Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Macchine a fluido
Docente
Prof.ssa Proietti Stefania
Settore Scientifico Disciplinare
ING-IND/08
CFU
6
Descrizione dell'insegnamento

Il corso si prefigge di fornire le fondamentali conoscenze sui principi di funzionamento delle principali tipologie di macchine a fluido, permettendo di acquisire competenze tecniche-progettuali sufficientemente approfondite sulle macchine volumetriche, sulle turbomacchine motrici e operatrici, sui principali impianti e sistemi energetici.

Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)

Al termine di questo corso, lo studente sarà in grado di:

  • definire e classificare le macchine a fluido;
  • comprendere le trasformazioni termodinamiche;
  • analizzare i cicli termodinamici di riferimento: ideale, limite, reale ed i relativi parametri prestazionali;
  • comprendere il funzionamento delle macchine volumetriche e dei motori a combustione interna, delle turbomacchine motrici ed operatrici, dei principali impianti e sistemi energetici;
  • conoscere le principali applicazioni dei sistemi energetici (impianti turbogas, impianti a vapore, cicli combinati, applicazioni aerospaziali delle turbine a gas, cogenerazione) e calcolarne i parametri termodinamici e prestazionali;
  • descrivere ed analizzare i parametri di funzionamento delle turbine idrauliche, anche nelle applicazioni idroelettriche, per tipologia e caratteristiche.
Prerequisiti

Non sono previsti prerequisiti specifici.

Contenuti dell'insegnamento

Termodinamica applicata alle macchine

RICHIAMI DI TERMODINAMICA: meccanismi fisici di scambio energetico, 1° e 2° principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche nelle macchine a fluido, analisi dei cicli termodinamici, le principali funzioni di stato, le trasformazioni fondamentali (isobara, isocora, isoterma, adiabatica, politropica)

Macchine volumetriche

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA: Cenni storici, Classificazione e descrizione generale dei motori a combustione interna, Cicli termodinamici ad aria e aria-combustibile, Ciclo Beau de Rochas, Ciclo Diesel, Ciclo Sabathè, Calcolo del rendimento nel ciclo ideale. Ciclo limite, Cicli termodinamici reali in motori ad accensione comandata, Distribuzione delle fasi, Cicli termodinamici reali di motori Diesel. Riempimento, Processi di combustione e detonazione, Carburazione ed iniezione, sovralimentazione.

MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE ESTERNA: Generalità sui motori alternativi a combustione esterna; Motore alternativo a vapore: caratteristiche, ciclo termodinamico di riferimento, calcolo della potenza e del rendimento; Motore Stirling: caratteristiche, ciclo termodinamico di riferimento, calcolo del rendimento e del lavoro, tipologie costruttive, applicazioni.

Turbomacchine

TURBOMACCHINE: Introduzione e classificazioni. Equazioni fluidodinamica. Lo strato limite. Le schiere di profili, Definizioni e parametri descrittivi di una schiera, Fenomenologia del flusso nelle schiere di profili, Coppia, potenza e grado di reazione, Descrizione analitica del flusso nelle schiere.

TURBINE: Organi statorici, Ugello di espansione, Cono di Stodola, Turbine assiali e radiali: caratteristiche costruttive e triangoli di velocità, Valutazione delle prestazioni, Rendimento di palettatura, Perdite allo scarico, Fenomeni d´attrito nelle palettature, Rendimento volumetrico e rendimento di stadio TURBINE IDRAULICHE: Definizioni e classificazione; Numero di giri specifico; Turbine ad azione, Turbine a reazione, Turbine Kaplan, Scelta ed installazione del macchinario idraulico.

COMPRESSORI: Generalità, compressori assiali, compressori centrifughi, stallo rotante, fenomeno del pompaggio.

POMPE: Generalità, Pompe centrifughe, pompe assiali, Potenza e rendimenti, Numero di giri specifico, Curve caratteristiche portata-prevalenza, Curve caratteristiche pompe centrifughe, Curve caratteristiche pompe assiali, La cavitazione nelle pompe.

Sistemi energetici

IMPIANTI MOTORI CON TURBINA A GAS: Cenni storici e generalità sugli impianti motore con turbina a gas (turbogas), Analisi del ciclo ideale, Analisi del ciclo limite, Analisi del ciclo reale, Confronto fra diverse soluzioni impiantistiche. Ciclo turbina a gas rigenerato, Ciclo turbina a gas interrefrigerato, Ciclo turbina a gas con postcombustione, Ciclo Ericsson, Impianto a due assi.

TURBINE A GAS PER IMPIEGO AREONAUTICO: Cenni storici e caratteristiche specifiche della propulsione aerea; propulsione a reazione e i tipi di reattori; aspetti dinamici e fluidodinamici; sviluppi dei turboreattori; cenni sulla propulsione spaziale.

IMPIANTI CON TURBINA A VAPORE: Caratteristiche specifiche degli impianti a vapore; il ciclo di Hirn nei piani termodinamici; rendimento e potenza; condizioni termodinamiche al condensatore e loro influenza sul ciclo; condizioni termodinamiche al generatore di vapore e loro influenza sul ciclo; la rigenerazione termica; surriscaldamenti ripetuti. Circuito acqua-vapore; generatori di vapore a corpo cilindrico: circolazione naturale, circolazione assistita, circolazione ad attraversamento forzato; surriscaldamento e risurriscaldamento; circuito aria-fumi; rendimento. Condensatore; rigeneratori; degasatore; aspetti generali del circuito; Organic Rankine Cycle

CICLI COMBINATI: calcolo delle prestazioni; criteri di progettazione; caratteristiche delle caldaie a recupero; ciclo combinato ad un livello di pressione; cicli combinati a più livelli di pressione

COGENERAZIONE: Sistemi di cogenerazione: con motori a combustione interna, con turbina a gas, con turbina a vapore; applicazione cogenerativa del ciclo STIG: ciclo CHENG; confronto tra diverse soluzioni impiantistiche

IMPIANTI IDROELETTRICI: stato dell’arte dell’energia idroelettrica in Italia; elementi costitutivi di un impianto idroelettrico; classificazione degli impianti; piano di utilizzazione dei corsi d’acqua; dimensionamento di un impianto. Impianti motore idraulici ad acqua fluente, a bacino, impianti di pompaggio, centrali maremotrici.

Attività didattiche
Didattica Erogativa
L'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.

Didattica Interattiva
L'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l'interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica Interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione.
Criteri di valutazione
Tutte le prove di verifica e autoverifica intermedie previste dai Corsi ed erogate in modalità distance learning sono da considerarsi altamente consigliate e utili ai fini della preparazione e dello studio individuali. Le prove di verifica e autoverifica intermedie non sono obbligatorie ai fini del sostenimento della prova d´esame, la quale deve essere svolta in presenza dello studente davanti ad apposita Commissione ai sensi dell´art. 11 c.7 lett.e) del DM 270/2004.
Modalità della prova finale

Prova scritta e/o orale.

Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio dei seguenti testi:

  • G. BIDINI, Sistemi energetici, Ed. Anteo, Perugia, 2007
  • G. BIDINI, Turbomacchine, Ed. Anteo, Perugia, 2008
  • G. BIDINI, Macchine volumetriche, Ed. Anteo, Perugia, 2009.
  • G. BIDINI. Esercizi di impianti di conversione dell´energia, Ed Margiacchi-Galeno, Perugia, 2004
Ricevimento studenti

Previo appuntamento (s.proietti@unimarconi.it)