R1820 Energetica applicata

Nel documento Guide ai programmi dei corsi 1995/96 (pagine 99-102)

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

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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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