Obiettivo del corso è promuovere l'integrazione delle conoscenze trasversali acquisite nell'ambito del corso di laurea triennale sviluppando progetti di prodotti meccanici mediante lavoro di gruppo e l'utilizzo di strumenti virtuali di supporto alla progettazione.
Obiettivi

Il corso è suddiviso in due parti: una teorica e una di attività di esercitazioni. La parte teorica tratta i seguenti argomenti: Conduzione del calore in regime stazionario e non stazionario. Convezione. Trasporto di materia. Analogia tra trasporto di energia, materia e quantità di moto. Convezione naturale. Scambio termico in ebollizione e condensazione. Incremento dello scambio termico. Scambiatori di calore. Reologia. Termofluidodinamica computazionale.

L’attività di esercitazione è parte integrante del corso ed è dedicata ad esercitazioni numeriche intese come momento di verifica e chiarimento delle nozioni teoriche acquisite nelle ore di lezione. Parte della attività di esercitazione viene svolta in laboratorio di informatica. Al fine di far acquisire conoscenze metodologiche e applicative, questa parte del corso si avvale di esercitazioni pratiche in cui viene utilizzato l’ambientedi programmazione Matlab.
Complementi di Macchine
Prof. Ing. Paolo Casoli
Il corso fornisce le conoscenze sulla teoria delle Macchine, necessarie all'Ingegnere meccanico, completando la preparazione fornita dal corso di Macchine AB (laurea). Le Macchine, secondo la tradizione nazionale, comprendono sia le macchine a fluido (componenti) che gli impianti motori (convertitori di energia primaria).
According to the domestic classification, “Macchine” include both fluid machinery (meant as components), and power plants (meant as primary energy converters). Intended to be a continuation of the course given at the third year (Macchine AB), this one completes the knowledge, as for theory and computational skills, required by a modern mechanical engineer.
Prova scritta: esercizio + domanda/e a risposta aperta.
Prova orale: per accedere alla prova orale è necessario aver sostenuto la prova scritta negli appelli in calendario.
Written test: exercise and theory
Oral test: in order to undergo the oral test, the student must have completed the written test on a scheduled date (see the official calendar).
Classificazione degli impianti di potenza. Definizioni di macchina, stadio, corpo, flusso, gruppo. Equazioni fondamentali. Applicazione eq. quantita di moto e energia . Equazione di Eulero per i rotori delle turbomacchine, entalpia tot rotorica. Forze di flusso . Equazione di De St Venant. Equazione di Hugoniot, ugelli e diffusori. Equazione della portata negli ugelli convergenti . Ugello de Laval. Il cono delle portate. 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. Definizione di prevalenza. 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. Ventilatori , effetti della comprimibilità, rappresentazione del processo sul piano entalpico: macchine senza diffusore. Descrizione delle turboperatrici assiali. Teoria euleriana delle turbo-operatrici assiali, grado di reazione. Funzionamento reale dei compressori assiali; Funzionamento anomalo dei turbocompressori, stallo. Pompaggio per i turbocompressori. Pompe speciali: ad anello liquido, peristaltiche, a membrana. Eiettori. Sistemi di miscelamento: carburatore. Richiami di combustione: rapporto aria/combustibile esteso agli ossigenati. Dissociazione ad alta temperatura, equilibri chimici. Caldaie: classificazione, rendimento, architettura e temp. di combustione . Caldaie tempo di combustione particelle solide. Modello evaporazione. 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). Diagramma di carico e ripartizione nelle reti elettriche. Impianti a vapore: cifra di merito; indice di molteplicità delle sorgenti, grado di reversibilità. Applicazioni della teoria della cifra di merito al ciclo Hirn e Rankine. Esempi di impianti cogenerativi . Lo pseudociclo limite dei MCI, il problema della Temperatura iniziale (gas residui). Temperatura fine espansione e Temperatura gas di scarico. 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. Le valvole a fungo, geometria, coefficienti di efflusso. Sistemi di aspirazione e scarico. Combustione reale nei motori accenione comandata (regolare e anomale). Combustione reale nei motori Diesel, proprietà dei combustibili per MCI, NO, NC. Sovralimentazione - accoppiamento con compressore volumetrico e turbo compressore. Sistemi di iniezione diesel e benzina. Curve caratteristiche. Accoppiamento del motore all’utilizzatore. Curva di carico strada .
Esercizi
Efflusso fluidi comprimibili. Progetto compressore alternativo. Progetto pompa centrifuga. Calcolo NPSH. Accoppiamento macchina operatrice-circuito. Esercizi su impianti combinati a 1 e 2 livelli di pressione e teoria. Progetto turbina Pelton
Lectures
Analysis criteria for fluid machinery: St. Venant equation, Hugoniot equation, orifice equation, bulk modulus, high temperature dissociation, adiabatic temperature of combustion products, flame structure, similarity in the study of fluid machinery.
Reciprocating compressors, clearance volume, staging, intercooling; rotary (displacement) compressors, internal and backflow compression; reciprocating and rotary pumps, pressure ripples and dampers. Centrifugal pumps, theoretical and actual characteristics, radial thrust, multistage pumps, cavitation, priming, peripheral pumps, series and parallel. Turbo-compressors, stall, surge, multistage compressor characteristic, operating field, choking, rotating stall. Free leaks pumps; ejector.
Fundamentals of thermal plants, cycles and pseudo-cycles, 2nd law, quality number for direct cycles, fuel types and their properties;
Sizing of hydro-power plants. hydraulic turbines, types and their vector-diagrams, exhaust diffuser, cavitation.
Combined cycle power plants: topper vs bottomer power ratio, dual-pressure HRSGs. Combined heat and power plants (CHP).
Fundamentals of internal combustion engines, standard fuel-air cycles, volumetric efficiency, mean effective pressure, combustion process, energy balance, mechanical losses, turbo-charging and mechanical charging. Engine map and automotive applications. Pollutant emissions.
Practice
Numerical applications: application of fundamental equations for compressible flow; operation of a pump coupled to its circuit, combined cycle power plants, CHP.
Preliminary design: Pelton turbine, HRSG, centrifugal pump, reciprocating compressor, NPSH

Testi - Textbooks
Caputo C. - Gli impianti convertitori di energia - Masson, Milano
Caputo C. - Le macchine volumetriche - Masson, Milano
Caputo C. - Le turbomacchine - Masson, Milano
Ferrari G. - Motori a combustione interna - Il capitello
Dossena, Ferrari, Gaetani, Montenegro, Onorati, Persico - Macchine a fluido - Città studi Edizioni
Testi di approfondimento - To learn more:
Acton O. & Caputo C. - Collana di Macchine a fluido, 4 voll.- UTET, Torino
Haywood R.W. - Analysis of engineering cycles 3rd ed. - Pergamon press, Oxford
Horlock J.H. - Combined power plants - Krieger, Malabar
Horlock J.H. - Cogeneration - Krieger, Malabar
Lozza G. - Turbine a gas e cicli combinati - Progetto Leonardo, Bologna
G.Vetter – Leak-free pumps and compressors – Oxford Elsevier
J. Davidson - Process pump selection – Bury St. Edmund, Professional Eng. Pub.