Università di BOLOGNA - Facoltà di Ingegneria

Università di BOLOGNA - Facoltà di Ingegneria - Corso Laurea in INGEGNERIA MECCANICA D.M.509 - cod. 0052
Programma del corso di: MACCHINE E APPARECCHIATURE A GAS E A VAPORE L - 6 CFU cod. 57948
A.A. 2009-2010 3° anno - 1° ciclo (22 Settembre 2009 - 4 Dicembre 2009) docente: Prof. Ing. Giovanni NALDI
DIEM - tel. 051-2093312- fax 051-2093313 - e-mail: [email protected]
Martedì 22 Settembre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
1. Presentazione dei corso: finalità, argomenti del corso, testi consigliati. Energia: fabbisogno mondiale di energia, fonti primarie
e secondarie, rinnovabili e non rinnovabili.
2. Bilancio energetico mondiale giornaliero e ripartizione tra le diverse fonti.
3. Richiami sulle unità di misura di più frequente impiego in campo energetico.
Mercoledì 23 Settembre 2009 – (15-18) 3h Aula 3.1
4. Cenni sulla conversione fotovoltaica: Caratteristica di una cella fotovoltaica al silicio, corrente e tensione di corto circuito,
filling factor, rendimento di conversione. Centrale di Serre Persano.
5. Richiami di termodinamica: Gas perfetti e ideali. Diagrammi termodinamici T,s (entropico) e h,s (Mollier). Trasformazioni sui
piani T,s e h,s. Calcolo di proprietà termodinamiche del vapore.
6. Richiami sulle equazioni di bilancio energetico per il sistema aperto in forma termica e meccanica.
Martedì 29 Settembre 2009 – (16-18) 2h Aula 2.3
7. Energia eolica: Architettura degli aeromotori, ad asse verticale ed orizzontale, e loro classificazione in base al coefficiente di
velocità periferica
8. Densità di potenza di una corrente fluida, coefficiente di potenza, limite di Betz.
Mercoledì 30 Settembre 2009 – (15-18) 3h Aula 3.1
9. Potere calorifico dei combustibili e determinazione in via sperimentale ed approssimata. Calorimetro di Junkers e Bomba di
Mahler.
10. Massa d’aria per la combustione teorica, volume aria teorica, combustione reale, eccesso d’aria. Diagramma di Ostwald
11. ESERCITAZIONE Calorimetro di Junkers - Diagramma di Ostwald, Combustione del metano.
Martedì 06 Ottobre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
12. Cicli degli impianti a vapore: Ciclo di Carnot. Rendimento termodinamico del Ciclo Rankine. Influenza della pressione di
caldaia. Influenza della pressione di condensazione sul rendimento del ciclo.
13. Ciclo Hirn. Limitazioni ai parametri caratteristici del ciclo. Influenza, del surriscaldamento sul rendimento del ciclo.
14. Cicli di Carnot equivalenti, temperatura media di somministrazione del calore. ESERCITAZIONE cicli impianti a vapore.
Mercoledì 07 Ottobre 2009 – (15-18) 3h Aula 3.1
15. Cicli a vapore con risurriscaldamento. Scelta della pressione e della temperatura ottimali di risurriscaldamento.
16. Impianti a spillamenti: schema d’impianto con uno spillamento a miscela. Scelta della pressione ottimale di spillamento.
17. Cenni sugli impianti con spillamento multipli. Preriscaldatori d’acqua a miscela ed a superficie, Archittetture degli scambiatori
di calore. Scambiatori di calore a miscela ed a superficie. Disposizione in equicorrente ed in controcorrente.
Martedì 13 Ottobre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
18. Scambiatori di calore: Metodo diretto di progetto: determinazione della superficie di scambio. Differenza di temperatura media
logaritmica (LMTD).
19. Problema di verifica: metodo dell’NTU, Efficienza di scambio termico.
20. ESERCITAZIONE Dimensionamento di un condensatore a superficie.
Mercoledì 14 Ottobre 2009 – (15-18) 3h Aula 3.1
21. Evoluzione dell’architettura dei generatori di vapore: caldaia Cornovaglia, caldaia marina e Babcok & Wilcox. Bilancio della
camera di combustione. Determinazione della temperatura di combustione. Temperatura di parete nei tubi vaporizzatori e
surriscaldatori.
22. Rendimento del generatore di vapore per via diretta ed indiretta. Influenza dell’eccesso d’aria e del carico sul rendimento del
generatore di vapore.
23. Diagrammi di scambio. Estrazione di calore dai fumi. Preriscaldo dell’acqua. Rugiada acida.
Martedì 20 Ottobre 2009 – (16-19) 3h Aula 3.1
24. Carico termico volumetrico. Limiti al carico termico. Infulenza delle dimensioni della caldaia sul carico termico superficiale.
25. Caldaia ad irraggiamento, architettura e diagramma di scambio. Preriscaldo dell’aria. ESEMPI NUMERICI relativi al carico
termico.
26. Circolazione dei prodotti delle combustione nel generatore. Caratteristiche del camino, del generatore e delle soffianti.
Mercoledì 21 Ottobre 2009 – (15-18) 3h Aula 3.1
27. Tiraggio naturale, determinazione della dimensione del camino in un generatore a tubi d’acqua.
28. Architettura di gruppi di turbina a gas per uso industriale e propulsivo. Cenni sul raffreddamento delle pale. Determinazione
dell’eccesso d’aria in camera di combustione
29. Impianti motori con turbina a gas. Lavoro specifico e rendimento del ciclo di Brayton. Condizione di autosufficienza.
Martedì 27 Ottobre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
30. Cogenerazione: Definizione dei parametri principali per la caratterizzazione di un impianto cogenerativo (indice di
utilizzazione del combustibile, indice di risparmio di combustibile primario e di risparmio energetico
31. Impianti cogenerativi con turbina a vapore a contropressione e con turbina a vapore a condensazione-derivazione.
Diagramma di funzionamento ai carichi parziali. Altre tipologia di impianti cogenerativi (Cenni).
32. Schema di un impianto a ciclo combinato gas-vapore. Diagrammi entropico e di scambio. Efficienza di recupero. Diagramma
di Sankey.
Mercoledì 28 Ottobre 2009 – (15-18) 3h Aula 3.1
33. Rendimento del ciclo combinato gas-vapore.
34. Influenza delle caratteristiche dei cicli componenti sul rendimento totale del ciclo combinato. Architettura di caldaie a
recupero. Cenni sui cicli combinati con spillamenti e con più livelli di pressione. ESEMPI NUMERICI sui gruppi combinati
35. Cicli termodinamici operatori, cicli delle macchine per la produzione del freddo. Caratteristiche dei fluidi frigoriferi: proprietà
termofisiche, di sicurezza e impatto ambientale.
C:\Documents and Settings\Giovanni Naldi\Documenti\docs_2009.07.14\Didattica_0\_Programmi_corsi\2009.01_Macchine_ed_Apparecchiature_G&V_L_2009_10_prog.doc
02/12/09 p.1
Università di BOLOGNA - Facoltà di Ingegneria - Corso Laurea in INGEGNERIA MECCANICA D.M.509 - cod. 0052
Martedì 03 Novembre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
36. Cicli frigoriferi a doppia compressione secca e a due temperature di vaporizzazione.
37. Riscaldamento mediante pompa di calore. Cenni sugli impianti frigoriferi ad assorbimento.
38. Macchine volumetriche alternative e rotative. Compressore volumetrico alternativo.
Mercoledì 04 Novembre 2009 – (15-17) 2h Aula 3.1
39. Diagrammi di indicatore ideale e reale. Rendimento volumetrico apparente e di carica.
40. ESERCITAZIONE NUMERICA Dimensionamento di un impianto frigorifero (ciclo) e del compressore
Martedì 10 Novembre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
41. Pompe volumetriche alternative e rotative Architetture e prestazioni di pompe oleodinamiche.
42. Metodi di rilievo delle caratteristiche di pompe oleodinamiche.
43. Equazioni del moto per un osservatore mobile. Equazioni di Eulero ed alle energie cinetiche.
Mercoledì 11 Novembre 2009 – (15-17) 2h Aula 3.1
44. Macchine operatrici a fluido incomprimibile. Ventilatori centrifughi ed assiali.
45. Caratteristica di funzionamento a velocità di rotazione costante.
Martedì 17 Novembre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
46. Efflusso del vapore. Grandezze di ristagno.
47. Equazione di Hugoniot.
48. Ugelli e diffusori per fluidi comprimibili. Ugello di De Laval.
Mercoledì 18 Novembre 2009 – (15-17) 2h Aula 3.1
49. Generalità sulle turbine a vapore.
50. Architettura della Turbina a vapore ad azione semplice
Martedì 24 Novembre 2009 – (16-19) 3h Aula 0.6
51. Triangoli delle velocità. Lavoro specifico e rendimento. Limiti al salto entalpico sfruttabile con una turbina a vapore
monostadio.
52. Turbina Curtis a salti di velocità: triangoli di velocità e lavoro specifico nel caso di macchina ideale e di macchina reale.
53. Traccia per il dimensionamento di massima di una turbina Curtis
Mercoledì 25 Novembre 2009 – (15-17) 2h Aula 3.1
54. Turbina a salti di pressione architettura della macchina. Rendimento dello stadio e fattore di recupero.
55. Turbina a reazione: architettura della macchina.
Martedì 01 Dicembre 2009 – (16-19) 3h Aula 2.3
56. Lavoro specifico e rendimento dello stadio di turbina a reazione.
57. Limiti della turbina a reazione: Portata in volume all’ingresso. Tenute a labirinto
58. Turbina mista: Architettura della macchina
Mercoledì 02 Dicembre 2009 – (15-17) 2h Aula 3.1
59. Valutazione dei problemi allo scarico delle turbine a reazione. Macchine a più corpi, a doppio flusso. Equilibramento delle
spinte assiali.
60. Cenni sulla regolazione per parzializzazione e per strozzamento.
Mercoledì 10 Dicembre 2009 – (10-13) Visita Tecnica Centrale a ciclo combinato ENEL Teodora - Porto Corsini RA
Testi consigliati:
Morandi G.,
“Macchine ed apparecchiature a vapore e frigorifere”, Pitagora, BO.
Sandrolini S., Naldi G., “Macchine 3: Gli impianti motori termici e i loro componenti”,Pitagora BO, 2003, ISBN 88-371-1317-X
Sandrolini S., Naldi G., “Macchine 1: Fluidodinamica e termodinamica delle turbomacchine”,Pitagora BO, 1996,ISBN 88-3710827-3
Sandrolini S., Naldi G., “Macchine 2: Le turbomacchine motrici e operatrici”,Pitagora BO, 1997, ISBN 88-371-0862-1
Altri testi:
Cantore G., “Macchine”, Progetto Leonardo, 1995 BO, 3a ed. 1999.
Cornetti G., “Macchine termiche”, Il Capitello, TO, 1989, rist. 1994.
Negri di Montenegro G., Bianchi M., Peretto A.,“Sistemi energetici e loro componenti, Pitagora, BO, 2001, ISBN-88-371-1256-4.
Negri di Montenegro G., Moro D., Naldi G., “Corso di macchine - 1 Sistemi e componenti termici, Pitagora, BO, 1992, nuova ed. 1998.
Negri di Montenegro G., Naldi G., Peretto A., “Corso di macchine - 2 Macchine volumetriche Trasmissioni meccaniche”, Pitagora, BO, 1993.
Sandrolini S., Borghi M., Naldi G., “ Turbomacchine Termiche - Turbine”, Pitagora, BO, 1992.
Materiale didattico integrativo:
Programma del corso e parte del materiale didattico scaricabile dal sito: http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/
Modalità di svolgimento dell’esame:
Interrogazione orale sugli argomenti indicati nel programma.
Si richiede la conoscenza dei disegni delle macchine e degli schemi di impianto trattati nel corso e lo svolgimento di brevi
calcoli relativi alla determinazione di proprietà termodinamiche, od a bilanci elementari, anche dal punto di vista numerico.
Date esami: 14 Dicembre 2009 - 21 Dicembre 2009 - 11 Gennaio 2010 iscrizione su UNIWEX
C:\Documents and Settings\Giovanni Naldi\Documenti\docs_2009.07.14\Didattica_0\_Programmi_corsi\2009.01_Macchine_ed_Apparecchiature_G&V_L_2009_10_prog.doc
02/12/09 p.2