b"\n_START_ARTICLE_\nCompressore centrifugo\n_START_PARAGRAPH_\nUn compressore centrifugo, o anche compressore radiale, \xc3\xa8 una turbomacchina operatrice nella quale una girante posta in rapida rotazione fornisce energia ad un fluido comprimibile al fine di aumentarne la pressione.\n_START_SECTION_\nStoria\n_START_PARAGRAPH_\nLe prime applicazioni che prevedevano l'impiego di ventilatori centrifughi si ebbero nel campo dell'industria mineraria estrattiva per la ventilazione forzata delle miniere a partire dal sedicesimo secolo. A tutt'oggi rimane per\xc3\xb2 incerta la paternit\xc3\xa0 dell'invenzione della girante._NEWLINE_Alcuni pensano che sia stato Leonardo da Vinci a suggerire per primo l'uso della forza centrifuga per sollevare liquidi, altre fonti riportano che fu Johann Jordan, nel 1680, a costruire una primitiva pompa centrifuga, seguito nel 1703 da Denis Papin che la utilizz\xc3\xb2 per chiarire la formazione di un vortice forzato in un contenitore circolare o spirale mediante l'uso di palette. In seguito altri scienziati come Kernelien Le Demour, nel 1732, e Daniel Gabriel Fahrenheit descriveranno giranti centrifughe, ma non risultano applicazioni pratiche dei loro studi._NEWLINE_Tra il 1752 ed il 1754, Eulero discusse nell'ambito delle sue ricerche nel campo dell'idrodinamica, la sua teoria sui vortici. Solo nel 1818, per\xc3\xb2, viene costruita da un anonimo la prima pompa centrifuga moderna, nota come la Pompa di Boston (o del Massachusetts), suo luogo di origine._NEWLINE_Il primo brevetto per una turbina a gas fu rilasciato nel 1791 all'inglese John Barber, ma la tecnologia dell'epoca non era ancora pronta. La scarsa efficienza dei compressori, unita a materiali che non erano in grado di resistere alle alte temperature necessarie impedirono, fino ai primi anni del Novecento, di costruire delle turbine in grado di muovere il compressore e fornire allo stesso tempo lavoro utile. I primi a riuscire nell'impresa furono i fratelli Armengaud in Francia, che sulla base di un brevetto di Charles Lemale costruirono una turbina tra il 1905 ed il 1906. Questa turbina di tipo misto vapore-aria era dotata di un compressore centrifugo multistadio che forniva un rapporto di compressione totale di 3:1 e bench\xc3\xa9 funzionasse aveva un rendimento di solo il 3%._NEWLINE_In campo aeronautico bisogner\xc3\xa0 attendere gli anni trenta perch\xc3\xa9 la tecnologia permettesse l'uso della turbina a gas per la propulsione aerea con i primi modelli di turbogetto con compressore centrifugo studiati da Frank Whittle in Gran Bretagna e Hans von Ohain in Germania.\n_START_SECTION_\nDescrizione del funzionamento\n_START_PARAGRAPH_\nIl compressore centrifugo \xc3\xa8 costituito da un disco palettato (girante o impeller) messo in rotazione ad alta velocit\xc3\xa0. A causa della forza centrifuga impressa dal disco palettato, l'aria viene aspirata dal centro della girante ed accelerata radialmente con un certo incremento di pressione statica. L'aria, una volta lasciata la girante, viene convogliata in un diffusore costituito da canali divergenti (parte statorica della turbomacchina) che converte l'energia cinetica in energia di pressione._NEWLINE_Generalmente i compressori centrifughi sono progettati in modo tale che l'aumento di pressione avvenga per met\xc3\xa0 nella girante e per met\xc3\xa0 nel diffusore, cio\xc3\xa8 con un grado di reazione pari ad 1/2. Maggiore \xc3\xa8 la velocit\xc3\xa0 di rotazione della girante e maggiore sar\xc3\xa0 la portata e l'aumento di pressione. Il limite superiore alla velocit\xc3\xa0 di rotazione \xc3\xa8 per\xc3\xb2 dettato da considerazioni costruttive legate agli sforzi meccanici che agiscono sul disco e alla velocit\xc3\xa0 dell'aria in uscita dalla girante che deve essere minore di Mach 1 per evitare gli effetti di compressibilit\xc3\xa0 e di pompaggio che porterebbero ad un crollo dell'efficienza del compressore.\n_START_SECTION_\nComponenti principali\n_START_PARAGRAPH_\nIl compressore centrifugo si costituisce di una parte rotorica (girante) ed una statorica (diffusore) racchiuse da un corpo (o carcassa) che funge da presa d'aria (in ingresso) e da collettore in uscita. In alcuni motori aeronautici, pi\xc3\xb9 compressori centrifughi possono essere montati in serie (uno a valle dell'altro) per aumentare il rapporto di compressione totale.\n_START_SECTION_\nGirante\n_START_PARAGRAPH_\nLa girante, costituita da un disco rotorico, pu\xc3\xb2 essere aperta o chiusa (c'\xc3\xa8 un secondo disco ricavato sulla girante che copre le palette e sigilla i canali), inoltre la palettata pu\xc3\xb2 essere su una sola o su entrambe le facce del disco. Quest'ultimo caso, girante a doppio ingresso, fu largamente utilizzata nei primi motori turbogetto dotati di compressore centrifugo (come il Nene) per aumentarne la portata con un ingombro assiale leggermente superiore._NEWLINE_I primi compressori centrifughi avevano le palettature radiali dritte in modo da resistere meglio agli sforzi meccanici dovuti alla forza centrifuga. Con l'affinamento delle tecniche metallurgiche e l'introduzione di nuovi materiali le palette seguono profili curvi che migliorano il rendimento. Nel caso ideale, a parit\xc3\xa0 di velocit\xc3\xa0 periferica della girante (V\xe2\x82\x9a nell'immagine a fianco), un profilo di uscita curvato in senso contrario a quello di rotazione, comporta minori velocit\xc3\xa0 assolute (V\xe2\x82\x9c) e minori perdite nel diffusore, viceversa un profilo con il bordo di attacco curvato nel senso di rotazione favorisce l'ingresso dell'aria. Per questo motivo, palettature con angolo di uscita maggiore di 90\xc2\xb0 (quindi curvate in avanti, in maniera concorde al verso di rotazione), vengono spesso usate nel caso di ventilatori dove la componente cinetica ha un ruolo rilevante rispetto alla variazione del livello di pressione tra ingresso e uscita della girante._NEWLINE_Nel caso ideale l'aria lascia la girante con la sola velocit\xc3\xa0 relativa (V\xe1\xb5\xa3) a cui, come detto si somma la velocit\xc3\xa0 periferica. Nel caso reale, per\xc3\xb2, all'interno di ogni canale compreso tra due palette si stabilisce un gradiente di pressione trasversale (in analogia a quanto succede in un profilo alare) che genera una componente di velocit\xc3\xa0 relativa tale da far scivolare l'aria all'indietro di un certo angolo. Questo comporta che, nel caso reale, la componente della velocit\xc3\xa0 dell'aria in uscita tangenziale alla girante, sar\xc3\xa0 inferiore alla velocit\xc3\xa0 periferica della girante, riducendo lo scambio energetico teorico (per unit\xc3\xa0 di massa) a disposizione che varr\xc3\xa0 (per un compressore centrifugo con ingresso assiale ed uscita radiale):_NEWLINE_dove con  si indica la componente tangenziale al disco della velocit\xc3\xa0 di uscita, con   la velocit\xc3\xa0 periferica della girante e con  (anche chiamato slip factor) il rapporto tra le due velocit\xc3\xa0 (con un valore tipico di circa 0,9)._NEWLINE_In pi\xc3\xb9, a causa delle perdite di attrito dovute al passaggio dell'aria tra i vari componenti del compressore, dovr\xc3\xa0 essere fornito un lavoro maggiore di quello ideale, ed introducendo un power input factor  (con valori tipici compresi tra 1,035 e 1,04) lo scambio energetico nel compressore varr\xc3\xa0:_NEWLINE_Il rapporto di compressione pu\xc3\xb2 essere espresso considerando la trasformazione come adiabatica, dal momento che la rapidit\xc3\xa0 del passaggio dell'aria nel compressore rende trascurabili gli scambi termici con l'esterno. Introducendo il rendimento adiabatico (\xce\xb7c) il rapporto di compressione pu\xc3\xb2 essere espresso come:_NEWLINE_dove con  e  sono indicate le pressioni totali all'ingresso ed all'uscita del compressore, con  il calore specifico a pressione costante, con  il rapporto dei calori specifici a pressione e volume costanti e con  la temperatura di ristagno in ingresso._NEWLINE_Maggiore \xc3\xa8 la velocit\xc3\xa0 di rotazione della girante e pi\xc3\xb9 alto sar\xc3\xa0 il rapporto di compressione ottenibile. D'altro canto velocit\xc3\xa0 periferiche elevate comportano conseguenti sforzi meccanici deleteri per il profili curvilinei ed i dischi rotorici. Per giranti in lega leggera la velocit\xc3\xa0 periferica \xc3\xa8 in genere limitata a circa 460\xc2\xa0m/s, che consente di ottenere (con un solo stadio) rapporti di compressione di circa 4:1. Utilizzando materiali pi\xc3\xb9 resistenti quali le leghe di titanio si possono ottenere rapporti di compressione superiori a 8:1.\n_START_SECTION_\nDiffusore\n_START_PARAGRAPH_\nL'aria in uscita da una girante possiede un'elevata energia cinetica che deve essere opportunamente convertita in un aumento di pressione statica. La diffusione in un flusso subsonico pu\xc3\xb2 essere ottenuta realizzando un condotto divergente. Dal momento, per\xc3\xb2, che il flusso incontra lungo il condotto un gradiente di pressione contrario, l'angolo di divergenza delle pareti non dovr\xc3\xa0 essere troppo elevato in modo da evitare il distacco della vena in prossimit\xc3\xa0 delle pareti con formazione di vortici e conseguente perdita di pressione statica ed aumento di temperatura. Se, invece, l'angolo fosse troppo piccolo si avrebbe un aumento della lunghezza del condotto con aumento di peso e perdita di pressione totale._NEWLINE_Generalmente la divergenza che permette di avere condotti contenuti e minori perdite si attesta intorno ai 7\xc2\xb0, valore che pu\xc3\xb2 raddoppiare nel caso di diffusori con un basso rapporto lunghezza/larghezza (o raggio) senza che si verifichino consistenti perdite di pressione di ristagno.\n_START_SECTION_\nCollettore\n_START_PARAGRAPH_\nAll'uscita del diffusore il flusso pu\xc3\xb2 essere raccolto da un unico collettore (se l'aria deve essere inviata ad un'unica utilizzazione) oppure da una serie di collettori se sono necessarie alimentazioni separate, come, ad esempio, le camere di combustione di tipo tubolare in un turbogetto.\n_START_SECTION_\nEffetti di comprimibilit\xc3\xa0\n_START_PARAGRAPH_\nQuando la velocit\xc3\xa0 relativa tra un fluido comprimibile ed un corpo solido raggiunge velocit\xc3\xa0 prossime a quella del suono (Mach=1), si innescano fenomeni di distacco di vena con formazione di vortici e onde d'urto che dissipano energia comportando notevoli perdite di pressione totale. Dal momento che il processo di diffusione \xc3\xa8 gi\xc3\xa0 critico a bassa velocit\xc3\xa0, appare chiaro che raggiungere velocit\xc3\xa0 soniche in ingresso ad un diffusore pu\xc3\xb2 dar luogo a grosse perdite. Nei compressori di tipo aeronautico, per questioni di ingombro e peso si cerca di ottenere le massime portate con giranti di piccole dimensioni, raggiungendo velocit\xc3\xa0 di rotazione assai elevate, ma generalmente dimensionate in modo da non superare Mach 0,8._NEWLINE_In un compressore di tipo aeronautico, poi, non \xc3\xa8 trascurabile la velocit\xc3\xa0 di ingresso nella girante dal momento che la velocit\xc3\xa0 relativa in ingresso alle estremit\xc3\xa0 delle palette pu\xc3\xb2 anche raggiungere Mach 1. Questo pu\xc3\xb2 essere in parte attenuato installando nella presa d'aria delle palettature fisse che inducono una rotazione del flusso in ingresso alla girante riducendo la velocit\xc3\xa0 relativa sulle palette della girante. D'altra parte questa soluzione riduce lo scambio energetico teorico del compressore di una quantit\xc3\xa0 pari al prodotto tra la componente assiale () e la componente tangenziale () della velocit\xc3\xa0 in ingresso\n_START_SECTION_\nFenomeni di instabilit\xc3\xa0\n_START_PARAGRAPH_\nAll'interno di un compressore si possono creare fenomeni di instabilit\xc3\xa0 che condizionano il rendimento della macchina. Si identificano in particolare instabilit\xc3\xa0 a livello globale che coinvolgono l'intero sistema macchina-circuito esterno e instabilit\xc3\xa0 a livello locale che interessano solamente il funzionamento della macchina. Generalmente fenomeni di instabilit\xc3\xa0 di tipo globale si verificano in particolari condizioni di funzionamento alle quali piccole perturbazioni vengono amplificate dal sistema anzich\xc3\xa9 essere smorzate._NEWLINE_Il ciclo di pompaggio \xc3\xa8 un fenomeno di instabilit\xc3\xa0 globale (generato al raggiungimento del limite di pompaggio) che coinvolge sia compressori centrifughi sia compressori assiali. Le oscillazioni (che in genere hanno frequenza di pochi hertz), causate dalla repentina variazione di portata richiesta dall'utilizzatore, producono variazioni di pressione nel ramo di mandata del circuito con conseguente riflusso verso il compressore._NEWLINE_Lo stallo rotante \xc3\xa8 un fenomeno di instabilit\xc3\xa0 locale creato per distacco della vena fluida dalla superficie delle palette che si verifica soprattutto al diminuire della portata e costante regime di rotazione della macchina. Questo tipo di instabilit\xc3\xa0 comporta variazioni di portata ridotte a differenza del pompaggio ma causa sollecitazioni periodiche sulle palette che possono generare rotture per fatica. Occorre sottolineare che questo tipo di fenomeno \xc3\xa8 maggiormente presente nelle compressori assiali, in quanto i compressori centrifughi hanno un campo centrifugo radiale che impedisce o rende pi\xc3\xb9 difficile il distacco della vena fluida dalla paletta."