Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Sviluppo di capacità di progettazione e scelta delle macchine a fluido e componenti tipici dell'industria alimentare
Competenze:
lo studente dovrà essere in grado di intraprendere la progettazione delle macchine a fluido studiate.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica le diverse soluzioni possibili.
Capacità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara le conoscenze acquisite nello studio.
Prerequisiti
Contenuti dell'insegnamento
Il corso fornisce le conoscenze di base sulle principali macchine a fluido ed apparecchiature che trovano impiego nell’industria alimentare.
Programma esteso
Presentazione del corso. Bilancio di massa. Equazione energetica del moto dei fluidi in forma entalpica e meccanica per osservatore fisso e mobile. Equazione di conservazione della quantità di moto.
Il lavoro nelle turbomacchine. I triangoli di velocità. L'equazione di Eulero. L'architettura delle pompe centrifughe. Il lavoro della girante nelle pompe centrifughe. Le perdite. La curva caratteristica della pompa. Rendimento idraulico, meccanico e totale.
La similitudine nelle turbomacchine.
Scelta della pompa. Punto di funzionamento: curva caratteristica della pompa e del circuito. Adescamento. Cavitazione. NPSH richiesto e NPSH disponibile: effetto della temperatura del fluido. Pompe in serie e in parallelo. Architettura delle pompe assiali, il lavoro della girante e la legge del vortice libero. Triangoli di velocità al mozzo e all'apice di una pala di pompa assiale.
Pompe volumetriche.
Correzione delle prestazioni di una turbopompa in funzione della viscosità del fluido per fluidi newtoniani ad alta viscosità e per fluidi non-newtoniani.
Architettura e prestazioni dei ventilatori.
Elementi di gasdinamica. Proprietà termodinamiche totali. Equazione di bilancio della massa per fluidi comprimibili. Moto in condotti semplicemente convergente e convergente-divergente.
Compressori. I compressori dinamici. Analisi delle trasformazioni termodinamiche in uno stadio di compressore assiale. Indici caratteristici dei compressori dinamici.
Le mappe di prestazione dei compressori dinamici adimensionali (psi vs phi, psi_p vs phi, eta vs phi).
Le mappe di prestazioni dimensionali (rapporto di compressione vs portata corretta con parametro velocità ridotta). Stallo, pompaggio e blocco sonico. I compressori volumetrici alternativi: rappresentazione delle trasformazioni reali su diagramma p-V. Volume nocivo e rapporto di compressione limite. Interrefrigerazione.
Compressori volumetrici rotativi. Compressione interna e compressione esterna. Mappe di prestazione dei compressori alternativi e strategie di regolazione.
Generatori di vapore: evoluzione storica e schema della caldaia a irraggiamento. Analisi della caldaia a irraggiamento (configurazione degli scambiatori e temperatura di parete, effetto dell'irraggiamento, diagramma di scambio termico). Metodo grafico per la determinazione della temperatura media fittizia di combustione. Metodo diretto e indiretto per il calcolo del rendimento del generatore di vapore.
Dinamica e controllo delle macchine e dei sistemi energetici. Sviluppo di modelli per il controllo delle macchine. Rappresentazione mediante bond graph. Incertezza di validazione. Identificazione. Model predictive control.
Bibliografia
Dossena, Ferrari, Gaetani, Montenegro, Onorati, Persico - Macchine a fluido - Città studi Edizioni
Per approfondire
Sistemi energetici e macchine a fluido / Giorgio Negri di Montenegro, Michele Bianchi, Antonio Peretto
Bologna: Pitagora, 2009
Acton O. & Caputo C. - Collana di Macchine a fluido, 4 voll.- UTET, Torino
I testi sono presenti nella Biblioteca di Ingegneria e Architettura.
Metodi didattici
Lezioni frontali (online nel caso perdurino le misure di contenimento del contagio da COVID-19).
Periodicamente verrà caricato sulla piattaforma Elly materiale didattico a supporto delle lezioni svolte in aula e per l'approfondimento dei contenuti delle stesse.
Per accedere a questi contenuti (che sono parte integrante del corso) è necessaria l'iscrizione al corso on-line.
Modalità verifica apprendimento
L'esame è composto da
- una prova scritta consistente in un esercizio numerico e cinque domande strutturate;
- una prova orale consistente in una interrogazione su due domande.
Fino a che perdureranno le limitazioni dovute al contenimento del contagio da COVID-19 l’esame verrà somministrato online mediate la piattaforma Elly per quanto riguarda la prova scritta e attraverso Teams per quella orale.
L'ammissione alla prova orale è subordinata al superamento della prova scritta.
La prova scritta è superata se l'esercizio è risolto correttamente e si consegue un punteggio minimo di quattro nelle domande strutturate.
Altre informazioni
Il corso prevede lo svolgimento di alcune esercitazioni numeriche per esemplificare gli argomenti illustrati durante le lezioni teoriche.
Si consiglia di seguire le lezioni.
Gli studenti non frequentanti sono invitati a consultare la piattaforma Elly sulla quale verranno periodicamente elencati gli argomenti effettivamente svolti a lezione.
