Verifica sperimentale delle prestazioni di compressori a palette realizzate con differenti materiali

The aim of this thesis is to show how vanes made of different materials (kevlar, glass fiber, aluminium, drilled iron and iron) affect a displacement compressor performance. In order to evaluate such influence this work focuses on three main parameters: volumetric flow rate, required shaft power and shaft specific energy. Such parameters were first calculated and then corrected following ISO 1217 [2] and ISO 5167 [3] guidelines. All field data was first manually read and registerd onto paper, then stored in dedicated spreadsheets. Such spreadsheets were later fed to an appropriate programming script written to work with both Matlab® and GNU/Octave. Results show that the required shaft specific energy sample average is roughly the same for glass fiber, aluminium and iron, which is the reference material, with differences of about 0.5%, while kevlar and drilled iron display more significant differences, worse in the first case (about +1.2%) and better in the second (about -2.3%). This work concludes that simply reducing a vane weight not only is insufficient to improve a compressor performance, but it can even lead to worse performances. As such interactions between vane, stator and rotor materials also needs to be taken into account.

Lo scopo del presente lavoro è quello di mostrare come palette di materiali differenti (kevlar, fibra di vetro, alluminio, ghisa e ghisa alleggerita) influenzino le prestazioni di un compressore a palette. Tali prestazioni sono state analizzate attraverso il calcolo di tre parametri principali: portata volumetrica, potenza meccanica assorbita all'albero motore e lavoro specifico meccanico. Tali parametri sono stati calcolati e corretti in accordo a quanto scritto nelle norme ISO 1217 [2] e ISO 5167 [3]. Tutti i dati sperimentali sono stati acquisiti leggendo manualmente i corrispondenti valori e poi registrando gli stessi su supporto cartaceo. Dopo una ulteriore trascrizione dei dati in appositi fogli di calcolo l'elaborazione è stata effettuata usando un apposito codice di calcolo scritto per i software Matlab® e GNU/Octave. I risultati mostrano come a livello di media campionaria l'energia specifica richiesta nei casi di fibra di vetro ed alluminio è del tutto comparabile a quella della ghisa, materiale di riferimento, registrando variazioni dell'ordine dello 0,5%, mentre kevlar e ghisa mostrano variazioni più significative, peggiori le prime (+1,2% circa) e migliori le seconde (-2,3% circa). Si può allora affermare che la semplice riduzione di peso delle palette non solo è insufficiente a garantire migliori prestazioni, ma può persino determinarne un significativo peggioramento, dunque è necessario considerare anche l'interazione tra materiale delle palette con statore e rotore del compressore.