08081 - TURBOMACCHINE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede e sa applicare le conoscenze sulle prestazioni e le caratteristiche funzionali delle turbomacchine (pompe, compressori e turbine) utilizzate in ambito aeronautico e spaziale, ed acquisisce i rudimenti sulla termodinamica ed il funzionamento dei principali sistemi energetici applicati alla propulsione.

Contenuti

Conoscenze di base
Classificazione delle macchine.
L'acqua come fluido potenziale: caratteristiche ediagrammi T-s e h-s.
Conservazione della massa. Conservazione dell'energia: primo principio per un sistema chiuso e per un sistema aperto (forma meccanica e termica). Entropia ed entalpia.
Gas perfetti ed ideali: definizione, principali trasformazioni e loro rappresentazione sui piani cartesiani. Lavoro e rendimento reale, politropico ed isentropico per una compressione e una espansione.
Combustione: definizione di aria stechiometrica, eccesso d'aria, potere calorifico.

Sistemi con turbina a gas

 Generalità, Ciclo secondo Brayton, schema dell'impianto semplice e rappresentazione sul diagramma T-s. Condizioni per la rappresentabilità del ciclo nel diagramma T-s. Analisi termodinamica del turbogas semplice: condizione di autosostentamento. Valutazione del rendimento. Condizione di massimo lavoro utile e massimo rendimento.

Ciclo rigenerativo, schema e diagramma termodinamico, problematiche e limiti nell'impiego.

Ciclo a compressione frazionata (inter-refrigerazione): schema e diagramma termodinamico, condizione di interrefrigerazione completa, condizione di massimo lavoro utile, problematiche e limiti nell'impiego.

Ciclo a post-combustione: schema e diagramma termodinamico, condizione di massimo lavoro utile, problematiche e limiti nell'impiego.

Componenti dinamici della turbina a reazione: compressore centrifugo. Determinazione del lavoro specifico e del rendimento di stadio. Prestazioni compressore e turbina. Teorema pi greco. Curve caratteristiche di compressore e turbina.
Compressore assiale: triangoli delle velocità, determinazione lavoro specifico e rendimento di stadio. Condizioni di lavoro anomale per compressori: chocking, stallo, stallo rotante. Utilizzo dell'inducer. Problematiche relative all'avviamento delle turbine a reazione.

Turbine assiali: triangoli delle velocità, lavoro raccolto per stadio, rendimento di stadio. Problema del raffreddamento delle prime pale della turbina. Scelta del materiale delle pale e della tipologia di raffreddamento. Tecniche per la valutazione delle portate di aria di raffreddamento. Espansione raffreddata.

Cicli frigoriferi a compressione

Definizione di COP. Ciclo a vapore saturo, Cicli a compressione bifase (con intercooler, a doppio separatore, a doppio separatore con gorgogliatore), Ciclo a compressione bifase con due temperature di vaporizzazione. Caratteristiche dei fluidi per impianti frigoriferi e loro classificazione.

Applicazioni dei cicli frigoriferi alla liquefazione dell'idrogeno e dell'ossigeno.

Testi/Bibliografia

Sistemi energetici e loro componenti, 2a ed., G. Negri di Montenegro, M. Bianchi, A. Peretto, Pitagora Editrice Bologna

Metodi didattici

L'insegnamento è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche, nelle quali vengono mostrati esempi di dimensionamento.

La frequenza è fortemente consigliata per un migliore apprendimento dei concetti e delle nozioni, ma non incide sul processo di valutazione finale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in un esame orale della durata di circa 1 ora nel corso del quale lo studente deve rispondere a tre quesiti che coprono il programma svolto.

La valutazione, espressa in trentesimi, sarà tanto più alta quanto più lo studente è:

• autonomo nell’argomentare le risposte ai tre quesiti;
• esaustivo nell’esporre le argomentazioni;
• preciso nel rappresentare la funzionalità degli schemi rappresentati a mano libera.

L’insegnamento di Turbomacchine T (6 CFU) è uno dei due moduli che, insieme al corso di Propulsione aeronautica e spaziale T (6 CFU), costituisce il corso integrato di Propulsione aerospaziale T (12 CFU). La votazione che verrà verbalizzata sarà data dalla media aritmetica delle singole votazioni che lo studente avrà ottenuto nei due moduli. Se il risultato della media presenta il numero decimale 0.5 la votazione sarà arrotondata all’intero superiore.

Per ottenere come valutazione finale “30 e lode” lo studente dovrà essere in uno dei due seguenti casi:

• avere ottenuto “30 e lode” in entrambi i moduli
• avere ottenuto “30 e lode” in un modulo e 30 nell’altro.

Il calendario delle prove è reso disponibile con ampio anticipo sulla piattaforma web AlmaEsami dell'Ateneo di Bologna. Al momento della prova lo studente deve presentarsi con un documento di riconoscimento.

Strumenti a supporto della didattica

Lucidi del professore a disposizione in segreteria didattica.
Visita guidata delle motorizzazioni presenti presso il laboratorio.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Fabrizio Ponti

Consulta il sito web di Vittorio Ravaglioli