Finalità
Il corso fornisce le
conoscenze sulla teoria delle Macchine, necessarie all’Ingegnere meccanico,
completando la preparazione fornita dal corso di Macchine AB (laurea). Le
Macchine, secondo la tradizione nazionale, comprendono sia le macchine a
fluido (componenti) che gli impianti motori (convertitori di energia
primaria). Si introducono criteri di calcolo adeguati al rigore richiesto
all’ingegnere moderno.
Programma
Energetica ed economia
applicata: storia delle macchine, sfruttamento dell’energia idraulica;
generalità sugli impianti termici, cicli e pseudocicli, 2° principio, la
cifra di merito per i cicli termodinamici diretti, tipi e proprietà dei
combustibili; sfruttamento dell’energia nucleare, principi.
Metodi di analisi delle macchine a fluido: recupero e controrecupero,
rendimenti di compressione e di espansione adiabatici, poltropici, isotermi;
il cono di Stodola, caratteristica interna e meccanica di turbina;
accoppiamento macchina operatrice-circuito a velocità variabile; gas
perfetto, semi-perfetto, modello polinomiale; bilanci di energia in presenza
di reazioni chimiche, dissociazione molecolare ad alta temperatura,
temperatura finale di combustione adiabatica; generalità sulla rigenerazione
negli impianti di potenza; applicazione della similitudine alle macchine a
fluido; cenno all’aerodinamica 2D, portanza e resistenza dei profili alari.
Impianti motori: Criteri di dimensionamento degli impianti idraulici,
rigenerazione negli impianti a vapore, umidità in turbina e risurriscaldamento;
tipi di reattori nucleari (a gas, BWR, PWR, LMFBR), cicli a vapore per
impianti nucleari; impianti turbogas, processi aperti, matching dei
componenti, tecniche di regolazione, funzionamento off-design; ripartizione
della potenza negli impianti combinati, diversi schemi d’impianto,
ricombustione, pressioni multiple, STIG; fondamenti di motori a combustione
interna, cicli limite, riempimento, pressione media, sviluppo della
combustione, bilancio energetico.
Macchine a fluido e componenti degli impianti motori: rendimenti di stadio,
ripartizione della potenza nelle ruote Curtis, effetti 3D negli stadi di
turbina, limiti di potenza delle turbine a vapore; le tenute nelle
turbomacchine, spinte assiali; turbine idrauliche, geometria delle
palettature e triangoli delle velocità, diffusore allo scarico, cavitazione;
analisi delle perdite nelle turbomacchine motrici e operatrici; scambiatori
per impianti a vapore, condensatori e sottoraffreddamento, condensatori ad
aria, torri di raffreddamento, preriscaldatori d’aria; compressori dinamici,
stallo, pompaggio, caratteristica delle macchine pluristadio, campo di
funzionamento, choking, stallo rotante; camere di combustione per turbine a
gas, caldaie a recupero; compressori alternativi, spazio nocivo e rapporto di
compressione massimo, staging e interrefrigerazione, compressori volumetrici
rotativi, trasferitori e macchine con compressione interna, pompe
alternative, pompe volumetriche rotative, il problema della regolarità della
portata, casse d’aria.
Attività di esercitazione
Applicazioni numeriche dei
modelli termodinamici del gas e del vapor d’acqua, su accoppiamento
pompa-circuito e su impianto combinato.
Progetto di massima di: turbina Pelton, Banki, caldaia a tubi d’acqua,
condensatore, pompa centrifuga, turbina a vapore, compressore alternativo.
Modalità d’esame
Prova scritta: esercizio e
quiz a risposta chiusa.
Prova orale.
Per accedere alla prova
orale è necessario aver sostenuto la prova scritta negli appelli in
calendario.
Propedeuticità
Macchine (corso di base)
Testi consigliati
C. Caputo – Gli impianti convertitori di energia – Masson,
Milano
C. Caputo – Le macchine volumetriche – Masson, Milano
C. Caputo – Le turbomacchine – Masson, Milano
Lozza G. – Turbine a gas e cicli combinati – Progetto
Leonardo, Bologna