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Anno Accademico 2009/10
12BNIFR
Macchine
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Meccanica - Mondovi'
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Badami Marco ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/09 64 44 4 0 6
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/08 10 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
Obiettivi dell'insegnamento
Il corso mira a fornire all'allievo le nozioni di base sul funzionamento e sulla regolazione delle macchine a fluido, con particolare riferimento alle turbomacchine (turbine a gas, turbine a vapore, turbine idrauliche, turbopompe e turbocompressori) e alle macchine volumetriche (compressori a stantuffo, Roots, a palette,...). Verranno inoltre approfonditi i concetti visti in altri corsi sui motori alternativi e sugli impianti di turbina a gas e a vapore, con particolare riferimento alle tematiche riguardanti la loro regolazione e il loro utilizzo in assetto cogenerativo.

Controllo dell'apprendimento e modalitÓ d'esame
L'esame Ŕ scritto e comprende sia domande di teoria, sia esercizi. Per le domande di teoria non sarÓ possibile consultare testi o utilizzare calcolatori tascabili, mentre per gli esercizi saranno ammessi sia testi sull'argomento sia i calcolatori.
Competenze attese
CapacitÓ di effettuare calcoli e valutazioni di massima sulle principali macchine a fluido, sui motori alternativi a combustione interna e sugli impianti di turbina a gas e a vapore.
Prerequisiti
Nozioni di Fisica tecnica e Termodinamica di base. Meccanica Applicata alle Macchine e Sistemi Energetici.
Programma
Richiami di Termodinamica [4 ore]
Classificazione delle macchine a fluido. I Principio della Termodinamica in forma Lagrangiana ed Euleriana. II Principio della Termodinamica. Leggi di evoluzione. Classificazione dei rendimenti e dei lavori per le macchine motrici ed operatrici.
Richiami sugli Ugelli e Diffusori [4 ore].
VelocitÓ del suono e proprietÓ di ristagno in una corrente fluida. Flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticitÓ. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e "fuori progetto". Rendimento di ugelli e diffusori.
Turbine [8 ore].
Richiami sull'espressione del lavoro in una turbomacchina; triangoli di velocitÓ. Turbina assiale semplice ad azione; descrizione della macchina, triangoli di velocitÓ, profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale; variazione dei coefficienti di perdita in condizioni di progetto e fuori progetto. Turbina assiale a salti di velocitÓ; descrizione della macchina, triangoli di velocitÓ e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale. Rendimento della turbina a salti di velocitÓ nel caso reale e confronto con la turbina semplice. Turbina a salti di pressione: fattore di recupero. Turbina assiale semplice a reazione; grado di reazione; triangoli di velocitÓ e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale; confronto con la turbina ad azione. Perdite caratteristiche delle turbine a reazione. Cenni sulle turbine radiali semplici: salto entalpico elaborabile, espressione del lavoro e triangoli di velocitÓ.
Turbocompressori [6 ore].
Richiami sul lavoro di compressione ideale e reale con scambi termici, rendimento isoentropico ed idraulico. Compressore centrifugo: triangoli di velocitÓ, lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionati. Determinazione della caratteristica manometrica del compressore centrifugo. Grado di reazione e suo andamento al variare dell'angolo di uscita delle palettature. Compressore assiale: triangoli di velocitÓ e profili delle palettature. Espressione del lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionati; caratteristica manometrica del compressore assiale. InstabilitÓ di funzionamento: ciclo di pompaggio e stallo rotante. Problematiche relative all'avviamento dei turbocompressori assiali. Regolazione dei turbocompressori.
Turbopompe [6 ore].
Definizioni delle grandezze caratteristiche di funzionamento e dei rendimenti delle macchine idrauliche operatrici e motrici. Caratteristica di una turbopompa centrifuga e assiale. Problematiche relative all'installazione delle turbopompe: cavitazione ed NPSH. Regolazione e avviamento delle turbopompe. Funzionamento in similitudine delle turbopompe: numero di giri caratteristico.
Turbine idrauliche [8 ore].
Principali caratteristiche costruttive, di funzionamento e di regolazione delle turbine Pelton, Francis e Kaplan.
Compressori volumetrici [6 ore].
Compressori alternativi: ciclo della macchina ed espressione del lavoro nel caso ideale e con perdite. Metodi di regolazione dei compressori alternativi. Compressore rotativo a palette: ciclo della macchina, espressione del lavoro e regolazione per laminazione all'aspirazione. Compressore Roots: ciclo della macchina, espressione del lavoro, compressione interrefrigerata; andamento del rendimento volumetrico in funzione del numero di giri e del rapporto di compressione.
Motori alternativi a combustione interna [18 ore].
Ripasso sui cicli, sui rendimenti e sulle espressioni della potenza utile e della pressione media effettiva, dei motori a ciclo Otto e Diesel. Apparato della distribuzione nei motori alternativi, coefficiente di riempimento, alimentazione del combustibile e combustione nei motori alternativi a combustione interna. Variazione della potenza utile con le condizioni di alimentazione e sovralimentazione dei motori. Applicazioni all'autotrazione e alla cogenerazione.
Turbine a Gas [8 ore].
Regolazione, impianti bialbero, cogenerazione, trigenerazione.
Turbine a Vapore [8 ore].
Regolazione. Impianti cogenerativi. Impianti combinati gas-vapore.

Bibliografia
a) Testo di riferimento per il corso:
Dispense realizzate a cura del docente.
b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
Beccari: Macchine I, CLUT Torino 1980.
Beccari: Macchine II, CLUT, Torino 1980.
Capetti: Motori Termici, UTET, Torino 1967.
Capetti: Compressori di Gas, V. Giorgio, Torino 1971
Ferrari: Motori a combustione interna, Ed. Il Capitello, Torino, 1992
Catania: Complementi di Macchine, Levrotto & Bella, Torino 1979.
Dadone: Macchine Idrauliche, CLUT Torino 1980.
Laboratori e/o esercitazioni
Le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi applicativi dei concetti sviluppati a lezione ed hanno lo scopo sia di migliorare il grado di apprendimento sia di fornire gli ordini di grandezza dei vari parametri.
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Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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