Obiettivi formativi
Il corso fornisce le conoscenze sulla teoria delle Macchine, necessarie all'Ingegnere meccanico, completando la preparazione fornita dal corso di Macchine AB (laurea). Le Macchine, secondo la tradizione nazionale, comprendono sia le macchine a fluido (componenti) che gli impianti motori (convertitori di energia primaria). Si introducono criteri di calcolo adeguati al rigore richiesto all'ingegnere moderno.
Prerequisiti
Macchine (corso di base)
Contenuti dell'insegnamento
Lezioni
Energetica ed economia applicata: generalità sugli impianti termici, cicli e pseudocicli, 2° principio, la cifra di merito per i cicli termodinamici diretti, tipi e proprietà dei combustibili; sfruttamento dell'energia nucleare, principi.
Metodi di analisi delle macchine a fluido: il cono di Stodola, caratteristica interna e meccanica di turbina; accoppiamento macchina operatrice-circuito a velocità variabile; gas perfetto, semi-perfetto, modello polinomiale; bilanci di energia in presenza di reazioni chimiche, dissociazione molecolare ad alta temperatura, temperatura finale di combustione adiabatica; generalità sulla rigenerazione negli impianti di potenza; applicazione della similitudine alle macchine a fluido; cenno all'aerodinamica 2D, portanza e resistenza dei profili aerodinamici.
Impianti motori: Criteri di dimensionamento degli impianti idraulici, rigenerazione negli impianti a vapore, umidità in turbina e risurriscaldamento; tipi di reattori nucleari (a gas, BWR, PWR, LMFBR), cicli a vapore per impianti nucleari; impianti turbogas, processi aperti, matching dei componenti, tecniche di regolazione, funzionamento off-design; ripartizione della potenza negli impianti combinati, diversi schemi d'impianto, pressioni multiple, STIG; applicazioni aeronautiche delle turbine a gas, potenza/spinta richiesta per il volo, razzi. Fondamenti di motori a combustione interna, cicli limite, riempimento, pressione media, sviluppo della combustione normale, combustioni anomale, bilancio energetico, sovralimentazione.
Macchine a fluido e componenti degli impianti motori: rendimenti di stadio, ripartizione della potenza nelle ruote Curtis, effetti 3D negli stadi di turbina, limiti di potenza delle turbine a vapore; le tenute nelle turbomacchine, spinte assiali; turbine idrauliche, geometria delle palettature e triangoli delle velocità, diffusore allo scarico, cavitazione; analisi delle perdite nelle turbomacchine motrici e operatrici; scambiatori per impianti a vapore, condensatori e sottoraffreddamento, condensatori ad aria, torri di raffreddamento, preriscaldatori d'aria. Turbopompe centrifughe, caratteristica euleriana, caratteristica reale, spinta radiale, pompe multicellulari, cavitazione, innesco, pompe a canale periferico, pompe in serie e parallelo. Compressori dinamici, stallo, pompaggio, caratteristica delle macchine pluristadio, campo di funzionamento, choking, stallo rotante. Camere di combustione per turbine a gas, caldaie a recupero; compressori alternativi, spazio nocivo e rapporto di compressione massimo, staging e interrefrigerazione, compressori volumetrici rotativi, trasferitori e macchine con compressione interna, pompe alternative, pompe volumetriche rotative, il problema della regolarità della portata, casse d'aria.
Esercitazioni
Accoppiamento pompa-circuito, calcoli numerici su impianti combinati e impianti cogenerativi.
Progetto di massima di: turbine Pelton e Banki, caldaia a recupero, pompa centrifuga, turbina a vapore, compressore alternativo.
Programma esteso
Generalità sugli impianti termici, cicli e pseudocicli, 2° principio, la cifra di merito per i cicli termodinamici diretti, tipi e proprietà dei combustibili; sfruttamento dell'energia nucleare, principi.
Metodi di analisi delle macchine a fluido: il cono di Stodola, caratteristica interna e meccanica di turbina; accoppiamento macchina operatrice-circuito a velocità variabile; gas perfetto, semi-perfetto; dissociazione molecolare ad alta temperatura, temperatura finale di combustione adiabatica;
Impianti motori: Criteri di dimensionamento degli impianti idraulici, rigenerazione negli impianti a vapore, umidità in turbina e risurriscaldamento.
Fondamenti di motori a combustione interna, cicli limite, riempimento, pressione media, sviluppo della combustione normale, combustioni anomale, bilancio energetico, sovralimentazione. Ricambio della carica. Sistemi di iniezione del combustibile per motori Diesel e per motori ad accensione comandata.
Turbine idrauliche, geometria delle palettature e triangoli delle velocità,. Turbopompe centrifughe, caratteristica euleriana, caratteristica reale, spinta radiale, cavitazione, innesco, pompe in serie e parallelo. Pompe a membrana, peristaltiche ad anello liquido. Eiettori.
Compressori dinamici, stallo, pompaggio, caratteristica delle macchine pluristadio, campo di funzionamento, choking, stallo rotante.
Compressori alternativi, spazio nocivo e rapporto di compressione massimo, staging e interrefrigerazione, compressori volumetrici rotativi, trasferitori e macchine con compressione interna, pompe alternative, pompe volumetriche rotative, il problema della regolarità della portata, casse d'aria. Pompe per applicazioni oleodinamiche.
Bibliografia
Testi consigliati
Dossena, Ferrari, Gaetani, et al. - Macchine a Fluido - Città Studi Edizioni
Caputo C. - Gli impianti convertitori di energia - Masson, Milano
Caputo C. - Le macchine volumetriche - Masson, Milano
Caputo C. - Le turbomacchine - Masson, Milano
Testi di approfondimento
Acton O. & Caputo C. - Collana di Macchine a fluido, 4 voll.- UTET, Torino
Haywood R.W. - Analysis of engineering cycles 3rd ed. - Pergamon press, Oxford
Horlock J.H. - Combined power plants - Krieger, Malabar
Horlock J.H. - Cogeneration - Krieger, Malabar
Lozza G. - Turbine a gas e cicli combinati - Progetto Leonardo, Bologna
Metodi didattici
lezioni
Modalità verifica apprendimento
Prova scritta: esercizio + domanda a risposta aperta.
Prova orale: per accedere alla prova orale è necessario aver sostenuto la prova scritta negli appelli in calendario.
Altre informazioni
Si consiglia di frequentare le lezioni
