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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 086218 - MACCHINE
Docente Persico Giacomo Bruno Azzurro
Cfu 9.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (353) INGEGNERIA MECCANICA*LZZZZ086218 - MACCHINE
086601 - FLUID-MACHINES
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (471) BIOMEDICAL ENGINEERING - INGEGNERIA BIOMEDICA*LZZZZ086218 - MACCHINE

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento fornisce conoscenze di base ed applicative  sui principi di funzionamento, elementi di progetto e criteri di scelta delle macchine a fluido. Vengono presentate sia macchine operatrici che motrici, a fluido comprimibile e incomprimibile. Le macchine vengono inoltre contestualizzate nelle loro principali applicazioni nei settori dell'industria, dell'energia e dei trasporti.

 


Risultati di apprendimento attesi

Lo studente:

- conosce ed è in grado di applicare i principi di conservazione dell'energia nelle varie formulazioni nel contesto delle macchine motrici ed operatrici, dei loro componenti e dei principali impianti

- conosce i principi dello scambio di potenza tra fluido e macchina ed è in grado di esprimere tali principi con formulazioni analitiche

- è in grado di descrivere analiticamente i principali tipi di impianti in cui si applicano le macchine motrici ed operatrici e di procedere alla scelta della macchina più opportuna per la particolare applicazione

- conosce e sa applicare la similitudine idraulica applicata alle macchine a fluido 

- conosce le principali turbomacchine e macchine volumetriche motrici ed operatrici, le loro diverse specificità applicative,  i loro principali elementi costitutivi e le relative curve operative, anche in accoppiamento alle diverse tipologie di impianto  

- conosce i principali aspetti che differenziano il comportamento delle turbomacchine reali da quello delle turbomacchine ideali

- conosce i principi fondamentali e le principali equazioni della gasdinamica, il  concetto di blocco di portata e il funzionamento di ugelli convergenti/divergenti in condizioni isoentropiche

- conosce le differenti definizioni di rendimento adiabatico di uno stadio di turbomacchina e il concetto di rendimento politropico.   

Lo studente è in grado di applicare le consocenze acquisite per:

- effettuare bilanci di massa, potenza, energia in macchine e loro componenti 

- calcolare il lavoro scambiato tra fluido e macchina

- valutare e calcolare i triangoli di velocità a cavallo di un rotore di turbomacchina

- effettuare la scelta della macchina a fluido più opportuna per una specifica applicazione e valutarne i principali parametri operativi (potenza, numero di giri, ecc.) 

- effettuare il dimensionamento preliminare di componenti di macchine sia a flusso comprimibile che incomprimibile

- calcolare le principali grandezze termo-fluidodinamiche nelle diverse sezioni di una turbomacchina

- approfondire la conoscenza del  comportamento di turbomacchine utilizzate in sistemi energetici complessi: turbine a vapore multistadio, tubine a gas, motori aeronautici, sovralimentatori. 

 

 


Argomenti trattati

Proprietà dei fluidi e principi fondamentali: Fonti e fabbisogni di energia. Principi generali e proprietà termodinamiche dei fluidi. Principio di conservazione dell'energia in sistemi aperti e chiusi. Moto nei condotti di fluidi comprimibili e incomprimibili, numero di Mach.

Elementi di teoria delle macchine: Classificazione delle macchine. Lavoro euleriano. Riferimento assoluto e relativo: triangoli di velocità. Forze aerodinamiche sui profili.

Macchine idrauliche (turbine, pompe): Energia idraulica, salto motore, prevalenza, rendimento idraulico. Teoria della similitudine idraulica e parametri adimensionali. Diagrammi statistici. Cavitazione in pompe e turbine, NPSH. Pompe a flusso continuo e volumetriche: campi di applicazione, elementi di progetto, curve caratteristiche. Accoppiamento macchina-impianto, regolazione e stabilità. Turbine Pelton, Francis e Kaplan: campi di applicazione, elementi di progetto, regolazione. Diffusori.  

Aerogeneratori : Generalità sull’energia eolica e tipiche architetture. Teoria del disco attuatore. Coefficienti di potenza e di spinta.

Compressori di gas: Termodinamica della compressione dei gas: effetti delle irreversibilità, controrecupero, rendimenti, interrefrigerazione. Compressori centrifughi, assiali e volumetrici: elementi di progetto, curve di funzionamento. Instabilità e funzionamento anomalo dei compressori.

Turbine assiali: Stadi assiali tipici ad azione e reazione e loro prestazioni. Turbine a vapore multi-stadio: architettura e problematiche di progetto delle palettature di alta e bassa pressione.

Turbine a gas: Rendimento e lavoro. Influenza della temperatura massima e del rapporto di compressione. Componenti: compressore, turbina e camera di combustione. Schemi di impianto delle principali applicazioni stazionarie e propulsive. Principali variazioni impiantistiche al ciclo semplice. Cenni ai cicli combinati.

Motori a combustione interna: Ciclo ideale, ciclo limite, ciclo indicato. Motori ad accensione spontanea e comandata a due e quattro tempi: caratteristiche e campi di impiego, proprietà dei combustibili. Pressione media effettiva e potenza utile. Sovralimentazione.

 


Prerequisiti

L'allievo deve conoscere e sapere formalizzare in forma analitica:

- Il primo e secondo principio della termodinamica

- il comportamento e le principali trasfomazioni termodinamiche dei gas ideali

- le equazioni di bilancio di massa, energia, quantità di moto applicate ad un dominio fluido in condizioni stazionarie

- metodologie di calcolo di una corrente fluida non comprimibile in presenza di perdite di carico

 

 

 

 

 


Modalità di valutazione

La verifica delle competenze acquisite è basata su di una prova scritta ed un colloquio orale non obbligatorio a richiesta dell'allievo.  Il colloquio è necessario per potere ottenere una valutazione superiore ai 26/30. Le due parti dell'esame non devono essere necessariamente sostenute nello stesso appello. In assenza di colloquio viene registrato in carriera il voto della prova scritta, limitato ad un massimo di 26/30.

La prova scritta prevede:

- la risoluzione numerica di esercizi per lo volgimento dei quali si richiede la capacità di rielaborazione organica ed accoppiata dei principali concetti erogati durante il corso nonchè la capacità di scegliere e formulare opportune ipotesi semplificative. I problemi sono progettati per lverificare l'apprendimento delle principali competenze richieste dall'insegnamento, quali:

- la corretta scrittura di bilanci di massa, potenza ed energia in componenti di macchine

- la corretta valutazione dei triangoli di velocità, della portata massica e del lavoro euleriano nelle diverse tipologie di turbomacchine operatrici e motrici, assiali e radiali a flusso comprimibile e incomprimibile

- valutare l'accoppiamento macchina/impianto note e/o calcolate le rispettive curve caratteristiche

- sapere prevedere il funzionamento e le prestazioni di macchine idrauliche a numero di giri variabile  

- la capacità di svolgere semplici dimensionamenti preliminari

- una domanda con risposta in forma aperta per la verifica delle conoscenze acquisite.

Il colloquio ha la finalità di:

- verificare la effettiva comprensione dei principali fenomeni fisici ed equazioni descrittive del comportamento delle macchine a fluido, con particolare riferimento alla loro formulazione e derivazione analitica. 

- verificare il livello di competenza dei contenuti teorici e la capacità di riorganizzazione e rieleborazione organica dei diversi contenuti affrontati durante l'insegnamento.  


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaV. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, Macchine a Fluido, Editore: Città Studi Edizioni, Anno edizione: 2015
Risorsa bibliografica facoltativaDixon , Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery 6th Edition, Editore: Butterworth-Heinemann 2010, Anno edizione: 2010, ISBN: 9781856177931

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
54:00
81:00
Esercitazione
36:00
54:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 90:00 135:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/01/2020