione e rapporto di compressione indipendente da questo

==== Compressore alternativo ====

Sono certamente i più comuni, sia per uso civile che industriale. Anche nelle applicazioni di processo : in fondo, il motore a scoppio è un compressore alternativo dell'aria (o della miscela aria-benzina).

Di uso quasi universale nella compressione dell'aria (salvo che per altissime portate, dove si tende ad usare i compressori centrifughi multistadio) consentono dei rapporti di compressione di 7 : 1 - 9 : 1 per stadio; si possono quindi raggiungere pressioni di mandata particolarmente alte, come nella ricarica degli [[autorespiratore|autorespiratori]], in cui con 3 o 4 stadi si raggiungono pressioni di 250 bar e oltre. Non sono in genere adatti alla compressione di aria pulita, quale quella per uso medico o strumentale, a causa delle tracce di olio e metalli dovute rispettivamente alla lubrificazione dei cilindri ed allo sfregamento pistone-cilindro. Esistono tuttavia modelli detti ''a secco'' che non usano olio (ma hanno forti limitazioni sui rapporti di compressione e delicata manutenzione).

==== Compressori a palette e ad anello liquido ====

[[Image:Liquid_ring.png|thumb|left|Fig. 3 : Compressore ad anello liquido]][[Image:Rotary_vane.png|thumb|right|Fig. 4 : Compressore a palette]]

Pur di forma molto diversa, sfruttano lo stesso principio costruttivo (si vedano le figure 3 e 4). Un rotore di forma (generalmente) circolare ruota all'interno di una cavità, anch'essa a sezione circolare, avente asse parallelo a quello del rotore ma disassato. Si creano così camere a volume variabile, massimo lato aspirazione e minimo lato mandata, ottenendo così la compressione del gas. Il rapporto di compressione teorico è ovviamente V_a/V<sum>m</sub>, dove V_a e V<sum>m</sub> sono rispettivamente i volumi della camera lato aspirazione e lato mandata.

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Questi compressori hanno ampio impiego come [[pompa a vuoto|pompe a vuoto]], quelli ad anello liquido fino a 10 - 20 mbar assoluti, quelli a palette fino a 2 - 4 mbar assoluti. Come compressori, sono impiegati soprattutto i modelli ad anello liquido per gas che debbano essere mantenuti a temperature basse, sfruttando il riciclo di liquido. Uno stadio consente un rapporto di compressione di 2 : 1 - 3 : 1, e si possono quindi raggiungere rapporti di compressione combinati di 5 : 1 - 8 : 1 (é molto raro l'uso di più di due stadi).

==== Compressore a lobi ====

[[Image:Rotary_lobe.png|thumb|left|Fig. 5 : Compressore a lobi]][[Image:Rotary_lobe_drive.png|thumb|left|Fig. 6 : Vista lato azionamento]]

Detti anche ''Roots'' dal nome della ditta che maggiormente li ha sviluppati. Due rotori opportunamente sagomati ad assi paralleli ruotano in sincronia in senso opposto creando camere progressive dalla bocca di aspirazione a quella di mandata. I rotori sono quasi sempre a due lobi, come in figura; ne esistono a tre lobi, ma di uso sporadico. Esistono anche modelli con numero diverso di lobi, normalmente 2 e 3, configurazione che consente la riduzione dell'ingombro radiale.

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Consentono rapporti di compressione di 2 : 1, raramente superiori (e per questa ragione sono anche detti ''soffianti''). Di costruzione assai semplice, senza parti in sfregamento, sono macchine robuste e di lunga durata.

==== Compressore a vite ====

Nel '''compressore a vite''', due viti a passo inverso e di diametro differente imboccano l'una sull'altra, in modo da creare una cavità che progressivamente si sposta dalla zona di aspirazione a quella di mandata, comprimendo così il gas.

Rispetto ai compressori alternativi hanno il vantaggio di una meccanica più semplice - il moto è continuo - e quindi minori sollecitazioni meccaniche. Si possono ottenere rapporti di compressione minori, ma comunque elevati (3 : 1 - 4 : 1), ed è comunque possibile porre più stadi in serie. Il rendimento meccanico è superiore agli alternativi, e quindi per applicazioni medio-grandi sono preferibili a questi ultimi.

=== Compressori dinamici ===

==== Compressore centrifugo ====

Originariamente limitati alle grandi portate e basse prevalenze, si sono sempre più affermati per il loro alto rendimento, bassa rumorosità. Di concezione simile alle [[Pompa fluidodinamica|pompe centrifughe]], ruotano evidentemente a velocità assai più alte - ovvio, se si considera che i gas hanno massa specifica pari a circa 1/1000 di quella dei liquidi. Le velocità di rotazione sono quindi dell'ordine delle migliaia di [[rad/s]]. [[Image:Centrifugal_2.png|thumb|left|Fig. 8 : Triangolo delle velocità in un compressore centrifugo]]Il principio di funzionamento è riportato in figura 8 ; la velocità (vettoriale) periferica '''V_p''' può essere considerata scomposta in una componente '''V_t''' tangenziale alla paletta ed in una componente radiale '''V_r'''. Queste due velocità, o le relative quantità di moto, definiscono portata e prevalenza del compressore centrifugo.

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Questi compressori sono usati anche nelle turbine a gas, proprio per le loro caratteristiche di alta portata e bassa prevalenza. Date le loro caratteristiche di ingombro essenzialmente radiale, non sono particolarmente adatti ai motori per uso aeronautico, per il quale sono stati utilizzati solo occasionalmente, essendo preferibili i compressori assiali (vedi sotto); sono invece usati nelle installazioni fisse, come ad esempio nei turbogeneratori.

==== Compressore assiale ====

[[Image:Axial_velocity.png|thumb|left|Fig. 10 : Triangolo delle velocità in un compressore assiale]]

Il profilo dinamico di un compressore centrifugo può essere riportato dal piano perpendicolare all'asse di rotazione a quello parallelo allo stesso. Si ha allora una configurazione delle velocità come riportato in figura. Si ottiene quindi una compressione del gas, con rapporto relativamente basso, e comunque funzione del profilo delle palette e della velocità angolare. Una macchina di questo tipo si chiama '''compressore assiale''' in quanto la direzione del moto del gas non è radiale come nel compressore centrifugo, ma longitudinale.

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La loro configurazione li rende ideali per i motori a reazione - anche il [[Campini Caproni CC-2]], ufficialmente il primo aereo a reazione a staccarsi da terra, utilizzava un compressore assiale, seppure semplificato, come anche il motore Heinkel [[Jumo]] (che lo precedette, ma in segreto), in configurazione più efficiente.

[[Categoria:Ingegneria]]