Macchine AB - (9 cfu)
| Prof. Agostino Gambarotta | - |
Finalità
Il corso fornisce le conoscenze di base sulla teoria delle Macchine a fluido, intese sia come componente che come impianto per la conversione di energia. All’allievo vengono dapprima fornite le nozioni necessarie alla comprensione dei fenomeni alla base delle principali trasformazioni energetiche, per poi passare all’analisi degli impianti motori termici più comuni.
Programma
Consumi energetici in Italia e nel mondo: fonti energetiche tradizionali e rinnovabili. I sistemi energetici e le macchine a fluido: tipologia e classificazione.
Richiami di termodinamica: 1° e 2° principio, gas e vapori. Applicazioni delle equazioni fondamentali: continuità, energia e quantità di moto. Valutazione del lavoro scambiato nei rotori delle turbomacchine assiali e radiali.
Sfruttamento dell'energia idraulica: impianti a bacino e ad acqua fluente. Le turbine idrauliche: turbine Pelton, Francis, Kaplan. Grado di reazione. Il diffusore allo scarico. La cavitazione.
Sfruttamento dell'energia dei combustibili: processi di combustione e proprietà dei combustibili. Bilanci di massa, composizione dei prodotti, rapporto aria/combustibile.
Cicli e pseudocicli termodinamici. Catena dei rendimenti, consumo specifico. Costo dell'energia, coefficiente di utilizzazione.
Le turbomacchine a fluido comprimibile. Equazione di De St. Venant, effetto della comprimibilità e pressione dinamica, equazione di Hugoniot, numero di Mach, ugelli e diffusori ideali e reali. Equazione della portata negli ugelli. Andamento della compressione e dell'espansione sui piani termodinamici: rendimenti, fenomeno del recupero e del controrecupero.
Andamento dell'espansione in uno stadio di turbina: salto entalpico rotorico, grado di reazione, triangoli delle velocità e rapporto cinematico fondamentale. Analisi delle perdite. Condizione di massimo rendimento per uno stadio assiale e dipendenza dal grado di reazione. Stadi a salti di velocità, ripartizione della potenza.
Turbine a vapore: problemi di smaltimento della portata, umidità. Tenute. Spinta assiale.
Macchine operatrici: tipologie, definizione di prevalenza, accoppiamento macchina-circuito. Turbo-operatrici centrifughe. Curve caratteristiche. Pompe: cavitazione ed NPSH.
Compressori dinamici centrifughi e assiali. Stadio assiale: cenni allo stallo ed al pompaggio. Curve caratteristiche delle macchine pluristadio: choking e campo di funzionamento. Macchine operatrici volumetriche. Compressori alternativi: generalità, riempimento, rapporto di compressione massimo, compressori pluristadio. Compressori volumetrici rotativi. Pompe alternative, casse d'aria. Pompe volumetriche rotative.
Impianti motori a vapore: circuito elementare, cicli a vapor saturo e surriscaldato. Generatori di vapore: tipologia e schemi di massima. Rendimento del generatore di vapore. Surriscaldatori ed economizzatori. Preriscaldatori d'aria. Il condensatore e le torri di raffreddamento. Il degasatore. La rigenerazione.
Turbine a gas, cicli di riferimento, rendimento e lavoro unitario, ottimizzazione. Rapporto aria-combustibile, camere di combustione. Problemi delle alte temperature, raffreddamento delle pale, materiali.
Attività d'esercitazione
Applicazioni numeriche delle equazioni fondamentali
Applicazioni numeriche sui cicli a vapore
Applicazioni numeriche su ugelli e diffusori
Applicazioni numeriche sull'accoppiamento macchina operatrice-circuito
Dimensionamento di massima di alcune macchine
Modalità d'esame
Orale
Propedeuticità
Fisica Tecnica
Testi consigliati
C. Caputo – Gli impianti convertitori di energia – Masson, Milan
C. Caputo – Le macchine volumetriche – Masson, Milano
C. Caputo – Le turbomacchine – Masson, Milan
Testi d'approfondimento
O. Acton, C. Caputo – Macchine a fluido – Collana UTET
G. Moranti –Macchine ed apparecchiature a vapore e frigorifere – Patron, Bologna
Ultimo aggiornamento: 02-10-2003