Ingegneria meccanica - Mechanical Engineering

Formare gli allievi allo studio dei problemi relativi alla termo fluidodinamica delle macchine utilizzati negli impianti per la conversione e l’uso dell’energia. Fornire loro gli strumenti conoscitivi e modellistici per comprendere i principi di funzionamento. Fornire i criteri di base per la progettazione ed il dimensionamento unitamente ai limiti operativi. Richiami alla Termodinamica tecnica e sugli Impianti motori termici fondamentali. Introduzione alle turbomacchine. Princìpi fondamentali di funzionamento. Lo stadio: statore e rotore. Lo studio monodimensionale dei condotti in regime permanente; le eq.ni di Hugoniot; gli ugelli subsonici e supersonici ed il loro dimensionamento; comportamento off-design. I rotori; i triangoli di velocità e le espressioni euleriane della potenza specifica; macchine assiali e macchine radiali. Salti entalpici statorico e rotorico; salto entalpico totale e potenza specifica. Il grado di reazione degli stadi. Caratteristiche generali delle palettature rotoriche per macchine assiali e radiali, motrici e operatrici. Analisi dimensionale e Teoria della similitudine delle turbomacchine. Il teorema di Buckingham e l’analisi dimensionale. L’utilizzazione dell’analisi dimensionale nei settori della meccanica dei fluidi e delle macchine a fluido in particolare. Le turbine a fluido comprimibile. Le turbine assiali: struttura di uno stadio generico. Stadi ad azione e a reazione: analisi funzionale dello statore e del rotore in sede limite e in sede reale; discussione delle prestazioni e analisi di confronto (salto entalpico smaltibile, rendimento). Le turbine a salti di velocità: studio funzionale, analisi critica e applicazioni; il fattore di recupero. I problemi di tenuta ed il rendimento volumetrico; dispositivi di tenuta; studio delle tenute a labirinto. Il fattore di umidità nelle turbine a vapore; fenomeni metastabili del vapore saturo in turbina e curva di Wilson. I tipici problemi di dimensionamento in alta e bassa pressione: la parzializzazione della portata; la rastremazione e lo svergolamento delle palette; svergolamento a vortice libero e cenno ad altri criteri di svergolamento. Potenza installabile mediante un gruppo a vapore; analisi e confronto con le possibilità di un gruppo a gas. Regolazione della potenza delle turbine a vapore: parzializzazione e laminazione, regolazione composita. Cenno alle turbine radiali. Le turbine idrauliche. Tipologia, configurazione e campi di applicazione: turbine Pelton, Francis, Kaplan. Analisi idrodinamica; triangoli di velocità, rendimenti e potenze; cenno ai problemi funzionali e costruttivi ed al dimensinamento. Diagrammi caratteristici. Cenno alla regolazione. Il recupero cinetico allo scarico. La cavitazione delle turbine e il numero di Thoma. Impianti motori idraulici. Natura e potenzialità delle risorse idrauliche; fattori climatici e piovosità; il coefficiente di deflusso. Curva idrodinamica e pianificazione dello sfruttamento dei corsi d’acqua. Introduzione alle macchine operatrici. Prevalenza della macchina, prevalenza del circuito esterno e loro analisi: interazione macchina-circuito e condizioni di funzionamento. Potenza e rendimenti: generalità. Pompe e compressori radiali. La girante radiale e le configurazioni possibili. Analisi funzionale delle giranti radiali (teorica con infinite pale, teorica con numero effettivo di pale, reale) e confronto fra i diversi tipi di girante. Diagrammi caratteristici. Pompe in parallelo e in serie. La verifica della corretta installazione di una pompa: (NPSH)a, (NPSH)r e loro impiego pratico. Turbomacchine operatrici assiali. Gli stadi dei compressori assiali: varietà in ragione del grado di reazione; analisi generale e confronti fra i vari tipi di stadio. Tecniche di svergolamento palare per compressori assiali. Caratteristiche costruttive e cenno al dimensionamento. L’approccio bidimensionale e la sua necessità. La teoria alare del profilo isolato: circolazione, portanza e resistenza, curve caratteristiche. Macchine operatrici volumetriche. I compressori alternativi. Il monocilindro; analisi del rendimento volumetrico in sede limite. Cenno alla sede reale. Soluzioni costruttive per i vari settori di impiego: macchine a doppio effetto, macchine tricilindriche, soluzioni a pistone differenziale e a gradino; macchine verticali e orizzontali e loro impiego. Macchine inter-refrigerate. Regolazione dei compressori alternativi. Cenno al dimensionamento. Schemi e prestazioni. Problemi di progetto e di esercizio: la periodicità della portata e la regolarizzazione a mezzo di cassa d’aria; cenno ai dimensionamenti. (NPSH)a per le pompe alternative: la pressione inerziale.

Conoscenza dei processi di conversione dell'energia, e delle relative tecnologie ed impianti, Conoscenza di termodinamica applicata, fluidodinamica ed elettrotecnica. Conoscenze di base relative alla programmazione (opzionale)

Dispense compilate dal docente e distribuite gratuitamente su supporto elettronico agli studenti; - Testi classici di riferimento per analisi di confronto col materiale delle dispense e per effettuare approfondimenti: Carmelo Caputo - Collana di MACCHINE (Editrice Masson): Vol. I – Gli impianti convertitori di energia Vol. II – Turbomacchine Vol. III (Tomo I e II) – Macchine volumetriche

3 lezioni a settimana.

La verifica delle conoscenze acquisite consiste nell'esecuzione di una prova scritta e della successiva discussione orale, nell'ipotesi di superamento della stessa.

Lezioni, esercitazioni e seminari con didattica tradizionale.

Formare gli allievi allo studio dei problemi relativi alla termo fluidodinamica delle macchine utilizzati negli impianti per la conversione e l’uso dell’energia. Fornire loro gli strumenti conoscitivi e modellistici per comprendere i principi di funzionamento. Fornire i criteri di base per la progettazione ed il dimensionamento unitamente ai limiti operativi. Richiami alla Termodinamica tecnica e sugli Impianti motori termici fondamentali. Introduzione alle turbomacchine. Princìpi fondamentali di funzionamento. Lo stadio: statore e rotore. Lo studio monodimensionale dei condotti in regime permanente; le eq.ni di Hugoniot; gli ugelli subsonici e supersonici ed il loro dimensionamento; comportamento off-design. I rotori; i triangoli di velocità e le espressioni euleriane della potenza specifica; macchine assiali e macchine radiali. Salti entalpici statorico e rotorico; salto entalpico totale e potenza specifica. Il grado di reazione degli stadi. Caratteristiche generali delle palettature rotoriche per macchine assiali e radiali, motrici e operatrici. Analisi dimensionale e Teoria della similitudine delle turbomacchine. Il teorema di Buckingham e l’analisi dimensionale. L’utilizzazione dell’analisi dimensionale nei settori della meccanica dei fluidi e delle macchine a fluido in particolare. Le turbine a fluido comprimibile. Le turbine assiali: struttura di uno stadio generico. Stadi ad azione e a reazione: analisi funzionale dello statore e del rotore in sede limite e in sede reale; discussione delle prestazioni e analisi di confronto (salto entalpico smaltibile, rendimento). Le turbine a salti di velocità: studio funzionale, analisi critica e applicazioni; il fattore di recupero. I problemi di tenuta ed il rendimento volumetrico; dispositivi di tenuta; studio delle tenute a labirinto. Il fattore di umidità nelle turbine a vapore; fenomeni metastabili del vapore saturo in turbina e curva di Wilson. I tipici problemi di dimensionamento in alta e bassa pressione: la parzializzazione della portata; la rastremazione e lo svergolamento delle palette; svergolamento a vortice libero e cenno ad altri criteri di svergolamento. Potenza installabile mediante un gruppo a vapore; analisi e confronto con le possibilità di un gruppo a gas. Regolazione della potenza delle turbine a vapore: parzializzazione e laminazione, regolazione composita. Cenno alle turbine radiali. Le turbine idrauliche. Tipologia, configurazione e campi di applicazione: turbine Pelton, Francis, Kaplan. Analisi idrodinamica; triangoli di velocità, rendimenti e potenze; cenno ai problemi funzionali e costruttivi ed al dimensinamento. Diagrammi caratteristici. Cenno alla regolazione. Il recupero cinetico allo scarico. La cavitazione delle turbine e il numero di Thoma. Impianti motori idraulici. Natura e potenzialità delle risorse idrauliche; fattori climatici e piovosità; il coefficiente di deflusso. Curva idrodinamica e pianificazione dello sfruttamento dei corsi d’acqua. Introduzione alle macchine operatrici. Prevalenza della macchina, prevalenza del circuito esterno e loro analisi: interazione macchina-circuito e condizioni di funzionamento. Potenza e rendimenti: generalità. Pompe e compressori radiali. La girante radiale e le configurazioni possibili. Analisi funzionale delle giranti radiali (teorica con infinite pale, teorica con numero effettivo di pale, reale) e confronto fra i diversi tipi di girante. Diagrammi caratteristici. Pompe in parallelo e in serie. La verifica della corretta installazione di una pompa: (NPSH)a, (NPSH)r e loro impiego pratico. Turbomacchine operatrici assiali. Gli stadi dei compressori assiali: varietà in ragione del grado di reazione; analisi generale e confronti fra i vari tipi di stadio. Tecniche di svergolamento palare per compressori assiali. Caratteristiche costruttive e cenno al dimensionamento. L’approccio bidimensionale e la sua necessità. La teoria alare del profilo isolato: circolazione, portanza e resistenza, curve caratteristiche. Macchine operatrici volumetriche. I compressori alternativi. Il monocilindro; analisi del rendimento volumetrico in sede limite. Cenno alla sede reale. Soluzioni costruttive per i vari settori di impiego: macchine a doppio effetto, macchine tricilindriche, soluzioni a pistone differenziale e a gradino; macchine verticali e orizzontali e loro impiego. Macchine inter-refrigerate. Regolazione dei compressori alternativi. Cenno al dimensionamento. Schemi e prestazioni. Problemi di progetto e di esercizio: la periodicità della portata e la regolarizzazione a mezzo di cassa d’aria; cenno ai dimensionamenti. (NPSH)a per le pompe alternative: la pressione inerziale.

Conoscenza dei processi di conversione dell'energia, e delle relative tecnologie ed impianti, Conoscenza di termodinamica applicata, fluidodinamica ed elettrotecnica. Conoscenze di base relative alla programmazione (opzionale)

Dispense compilate dal docente e distribuite gratuitamente su supporto elettronico agli studenti; - Testi classici di riferimento per analisi di confronto col materiale delle dispense e per effettuare approfondimenti: Carmelo Caputo - Collana di MACCHINE (Editrice Masson): Vol. I – Gli impianti convertitori di energia Vol. II – Turbomacchine Vol. III (Tomo I e II) – Macchine volumetriche

3 lezioni a settimana.

La verifica delle conoscenze acquisite consiste nell'esecuzione di una prova scritta e della successiva discussione orale, nell'ipotesi di superamento della stessa.

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