OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo del corso è quello di fornire all'allievo i fondamenti dello studio delle macchine a fluido di tipo volumetrico e dinamico al fine di analizzare il loro comportamento funzionale e valutare i principali aspetti prestazionali.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine del corso lo studente dovrà acquisire una conoscenza di base relativamente al funzionamento delle macchine a fluido di tipo volumetrico e dinamico ed essere in grado di valutarne i principali aspetti prestazionali.

PREREQUISITI

Si richiede che lo studente abbia acquisito una sufficiente conoscenza degli aspetti di base relativi alla termodinamica applicata e alla meccanica dei fluidi.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni ed esercitazioni.

PROGRAMMA/CONTENUTO

A. Macchine volumetriche

- Richiami e concetti introduttivi

Classificazione delle macchine a fluido. L’equazione dell’energia e l’espressione del lavoro. Rendimenti di conversione nelle macchine a fluido. Scambio di lavoro nelle macchine volumetriche.

- Motori a combustione interna alternativi (MCI)

Cenni storici e campi applicativi dei MCI. Richiami sul funzionamento ideale dei MCI e sui cicli termodinamici di riferimento. Il funzionamento reale dei MCI: diagrammi polari della distribuzione, diagrammi indicati, pressione media indicata ed effettiva, concetto di coefficiente di riempimento, espressioni della potenza. Generalità sui processi di combustione. Processi di combustione nei MCI ad accensione comandata e per compressione. Regolazione dei MCI: regolazione per quantità e per qualità. Curve caratteristiche dei MCI. La sovralimentazione dei MCI: schemi impiantistici fondamentali, campi applicativi, problematiche operative. Emissioni inquinanti dei MCI: meccanismi di formazione delle sostanze inquinanti, influenza del processo di combustione e dei parametri operativi sulle emissioni dei MCI, principali sistemi e dispositivi per il controllo e l’abbattimento delle emissioni dei MCI ad accensione comandata e Diesel.

- Macchine operatrici volumetriche

Compressori volumetrici alternativi: principio di funzionamento, caratteristiche costruttive, ciclo di lavoro, regolazione. Compressori volumetrici rotativi: compressori a palette, a lobi, ad anello liquido, a vite. Pompe volumetriche: macchine alternative e rotative, principio di funzionamento, tipologie costruttive. Curve caratteristiche. Accoppiamento della macchina con il circuito.

B. Turbomacchine

- Classificazione, conformazione, esempi ed applicazioni delle turbomacchine

Motrici ed operatrici. Per conversione energetica, per propulsione. Assiali e radiali. Monostadio e pluristadio. A fluido comprimibile, a fluido incomprimibile. A gas, a vapore, idrauliche.

- Caratteristiche geometriche delle turbomacchine

Piano meridiano, sezione frontale, sviluppo delle superfici di flusso assialsimmetriche. Definizione geometrica dei profili palari.

- Equazioni  fondamentali delle turbomacchine

Teoria Monodimensionale. Equazione della continuità. Equazione dell’energia per i sistemi aperti: nel sistema assoluto, nel sistema relativo. Definizione di pressione ed entalpia totale. Trasformazioni di compressione ed espansione nel piano entalpico. Calcolo della velocità nei condotti. Relazione cinematica fondamentale delle turbomacchine, triangoli delle velocità. Equazione della quantità di moto in una palettatura. Momento della quantità di moto. Equazione di Eulero delle turbomacchine, scambio energetico nelle palettature. Calcolo delle forze nelle palettature delle macchine assiali.

- Turbine assiali 

Funzionamento, conformazione, triangoli delle velocità, grado di reazione. Curve caratteristiche.

- Compressori assiali

Funzionamento, conformazione, triangoli delle velocità, grado di reazione. Incremento di pressione. Curve caratteristiche.

- Turbine a vapore

Caratteristiche funzionali ed architettura.

- Turbine a gas

Caratteristiche funzionali ed architettura.

- Turbine idrauliche

Caratteristiche funzionali ed architettura.

- Pompe, ventilatori  e  compressori centrifughi

Funzionamento, conformazione, triangoli delle velocità, grado di reazione. Prevalenza ed incremento di pressione. Rendimenti, curve caratteristiche, cavitazione.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• M. Capobianco - “Macchine volumetriche” – Appunti del corso.
• R. Della Volpe - “Macchine” - Liguori Editore, 2011.
• V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico - “Macchine a fluido” - Città Studi Edizioni, 2020.
• G. Cornetti, F. Millo - “Macchine idrauliche”, “Macchine a gas” - Il Capitello, 2015.
• G. Ferrari -  "Motori a combustione interna" - Esculapio, 2016.
• O. Acton, C. Caputo - “Compressori ed espansori volumetrici”, UTET, 1992.
• O. Acton - “Turbomacchine”, UTET, 1992.