L’insegnamento fornisce le conoscenze fondamentali sulle macchine a fluido operatrici con riferimento alla scelta, all’installazione e all’esercizio della macchina.
L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze fondamentali per la comprensione del funzionamento delle macchine a fluido operatrici e dell’influenza del tipo di fluido e degli aspetti strutturali ed economici sull’architettura della macchina stessa. Vengono quindi derivati criteri di scelta e di installazione, e vengono fornite informazioni utili per l’esercizio in relazione al sistema nel quale la macchina è installata. Infine, vengono fornite le informazioni propedeutiche di interesse macchinistico sulle proprietà fisiche dei fluidi e sulle equazioni della termodinamica e della fluidodinamica.
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.
Nozioni di base di Fluidodinamica, Termodinamica e Macchine a fluido.
Lezioni teoriche e applicative
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.
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.
Ricevimento: Su appuntamento da fissare mediante email ad Andrea.Cattanei@unige.it
ANDREA CATTANEI (Presidente)
EDWARD CANEPA
CARLO CRAVERO
MATTEO DELLACASAGRANDE
MARCO FOSSA
GUGLIELMO LOMONACO
ANNALISA MARCHITTO
ANTONELLA PRIARONE (Presidente Supplente)
https://corsi.unige.it/9269/p/studenti-orario
Esame orale alla fine del corso, di norma ogni martedì su appuntamento da fissare per e-mail aAndrea.Cattanei@unige.it con almeno una settimana di anticipo.
Si consiglia agli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio delle lezioni per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.
Discussione generale di argomenti del corso a partire da due domande. Il colloquio è finalizzato ad accertare la comprensione del significato fisico e dell'interesse ingegneristico.
Propedeuticità :
Conoscenza delle basi di Meccanica dei fluidi, Termodinamica e Macchine a fluido.
