OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire le conoscenze fondamentali per:

la conoscenza dell’architettura delle macchine a fluido operatrici in relazione al tipo di fluido e agli aspetti strutturali ed economici;

la comprensione del loro funzionamento;

la scelta, l’installazione e l’esercizio della macchina.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Attraverso la frequenza attiva di lezioni ed esercitazioni e lo studio individuale, lo studente acquisirà:

una conoscenza operativa delle proprietà fisiche dei fluidi comunemente elaborati dalle macchine operatrici a fluido, delle trasformazioni termodinamiche seguite, delle equazioni di bilancio impiegate per lo studio del flusso, della teoria della similitudine e della statistica;

una conoscenza di base dell’effetto della variazione della densità sul comportamento delle macchine a fluido e dei loro componenti;

con specifico riferimento a turbopompe, turbocompressori multistadio e ventilatori, una conoscenza di base dell’architettura e delle funzioni dei vari organi, nonché dell’andamento delle principali quantità fluidodinamiche e termodinamiche lungo macchina e delle curve caratteristiche;

una conoscenza di base dell’effetto dei principali vincoli aerodinamici e strutturali sul disegno della macchina;

una conoscenza di base delle anomalie di funzionamento delle turbomacchine operatrici.

con specifico riferimento a pompe e compressori volumetrici alternativi e rotativi, una conoscenza di base del funzionamento e dei principali motivi di scostamento dal comportamento ideale.

PREREQUISITI

Nozioni di base di Fluidodinamica, Termodinamica e Macchine a fluido.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni teoriche e applicative

PROGRAMMA/CONTENUTO

1. Richiami di fluidodinamica e di termodinamica

1.1. I principali problemi tecnici: problema di progetto, di verifica e di scelta. Principali proprietà fisiche dei fluidi. L’equazione di stato dei gas perfetti e le principali relazioni termodinamiche. Le equazioni fondamentali per lo studio dei sistemi aperti e chiusi e le applicazioni a macchine volumetriche e turbomacchine (continuità, quantità di moto, energia, Eulero); definizioni delle quantità significative per lo studio delle macchine (prevalenza, rendimento, lavoro specifico).

1.2. La teoria della similitudine: scelta dei parametri da impiegare per l’adimensionalizzazione, principali adimensionali impiegati per pompe, ventilatori e compressori. Legami fra statistica e teoria della similitudine; impiego della statistica per la scelta del tipo di macchina da installare: diagramma di Cordier.

2. Applicazioni tipiche delle equazioni di bilancio

2.1. Effetto del numero di Mach e della variazione della densità sullo scambio di lavoro, sull’andamento della sezione di un ugello e sullo scambio termico; rendimento adiabatico, politropico e isotermo; spinta di fluidi in moto sulle pareti di condotti; legame fra separazione dello strato limite e portanza e resistenza di un profilo aerodinamico. Catena dei rendimenti di un ventilatore.

3. Le turbomacchine operatrici (compressori, soffianti, ventilatori e pompe, assiali e radiali)

3.1. Architettura tipica e principio di funzionamento, forma della pala, analogie con il comportamento di un profilo isolato, legame fra angoli di pala e curva caratteristica, deviazione del flusso all’uscita della palettatura e scorrimento nei rotori centrifughi, tipologie di impiego. Sollecitazioni su pale, rotori, statori, albero e cassa; effetto della forza centrifuga e della spinta aerodinamica sulla pala. Limitazioni al campo di funzionamento: stallo e bloccaggio nei turbocompressori; cavitazione nelle pompe, altezza di aspirazione e accorgimenti per evitarla.

3.2. Teoria della similitudine e curve caratteristiche di pompe, ventilatori, soffianti e compressori. Tipiche curve caratteristiche degli utilizzatori: circuito con perdite di carico e differenza di quota, ugello in condizioni di bloccaggio. Determinazione del punto di lavoro: accoppiamento fra la caratteristica della macchina e quella dell’utilizzatore nel caso incomprimibile e nel caso comprimibile.

4. Le macchine operatrici volumetriche

4.1. Compressori e pompe, alternativi e rotativi: principio di funzionamento, curve caratteristiche ed effetto del volume nocivo, tipologie di impiego, comportamento con valvole automatiche e comandate.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Dispense del corso a cura del docente.

L. A. Catalano, M. Napolitano, Elementi di Macchine operatrici a fluido, Pitagora Editrice.

R.I. Lewis, Turbomachinery performance analysis, John Wiley and Sons.