Aldo BONFIGLIOLI | MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI

Italiano

Conoscenza e capacità di comprensione:

1. Saper individuare i sistemi termodinamici e le loro interazioni energetiche con l’esterno, utilizzando modelli energetici e termofluidodinamici.

2. Conoscere le proprietà termodinamiche e termofisiche di liquidi, gas e di fluidi in cambiamento di fase.

3. Conoscere l'applicazione dei principi della termodinamica e della fluidodinamica allo studio delle macchine a fluido e dei sistemi per la conversione dell’energia.

4. Conoscere le principali tipologie, i campi di applicazione e i principi di funzionamento delle macchine a fluido e dei sistemi per la conversione dell’energia.

5. Conoscere le caratteristiche funzionali ed i principi di regolazione delle macchine a fluido idrauliche e termiche, dinamiche e volumetriche.

   
   

Capacità di conoscenza e comprensione applicate:

1. Saper effettuare bilanci di massa e di energia e sviluppare calcoli quantitativi sui cicli termodinamici.

2. Saper utilizzare nelle applicazioni ingegneristiche le proprietà termodinamiche e termofisiche di liquidi e gas.

3. Saper effettuare semplici analisi termiche applicate ai processi industriali ed energetici.

4. Saper effettuare il calcolo delle prestazioni di una macchina a fluido e di un impianto motore termico.

5. Saper impostare il progetto di massima di una macchina a fluido e di un impianto motore termico.

6. Saper derivare le curve caratteristiche di una macchina a fluido e saper scegliere la macchina in relazione alle esigenze dell'impianto.

   
   

Autonomia di giudizio: lo studente deve essere in grado di fornire una chiave di lettura critica dei risultati ottenuti in relazione al fenomeno studiato e alle metodologie utilizzate.

Abilità comunicative: lo studente deve essere capace di comunicare ai propri interlocutori le conoscenze acquisite utilizzando correttamente la notazione ed il linguaggio tecnico in uso nel campo delle macchine a fluido e dei sistemi energetici.

Capacita? di apprendimento: Lo studente deve essere in grado di aggiornarsi continuamente tramite la consultazione di testi e pubblicazioni inerenti il settore delle macchine a fluido e dei sistemi energetici. A tale scopo lo studente è incoraggiato a consultare i testi indicati in questa scheda quali “testi di approfondimento” .

È necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di “Analisi I”, “Fisica I”, “Meccanica dei Fluidi” e “Fisica Tecnica”:

1. Conoscenza del calcolo differenziale in una variabile indipendente;

2. Conoscenza della cinematica e dinamica del punto materiale;

3. Conoscenza dei concetti basilari di termodinamica, in particolare quelli relativi al 1° e 2° Principio della termodinamica, entropia, gas ideali: equazione di stato, energia interna ed entalpia, calori specifici, entropia, trasformazioni politropiche.

4. Conoscenza approfondita degli impianti termici a vapore.

5. Conoscenza di alcuni concetti basilari della dinamica dei fluidi, in particolare quelli relativi a: sistema fluido e volume di controllo; principio di conservazione della massa e della quantità di moto riferito ad un sistema fluido e ad un volume di controllo; il teorema del trasporto; il teorema di Bernoulli; regime di moto laminare e regime turbolento, il concetto di strato limite.

È caldamente consigliato, ma non obbligatorio, che lo studente abbia sostenuto l’esame del corso di Fisica Tecnica, prima di sostenere l’esame del corso di Macchine & Sistemi Energetici.

1. Classificazione delle macchine e Richiami di termodinamica
   

2. Flusso quasi-unidimensionale di un fluido comprimibile
   

3. Macchine operatrici idrauliche
   

4. Turbine idrauliche
   

5. Compressori volumetrici alternativi
   

6. Impianti Turbogas
   

7. Turbine assiali
   

8. Motori a combustione interna
   

1. Classificazione delle macchine e Richiami di termodinamica (8 ore teoria + 3 ore esercitazioni numeriche)

   1. Primo e secondo principio della termodinamica

   2. Punto di vista euleriano e lagrangiano

   3. Sistema di riferimento fisso e rotante

   4. Macchine termiche ed idrauliche

   5. Macchine volumetriche e turbomacchine

   6. Cicli termodinamici: rendimenti

   7. Gas termicamente e caloricamente perfetti

   8. Diagrammi (p,v) e (T,s)

   9. Trasformazioni: isentropica, isobara, isocora, isoterma

   10. Calore specifico: definizione ed interpretazione grafica

   11. Trasformazioni politropiche: calcolo del lavoro

   12. Lavoro minimo di compressione

   13. Controrecupero e rendimenti di compressione

   14. Recupero e rendimenti di espansione

2. Flusso quasi-unidimensionale di un fluido comprimibile (8 ore teoria + 2 ore esercitazioni numeriche)

   1. Limiti di validità

   2. Flusso isoentropico

   3. Grandezze totali e critiche

   4. Legge delle aree

   5. Portata in massa

   6. Ugelli convergenti

   7. Ugelli convergenti-divergenti

   8. Triangoli di velocita

3. Macchine operatrici idrauliche (8 ore teoria + 2 ore esercitazioni numeriche)

   1. Classificazione e richiami di fluidodinamica

   2. Pompe centrifughe

      1. Componenti della macchine

      2. Importanza del campo di forze centrifughe

      3. Girante

      4. Scorrimento

      5. Diffusore

      6. Lavoro delle resistenze passive

      7. Similitudine fluidodinamica

      8. Curve caratteristiche

      9. Curve caratteristica dell'impianto; punto di funzionamento e stabilità di funzionamento

      10. Regolazione

      11. Cavitazione: altezza massima d'installazione

      12. Pompe in serie ed in parallelo

      13. Numero di giri caratteristico: progetto di massima e scelta di una pompa

4. Turbine idrauliche (12 ore teoria + 4 ore esercitazioni numeriche)

   1. Classificazioni

   2. Parametri fondamentali di funzionamento

   3. Il diagramma collinare di una turbina idraulica

   4. Similitudine fluidodinamica, numero di giri e portata specifici

   5. Numero di giri caratteristico: scelta della turbina

   6. Turbine Pelton:

      1. Linea dei carichi (piezometrico e totale) nella macchina;

      2. Descrizione della macchina

      3. Triangoli delle velocità

      4. Rendimento idraulico, coppia, potenza

      5. Massimo salto utilizzabile

      6. Regolazione e curve caratteristiche

   7. Turbine Francis:

      1. Linea dei carichi (piezometrico e totale) nella macchina

      2. Descrizione dell macchina

      3. Triangoli delle velocita; coefficiente di velocità

      4. Grado di reazione;

      5. Numero di giri caratteristico;

      6. Regolazione e curve caratteristiche

   8. Turbine Kaplan:

      1. Descrizione della macchina

      2. Triangoli delle velocità: vortice libero

      3. Regolazione e curve caratteristiche

      4. Utilità del diffusore; cavitazione

5. Compressori volumetrici alternativi (10 ore teoria + 4 ore esercitazioni numeriche)

   1. Schemi costruttivi

   2. Ciclo ideale, reale e convenzionale

   3. Regolazione per: variazione del numero di giri; laminazione all'aspirazione; riflusso; anticipo/posticipo chiusura valvole; variazione del grado di spazio morto; tutto o niente

   4. Compressori pluristadio: schemi costruttivi e regolazione

6. Impianti Turbogas (6 ore teoria + 2 ore esercitazioni numeriche)

   1. Generalità: problematiche, classificazione e notazione

   2. Turbina a ciclo semplice non rigenerativo:

      1. ciclo

      2. impianto

      3. rendimento termico ideale e limite

      4. influenze sul rendimento termico limite

      5. lavoro massico ideale

      6. perdite della turbina a ciclo semplice

      7. cicli semplici reali

      8. rendimento termico globale

      9. influenza del rapporto manometrico di compressione sul ciclo reale

      10. influenza della temperatura

      11. influenza dei rendimenti particolari

      12. dosatura del combustibile

   3. Turbina a ciclo rigenerativo

   4. Turbina a ciclo complesso

7. Turbine assiali (3 ore teoria + 4 ore esercitazioni numeriche)

   1. Turbina semplice assiale ad azione

   2. Turbina semplice assiale a reazione

8. Motori a combustione interna (10 ore teoria + 4 ore esercitazioni numeriche)

   1. Generalita?

      1. Classificazioni

      2. Ciclo di funzionamento

      3. Costituzione della macchina

   2. Parametri fondamentali di funzionamento

      1. Parametri geometrici

      2. Lavoro, potenza e pressione media

      3. Cicli e rendimenti

      4. Il rendimento organico

   3. Il ciclo ideale

      1. Fase di fornitura di calore

      2. Fase di cessione di calore

      3. Cicli tipici

      4. Calcolo del ciclo ideale

         1. Fase di compressione

         2. Fase di fornitura di calore

         3. Fase di espansione

         4. Fase di cessione di calore

   4. Il ciclo limite

      1. Fase di aspirazione

      2. Fase di compressione

      3. Fase di combustione

      4. Fase di espansione

      5. Fase di scarico

      6. Temperatura di inizio compressione

      7. Esempio di calcolo

      8. Confronto tra ciclo ideale e ciclo limite Otto

      9. Confronto tra ciclo ideale e ciclo limite Sabathe?

   5. Funzionamento reale del motore

      1. Il rendimento indicato

      2. Aspirazione, espulsione e scarico nei motori 4T

         1. Pressione all’interno del cilindro

         2. Temperatura di fine aspirazione

      3. Coefficiente di riempimento

         1. Velocita? di rotazione del motore e fenomeni ad essa connessi

         2. Pressione e temperatura nell’ambiente di aspirazione

         3. Pressione e temperatura dei gas residui

      4. Espressione della pme

      5. Variazione delle prestazioni al variare delle condizioni ambiente

      6. Regolazione del motore

   6. Curve caratteristiche
      

Il corso prevede 90 ore di didattica tra lezioni teoriche frontali ed esercitazioni numeriche; queste ultime, indicativamente, coprono il 25% delle 90 ore di didattica. A completamento delle ore di didattica frontale, potranno essere organizzate visite tecniche e/o seminari di esperti esterni.

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.

Le prove di esame si articolano in una prova scritta seguita, a distanza di circa una settimana, da una prova orale.

La prenotazione per la prova scritta è obbligatoria e deve avvenire tramite i Servizi Web Docenti/Studenti (ESSE3) accessibili dalla home page dell'Ateneo.

Le modalità di svolgimento e di valutazione della prova scritta sono le seguenti:

1. Il docente assegnerà a ciascuno studente, in modo casuale, un posto a sedere in aula.

2. Ciascuno studente riceverà la traccia della prova scritta e due fogli protocollo siglati.

3. A ciascuno studente sarà richiesto di apporre la propria firma sul registro delle presenze.

4. I dati presenti nelle tracce dipendono da un numero intero N (variabile da studente a studente) il cui valore numerico è annotato sulla traccia.

5. Non è consentito l'uso di appunti e/o libri, tuttavia gli studenti devono avere con sé il diagramma di Mollier (in formato cartaceo).

6. Ciascuno studente dovrà usare solo i fogli protocollo che sono stati distribuiti, sia per la "bella" copia che per la eventuale "brutta" copia.

7. Qualora lo studente abbia bisogno di altri fogli, dovrà chiedere al docente presente in aula un altro foglio protocollo già siglato.

8. Lo studente che abbia bisogno di allontanarsi momentaneamente dall'aula dovrà lasciare tutti i fogli e la traccia sulla cattedra.

9. Ciascuno studente, sia che decida di consegnare, sia che decida di rinunciare alla correzione, dovrà riconsegnare tutti i fogli che ha ricevuto (inclusa la traccia e la eventuale "brutta" copia), avendo cura di riportare i risultati negli appositi spazi disponibili sulla traccia.

10. Prima di lasciare l'aula, lo studente dovrà firmare l'apposito registro nella colonna "consegna" oppure "non consegna".

11. La durata della prova scritta è, di norma, di tre (3) ore.

12. Eventuali tracce "in bianco" di cui il docente disponga potranno essere consegnate (a chi le richieda) solo nell'ultima mezz'ora e solo a chi stia lasciando l'aula.

13. La prova scritta consta di 3 esercizi, inerenti gli aspetti pratico/applicativi trattati nel corso; ciascuno di questi vale 10 punti. Si è ammessi alla prova orale nel caso in cui il voto della prova scritta sia:

• >= 12/30 ed almeno due esercizi siano stati risolti con votazione sufficiente, per esempio: 6,6,0.

• >= 16/30 nel caso in cui uno solo degli esercizi sia sufficiente, per esempio: 10,5,1 oppure 6,5,5.

La prova orale segue la prova scritta a distanza di circa una settimana. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cui è stata sostenuta la prova scritta. Coloro che non si presentino alla prova orale, pur avendo superato la prova scritta, dovranno nuovamente sostenere l'esame scritto. La prenotazione per la prova orale è obbligatoria è potrà essere effettuata una volta presa visione (mediante il software ESSE3) dei risultati della prova scritta. La prova orale consiste in:

1. tre quesiti inerenti i contenuti teorici di tre diversi argomenti del corso che lo studente estrae a sorte ed ai quali risponde per iscritto;

2. un colloquio con almeno uno dei docenti della commissione di esame.

I voti della prova scritta e della successiva prova orale forniscono il voto finale; il voto finale sarà non inferiore alla media aritmetica delle votazioni conseguite nella prove scritta ed orale.

TESTI DI RIFERIMENTO E DI APPROFONDIMENTO, MATERIALE DIDATTICO ON-LINE

Il materiale didattico consiste nel seguente testo a stampa:

• Elementi di macchine operatrici a fluido. Luciano A. CATALANO, Michele NAPOLITANO, 2001/2, 208 pagine, ISBN 88-371-1241-6, Editore Pitagora.

Il restante materiale didattico, necessario e sufficiente alla preparazione delle prove di esame, è reperibile sulla piattaforma di e-learning dell'ateneo: https://elearning.unibas.it/ .

Login e password per accedere al materiale didattico disponibile sulla piattaforma di e-learning vengono comunicati dal docente in occasione della prima lezione. Gli studenti non frequentanti possono richiederli per posta elettronica ai docenti.

Altri testi, utili per l’approfondimento degli argomenti trattati nel corso sono i seguenti:

• Macchine a Fluido (2015) Autori: V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico; Editore: CittàStudiEdizioni; ISBN: 9788825173970.

• Macchine Idrauliche (2016) Autori: G. Cornetti - F. Millo; editore: Il Capitello; ISBN: 9788842675136.

• Scienze Termiche e Macchine a Vapore (2016) Autori: G. Cornetti - F. Millo; editore: Il Capitello; ISBN: 9788842675143.

• Macchine a Gas (2016) Autori: G. Cornetti - F. Millo; editore: Il Capitello; ISBN: 9788842675150.
  

All’inizio del corso, dopo aver descritto obiettivi, programma e metodi di verifica, il docente raccoglie l’elenco degli studenti che intendono frequentare il corso, corredato di nome, cognome, matricola ed indirizzo di posta elettronica.

L’orario di ricevimento dei docenti è riportato sulle rispettive pagine web, accessibili all’ indirizzo: http://docenti.unibas.it/site/home.html

Gennaio, marzo, maggio, luglio, settembre, novembre 

No