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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 054130 - MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI
Docente Giuffrida Antonio
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare
Didattica innovativa L'insegnamento prevede  1.5  CFU erogati con Didattica Innovativa come segue:
  • Cotutela con mondo esterno
  • Blended Learning & Flipped Classroom

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - LC (367) INGEGNERIA DELLA PRODUZIONE INDUSTRIALE*AZZZZ054130 - MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI

Obiettivi dell'insegnamento

L’insegnamento parte da complementi di termodinamica applicata e meccanica dei fluidi, esaminati e sottolineati dal punto di vista che più interessa nello studio delle macchine a fluido e dei sistemi energetici. Applicando con sistematicità detti principi, l'insegnamento fornisce conoscenze fondamentali su principi di funzionamento, elementi di progetto, criteri di scelta delle macchine a fluido e loro applicazioni nei settori dell'industria, dell'energia e dei trasporti, con un approccio rivolto altresì a fornire una conoscenza dello stato dell’arte e dello sviluppo tecnologico delle macchine e degli impianti. L’insegnamento fornisce non solo le nozioni per affrontare e risolvere autonomamente problematiche specifiche di progetto, di regolazione e controllo delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, ma anche le conoscenze di base per studiare ed approfondire problematiche di macchine a fluido per impieghi più specialistici in relazione alla rispettiva utilizzazione.


Risultati di apprendimento attesi

A seguito del superamento dell'esame finale, lo studente:

1) ha conoscenze di base delle macchine a fluido e dei sistemi energetici dal punto di vista della loro costituzione e dei relativi principi di funzionamento;
2) ha dimestichezza con le principali grandezze fisiche, le unità di misura, i fattori di conversione, gli ordini di grandezza delle variabili in campo macchinistico;
3) acquisisce un metodo per sviluppare i ragionamenti macchinistici;
4) è capace di applicare la teoria per affrontare alcuni problemi tipici, anche risolvendo quesiti specifici mediante calcoli appropriati;
5) ha la cultura necessaria per comprendere le informazioni condivise dagli operatori del settore (costruttori, fornitori, clienti, venditori, ecc.).


Argomenti trattati

Introduzione allo studio delle macchine e principi fondamentali. Classificazione delle macchine: macchine motrici e operatrici, macchine idrauliche e termiche, macchine volumetriche e dinamiche (turbomacchine). Richiami sulle proprietà dei fluidi. Conservazione dell’energia in sistemi aperti e chiusi. Moto di un fluido aeriforme in un condotto: calcolo di un ugello, ugelli semplicemente convergenti e convergenti-divergenti, funzionamento in condizioni di progetto e fuori progetto. Elementi di teoria delle macchine, triangoli di velocità, lavoro euleriano.

Macchine a vapore e relativi impianti. Cicli termodinamici e schemi d’impianto: a vapor saturo, a vapore surriscaldato, a surriscaldamenti ripetuti. Accorgimenti per migliorare il rendimento di ciclo. Uso del diagramma di Mollier e delle tavole del vapor d’acqua. Stadi di macchina assiale ad azione e reazione. Turbine multi-stadio. Funzionamento di una turbina in condizioni fuori progetto. Regolazione delle turbine a vapore. Combustione, elementi di stechiometria, potere calorifico dei combustibili. I generatori di vapore: generalità e principi di funzionamento, bilanci energetici. Condensatori e rigeneratori.

Macchine frigorigene e relativi impianti. Termodinamica del ciclo Rankine inverso. Impianti frigoriferi e pompe di calore a compressione di vapore. Componenti di impianto, indici di prestazione, fluidi di lavoro. Sistemi ad assorbimento.

Macchine idrauliche. Turbine idrauliche: caduta, potenza, rendimento, parametri di similitudine, scelta della turbina, regolazione. Turbopompe: prevalenza, potenza, rendimento, parametri di similitudine, triangoli di velocità, curve caratteristiche, scelta della pompa, cavitazione, accoppiamento di due o più pompe in serie o in parallelo, regolazione. Cenni alle trasmissioni idrostatiche.

Compressori di gas. Termodinamica della compressione dei gas, rendimenti, interrefrigerazione. Compressori volumetrici: tipologie, principio di funzionamento e ciclo ideale, cenni al ciclo convenzionale, coefficiente di riempimento, portata elaborata, potenza assorbita, regolazione. Turbocompressori centrifughi: lavoro trasferito in relazione alla conformazione delle pale della girante, campi di applicazione, regolazione, funzionamento anomalo. Turbocompressori assiali.

Turbine a gas e relativi impianti. Termodinamica del ciclo Brayton-Joule, rendimento e lavoro del ciclo semplice ideale e reale, influenza della temperatura massima del ciclo, bilancio energetico del combustore, regolazione della potenza. Possibili schemi di impianto per uso stazionario e propulsivo. Cicli con rigenerazione, con compressione interrefrigerata, con combustione sequenziale, cicli STIG. Cicli combinati turbina a gas - turbina a vapore e caldaie a recupero (HRSG), assetti di ciclo e repowering.

Motori alternativi a combustione interna. Richiami sui cicli ideali Otto, Diesel e Sabathè. Rendimenti caratteristici. Potenza, consumo specifico di combustibile, pressione media indicata ed effettiva. Parametri principali che influenzano le prestazioni. Frazionamento della cilindrata. Cenni alla sovralimentazione. Caratteristiche e campo di impiego.

Impianti di cogenerazione: Fondamenti termodinamici, risparmio di energia primaria, schemi di impianto con turbina a vapore, turbina a gas, motore a combustione interna, campi di applicazione.


Prerequisiti

Gli insegnamenti propedeutici ritenuti necessari per affrontare i contenuti previsti da questo insegnamento sono:

1) Fisica tecnica
2) Meccanica applicata alle macchine
3) Meccanica dei fluidi


Modalità di valutazione

L'esame consiste in una prova scritta preliminare (della durata di tre ore) il cui superamento consente l'accesso alla prova finale orale (della durata di circa un'ora). Più precisamente, a metà semestre, gli allievi potranno sostenere una prova scritta parziale (della durata di novanta minuti), di valutazione in itinere, seguita da una seconda prova scritta parziale alla fine delle lezioni (della durata di novanta minuti). In caso di esito complessivo positivo per le due prove, l'allievo sarà esentato dal sostenere la prova scritta preliminare (della durata di tre ore) e potrà accedere direttamente alla prova finale orale (della durata di circa un'ora).


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaMateriale didattico allestito dal docente https://beep.metid.polimi.it/
Risorsa bibliografica obbligatoriaLozza G., Turbine a gas e cicli combinati, Editore: Esculapio
Risorsa bibliografica facoltativaCatalano L. A., Napolitano M., Elementi di macchine operatrici a fluido, Editore: Pitagora
Risorsa bibliografica facoltativaCarcasci C., Facchini B., Esercitazioni di sistemi energetici, Editore: Esculapio
Risorsa bibliografica facoltativaCornetti G., Millo F., Macchine idrauliche, Editore: Il Capitello
Risorsa bibliografica facoltativaCornetti G., Millo F., Macchine a gas, Editore: Il Capitello
Risorsa bibliografica facoltativaCornetti G., Millo F., Scienze termiche e macchine a vapore, Editore: Il Capitello
Risorsa bibliografica facoltativaNegri di Montenegro G., Bianchi M., Peretto A., Sistemi energetici e macchine a fluido - Vol. 1, Editore: Pitagora
Risorsa bibliografica facoltativaCantore G., Fondamenti di motori endotermici alternativi, Editore: Esculapio

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
56:00
84:00
Esercitazione
32:00
48:00
Laboratorio Informatico
4:00
6:00
Laboratorio Sperimentale
8:00
12:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
11/08/2020