progetto di macchine (9 cfu)

PROGETTO DI MACCHINE (9 CFU)
(Laurea Magistrale in Ing. Meccanica)
Docente: Prof. Ing. M. Messina
([email protected])
(ricevimento studenti: Lunedì e Giovedì dalle 11.00 alle 13.00)
MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA
• Classificazione, fasi, rendimenti, prestazioni dei motori
Classificazione dei motori alternativi in base alle caratteristiche di funzionamento, alle caratteristiche cinematiche, in
base ai tempi.
Richiami sul rendimento limite, sul rendimento termodinamico interno e sul rendimento organico e sulla pme al variare
della dosatura e della velocità angolare. Combustione a volume costante. Combustione a pressione costante.
Combustione in moto permanente a pressione variabile.
• Alimentazione dell'aria
Alimentazione aria nei motori. Determinazione del coefficiente di riempimento. Effetti quasi-stazionari. Condizioni di
efflusso attraverso le valvole. Influenza della dosatura. Diagramma di distribuzione. Riempimento nei motori a 2T:
generalità, schemi di lavaggio, analisi del processo di lavaggio. Diagramma di distribuzione.
• Gasdinamica dei condotti di aspirazione e scarico
Le funzioni dei sistemi di aspirazione e scarico. Condizioni del moto dei fluidi. Effetti dinamici in un motore a quattro
tempi: effetti inerziali ed effetti d’onda. Collettori d’aspirazione e scarico.
• Alimentazione del combustibile
Alimentazione del combustibile nei motori ad accensione comandata. Requisiti generali. Il carburatore elementare.
Apparati di iniezione elettronica nei motori ad accensione comandata. Alimentazione del combustibile nei motori ad
accensione per compressione. Requisiti in termini di polverizzazione e di penetrazione del getto. Sistemi di iniezione
tipo “common rail”. Classificazione dei combustibili. Cenni sui biocombustibili.
• Sovralimentazione
Cenni storici sullo sviluppo delle diverse tecniche. Sovralimentazione con compressore trascinato meccanicamente od
azionato da turbina a gas di scarico. Lo sfruttamento dell'entalpia dei gas di scarico. Il raffreddamento della carica.
Accoppiamento sovralimentatore – motore.
• Combustione
Generalità: velocità di reazione e temperatura di accensione. Sviluppo normale della combustione e fattori che
influenzano. Detonazione e altre combustioni anormali. Macchine a compressione rapida e tempi di induzione.
Combustibili per motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione.
• Formazione e controllo degli inquinanti
Effetti nocivi, meccanismi di formazione, influenza dei parametri di funzionamento. Metodi di abbattimento degli
inquinanti: reattori termici, catalizzatori a tre vie, EGR. Trappole per il particolato.
• Calcolo del Ciclo limite di un MCI – SI
Calcolo del ciclo limite per un motore ad accensione comandata. Dosatura della miscela. Proprietà termodinamiche dei
gas. Equazioni di Langen. Polinomi interpolatori logaritmici del quinto ordine.
Proprietà termodinamiche dei combustibili. Tonalità termica. Dissociazione termochimica del processo di combustione.
Calore occultato. Cinetica controllata della combustione e relativi prodotti della combustione. Costanti d’equilibrio
termico. Bilanci di massa ed equazioni di Guldberg e Waage. Rilascio termico e temperature di congelamento della
composizione della miscela. Applicazione numerica.
• Valutazione del Rilascio termico nei MCI.
Equazioni termodinamiche per il modello a zona singola (FL–SZM). Il rilascio termico netto e cumulativo.
Determinazione della temperatura di parete. Scambio termico con le pareti del cilindro. Velocità caratteristica della
carica. L’influenza dei calori specifici sul rilascio termico. Funzioni interpolanti logaritmiche. Frazione di massa
combusta ed Equazione di Wiebe. Miscele di gas combuste ed incombuste. Il rendimento di combustione. Applicazione
numerica.
• Stima delle Emissioni inquinanti in condizioni di “Equilibrio chimico” ed applicazioni di cinetica
chimica.
Termochimica e termodinamica della combustione. Dosatura stechiometrica, miscele ricche e miscele povere.
Composizione della miscela di gas combusti. Equilibrio chimico. Bilanci di massa e costanti d’equilibrio. Energia libera
di Gibbs. Risoluzione numerica secondo il metodo di Newton-Raphson. Convergenza della soluzione e variabili di
primo tentativo. Cinetica chimica. Applicazione numerica.
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LA PROGETTAZIONE FLUIDODINAMICA DELLE TURBINE EOLICHE
• Caratteristiche degli impianti motori eolici
Introduzione. La classificazione delle turbine eoliche. Specificità degli impianti motori eolici. L’energia eolica. Taglie
di potenza.
• Modelli fluidodinamici del rotore
Analisi aerodinamica dei profili alari. Caratteristiche geometriche dei profili alari. I coefficienti di potenza e resistenza.
Analisi fluidodinamica del rotore. Teoria alare. Rappresentazione dei triangoli di velocità. Analisi delle forze.
• Modelli matematici per il calcolo delle prestazioni
Introduzione. La Blade Element Momentum (BEM) Theory per macchine ad asse verticale. La procedura iterativa per
la soluzione finale. I coefficienti d’induzione assiale. Analisi delle prestazioni: potenza e coefficiente di potenza.
Confronto con dati sperimentali. Applicazione numerica sulle turbine eoliche ad asse verticale. Le prestazioni durante
il funzionamento in “off design”. La Blade Element Momentum (BEM) Theory per macchine ad asse orizzontale. La
procedura iterativa per la soluzione finale. I coefficienti d’induzione assiale. E tangenziale. Analisi delle prestazioni:
potenza e coefficiente di potenza. Confronto con dati sperimentali. Applicazione numerica sulle turbine eoliche ad asse
orizzontale. Le prestazioni durante il funzionamento in “off design”.
LA PROGETTAZIONE FLUIDODINAMICA DELLE GALLERIE DEL VENTO SUBSONICHE
• Generalità sulle gallerie del vento.
Introduzione. Tipologie di gallerie del vento. Gallerie del vento sub soniche, supersoniche, ipersoniche. Gallerie del
vento a circuito aperto ed a circuito chiuso. Gallerie del vento per applicazioni terrestri ed aeronautiche. Profili di
velocità in camera di prova.
• I componenti di una galleria del vento subsonica.
Il convergente. La camera di prova. Il divergente. I deviatori di flusso angolari. Il ventilatore. La camera di calma. La
struttura con celle a nido d’ape (honeycomb) per il raddrizzamento del flusso. Le griglie per l’abbattimento del livello di
turbolenza.
• La progettazione fluidodinamica.
Valutazione delle perdite di carico nei vari componenti della galleria del vento. Andamento della pressione statica
all’interno della galleria del vento. La pressione statica cumulativa all’interno della galleria del vento. L’efficienza
energetica di una galleria del vento (Energy ratio). La scelta della macchia aeraulica. Macchine operatrici radiali.
Macchine operatrici assiali. Applicazione numerica.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
G. Ferrari: Motori a Combustione Interna, Il Capitello.
Battisti L.: Gli impianti motori eolici, Green Place
Energies.
Beccari A., Caputo C. Motori termici volumetrici –
UTET.
Della Volpe, Migliaccio: Motori a combustione interna
per l’Autotrazione, Liguori.
Heywood: Internal combustion engine fundamentals,
McGraw-Hill.
Taylor: The Internal Combustion Engine in Theory and
Practice: Thermodynamics, Fluid Flow, Performance,
Voll. 1-2, MIT Press.
Sphera DA, editor. Wind turbine technology: fundamental
concepts of wind turbine engineering.
Gash R. and Twele J.: Wind Power Plants –
Fundamentals, Design, Construction and Operation,
Solarpraxis AG Germany.
Barlow, Rae, Pope: Low Speed Wind Tunnel Testing. John
Wiley & Sons, Inc. Third Edition.
Justin D. Pereira: Wind Tunnels: Aerodynamics, Models
and Experiments. Nova Science Publishers, inc. New
York.
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CONSEGNA MATERIALE DIDATTICO
Gli studenti regolarmente iscritti al corso tramite il sistema http://studium.unict.it possono scaricare tutto il materiale
didattico in formato elettronico (slides delle lezioni, testi esercizi, testi esercitazioni e programma del corso).
PROVA FINALE D’ESAME
L’esame consiste di una prova orale che verterà sugli argomenti indicati nel programma del Corso, e sulla discussione
delle esercitazioni progettuali svolte durante il Corso.
PRENOTAZIONE PER UN APPELLO D’ESAME:
La prenotazione per un appello d’esame è obbligatoria e deve essere fatta esclusivamente via internet attraverso il
portale studenti.
DATE DI ESAME: 19/06/2015; 16/07/2015; 03/09/2015; 09/10/2015; 18/11/2015 (solo per fuori corso).
RECAPITI DOCENTE:
Stanza 6- VI Piano edificio Polifunzionale (Dipartimento di Ingegneria Industriale)
Tel. 0957382426, e-mail: [email protected] , www.diim.unict.it/users/mmessina/
L’orario di ricevimento studenti è consultabile on-line sul sito web della Facoltà di Ingegneria www.ing.unict.it,
“sezione docenti” o sulla home page del corso
http://www.ing.unict.it/it/didattica/insegnamenti?view=docente&id=322
AGGIORNAMENTI SUL CORSO:
Qualsiasi tipo di aggiornamento sul corso sarà reso disponibile attraverso l’area dedicata all’interno del sistema
http://studium.unict.it .
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