PRESENTAZIONE

L'insegnamento fornisce agli allievi le competenze fondamentali per interpretare i processi, e le relative tecnologie di base, attinenti alle macchine a fluido, alle macchine termiche e agli impianti di conversione energetica. Ciò consente all'allievo di padroneggiare i principi fondamentali della termodinamica e della fluidodinamica applicata alle macchine nonchè di affrontare i problemi applicativi inerenti l’utilizzo delle macchine a fluido quando inserite all’interno di impianti energetici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo dell'insegnamento 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 sarà in grado di:

• Descrivere e analizzare il funzionamento delle macchine a fluido di tipo volumetrico e dinamico, individuando problematiche e punti di forza.
• Valutare i principali parametri operativi, prestazionali ed energetici delle macchine a fluido, confrontando le diverse opzioni disponibili.
• Riprodurre e discutere le curve caratteristiche delle diverse tipologie di macchine.
• Selezionare le grandezze correlate all’impatto ambientale delle macchine.

Inoltre, grazie alla partecipazione alle attività didattiche previste, sarà possibile sviluppare la competenza sociale, acquisendo capacità relative alle proprie interazioni sociali, ad atteggiamenti collaborativi e alla comunicazione costruttiva in ambienti differenti.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni ed esercitazioni numeriche, svolte anche in gruppo con successiva presentazione e discussione tra gli allievi.

Gli studenti che abbiano certificazioni in corso di validità per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola Politecnica, Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), all’inizio dell’insegnamento per concordare eventuali modalità didattiche e di esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

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. Processi di combustione regolare e anomala nei MCI ad accensione comandata e per compressione. Regolazione dei MCI: regolazione per quantità e per qualità, cenno ai sistemi alternativi di regolazione. Curve caratteristiche dei MCI. La sovralimentazione dei MCI: schemi impiantistici fondamentali, campi applicativi, problematiche operative, potenza del compressore e della turbina. Emissioni inquinanti dei MCI: sostanze inquinanti emesse dai MCI, influenza del processo di combustione e dei parametri operativi, 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.

Questo insegnamento contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030: Obiettivi 7 (Assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni) e 13 (Promuovere azioni, a tutti i livelli, per combattere il cambiamento climatico).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• G. Zamboni - “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” - CittàStudi 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.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GIORGIO ZAMBONI (Presidente)

DARIO BARSI

DANIELE SIMONI (Presidente Supplente)

PIETRO ZUNINO (Presidente Supplente)

VIRGINIA BOLOGNA (Supplente)

DANIELE PETRONIO (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/11438/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Colloquio orale sugli argomenti trattati nel corso delle lezioni ed esercitazioni.

Gli studenti in possesso di certificazione di disabilità motoria o di apprendimento che vogliano discutere eventuali adattamenti o altre circostanze relative alle lezioni, ai corsi e agli esami, dovranno contattare  i docenti e il professor Federico Scarpa (Federico.Scarpa@unige.it), referente del Dipartimento per queste tematiche. Ad esempio, per gli studenti con disturbi specifici dell'apprendimento sarà previsto più tempo a disposizione e sarà consentito l'utilizzo di mappe concettuali.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame svolto sotto forma di colloquio orale verterà sugli argomenti trattati nell’ambito delle lezioni ed avrà lo scopo di valutare non soltanto il raggiungimento di un adeguato livello di conoscenza, ma anche l’acquisizione di capacità di analisi e di ragionamento critici, nonchè la capacità di correlare i diversi argomenti affrontati. Saranno inoltre oggetto di valutazione la chiarezza espositiva, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di riprodurre schemi tecnici.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Propedeuticità:

- Conoscenze di base di termodinamica e meccanica dei fluidi.