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PORTALE DELLA DIDATTICA

Macchine

12BNINE

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 73
Esercitazioni in aula 24
Esercitazioni in laboratorio 3
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Dongiovanni Claudio - Corso 1 Professore Associato ING-IND/08 73 0 0 0 16
Mittica Antonio - Corso 2 Professore Ordinario ING-IND/08 73 24 12 0 16
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/08 10 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2019/20
L’insegnamento si propone di analizzare gli aspetti costruttivi, i principi di funzionamento e le prestazioni delle macchine a fluido, turbomacchine e macchine volumetriche, in condizioni di funzionamento nominale e ‘fuori progetto’, dei relativi impianti e la loro regolazione. In particolare, saranno trattati gli impianti di turbine a vapore, a gas, a ciclo combinato gas-vapore, ed i relativi componenti statici e dinamici, le macchine idrauliche con relativi impianti, le trasmissioni idrostatiche ed idrodinamiche, i motori alternativi a combustione interna.
The subject aims at analysing the constructive aspects, the operation principles and the performance of fluid-flow machines, turbomachinery and volumetric machinery, with the evaluation of performance and off-design operations of both the single fluid-flow machine and the energy system in which it is inserted. In particular, the subject will cover steam and gas power plants, combined-cycle power plants, hydraulic machinery, hydraulic power transmissions and internal combustion engines.
L’insegnamento parte da complementi di termodinamica e meccanica dei fluidi, esaminati e sottolineati dal punto di vista che più interessa nello studio delle macchine e dei sistemi energetici a fluido. Applicando con sistematicità i principi della termofluidodinamica-energetica ai sistemi di conversione dell’energia ed ai loro componenti, l’insegnamento presenta gli aspetti formativi necessari per consentire allo studente il progetto di massima e/o la scelta di una turbomacchina, di un motore a combustione interna e, più in generale, di un impianto motore oppure operatore, in relazione alla rispettiva utilizzazione. L’insegnamento fornisce non solo le nozioni per affrontare e risolvere autonomamente problematiche specifiche di progetto, di regolazione e controllo delle macchine e dei sistemi energetici, ma anche le conoscenze di base per studiare ed approfondire problematiche di macchine a fluido per impieghi più specialistici.
Through the systematic application of the principles of thermo-fluid-dynamics to energy conversion systems and their components, the module provides the students with the ability not only to choose engines and engineering-plant solutions in relation to their applications, but also to approach and solve specific design problems by integrating the concepts acquired through the module with advanced notions on related topics. The subject gives the elements to face and individually solve specific problems for the design and control of hydraulic and thermal machines. It also provides the basic knowledge to study and deepen the issues for specialist employment of fluid flow machines.
Sono necessarie le conoscenze di base delle Macchine a Fluido, nonché quelle derivanti dai Corsi che trattano la Termodinamica, la Termocinetica, la Meccanica Applicata alle Macchine e la Meccanica dei Fluidi.
The knowledge acquired through the subjects of Hydraulic and Thermal Machines Fundamentals is required, along with the basic notions of Thermodynamics and Thermokinetics, Applied Mechanics and Fluid Mechanics.
- Leggi di conservazione per processi reali in sistemi a fluido e applicazioni ai motori termici e alle turbomacchine. Interazione entropica e legge di evoluzione dell’energia per sistemi chiusi e aperti. - Combustione a volume costante e a pressione costante. Combustione in flusso stazionario. - Instabilità di funzionamento e regolazione dei turbocompressori di gas. - Compressori alternativi, rotativi a palette e Roots e loro regolazione. - Turbine idrauliche; turbopompe radiali ed assiali; turbomacchine reversibili. - Pompe e motori volumetrici idraulici; trasmissioni idrostatiche di coppia; giunti idraulici e convertitori idrodinamici di coppia. - Organizzazione delle turbine a vapore multistadio. - Analisi delle prestazioni ‘fuori progetto’ di una palettatura. Calcolo e rappresentazione del campo di funzionamento di una turbomacchina. Formule semplificate per calcolo delle prestazioni di una turbomacchina; cono dei consumi. - Metodi di regolazione delle turbine a vapore. Campo di regolazione di turbine a contropressione e ad estrazione. - Prestazioni di impianti di turbine a gas. Impianti avanzati di turbine a gas. Impianti a ciclo combinato gas-vapore; generatori di vapore a ricupero ad una e a due pressioni. - Regolazione delle turbine a gas e degli impianti a ciclo combinato gas-vapore. - Motori alternativi a combustione interna: analisi dei rendimenti ideale, limite, interno e organico. Ciclo di lavoro indicato. Coefficiente di riempimento. Influenza delle condizioni ambiente sulle prestazioni. Caratteristica meccanica e regolazione di motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione. Sovralimentazione di motori a combustione interna. - Combustione e gasdinamica in motori ad accensione comandata e in motori Diesel. Sistemi di iniezione per motori Diesel. - Emissioni inquinanti da motori a combustione interna: formazione e tecniche per la loro riduzione.
- Principles of energy conversion; thermodynamics of fluid-flow machines and energy systems. - Heating values and their application to thermodynamic analysis of combustion. Constant-volume and constant-pressure combustion in ideal and real processes; combustion in steady-state flows. - Gas compressors: performance characteristics, instability of the working conditions, surge and stall; control in the turbo-compressor. - Displacement compressors: reciprocating piston compressor, sliding vane compressor, Roots blower: constitution, performance and control. - Hydraulic turbines; hydraulic pumps. Fluid-flow similarity and characteristic curves. Control in pumps. Parallel and series connection of dynamic pumps to piping system. Pump cavitation, allowable suction head and permissible suction lift. - Positive displacement pumps and motors; torque hydrostatic transmissions; hydraulic joints and hydrodynamic converters - Organization of multistage steam turbines. - Off-design performance analysis of blades. Evaluation and representation of the operational range of a turboexpander. - Turbine performance map of a turbomachinery and simplified formulas for its evaluation; consumption characteristics. - Control methods for steam turbines. Operational range of back pressure and extraction steam turbines. - Gas turbine plants; analysis of ideal and actual cycles; effects of operating variables on the efficiency of the gas-turbine cycle; schemes to improve cycle efficiency. Combined power plants and cogeneration plants. - Performance characteristics of a gas turbine; control in gas turbine plants and in cogeneration plants. - Internal combustion engines: cycle analysis with ideal gas working fluid; fuel-air cycle analysis; actual engine cycles; valve-timing and valve-lift diagrams; power output, mechanical efficiency, volumetric efficiency and engine operating parameters; correction factors for power and volumetric efficiency; control characteristic and WOT mechanical characteristic for SI and CI engines. Turbocharging the internal combustion engines. - Exhaust emissions of ICEs. Overview of emission formation mechanisms: formation of CO and oxide nitrogen. Regulation framework of ICE emissions.
Esercitazioni: le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi pratici in applicazione dei concetti trattati a lezione, con lo scopo sia di fornire gli ordini di grandezza dei parametri, sia di migliorare il grado di apprendimento. Laboratori: Visita ai laboratori di Macchine. Le esercitazioni proposte richiedono l’uso di calcolatrici tascabili, del diagramma di Mollier del vapor d’acqua (in forma grafica, che può essere integrato da software commerciale). I testi degli esercizi numerici saranno forniti preliminarmente agli allievi e resi disponibili sul portale WEB dell’insegnamento. Gli studenti utilizzano i testi di riferimento solo per quegli aspetti coperti dall’insegnamento.
APPLIED LECTURES PROGRAMME The classroom training consists in solving exercises and practical problems by applying the concepts covered in the lectures. The aim of training is to give the students the order of magnitude of the main parameters and to improve their degree of understanding. LABORATORY: guided tour of the Fluid Machinery Laboratory.
a) Materiale fornito dal docente; b) Testi di riferimento: - A.E. Catania, Complementi di Macchine, Ed. Levrotto & Bella, Torino, 1979. - G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, 1995. - G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Progetto Leonardo, 2007. c) Appunti disponibili presso il Centro Stampa del Politecnico di Torino: - A.E. Catania, Turbocompressori, ACSV (Appunti dai Corsi Seminariali di Vercelli), Ed. CGVCU (Comitato per la Gestione in Vercelli dei Corsi Universitari), 1990. - A.E. Catania, Compressori volumetrici, ACSV, Ed. CGVCU, 1991. - A.E. Catania, Turbine idrauliche, ACSV, Ed. CGVCU, 1992. - A. Mittica, Turbomacchine idrauliche operatrici, ACV, Ed. CGVCU, 1994.
a) reference books: - A.E. Catania, Complementi di Macchine, Ed. Levrotto & Bella, Torino, 1979. - G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, 1995. - G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Progetto Leonardo, 2007. b) Notes available c/o il Centro Stampa del Politecnico: - A.E. Catania, Turbocompressori, ACSV (Appunti dai Corsi Seminariali di Vercelli), Ed. CGVCU (Comitato per la Gestione in Vercelli dei Corsi Universitari), 1990. - A.E. Catania, Compressori volumetrici, ACSV, Ed. CGVCU, 1991. - A.E. Catania, Turbine idrauliche, ACSV, Ed. CGVCU, 1992. - A. Mittica, Turbomacchine idrauliche operatrici, ACV, Ed. CGVCU, 1994.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale obbligatoria;
L’esame consiste in una prova scritta ed una orale. Prova scritta: si svolge in due ore e venti minuti. Consiste nello svolgimento di due esercizi numerici su impianti o macchine a fluido relativi ad argomenti svolti durante l’insegnamento. La valutazione dei due esercizi contribuisce con lo stesso peso alla valutazione finale dello scritto. E’ possibile utilizzare un formulario trascritto su un foglio A4. L'esame di Macchine incomincia quando il candidato consegna l'elaborato al termine della prova scritta. La soglia di ammissione alla prova orale è di 12/30. Prova orale: consiste in una possibile discussione della prova scritta e nel rispondere a domande su argomenti di teoria trattati a lezione. La durata è variabile in base alle conoscenze dello studente. Il voto di esame è determinato in base alla media dei risultati conseguiti nella prova scritta e nella prova orale.
Exam: written test; compulsory oral exam;
The exam consists of a written and an oral test and aims to verify the comprehension of the topics covered in lectures. The written test will last 2 hours and 20 min. There are 2 numerical exercises related to plants or fluid machines studied during the lectures. Each exercise contributes with the same weight to the final evaluation of the written part. It is possible to use a personal formula data sheet (A4 format). The minimum mark of the written test in order to proceed with the oral test is 12/30. The oral test can be a possible discussion of the written test and answers to questions related to topics developed during the lectures. The exam length depends on the student’s knowledge. The final mark is determined as an average of the results obtained for the written part and the oral part.


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