Questo corso si prefigge di fornire agli studenti una panoramica sulle principali tipologie di Macchine a Fluido, e sui loro principi di funzionamento. Nell’insegnamento verranno analizzate sia le prestazioni delle singole macchine (compressori, pompe, ecc.) che quelle di impianti completi ponendo particolare attenzione allo studio della loro efficienza e di possibili metodi per aumentarla.
This course aims at providing a comprehensive overview on the main categories of Thermal Machines and on their operating principles. The performance of both single machines (e.g. Compressors, Turbines, Pumps, etc) and overall power plants will be analyzed paying particular to their efficiency and to possible methods to enhance it.
Una volta completato il corso, lo studente dovrà possedere una conoscenza di base che gli permetta di analizzare criticamente le prestazioni di sistemi esistenti oppure di effettuare un dimensionare preliminare di nuovi impianti o componenti. Lo studente, infine, dovrà conoscere i principali trend tecnologici relativi dei sistemi analizzati.
1) Basic knowledge of components and systems, as far as their design features and operating principle are concerned.
.2) Acquaintance with the main physical quantities, measurement units, conversion factors, order of magnitude of numerical values in the field of fluid-machines.
.3) Ability to apply theory for facing some typical problems, also by answering specific questions with the help of suitable calculations.
.4) Acquisition of a reference method ("model-procedure" or "standard-procedure") for developing reasoning about fluid-machines.
.5) Minimum culture necessary for understanding information sheared among the operators (manufacturers,providers,customers,sellers,etc.).
Per poter frequentare questo corso è necessario possedere nozioni fondamentali di: termodinamica, idraulica e meccanica dei fluidi.
Some preliminary knowledge coming from courses dealing with topics of: mathematics, physics, applied mechanics, thermodynamics, heat-transfer, hydraulics and fluid-mechanics.
• Introduzione:
o Richiami di Termodinamica
o Nozioni di Fluidodinamica
• Componenti:
o Turbomacchine
o Turbocompressori di gas
o Macchine idrauliche motrici e operatrici:
o Turbopompe
o Motori alternativi a combustione interna
• Impianti:
o Impianti a vapore
o Impianti a gas
Basic Thermodynamics – First law: according to Lagrange and Euler. Operating conditions: steady, unsteady, periodic. Second law. Combustion and heating value. Thermodynamic diagrams and cycles review. Basic Fluid-dynamics – Flow within pipes. Converging and converging-diverging nozzles.
Turbomachines – Absolute vs relative motion. Degree of reaction.
Gas and steam turbines – reaction and impulse / axial / single-stage, Curtis wheel, others.
Turbo-compressors – hybrid-flow / centrifugal / single-stage, axial / multi-stage, radial, others. Manometric characteristics and efficiency map. Methods of performance control. Notes on similitude and characteristic rotation speed number
Hydraulic Machines –
Power generating units: Pelton, Francis, propeller-type and Kaplan, others.
Turbo-pumps: axial, radial, hybrid-flow, single- and multi-stage. Head, flowrate, efficiency, power. Head characteristic of the machine and the external resistances: steady-state working point. Series and parallel pumping units. Cavitation.
Steam power-plants – Mollier diagram of water vapor. From Carnot cycle to Rankine cycle. Compression stage by means of hydraulic pumps. Steam generator (boiler) and condenser. Over-heating and Hirn cycle. Repeated over-heating. Regeneration steam-bleeding practice (surface and mixing heat-exchangers). Co-generation: partial and total heat-recovery. Notes on off-design running.
Gas power-plants – Joule or Brayton cycle. Basic, single-shaft power-plant. Mass flowrate, work, efficiency, power. Performance as a function of manometric compression ratio and combustion temperature. Inter-cooled multi-stage compression, re-heating, regeneration. Hints of off-design running. Examples of: multiple-shaft, combined-cycle, accumulation power-plants ...
Ogni gruppo di lezioni inerente ad un determinato argomento viene seguito da una sessione di esercizi svolti in aula, corredata di temi assegnati per approfondire la materia.
Each group of lectures dealing with a specific topic is immediately followed by a session of exercises: some are solved together, some are supplied for homework. The exercises give chance to practice the theoretical principles, the measurement units, the order of magnitude of numerical values. They also provide further information about topics and help to understand better the theoretical features of lectures.
Sul Portale della Didattica verranno rese disponibili delle dispense di teoria ed esercizi, insieme a grafici, schemi e tabelle usati durante il corso. Questo rappresenta il materiale necessario per poter affrontare lo studio della materia e sostenere l’esame. Per eventuali approfondimenti si consigliano i seguenti testi:
• G. Cornetti, F. Millo, Macchine Termiche, Ed. Il Capitello, 2007
• G. Cornetti, Macchine Idrauliche, Ed. Il Capitello, 2006
• A.E. Catania: Complementi di macchine. Ed. Levrotto & Bella, 1979
• G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Ed Esculapio, 1997
Notes on theoretical and practical topics are available on the on the polito web-site, along with schematics, tables, graphs employed during the course.
Reference textbooks for additional knowledge:
G. Cornetti, F. Millo, Macchine Termiche, Ed. Il Capitello, 2007
G. Cornetti, Macchine Idrauliche, Ed. Il Capitello, 2006
A.E. Catania: Complementi di macchine. Ed. Levrotto & Bella, 1979
G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Ed Esculapio, 1997
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
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• Esame Scritto (durata: 1h 25 m): suddiviso in due parti
o Prima parte: 8 domande a risposta multipla. Tempo a disposizione: 30 minuti. I quesiti riguarderanno gli argomenti analizzati durante le lezioni, ma potranno anche richiedere lo svolgimento di semplici calcoli. Ogni risposta corretta varrà 2 punti, in caso di risposta errata varrà -0,5 mentre qualora non si risponda non si incorrerà in alcuna penalizzazione. Il massimo punteggio raggiungibile è di 16/16 e il test risulterà sufficiente qualora il punteggio sia >= 9/16.
o Seconda parte: durerà circa 1 ora e richiederà lo svolgimento di uno o due esercizi numerici (simili a quelli svolti durante le esercitazioni). Il punteggio massimo di questa parte è 16/16, mentre il minimo voto sufficiente è 9/16.
o Il voto complessivo della parte scritta è dato dalla somma dei singoli punteggi delle due parti.
o Per superare l’esame è richiesto il raggiungimento della sufficienza in entrambi i test scritti.
o Il Massimo voto raggiungibile con le sole prove scritte è 26/30. Per raggiungere un punteggio superiore lo studente deve sostenere anche la prova orale
• Esame Orale: allo studente verrà richiesto di esporre alcuni degli argomenti analizzati durante il corso, e di svolgere alcune dimostrazioni matematiche. Con la prova orale lo studente può aumentare o diminuire il voto conseguito durante la parte scritta. Tutti gli studenti con votazione sufficiente (>=18) possono chiedere al docente di sostenere la prova orale.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Optional oral exam;
L’esame consiste in una prova scritta, che richiede competenze sia di teoria che di calcolo. La durata dell’esame è di 2 ore. In generale vengono assegnati 2 esercizi: uno sulla parte "componenti", uno sulla parte "impianti". Lo studente decide quale esercizio affrontare per primo e quanto tempo dedicare a ciascuno. E' possibile consultare libri e appunti durante la prova. Lo studente è valutato in base alle capacità mostrate di: .1) padroneggiare le sue conoscenze, integrando teoria e pratica, .2) motivare le scelte fatte (formule, ipotesi, assunzioni, semplificazioni …), .3) commentare e valutare criticamente (se necessario) i risultati ottenuti, .4) esporre il procedimento seguito, in modo chiaro, sintetico e coerente. Per passare l’esame bisogna raggiungere o superare la sufficienza (18/30) in ciascuno dei due esercizi.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
• Esame Scritto (durata: 1h 25 m): suddiviso in due parti
o Prima parte: 8 domande a risposta multipla. Tempo a disposizione: 30 minuti. I quesiti riguarderanno gli argomenti analizzati durante le lezioni, ma potranno anche richiedere lo svolgimento di semplici calcoli. Ogni risposta corretta varrà 2 punti, in caso di risposta errata varrà -0,5 mentre qualora non si risponda non si incorrerà in alcuna penalizzazione. Il massimo punteggio raggiungibile è di 16/16 e il test risulterà sufficiente qualora il punteggio sia >= 9/16.
o Seconda parte: durerà circa 1 ora e richiederà lo svolgimento di uno o due esercizi numerici (simili a quelli svolti durante le esercitazioni). Il punteggio massimo di questa parte è 16/16, mentre il minimo voto sufficiente è 9/16.
o Il voto complessivo della parte scritta è dato dalla somma dei singoli punteggi delle due parti.
o Per superare l’esame è richiesto il raggiungimento della sufficienza in entrambi i test scritti.
o Il Massimo voto raggiungibile con le sole prove scritte è 26/30. Per raggiungere un punteggio superiore lo studente deve sostenere anche la prova orale
• Esame Orale: allo studente verrà richiesto di esporre alcuni degli argomenti analizzati durante il corso, e di svolgere alcune dimostrazioni matematiche. Con la prova orale lo studente può aumentare o diminuire il voto conseguito durante la parte scritta. Tutti gli studenti con votazione sufficiente (>=18) possono chiedere al docente di sostenere la prova orale.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The exam consists of a written test. The student is required to answer a series of questions, which may be like follows:
.multiple choice question: one answer out of five proposed solutions must be selected, by crossing a box.
.calculation question: the numerical value which corresponds to a required physical quantity must be written in a given space.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
• Esame Scritto (durata: 1h 25 m): suddiviso in due parti
o Prima parte: 8 domande a risposta multipla. Tempo a disposizione: 30 minuti. I quesiti riguarderanno gli argomenti analizzati durante le lezioni, ma potranno anche richiedere lo svolgimento di semplici calcoli. Ogni risposta corretta varrà 2 punti, in caso di risposta errata varrà -0,5 mentre qualora non si risponda non si incorrerà in alcuna penalizzazione. Il massimo punteggio raggiungibile è di 16/16 e il test risulterà sufficiente qualora il punteggio sia >= 9/16.
o Seconda parte: durerà circa 1 ora e richiederà lo svolgimento di uno o due esercizi numerici (simili a quelli svolti durante le esercitazioni). Il punteggio massimo di questa parte è 16/16, mentre il minimo voto sufficiente è 9/16.
o Il voto complessivo della parte scritta è dato dalla somma dei singoli punteggi delle due parti.
o Per superare l’esame è richiesto il raggiungimento della sufficienza in entrambi i test scritti.
o Il Massimo voto raggiungibile con le sole prove scritte è 26/30. Per raggiungere un punteggio superiore lo studente deve sostenere anche la prova orale
• Esame Orale: allo studente verrà richiesto di esporre alcuni degli argomenti analizzati durante il corso, e di svolgere alcune dimostrazioni matematiche. Con la prova orale lo studente può aumentare o diminuire il voto conseguito durante la parte scritta. Tutti gli studenti con votazione sufficiente (>=18) possono chiedere al docente di sostenere la prova orale.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The exam consists of a written test. The student is required to answer a series of questions, which may be like follows:
.multiple choice question: one answer out of five proposed solutions must be selected, by crossing a box.
.calculation question: the numerical value which corresponds to a required physical quantity must be written in a given space.
