MACCHINE
Corso di Laurea
in Ingegneria Meccanica
Università di Parma
A.A. 2002/03
Gian Luigi BERTA
Università di Parma
4°
anno 1° semestre
Il corso fornisce le
conoscenze di base sulla teoria delle Macchine a fluido e degli Impianti
Motori.. Sono anche discussi i principi e la architettura dei tipi più comuni,
ad eccezione dei Motori a combustione interna, cui é dedicato un intero corso
del V anno.
Meccanica applicata
alle Macchine e Fisica Tecnica
Lezioni [ 78 ore]
Classificazione delle macchine.
Fonti energetiche tradizionali e rinnovabili. Consumi energetici in Italia e
nel mondo.
Richiami di termodinamica: 1° e
2° principio, gas e vapori. Equazioni fondamentali: continuità, energia e
quantità di moto, applicazioni.
Equazione di Eulero per i rotori
delle turbomacchine. Turbomacchine assiali e radiali.
Sfruttamento dell'energia
idraulica: impianti a bacino e ad acqua fluente. Le turbine idrauliche: analisi
del funzionamento, grado di reazione. Turbine Pelton, Francis, Kaplan, Banki. La similitudine applicata
alle turbine idrauliche. Il diffusore allo scarico. La cavitazione.
Sfruttamento dell'energia dei
combustibili, fiamme, proprietà dei combustibili. Bilanci di massa,
composizione dei prodotti, rapporto stechiometrico.. Calcolo della temperatura
finale di combustione adiabatica.
Cicli e pseudocicli
termodinamici. Effetto dei cascami termici. Catena dei rendimenti, rendimento
globale corretto, consumo specifico, consumo specifico termico. Cifra di
merito, indice di molteplicità delle sorgenti, grado di reversibilità. Costo
dell'energia, coefficiente di utilizzazione, diagramma di carico. L'accumulo di
energia meccanica.
Impianti motori a vapore: il
circuito elementare con cenni storici, cicli a vapor saturo e surriscaldato. I
generatori di vapore, tipi e principi. Caldaie a tubi di fumo, costante di
tempo. Caldaie a tubi d'acqua, evaporatori, circolazione. Surriscaldatori,
economizzatori, cenni di regolazione. Focolare, tiraggio. Rendimento del
generatore di vapore. Preriscaldatori d'aria, caldaie once-through. Il
condensatore e le torri di raffreddamento.
Ottimizzazione della pressione in
caldaia, il degasatore, la rigenerazione.
Le turbomacchine a fluido
comprimibile. Equazione di De St. Venant, effetto della comprimibilità sulla
pressione dinamica, equazione di Hugoniot, numero di Mach, ugelli e diffusori
ideali e reali. La pressione critica. Equazione della portata negli ugelli,
cono delle portate. Andamento della compressione e dell'espansione sui piani
termodinamici, recupero e controrecupero. Rendimenti di compressione e di
espansione.
Andamento dell'espansione in uno
stadio di turbina, salto entalpico rotorico, grado di reazione. Triangoli delle
velocità rapporto cinematico fondamentale. Caratteristica meccanica, velocità
di fuga. Analisi delle perdite. Condizione di massimo rendimento per uno stadio
assiale, dipendenza dal grado di reazione; salto entalpico smaltibile. Stadi a
salti di velocità, ripartizione della potenza.
Turbine a vapore: problemi di
smaltimento di portata, umidità. Tenute, spinta assiale, architettura.
Cratteristica interna, regolazione.
Lo sfruttamento dell'energia
nucleare. Impianti nucleari di potenza. Cicli a vapore nucleari,
risurriscaldamento a vapore.
Turbine a gas, cicli di
riferimento, rendimento e lavoro unitario, ottimazione. Rigenerazione,
interrefrigerazione, espansioni ripetute. Impianti a circuito chiuso e aperto.
Rapporto aria-combustibile, camere di combustione. Problemi delle alte
temperature, raffreddamento delle pale, materiali. Regolazione della potenza.
Impianti combinati, recupero
totale, impianti binari. Impianti combinati gas-vapore, effetto del rendimento
del GV a recupero. Postcombustione e doppio livello di pressione. Cenno agli
IGCC.
Cogenerazione: vantaggi, problemi,
analisi delle prestazioni, schemi di impianto.
Macchine operatrici: definizione
di prevalenza, accoppiamento macchina-circuito. Tipi. Turboperatrici
centrifughe, teoria euleriana, effetto del numero finito di pale, perdite.
Pompe: cavitazione, NPSH. Funzionamento sui 4 quadranti.
Compressori dinamici centrifughi
e assiali. Teoria euleriana dello stadio assiale, cenno alla teoria alare,
stallo. Pompaggio. Caratteristica interna delle macchine pluristadio, choking,
campo di funzionamento.
Macchine operatrici volumetriche.
Compressori alternativi: generalità, riempimento, rapporto di compressione
massimo, compressori pluristadio, interrefrigerazione; particolari costruttivi,
regolazione. Compressori volumetrici rotativi: tipi, teoria elementare dei
trasferitori e delle macchine dotate di compressione interna, curve
caratteristiche. Pompe alternative: costruzione, regolarizzazione della
portata, casse d'aria. Pompe volumetriche rotative: tipi, teoria, cenno alle
macchine a cilindrata variabile.
Esercitazioni [26 ore]
Applicazioni numeriche delle
equazioni fondamentali
Progetto di una turbina Banki
Applicazioni numeriche sui cicli
a vapore
Progetto di una caldaia a tubi di
fumo
Progetto di un condensatore
Applicazioni numeriche su ugelli
e diffusori
Progetto di una turbina a vapore
Progetto di una pompa centrifuga
Applicazioni numeriche
sull'accoppiamento macchina operatrice-circuito
Applicazioni numeriche su
impianti combinati e cicli cogenerativi
Dimensionamento di un compressore
alternativo
O.Acton,
C.Caputo – Macchine a fluido: voll. 1, 2I, 2II, 4 – UTET, Torino
C.Caputo – Collana di Macchine: voll. 1, 2, 3I – Masson, Milano
Prova orale di
circa 45 min