MACCHINE A FLUIDO

Docenti: 
Crediti: 
9
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2021/2022
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
MACCHINE A FLUIDO (ING-IND/08)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Anno di corso: 
1
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Conoscenze e capacità di comprendere: mediante le lezioni frontali tenute durante il corso, lo studente acquisirà le conoscenze necessarie a comprendere il funzionamento delle macchine a fluido, delle caldaie e dei motori a combustione interna.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Mediante le esercitazioni svolte in aula relativamente ad alcuni argomenti del programma, gli studenti apprendono come applicare le conoscenze acquisite nonché l’approccio da seguire nella progettazione delle macchine presentate.
Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà essere in grado di comprendere e valutare in maniera critica il funzionamento delle macchine a fluido studiate, dovrà essere in grado di valutare quale macchina è più adatta per l’applicazione richiesta.
Capacità comunicative
Tramite le lezioni frontali lo studente acquisisce il lessico specifico inerente alle macchine a fluido. Ci si attende che, al termine del corso, lo studente sia in grado di trasmettere, in forma orale e in forma scritta, i principali contenuti del corso, quali idee, problematiche ingegneristiche e relative soluzioni.
Capacità di apprendimento
Lo studente che abbia frequentato il corso sarà in grado di approfondire le proprie conoscenze attraverso la consultazione autonoma di testi specialistici, riviste scientifiche o divulgative, anche al di fuori degli argomenti trattati strettamente a lezione, al fine di affrontare efficacemente l’inserimento nel mondo del lavoro o intraprendere percorsi di formazione successivi.

Prerequisiti

Sistemi energetici (laurea triennale)

Contenuti dell'insegnamento

Il corso ha l’obiettivo di fornire agli studenti le seguenti conoscenze:
i concetti fondamentali e le relative equazioni inerenti al moto dei fluidi comprimibili ed incomprimibili;
l’architettura, le caratteristiche funzionali e prestazionali delle principali macchine a fluido operatrici volumetriche e dinamiche;
l’architettura e le principali caratteristiche delle caldaie;
le caratteristiche funzionali e prestazionali dei motori a combustione interna destinati alla trazione.

Programma esteso

Classificazione degli impianti di potenza. Equazioni fondamentali: equazione di continuità; equazione dell’energia; equazione della quantità di moto. Equazione di Eulero per i rotori delle turbomacchine. Forze di flusso. Equazione di De St Venant. Equazione di Hugoniot. Equazione della portata negli ugelli convergenti. Ugello de Laval. Eq. dell'orifizio per fluidi incomprimibili. Eq. di stato per fluidi incomprimibili - modulo di comprimibilità. Tipi di macchine operatrici, campi di applicazione, scelta, diagrammi a mosaico. Compressori alternativi: generalità, descrizione, aspetti meccanici e costruttivi, interrefrigerazione, rapporto di compressione limite, curve caratteristiche, funzionamento reale, regolazione, suddivisione in stadi, potenza richiesta. Compressori volumetrici rotativi, tipi e funzionamento, teoria dei trasferitori. Compressori volumetrici rotativi, teoria delle macchine con compressione interna, caratteristica interna. Pompe alternative: descrizione, funzionamento, regolarizzazione della portata, casse d'aria Pompe volumetriche per oleodinamica: tipi, descrizione, curve caratteristiche. La similitudine applicata alle macchine a fluido. Teoria euleriana dello stadio di turbo-operatrice radiale. Curve caratteristiche euleriane, e per numero finito di pale. Curve caratteristiche reali per macchine centrifughe. Il diffusore nelle turbo-operatrici radiali, NPSH, adescamento delle pompe. Spinta radiale. Caratteristica delle pompe sui 4 quadranti. Pompe in serie e parallelo. Turbocompressori radiali: teoria euleriana delle turbo-operatrici radiali. Turbocompressori assiali: teoria euleriana delle turbo-operatrici assiali, grado di reazione. Funzionamento reale dei compressori assiali. Funzionamento anomalo dei turbocompressori: stallo; pompaggio per i turbocompressori. Ventilatori: architettura e curve caratteristiche. Pompe speciali: ad anello liquido, peristaltiche, a membrana. Eiettori. Caldaie: classificazione, rendimento, architettura e temperatura di combustione. Circolazione dell'acqua nelle caldaie. Circolazione dei fumi, tiraggio. Impianti idraulici: definizioni; criteri di dimensionamento degli impianti idraulici a bacino; dimensionamento degli impianti idraulici ad acqua fluente. Turbina Pelton e Banki. Cenni alle Turbine a reazione (Francis e Kaplan).
Combustione: cenni ai processi di dissociazione; struttura della fiamma e propagazione.
Architettura dei motori a combustione interna. Diagramma indicato reale. Pressione media effettiva e dipendenza dai parametri motoristici. Motori a 2 tempi, lavaggio, diagramma polare della distribuzione, diagramma indicato, pressione media indicata. Diagramma aperto, lavoro indicato e pmi per 4T (lorda e netta). Bilancio termico. Ricambio della carica. Sistemi di aspirazione e scarico. Combustione nei motori accensione comandata. Combustione nei motori Diesel. Sistemi di iniezione diesel e benzina. Curve caratteristiche. Accoppiamento del motore all’utilizzatore. Curva di carico strada. Sovralimentazione: diagramma indicato con compressore meccanico; accoppiamento con compressore volumetrico e turbo compressore; temperatura dei gas di scarico di ingresso in turbina. Turbine radiali.

Bibliografia

Tutto il materiale mostrato durante le lezioni e le esercitazioni sono resi disponili agli studenti sulla piattaforma Elly.
Gli studenti sono invitati a consultare i testi indicati:
Dossena, Ferrari, Gaetani, et al. - Macchine a Fluido - Città Studi Edizioni
Ferrari-Motori a combustione interna - Il Capitello
Testi di approfondimento
Caputo C. - Gli impianti convertitori di energia - Masson, Milano
Caputo C. - Le macchine volumetriche - Masson, Milano
Caputo C. - Le turbomacchine - Masson, Milano
Acton O. & Caputo C. - Collana di Macchine a fluido, 4 voll.- UTET, Torino
Lozza G. - Turbine a gas e cicli combinati - Progetto Leonardo, Bologna
Heywood - Internal combustion engines - McGraw Hill

Metodi didattici

Il corso ha 9 CFU a cui corrispondono 72 ore di lezione. Le attività didattiche saranno condotte privilegiando lezioni frontali in aula alternate ad esercitazioni svolte dal docente.
Durante le lezioni frontali vengono affrontati gli argomenti del corso da un punto di vista teorico-progettuale, al fine di favorire la comprensione profonda delle tematiche e di far emergere eventuali preconoscenze sui temi in oggetto da parte dei formandi.
Sono previsti alcuni seminari con progettisti di aziende.
Le esercitazioni sono finalizzate a presentare alcuni esempi di dimensionamento delle macchine.
Le slide utilizzate a supporto delle lezioni verranno caricate sulla piattaforma Elly.
Per scaricare le slide è necessaria l’iscrizione al corso on line.
Le slide vengono considerate parte integrante del materiale didattico.
I due testi consigliati sono parte fondamentale del materiale didattico.

Modalità verifica apprendimento

Esame solo orale su Teams fino alla fine dell'emergenza COVID.
L’esame è costituito da due parti obbligatorie ed una prova orale che può essere facoltativa.
Prova A (peso 0.65)
I Prova Scritta
La prima prova verte sui contenuti presentati durante il corso. Due domande aperte e due/quattro domande a risposta chiusa (quiz) su temi diversi (tempo a disposizione 90-100 minuti).
Prova B (peso 0.35)
II Prova Scritta
La seconda prova verte sullo svolgimento di un esercizio numerico su uno dei temi trattati durante le esercitazioni (tempo a disposizione 60-90 minuti).

La prima e la seconda prova vengono svolte in sequenza.

Prova Orale

L’esame orale riguarda un tema sviluppato durante le lezioni teoriche ed esercitazioni (tempo dedicato 20-30 minuti).

Superamento dell’esame
Il voto finale è la media pesata dei voti sostenuti nelle due prove, A e B.
Se una delle due prove scritte ha votazione inferiore a 18/30 l’esame è insufficiente e va ripetuto integralmente.

Condizione per il superamento dell’esame senza l’obbligo di sostenere l’esame orale è quella di conseguire la votazione media di almeno 20/30 nelle due prove scritte; quindi orale obbligatorio se la votazione media nelle due prove scritte è compresa fra 18 e 19.
Orale obbligatorio per raggiungere la votazione finale di 30/30 (o 30/30 lode) anche se ottenuto il massimo in entrambe le prove; nel caso di votazione di 30/30 in entrambe le prove e non disponibilità da parte dello studente a sostenere l’esame orale il voto è ridotto a 29/30.

Nel caso di svolgimento dell’esame orale (obbligatoriamente o facoltativamente) il voto finale è la media aritmetica fra il voto conseguito nella prova orale ed il voto conseguito nelle prove scritte, quest’ultimo sempre calcolato con i pesi indicati.
L’esame orale riguarda tutto il programma svolto. L’esame orale viene svolto nei giorni immediatamente successivi allo scritto.
La lode viene assegnata nel caso del raggiungimento del massimo punteggio su ogni item a cui si aggiunga la padronanza del lessico. Prove in itinere
Al fine di consentire agli studenti una preparazione e verifica graduale degli argomenti trattati nel corso sono previste due prove in itinere.
La prima e la seconda prova in itinere si svolgeranno rispettivamente a metà del periodo didattico ed al termine delle lezioni. Entrambe le prove in itinere sono strutturate come prova A e prova B. Una differenza importante riguarda la modalità di svolgimento della prova B per cui è consentita agli studenti la consultazione di tutto il materiale didattico per alcune tipologie di esercizi, oppure la consultazione di un formulario/procedura per altre tipologie di esercizi (tale formulario/procedura sarà resa disponibile su Elly per consentire allo studente di avere piena consapevolezza del materiale disponibile).
La seconda prova in itinere verte su argomenti trattati nella seconda parte del corso, quindi argomenti diversi da quelli considerati nella prima prova in itinere.
Superamento dell’esame
Per il superamento dell’esame valgono i criteri già esposti con l’unica eccezione che è possibile raggiungere la votazione finale di 30/30 senza sostenere la prova orale se ottenuto almeno la media di 29.5 nelle prove in itinere.
Per il conseguimento della lode rimane obbligatoria la prova orale, da svolgersi nella prima sessione di esami, su argomenti concordati con il docente. E’ possibile svolgere l’esame orale, per il miglioramento del voto, nei tre appelli della prima sessione d’esame successiva alla chiusura del corso. Dalla seconda sessione d’esame successiva alla chiusura del corso le prove intermedie non sono più considerate valide né al fine della sola verbalizzazione né al fine di integrazione con la prova orale.
Nel caso in cui in una delle due prove in itinere si registri un voto insufficiente, o non venisse svolta dallo studente, lo studente deve sostenere l’esame nella forma tradizionale negli appelli d’esame.

Altre informazioni

Si consiglia di frequentare le lezioni e svolgere le prove intermedie.