Nel corso del primo periodo di RdS è stata avviata la verifica di fattibilità di una tecnica di misura utilizzabile per lo sviluppo di uno strumento non intrusivo per misura di temperatura dei gas all’ingresso di turbine industriali (TIT), basato sulla tecnica di spettroscopia di emissione di una banda di CO 2 nell’infrarosso. Motivazione di questa attività è stata la mancanza di strumentazione affidabile e durevole per la misura diretta del parametro TIT, che ha un’importanza fondamentale per l’efficienza e la sicurezza di gestione delle turbine a gas, in particolare quelle di tipo avanzato, nelle quali il valore di TIT è assai critico per la vita dei materiali. La conduzione delle prove in laboratorio in condizioni significative per il caso reale di un combustore turbogas (alte temperature ed alte pressioni) è stato l’obbiettivo più difficile da raggiungere nel corso delle misure preliminari effettuate. Inoltre, pur essendo stati ottenuti risultati incoraggianti per quanto riguarda la sensibilità e la correlazione del segnale misurato con le variazioni di temperatura, è risultato necessario migliorare la ripetibilità delle misure prima di procedere alla validazione della tecnica su una turbina a gas in esercizio. Per superare questi problemi, nel corso della prima fase di attività del sottoprogetto GEN21GAS/ W.P. GASOEM, la verifica della sensibilità del sistema di misura è stata effettuata in laboratorio dopo aver apportato alcune modifiche all’apparato sperimentale. In questo ambito è stato dapprima individuato un forno verticale in grado di raggiungere 1200 °C in cui inserire la cella di misura. Al fine di rendere più stabile l’apparato sperimentale, la cella di misura e la testa ottica di ricezione del segnale sono state montate sullo stesso banco ottico. La linea dei gas in ingresso alla cella, infine, è stata modificata per consentirne la pulizia con gas inerte preliminarmente al riempimento con gas “otticamente attivo”. Tali modifiche hanno consentito di effettuare misure ripetibili di dipendenza del segnale ottico dalla temperatura delle termocoppie inserite sulla cella all’interno del forno. Mediante il controllo operato tramite il sistema ottico di raccolta sulla dimensione della zona di gas caldo rivelata è stato possibile escludere il contributo spurio delle pareti metalliche della cella di misura. La diversa dipendenza del segnale in funzione della temperatura ottenuta con o senza gas “otticamente attivo”, insieme con simulazioni spettrali dell’assorbimento di radiazione infrarossa da parte del gas stesso, ha evidenziato che anche la parete di fondo della cella non interferisce con la misura della temperatura del gas. Il segnale ottico ottenuto con la miscela tipica dei gas di combustione all’ingresso in turbina presenta una buona sensibilità e correlazione con le variazioni di temperatura e può quindi essere utilizzato per le misure richieste nel tubo di transizione di un turbogas. Misure effettuate a diverse concentrazioni e pressioni di CO 2 hanno mostrato che esistono processi di attenuazione in competizione con l’emissione del segnale utile, dovuti alla presenza sul cammino ottico di gas otticamente attivo a temperatura inferiore a quella del forno, di cui è stato possibile tenere conto mediante un modello semplificato del processo. Il caso dell’applicazione su un combustore industriale presenterà peraltro condizioni operative diverse, rendendo probabilmente meno gravosi alcuni dei problemi emersi nelle misure di laboratorio, in cui non si è riusciti a ricreare una situazione con gas a pressione elevata e temperatura costante su una zona spaziale uniforme o comunque nota. Su un impianto reale, vista la criticità della presenza di gas otticamente attivo a temperature inferiori a quelle di misura, sarà

cruciale la progettazione dell’interfaccia tra il sistema di misura e la macchina al fine di minimizzare la presenza di gradienti termici (dovuti all’interfaccia stessa) nei gas di combustione. Per quanto riguarda i gradienti termici che saranno comunque inevitabilmente presenti, si valuta che il sistema dovrebbe misurare una temperatura intermedia lungo il percorso di misura. In questo caso sarà necessario individuare un metodo opportuno di calibrazione. Le misure effettuate con miscela otticamente attiva a pressioni inferiori a quelle tipiche dei combustori hanno anche consentito di dimostrare che la dipendenza del segnale ottico dalla temperatura e la relativa sensibilità di misura si mantengono quasi inalterate a parità di pressione parziale di CO 2 fino a pressioni di circa 3 bar. È quindi possibile, anche sulla base di simulazioni spettrali dell’assorbimento ottico da parte di miscele contenenti il gas attivo a concentrazioni elevate, individuare condizioni di lavoro a pressione atmosferica in cui la tecnica risulta applicabile, al fine di semplificare la sperimentazione sul banco di prova da utilizzare nel proseguimento di attività.