Analisi sperimentale su sistemi di recupero termico in configurazione ciclo Brayton inverso

Abstract

Il lavoro presenta l’analisi sperimentale di un innovativo sistema di recupero termico basato su un ciclo Brayton inverso in configurazione aperta, sviluppato e brevettato dal gruppo TPG dell’Università di Genova. Le prove sono state condotte presso il laboratorio Componenti di Sistemi Propulsivi del DIME, nell’ambito delle attività di ricerca del gruppo Motori e Sistemi Propulsivi. Il prototipo oggetto di studio è costituito da un turbogruppo Garrett GT1749 accoppiato a un e-compressor prototipale, alimentato da un inverter MOOG DM2020 e da un motore elettrico FAWH 100V 4150. L’indagine si è articolata in più fasi operative. In primo luogo, è stato analizzato il comportamento dell’e-compressor attraverso la determinazione delle sue curve caratteristiche, valutandone poi l’accoppiamento con il turbogruppo e la compatibilità con i requisiti termodinamici del ciclo Brayton inverso. A seguito dell’esito positivo di questa fase preliminare, l’intero prototipo è stato installato su banco prova e sottoposto a una campagna sperimentale dedicata allo studio dei parametri prestazionali tipici di una pompa di calore ad alta temperatura, con particolare attenzione al funzionamento nelle diverse condizioni operative raggiungibili. La struttura del lavoro riflette questa progressione: una prima sezione introduce il contesto e le motivazioni legate alla crescente necessità di sistemi efficienti di recupero termico , collocando il prototipo brevettato dell’Università di Genova nel relativo quadro teorico e applicativo; la parte centrale analizza nel dettaglio i singoli componenti che costituiscono il prototipo, riportando le evidenze della prima campagna sperimentale; infine, l’ultima sezione presenta i risultati ottenuti dai test sull’intero sistema, discute le prestazioni rilevate e ne valuta la coerenza con il funzionamento previsto dal brevetto, fornendo indicazioni utili per gli sviluppi futuri del progetto.

This work presents the experimental analysis of an innovative thermal recovery system based on an open reverse Brayton cycle, developed and patented by the TPG group of the University of Genoa. The experimental activities were carried out at the Propulsive Systems Components Laboratory of DIME, within the research framework of the Engines and Propulsion Systems group. The prototype under investigation consists of a Garrett GT1749 turbocharger coupled to a prototypal e-compressor, powered by a MOOG DM2020 inverter and a FAWH 100V 4150 electric motor. The study was structured into several operational phases. First, the behaviour of the e-compressor was analysed through the determination of its characteristic curves, followed by an evaluation of its matching with the turbocharger and its compatibility with the thermodynamic requirements of the reverse Brayton cycle. After the positive outcome of this preliminary phase, the complete prototype was installed on the test bench and subjected to an experimental campaign aimed at assessing the performance parameters typical of a high-temperature heat pump, with particular attention to its operation under different achievable conditions. The structure of the work reflects this progression: the first section introduces the context and motivations related to the growing need for efficient thermal recovery systems, placing the patented prototype developed by the University of Genoa within its theoretical and applicative framework; the central section provides a detailed analysis of the individual components of the prototype, presenting the findings of the initial experimental campaign; finally, the last section reports the results obtained from testing the complete system, discusses the measured performance, and evaluates its consistency with the operating principles outlined in the patent, offering insights for future developments of the project.