Nel corso del 2000 e 2001, nell’ambito del Progetto EVINGEN – Sottoprogetto GENIN -, orientato, fra gli altri temi, alle problematiche delle turbine a gas di nuova generazione per cicli combinati ad alta efficienza e a basso impatto ambientale, sono state studiate in particolare le problematiche poste dall’utilizzo di nuovi rivestimenti ceramici (barriere termiche; TBC = Thermal Barrier Coatings) per le parti calde delle turbine a gas, che hanno la funzione di consentire temperature più elevate d’ingresso in turbina dei gas di combustione e , di conseguenza, rendimenti più elevati della macchina. L’affidabilità a lungo termine di tali materiali in condizioni di esercizio particolarmente gravose diventa pertanto un elemento essenziale per una concreta valorizzazione dei maggiori rendimenti conseguibili. In tale contesto si è proceduto a studiare e valutare le potenzialità di nuove metodologie di tipo termografico per l’accertamento dell’integrità, per via non distruttiva, dei rivestimenti di componenti critici e di geometria complessa quali le pale fisse e mobili dei primi stadi delle turbine a gas, con particolare riferimento alle TBC. Sono state prese in considerazione, in particolare, due diverse tecniche termografiche, la termografia impulsata e la termografia modulata (o lock-in), finalizzandole alla rivelazione di difetti d’adesione in TBC su campioni piani e su pale di turbina a gas, con difetti di adesione realizzati artificialmente durante le operazioni di deposizione della TBC. Entrambe le tecniche (contrariamente a metodologie alternative di tipo ultrasonico) hanno il vantaggio di non essere limitate dal grado di porosità caratteristico delle TBC, di non richiedere il contatto con il componente e di consentire l’ispezione rapida del 100% di superfici anche ampie. I principali risultati conseguiti possono essere sintetizzati come segue: • Entrambe le tecniche termografiche sono risultate in grado di rilevare tutti i difetti d’adesione anche di piccola entità, pur inquadrando la pala per tutta la sua altezza. • La termografia impulsata si è dimostrata in grado di discriminare, con un’analisi risolta in tempo, difetti d’adesione da zone di sovraspessore e da regioni con un differente grado d’illuminazione o assorbimento della radiazione. • Nel caso della termografia modulata, le immagini di modulo appaiono quelle più adatte per l’identificazione dei difetti d’adesione mentre non forniscono informazioni circa eventuali sovra e sottospessori. • Il tempo d’ispezione di una pala è risultato, per entrambe le tecniche, compatibile le con esigenze di controllo industriale (circa 20-25 minuti). Sulla base di tali risultati, che confermano le potenzialità delle metodologie termografiche più avanzate per il controllo non distruttivo dell’integrità dei nuovi rivestimenti delle parti calde dei turbogas, nel terzo anno (2002- 2003) del primo triennio di RdS, si è proceduto ad un approfondimento degli aspetti applicativi e procedurali di tali metodologie, trasferendo tale attività nell’ambito del Progetto ASISGEN “Affidabilità e sicurezza dei sistemi di generazione” – Sottoprogetto AFFIST “Affidabilità strutturale”, ambito ritenuto più idoneo al taglio più tecnologico del programma di lavoro previsto.

Dopo una prima azione finalizzata ad ottimizzare il tempo necessario per il controllo integrale di una pala smontata rivestita con TBC, l’attività è stata indirizzata alla valutazione delle problematiche di applicazione della termografia impulsata al controllo di componenti montati. La possibilità di eseguire il controllo a componente montato consente di intervenire anche in occasione delle manutenzioni brevi, durante le quali non si procede allo smontaggio di tutti i componenti dalla turbina; questo passo costituisce una pre-condizione essenziale per passare dall’attuale manutenzione a tempo ad una manutenzione su condizione delle parti calde delle turbine a gas, con la prospettiva di contribuire a sostanziali riduzioni dei costi di O&M di tali macchine. Quale caso esemplare è stato assunto quello delle pale rotoriche dei primi stadi, sia per la loro criticità, sia per la rilevanza dei costi di riparazione e sostituzione. Parallelamente all’attività sperimentale, sulla base dell’esperienza maturata nell’ambito della Commissione UNI Prove non Distruttive- Gruppo di lavoro Termografia, è sta redatta una prima bozza di norma per il Controllo non distruttivo di rivestimenti d’interesse industriale. In collaborazione con l’Istituto per la Tecnologia delle Costruzioni (ITC) del CNR di Padova, è stata avviata infine un’attività di ricerca, finalizzata alla definizione di possibili procedure d’elaborazione, che consentano di evidenziare al meglio i difetti d’adesione, a partire dalle sequenze termografiche registrate in esperimenti di termografia impulsata. In particolare sono stati definiti i possibili approcci alla elaborazione di algoritmi in grado di discriminare tra difetti d’adesione veri e propri e altre possibili anomalie delle TBC (quali variazioni dello spessore o delle proprietà termofisiche della TBC) o eventuali disuniformità di risposta, imputabili alla specifica configurazione sperimentale adottata. Quest’attività ha quale scopo ultimo la realizzazione di uno strumento d’indagine utilizzabile anche da operatori industriali opportunamente istruiti. I principali risultati del 2002-2003 possono riassumersi come segue: – Applicabilità della termografia impulsata al controllo non distruttivo di pale di turbina montate: la sperimentazione ha confermato che i difetti di adesione sono rilevabili entro un intervallo angolare sufficientemente ampio per garantire il controllo di tutta la superficie rivestita, in tempi d’ispezione compatibili con le esigenze d’impianto. Si ritiene comunque necessario un ulteriore approfondimento, con l’esecuzione di prove in campo in diverse condizioni di accessibilità alle pale da controllare. – Algoritmi per la discriminazione automatica di difetti d’adesione mediante l’elaborazione della sequenza di immagini termografiche: sono state seguite due diverse strade nella definizione di tali algoritmi; entrambe hanno fornito risultati positivi, ma non ancora in misura tale da poter ridurre significativamente il grado di specializzazione dell’operatore. Nell’ottica di giungere ad un algoritmo che consenta la rilevazione di eventuali difetti con un approccio di tipo assoluto e non relativo, si ritiene utile valutare la reale applicabilità di algoritmi basati sullo studio dell’evoluzione temporale dell’effusività apparente, della variazione di segno della fase o metodologie statistiche, quali l’analisi delle componenti principali. – Attività di supporto alla normazione: nell’ambito della Commissione UNI Prove non Distruttive, Gruppo di Lavoro termografia, sulla base delle competenze maturate sull’argomento specifico, CESI ha curato la redazione di una prima bozza della norma Identificazione di difetti d’adesione di rivestimenti mediante tecniche termografiche presentata in occasione della riunione plenaria del Gruppo tenutasi nel 2002.