Anno:pcriodo4:l Lez ioni,esercitazioni,laboratori:6+4(ore settimana li) Docente:Enrico Anto nelli
Ilcorso intende fornire le conoscenzedibasedi termodi namicae di fluidodin am ica,le nozioni fondamentalisul funzionam entodeiprincipalitipi di macchin emotrici e opera-tricia fluido,nonchéle conosce nzeeleme ntari di tipoimpianti stico necessarieperuna corrett a scelta dell amacch ina in rel azione all'im piego cuiessaèdestinata, sia sotto l'aspetto energetico, sia per le implicazioniambientali.
REQUISITI. Sono propede utichenozioni acquisitenei corsi diFisica2,diElementi di meccan ica teorica e applicata ,di Idraulica,oltrec hé di Tecnologia dcimateriali e chimica applicata.
PROGR AMM A
Fondamenti di term odinamica , 1200 reJ
Nozioni- base di term odinami ca dei mezzi continui: relazioni termi ch e (conduz ione, convezione e irragg iamento)e relazioni meccaniche (forze dimassa eforzedi superfi-cie);parametridistato(esternieinterni ,fisici e chimici).
Sistem i gassosi a speciee fasicostanti:equazio ni di stato dei gasperfett i (idea liequasi ide ali) e dei gas quasi real i (Van der Waals): principali leggi di evoluzio ne di un siste ma; i princìpi di conse rvazione della massa e dell'e nergia , dal puntodi vista sostanz ialeedal punto divista locale ; confrontofra lavoro esterno elavorotecn ico;il principi odi evolu zione dell'energia. Propri etàdeidiagrammi p-v eT-Sin term inidi curve e interm ini di aree .
Sistem ia fasi costanti easpecievariabili:equazioni dicombustione a volumeo a pres-sionecostante,adia ba tica o conscambio term ico,senza o con dissoci azione;la co m-bustionereale, Il teoremadell'energiautilizzabile .
Sistem imonospecie a fasivariabi li:passaggidi stato(solido) -liquido - aerifo rme; il punto cri tico e gli staticorrisponde nti;diagrammi p-v,T-S,i-S (Mo llie r);loro pro-prietà..
Gliimpianti motori c gliimpia ntioperatori: generalità. 18ore]
Il ciclo di Carn otideale,icicli idealiche tendonoa emularlo(Rankine,Joule,Otto) e altri cicli idea li(Diese l,Sabathé). Icicli ideali equivalentialciclo di Carnot(Erics sone Stirling) eicicl iidea liche tendono a emularli(Rankinerigenerati vo eJoul e a rigene-razionetotale).
Irendimenti termi ci ideal e, limite, intern o,utile, globale. Il rendimento termi codei combustori. I consumi spec ifici. Equivalenzatracicli termodinamici etrasformazioni aperte.
Le macchin emotrici:rendimentitermofluidodinamici(isentropico eidraulico)e rendi-menti meccani ci . Ilconcettodi recupero e lasua giustificazionefisica. Modellifisici di funz ioname nto termodi namico dellemacchi ne a flusso contin uo e delle macchine volumetri che.
Le macchineoperatrici (po mpee compressori):rendimenti term ofluidodin ami ci. Il conce tto delcontrorec upero .
Impiant i frigo rife riepom pe di calore. Icicliterm odinamici inve rsi:il ciclo Rankine modificato. Iconcettidi efficienzae di efficacia.
Fondamentidi fluidodinamica. 110ore]
1 principi di conservazione della massa e dell aquant ità di motodal punto di vista locale: eq uazio ni differenzialiedequazio niglobali:caso generalee caso di moto
per-100 Corsidilaurea, Torino
manenteunidimension ale,
La velocità di propagaz ione delle piccole edelle grandi perturbazion i: veloci tà del suono, ve locità dell'urtoe velocitàdell'onda esplosiva.
Andamento delle velocità e dellepressioninel casodi motoperm anentein un condotto convergentee in uno convergente-d ivergente. Le corrispondentiespressioni della por-tata,critica e non.
Il principio di conservazione del momento della quantità di moto dal punto di vista locale: caso generale e caso di moto perm anent e. L'espre ssione del momento e del lavoro massico per una girantepalettat a:caso generale, palett aturead azione e paletta -ture a reazione.
Icompressori di gas. [12 ore]
I turbocompressori: generalità;i turbocompr essoriradiali e iturbocompressori assiali, mono- e pluri-stadio;parametri adimensionali delle prestazioni,diagramm i collinari;
confronto delle prestazi oni,i fattori dicarico. Anomaliedi funzionamento: lostalloeil pompaggio. Regolazione.
I compressori volumetrici: gener alità; icompr essori alternativi:ciclodi lavoro, presta-zioni regolazione; i compressorirotativi Root , ea palette :cicli di lavoro,prestazioni , loro regolazione.
Lepompeper liquidiei turbomotoriidraulici. [6 orci
Le turbopompe:generalità;parametriadimensionali .prestazioni. Anomalie di funzio-namento:la cavitazione. Problemidi installa zione. Regolazione. . Le pompe volumetri che: gener alit à; ciclo dilavoro,prestazioni . Regolaz ione . Pro-blemidi inerzia nei condotti.
I turbomotori idraulici: generalità,parametri adi mensionali. Le turbinePelton: presta-zioni, particolarità. Le turbine Francis:prestazioni,particolarità. Leturbine Kaplan:
prestazioni,particolarità .
I motorialternati viacombustio neinterna. [lOorc]
Costituzione,funzionam entoreale , eparticolarità costruttive deimotorialternat iviad acce nsione comandata e adaccensione percompressione,a 4ea 2 tempi,di tipo veloce e leggero .
Espressione della potenza e della pressione media effettiva per i motori volumetrici.
Criteri generali di impiegodei motori alternativi a2 ea 4 tempi, ad accensione coman -dataead accensioneper compressione.
Indicazioniricavabilidall'espressionedellapotenz autile edall'espressionedellap.m.e.
Sceltadel ciclo ideale piùadattoal tipodimotore. Quadro sinottico delle influenze esercitatesulle prestazionideimotori alterna tivi ac.i.:influenzadelle caratteristiche del fluido reale edelle trasformazionireali. Causedi perditadelcoefficiente di riempi -mento. Cenni sullasovralime ntazione.
Il legametra coppiamotriceep.m.e. Caratteristicadi regolazionee caratteristica mec-canicadeimotori adaccensione coma ndataedei motori adaccensione per compres-sione, apieno caricoe ai carichi parziali :loro confronto.
Cennisullacombustione neimotori ad accensione comanda taeneimotor iad accen-sione per compress ione. Cenni sulleemissioni di inquinanti.
Gli impianti di turbina agas. [8 orc]
Generalità;rend imento termico elavoromassicodel ciclo ideale edel ciclo limite: loro dipendenzadalrapp ortodicompress ioneedallatemperatura massima . Il rendimento termico globalee il lavoromassicoutile:lorodipendenzadal rapporto dicompressione, dalla temperaturamassima,dai rendime ntideisingoli componenti dell' impianto. Ciclo comp lesso con compressio ne inter-refrigera ta: prestazioni. Ciclo compless o con espan sione intercalatadaricombustione:prestazioni. Cicli rigenera tiviidealiecicli
1995/96 DL R(amb) 101
rigenerativireali adiversa efficacia dellarigenerazione:prestazioni. Ciclirigenerativi complessi:lanozionedi efficacia minima della rigeneraz ione.
Cenni sulle caratteristiche costruili ve degli impia nti: ladispo sizione meccanica delle diverse turbomacch ine;il combustore; larefrigerazionedellepaleIledel turboe span-sore.
Gli impianti di turbinaavapore. [6ore)
Il ciclo Rankine semplice, ideale e reale;i metodiper migliorarne le prestazioni: con-densazionea bassapressione,vaporizzazionead altapressione, surrisca ldamento sem-plicee multiplo. Larigenerazionemediante spillarnenti. La cogenerazione:impianti a recup erototale e arecuperoparziale. lcicli combin ati. Cenni sulgeneratore di vapore;
sul turboespansore, ad azionee areazione; sui conde nsa tori; sulle tenut elungo gli alberirotanti.
ESERCIT AZIO NI
Nel corsodelle esercitazio niin aula,oltrealla risoluzionediesercizi numerici, scelti in mododarivedere con esempie calcoligliargo mentisvolti precedentemente a lezione, vengonoin particolaretrattati direttamentegli aspetti applicativiriguardanti le presta-zioni delle singole macchine.
BIBLIOGRAFIA
Non esiste un testodi riferim ent o chetratti tuIligli argomenti del corso esattamente come alezione; è consig liabile pertant o prend ere appunti, anche sela maggiorparte degliargomenti sonotrattati in modo adeguato nell'insiemedeitretesti:
E.Antonelli ,Richiamidi termodinamicaapplicataallemacchine (dispense).
A. Capetti,Motoritermici, UTET, Torino.
A.Capelli,Compressoridigas, Giorgio, Torino.
ESAME
L'esame comprende unaprova scrittaeunaprova orale:
- la prova scrittasiarticola, di norma,su3 esercizi riguardanti l. problemiditermodin amica o di fluidodinamica, 2. compr essoridi gaso pompeperliquidi, 3. motorialternat ivio turbine a gas;
- l'interrogazione oralesiarticola, di norma, su duedom ande riguardanti argoment i diversida quelli oggetto dello scritto,
Inentrambe le prove viene privilegiatala capacità di ragionamento rispettoallo sforzo mnemonico - glieserciziele domandesonosemplicisesi sonocompreselenozionidi base e i principidi funzio name ntodellemacchine.
E pre vista la possibil ità di uncompito di esonero dallo scritto, da svolgersi nell a secondasettimana di gennaio.
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