Dinamica e controllo delle macchine

Finalità

Con il presente corso s'intende offrire all'allievo Ingegnere una preparazione di base nel campo delle macchine a fluido. Basi che sono indispensabili per una corretta comprensione dell'interazione con i sistemi di regolazione e controllo, dei quali fanno integralmente parte, anzi, il loro comportamento dinamico influenza fortemente l'efficacia della regolazione.

Programma

L'energia.
Problematiche connesse con la disponibilità e produzione d'energia.
Richiami di termodinamica e trasmissione del calore.
Diagrammi termodinamici. Cicli a vapore. Lavoro e rendimento. Ciclo a gas. Lavoro e rendimento. Conduzione, convezione, irraggiamento. Scambiatori di calore
Generatori di vapore.
Architettura ed evoluzione delle caldaie. Altezza del camino. Architettura e funzionamento dei reattori nucleari.
Cenni di fluidodinamica.
Moto isentropico in un condotto. Spinta sulle pareti del condotto. Integrazione dell'equazione dell'energia.
Turbomacchine.
Architettura delle macchine idrauliche motrici ed operatrici. Pompe idrauliche radiali ed assiali.
Cicli inversi.
Utilizzo come macchina frigorifera e come pompa di calore. Definizione del C.O.P. Macchine frigorifere a compressione semplice e frazionata; con semplice o multipla laminazione.
Problematiche della regolazione.
Generalità sui sistemi di regolazione e controllo. Regolatori on-off, regolatori lineari. Elementi fondamentali dei sistemi di regolazione. Trasduttori, amplificatori ed attuatori in versione pneumatica ed elettrica. Trattamento del segnale analogico e digitale. Convertitori A/D e D/A.
Trattazione matematica.
Funzione di trasferimento d'un sistema dinamico. Ipotesi semplificative e soluzione delle equazioni. Equazione caratteristica. Criterio di stabilità di Ruth. Serie di Fourier. Trasformata di Fourier. Trasformata di Laplace. Studio dei sistemi nel dominio immagine. Antitrasformazione.
Analisi in frequenza, stabilità, precisione.
Risposta in frequenza di un sistema dinamico. Tracciamento dei diagrammi di Bode e di Nyquist. Studio della stabilità di un sistema chiuso in retroazione unitaria. Criterio di Nyquist. Luogo delle radici. Errori permanenti per variazione del riferimento e per disturbi. Metodi per annullare l'errore in relazione al punto d'ingresso ed al tipo di disturbo.
Regolazione d'impianti industriali.
Regolazione delle turbine a vapore; sistemi di sicurezza Regolazione delle caldaie: aria, combustibile, livello, condizioni del vapore in uscita. Regolazione degli impianti in contropressione e derivazione. Regolazione delle turbine a gas monoalbero e bialbero.
Motori alternativi a combustione interna.
Cicli limite di riferimento. Carburanti; problemi d'accendibilità e irregolarità di combustione. Formazione della miscela aria e combustibile nel motore a benzina e a gasolio. Confronto fra 2T e 4T. Carburatore. Motori Diesel ad iniezione diretta ed indiretta; pompa d'iniezione. Iniezione nei motori a benzina e centraline di controllo. Analisi dei gas di scarico. Sistemi d'alimentazione aria; importanza della turbolenza.

Modalità d'esame

L'esame consta di una prova orale su argomenti del programma cui si affiancano relazioni (consigliate) sulle esperienze di laboratorio e su eventuali argomenti specifici proposti dal docente.

Propedeuticità

Testi consigliati

Testi d'approfondimento

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