33927 - MACCHINE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente approfondisce i temi relativi ai sistemi di produzione di energia.

Contenuti

Gruppi a vapore a n spillamenti. Ottimizzazione delle pressioni di spillamento. Gruppo a vapore a tre spillamenti. Schema, diagramma T-s ed equazioni che esprimono la potenza e i bilanci energetici negli scambiatori.

Equazioni del moto dei fluidi per condotti fissi. Le grandezze totali e la velocità del suono, regimi di moto. L'efflusso di un fluido comprimibile da un ambiente a stato fisico definito. Ellisse di Stodola. Il chocking. Portata massima, parametro di flusso. L'andamento delle aree di passaggio attraverso un condotto di portata assegnata a seconda del regime di moto: equazione di Hugoniot. Condotto convergente e convergente divergente. Convergente e divergente fuori progetto: l'onda di Shock. Equazioni che ne regolano la formazione, andamento del numero di Mach in uscita dall'onda in funzione del numero di Mach in ingresso. Andamento della pressione a monte dell'onda di Shock in funzione della pressione a valle. Andamento della variazione di entropia in funzione del numero di Mach in ingresso all'onda: Curva di Fanno e di Reiyleigt.

Perdite nello statore. Diagramma h,s nello statore. Diagramma h,s per un condotto convergente e convergente divergente. Equazione di Eulero per uno stadio. Equazione alle differenze di energia cinetica. Grado di reazione. Rendimento total tot total e total to static. Gli stati fisici di uno stadio a reazione nel diagramma h,s. Perdite nel rotore. Lo stadio a reazione delle turbine assiali; triangoli di velocità. Proporzionamento normale. Lavoro massimo e relativi triangoli di velocità. Rendimento toal to total dello stadio a reazione e condizione massima. Lo stadio ad azione: i triangoli di velocità, il lavoro massimo, rappresentazione degli stati fisici ingresso/uscita statore/rotore sul diagramma entalpico. Rendimento total to static. Confronto tra le perdite dello stadio ad azione e quelle dello stadio a reazione.

Schema e principio di funzionamento di una turbina di De Laval ad azione semplice. Limiti della turbina di De Laval relativi al salto entalpico massimo smaltibile.

Turbina a due salti di velocità, schema e principio di funzionamento. Triangoli di velocità nelle due giranti e raddrizzatore. Valutazione del lavoro massimo di una turbina a due salti di velocità. Rendimento total to static. Confronto con il rendimento di una turbina ad azione semplice.

Turbina a salti di pressione; schema e principio di funzionamento. Rendimento total to static e fattore di recupero di una turbina a salti di pressione.

Turbina a reazione; schema e principio di funzionamento. La funzione del tamburo equilibratore. Limiti della portata in ingresso e in uscita alla turbina a reazione. Espressione analitica della portata in ingresso e in uscita alla turbina a reazione. La turbina mista e la turbina a doppio flusso. La regolazione in una turbina a vapore.

Ellisse di Stodola per la macchina a numero finito di stadi e per la macchina a numero infinito dio stadi. Il blocco sonico della macchina. La curva a catenaria di prestazione di una macchina ad azione.

Determinazione analitica delle curve di prestazione di uno stadio di compressore assiale. Andamento del rapporto di compressione in funzione del parametro di flusso e della velocità corretta. Diagramma h,s di uno stadio di compressore assiale. Triangoli di velocità per lo stadio di ingresso al compressore, di uscita, per lo stadio con grado di reazione 0,5 e 1. Compressore assiale e centrifugo differenze operative.

Accoppiamento compressore turbina. Ipotesi di continuità della velocità di rotazione, della portata e della pressione. Costanza del parametro di flusso in testa alla turbina. Regolazione dei gruppi turbogas mediante variazione di lavoro specifico. Penalizzazione del rendimento. Principali strategie di gestione del gruppo a TIT e TOT costante. Utilizzo delle VIGV e VNGV. Gruppo turbogas bialbero. Regolazione nei gruppi turbogas bialbero. Influenza della temperatura ambiente sulle prestazioni di un gruppo turbogas. Diverse soluzioni per ottenere l'abbassamento di temperatura in ingresso al compressore: il fogging.

Gruppi cogenerativi. Indici di prestazione energetica di maggiore utilizzo. Diagramma potenza meccanica/termica di un impianto cogenerativo. Le tipologie di gruppi cogenerativi più diffuse: gruppi con TG a recupero semplice, schema e principio di funzionamento. Strategie di gestione al variare della richiesta termica ed elettrica. Gruppi a vapore in derivazione e a contropressione, schemi e principio di funzionamento; espressione della massima potenza termica ed elettrica nelle due tipologie impiantistiche.

Turbina Pelton. Schema, e principio di funzionamento. Triangoli di velocità ingresso e uscita dalla girante. Lavoro massimo raccoglibile, portata effluente. Determinazione del numero minimo e massimo di pale di una macchina Pelton. Regolazione e curve caratteristiche della portata in funzione della velocità di rotazione e rendimento in funzione della portata.

Indice caratteristico. Similitudine meccanica, cinematica, dinamica e geometrica: la similitudine idraulica. Diametro specifico e velocità specifica.

Turbina Francis. Schema, e principio di funzionamento. Grado di reazione. Triangoli di velocità ingresso e uscita dalla girante. Lavoro massimo raccoglibile, portata effluente, regolazione e curve caratteristiche. Equilibramento delle spinte assiali e soluzione costruttiva. Importanza del condotto di scarico di una Francis e andamento della pressione allo scarico della girante in funzione dei parametri progettuali e operativi. Evoluzione della forma della girante in funzione dell'aumento dell'indice caratteristico (alte portate e bassi salti). Il problema della cavitazione e la cifra di Thoma. Problema del brusco distacco di carico e sua soluzione.

Turbina ad elica e Kaplan. Schema, e principio di funzionamento di una turbina ad elica. Triangoli di velocità ingresso e uscita dalla girante, al centro e al mozzo. Regolazione e curve caratteristiche. La turbina Kaplan, principio di funzionamento.

Testi/Bibliografia

"Sistemi Energetici" 1 – MACCHINE A FLUIDO, G: Negri di Montenegro, M. Bianchi A. Peretto – Pitagora Editore

"Sistemi Energetici" 2 – COMPLEMENTI, M. Bianchi, F. Melino, A. Peretto – Pitagora Editore

Appunti di Macchine Idrauliche

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame

Orale, con in genere tre domande sul programma svolto.

 

 

Diagrammi richiesti (lo studente deve saper tracciare in maniera realistica):

-                T,s dell'aria con andamento delle isocore e isobare

-                T,s dell'acqua con andamento delle isobare dentro e fuori della curva limite

-                h,s dell'acqua con andamento delle isobare  e isoterme dentro e fuori della curva limite

 

Schemi richiesti:

-                Gruppi turbogas, gruppi a vapore, a ciclo combinato e cogenerativi e in generale gli schemi impiantistici trattati a lezione.

 

Disegni richiesti:

-                Turbina Pelton, distributore oleodinamico e meccanico.

-                Turbina Francis

-                Turbina Elica

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Peretto