Nell’ambito del sottoprogetto GENIN "Tecnologie innovative di generazione" è stata programmata 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 CO2 nell’infrarosso [1]. Questa attività è motivata dalla mancanza di strumentazione affidabile e durevole per la misura diretta del parametro TIT, che ha una importanza fondamentale per l’efficienza e la sicurezza di gestione delle turbine a gas, in particolare quelle di tipo avanzato, nelle quale il valore di TIT è assai critico per la vita dei materiali. Mentre nel campo dei sensori intrusivi (che richiedono cioè di essere inseriti nel flusso gassoso) sono disponibili sul mercato sensori convenzionali od avanzati (si veda il parallelo lavoro svolto, nell’ambito del contratto EVINGEN/GENIN, per la verifica delle prestazioni di un sensore di temperatura a fibra ottica, commercialmente disponibile), non si è a conoscenza della disponibilità commerciale di sensori non invasivi, per i quali è nota l’esistenza di alcuni tentativi di sviluppo, che non hanno però ancora superato il livello di fattibilità di laboratorio [2,3]. Obbiettivo dell’attività è stata pertanto la dimostrazione in laboratorio della validità della tecnica suddetta in condizioni realistiche, ovvero in gas ad alta temperatura ed alta pressione. La realizzazione ed il mantenimento di tali condizioni ha creato diversi problemi alla sperimentazione nella prima fase di attività, in particolare alla cella di prova che non ha soddisfatto i requisiti di tenuta di pressione e resistenza della finestra ottica alla temperatura di lavoro. Per ovviare a questi problemi, nel corso del 2001 si è proceduto ad una radicale riprogettazione della cella di prova, caratterizzata da una configurazione ad asse verticale (per evitare l’insorgenza di moti convettivi di gas al suo interno) e dall’introduzione di un sistema di raffreddamento per la finestra ottica che consente di utilizzare un sistema di tenuta convenzionale [4]. L’ottimizzazione del progetto della cella è stata raggiunta mediante una simulazione di calcolo delle condizioni termodinamiche all’interno della cella stessa, ipotizzando un riscaldamento esterno uniforme. Nelle corso delle attività svolte nel 2002-2003, descritte in questo rapporto, è stato quindi realizzato l’apparato di prova basato sulla nuova versione della cella di prova, ottenuta modificando radicalmente la precedente. Prima di procedere al suo inserimento in un forno di tipo verticale disponibile presso CESI, la cella è stata sottoposta ad un collaudo a freddo, a seguito del positivo svolgimento del quale si è proceduto con le prove di tenuta a caldo.

Nel frattempo il sistema ottico di misura dell’emissione gassosa, già provato nelle fasi precedenti dell’attività, è stato riassemblato e riallineato, modificandolo con l’eliminazione della fibra ottica. Infine si è proceduto a trasferire il setup sperimentale sulla cella di misura e sono state effettuate prove con e senza gas "otticamente attivo" nella cella. Il nuovo apparato di laboratorio ha superato i problemi riscontrati nelle fasi precedenti dell’attività, legati ai contemporanei requisiti di tenuta alle alte pressioni e resistenza alle alte temperature per simulare il caso reale di una macchina turbogas, con la sola eccezione della temperatura massima raggiungibile. Il segnale ottenuto nelle misure ottiche ha presentato una buona sensibilità e correlazione alle variazioni di temperatura e può quindi essere utilizzato per le misure richieste nel tubo di transizione di un turbogas, dimostrando la potenziale applicabilità della tecnica alla misura della TIT. Prima di procedere alla validazione della tecnica di spettroscopia di emissione di CO2 su una turbina a gas in esercizio, tuttavia, si valuta necessario ripetere alcune misure in laboratorio in condizioni più significative per il caso reale e possibilmente effettuare una campagna di misure su un test rig per la prova di combustori, che permetta di verificare l’effetto del flusso dei gas e le difficoltà da superare in un ambiente semi-industriale. In quest’ultimo caso potrebbe essere provato in tutti i suoi aspetti il prototipo di strumento nella versione da impianto, già delineata a livello di pre-progetto [1], che presenta un’interfaccia semplificata verso la macchina (finestra ottica di tenuta e lente di raccolta) collegata all’apparato di rivelazione mediante fibra ottica.