Anno:perio do 5:l Lezion i,esercitazioni,laboratorioinfo rmatico:6+4 (orese tt imana li) Docente : Enrico Ballatore (Collab.Antonio Brencich)
Hcorso intende fornire .le noz ion i fondamentali sul funzionamento dei principali tipi di Siste mi ene rgetici a fluido , vale a dire, dell e più im po rtanti macchine motric i e ope ra tric i, termic he e idrauli ch e, non ché le conoscenze eleme nta ri di tipo im pia ntis tico nece ssari e per una corretta scelta della macchina in relazio ne all'impiego cui essa è destinata, sia sotto l'aspettoener getico , sia perle im p licazion iam bienta li.Chiara mente la primapartedelcor so , propedeutica alla trattazione dei Sistemi energetic i, deve forn ire le conoscenze di base di termodinamicae di fluidodinami ca .
Hcorso com pre nde lezio n i ed esercitazioninumerico-gra fiche.
REQUISIT I
Sonopropedeutiche nozioni acquis itene icors i di:
Fisica Il,diElementi dimeccanicateorica eapplicata.di Idraulica, oltreché di Tecnologia deimateriali echimicaapplicata.
PRO GR A M M A
- Fondamenti di termodinamica[circa 22 ore].
No~ioni-base di terrnod inam ica dei mezzi continui: re laz io ni term iche (co nduz io ne, convezion e e irraggiamento)e rel az ioni meccanich e (for ze di massa e forze di supe rficie);
param etridi stato(esternieintern i, fisicie chi m ici).
Sistem i gassosiaspecie e fasicostanti:equazionidistatodei gas perfetti(idealiequasiideal i) e'deigas quasireali (Van del'Waals);principali legg i dievo luz io ne diunsistema;i principi di co nser vazi one della massa e dell'energia , dal puntodi vista sostanziale e dal punto di vista locale;con fronto fra lavoro esterno e la vor o tecnico; ilprincip iodi evoluzione dell'energia.
Proprietàdei diagrammi p,l' e T,S in terminidicurve ein termini diaree.
Sistemi afasicostantie a spec ievariabili:equazionidicombust ione a volume oa pressi one costante. ad iaba tica o con scam bio termico. senzaoco ndissoci azion e;la combusti on e real e.
H teorem a dell' energ ia utilizza bile.
Siste mi monos pecie a fasi varia bili: passaggi di stato (solido)- liquido-aeriforme; il punto criticoeglistaticorrispo nde nti;diagramm ip.l',
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S, i.S (Mollie r);loropropriet à.- Gli imp ianti-motori e gli impianti-operatori:generalità[circa8 ore).
Hciclo di Carnot ideale,i cicli ideali che tendon o a emularlo (Rankine,Joule, 0110 ) e altri cicli idea li(Diesel.Sabathé).Icic liidealiequivalen tialciclo di Carno t(EricssoneStirling) e icicliidealicheten dono aemularl i(Rankine rigenerat ivoeJoulea rigenerazionetota le).
l rendi ment i termici ideale. limit e, interno , utile, globale. H rendimento termic o dei com bus to ri.I con sum i spec ifici.Eq uivalenzatra cicli termodinamicie trasformazioni aperte. Lemacch ine motrici: ren dim en ti termofluidodinami ci (isentrop ico e idrau lico) e rendimenti meccanici . H conc ett o di recu pero e la sua giust ificaz ione fisica. Mod ell i fisici di funzionamento termod ina mico dell e macchine a flusso continuo e delle macchine vo lumetriche.
Le macchine operatri ci (pom pe e co m pres sori): rendiment itermofl uidod ina m ic i. H concetto del cont ro rec upero.
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Impianti frigo riferi e pompe di calore. I cicli termodinamici inversi: il ciclo Rankine modificato.Iconcettidiefficienza ediefficacia.
- Fondamentidi fluidodinamica[circaIOore].
I principi di con servazione della massa e della quantità di moto dal punto divista locale:
equazioni differenziali ed equazioni globali: caso generale e caso di moto permanente unidimensionale.
La velocitàdi propagazione delle piccole e delle grandiperturbazioni: velocità del suono, veloci tà dell'urto evelocitàdell'ond a esplosiva.
Andam ent o delle velocità e delle pressioni nel caso di moto permanent e in un condo tto conve rgente e in uno converge nte-dive rgente. Le corrisponde nti espressioni della portata, critica enon.
Il principiodi conservazione delmoment o dellaquantitàdimoto dalpunto di vista locale:
caso generaleecaso dimoto permanen te.L'e spressione del momen to e del lavoro massico perunagirant epalettata:casogenerale,palettatureadazionee palettatureareazione.
- Icomp resso ri di gas[circa 12 ore]. .
Iturbocompressori:generalità; iturbocompresso ri radiali eiturbocompressori assiali ,mono -epluri-stadio;parametriadimensionalidelleprestazioni , diagrammicollinari;confron todelle prestazioni, i fattori di caric o. Anomalie di funzionamento: lo stallo e il pompaggio.
Regolazione.
Icompressorivolurnetrici: generalità;icompress orialternativi:ciclo di lavoro,prestazioni, regolazion e; i compressori rotativi Root , e a palelle: cicli di lavoro, prestazioni , loro regolazione.
- Lepompeperliquidieiturbomotor i idra ulici[circa6 ore].
Leturbopomp e:genera lità;parametr i adimensio nali,prestazioni.Ano ma lie difunzionamento:
lacavitazione.Problemidiinstallazione.Regolazione.
Le pompe volumetriche: genera lità;ciclo di lavoro, prestazioni. Regolazione. Problemi di inerzianeicondott i.
I turbom otori idraulici: genera lità, parametri adimensionali. Le turbine Pelton :prestazioni, part icolarità. Le turbine Francis: prestazioni , particolarit à. Le turbine Kap la n :prestazioni, particolarità.
- Imotorialternativi a combustioneinterna [circa12ore].
Costituzione, funzionamento reale,e particolarità costruilivedeimotorialternativiad acc en-sionecomandata eadaccensione per compressione. a4e a 2tempi,di tipo veloce e legger o.
Espressionedella potenza e dellapressionemedia effettiva per i motor i volume trici. Criteri generali di impiego dei motorialterna tivi a 2 e a 4 tempi. ad acce nsione coma ndata e ad accensione percom pressione.
Indicazioniricavabilidall'espressionedellapotenzautile e dall'es pressione della p.m.e.
Sceltadel ciclo idealepiù adattoaltipodimotore. Quad ro sinottico delle influenze esercitate sulleprestazion idei motorialtern ati vi ac.i.: inl1uenza dellecaratteristichedelfluidorealee delle trasformazioni reali. Cause di perdita del coefficiente di riempime nto. Cenni sulla sovralime ntazione.
Il legametra coppiamotriceep.m.e..Caralleristicadiregolazioneecaratteristica meccanica dei motori ad accensione coman datae deimotori ad accensione per compressione, a pieno carico e aicarichi parziali:loro con fronto.Cennisullacombustionenei motoriadaccensione comandata e neimotoriad accensione per compressione.Cennisulleemissionidiinqui nanti.
- Gli impiantiditurbinaagas[circa6 ore].
Generalità;rendimentotermico elavoromassicodel ciclo ideale e delciclo limite:loro dipe n-denza dal rapporto di compressione e dalla temperatura massima. Il rendimento term ico
globale e il lavoro massicoutile:loro dipendenzadal rapportodi compressione ,dalla tempera-tura massima, dai rendimenti dei singoli componenti dell'impianto. Ciclo complesso con compressione interrefrigerat a: prestazioni. Ciclo complesso con espansione intercalata da ricombu stione:prestazioni . Cicli rigenera tiviidealie ciclirigenerat ivirealia diversa efficacia della rigeneraz ione:prestaz ioni. Cicli rigenerativi complessi: lanozionedi efficacia minima dellarigener azione.
Cennisullecaratteristiche costrutti vedegliimpiant i:ladisposizionemeccanica delle diverse turbomacchine;ilcombustore;la refrigerazione delle palette del turboespan sore.
- Gli impianti di turbinaavapo re[circa4ore].
Il ciclo Rank ine semplice, ideale e reale; i metodi .per migliorarne le presta zioni : condensazio nea bassapressione , vaporizzazio ne ad altapressione,surrisca ldamentosemplice e multiplo. La rigenerazione mediante spillamenti. La cogenerazione: impianti a recupero totale e a recupero parziale. I cicli combinati. Cenni sul generator e di vapore; sul turboespansore ,ad azioneeareazione;sui condensatori ;sulle tenute lungo gli alberi rotanti.
ESERCITAZ IONI
Nel corsodelle esercitazioni inaula,oltre allarisoluzione di esercizi numeric i, scelti in modo da rivedere con esempi e calcoli gli argomenti svolti precedentementea lezione ,vengono in particolare trattati direttamente gli aspetti applicativi riguardanti le prestazion idelle singole macchine.
BIBLIOGRAFIA Testi di riferimento
Non esiste un testo di riferimento che tratti tutti gli argomenti del corso esattamente come a lezione ;èconsigliab ilepertantoprendereappunti,anche se la maggior parte degli argomenti sono trattatiin modo adeguato nell'insiemedei 3testi:
E. Antonelli, Richiam idi Termodinamica applicata alle Macchin e (Dispense).
E.Antonelli, Richiam idi Term odinamicadella Combustione (Dispense). A.Capetti, MotoriTermici,Utet,Torino.
A.Capetti, Compressori digas,V.Giorgio,Torino.
ESAME
L'esamecomprendeunaprova scritta e una provaorale:
-la prova scrittasi articola,di norma,su 3 eserciziriguardanti: I) problemi di termodinamica odi fluidodinamica,
2) compre ssoridi gas opompeper liquidi, 3) motorialternati vi oturbine agas ;
- l'interrogazione orale si articola,dinorma, su 2 domanderiguardanti argomenti diversi da quelli oggetto delloscritto.
In entrambe le prove viene privilegiata la capacità di ragionamento rispetto allo sforzo mnemonico-gli esercizieledomande sono semplicisesi sonocompresele nozioni di base e i principi difunzio name nto delle macchin e.
E' previstala possibilitàdi due compitidiesonero dallo scritto, da svolgersi,rispettivamente, nella penultimasettimanadi dicembre e nella seconda settimana di gennaio.