Università degli Studi di Perugia

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Insegnamento MACCHINE

Nome del corso Ingegneria meccanica
Codice insegnamento 70300012
Curriculum Generale
Docente responsabile Gianni Bidini
CFU 12
Regolamento Coorte 2017
Erogato Erogato nel 2019/20
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa integrata
Suddivisione

MACCHINE MODULO A

Codice 70074205
CFU 6
Docente responsabile Gianni Bidini
Docenti
  • Gianni Bidini - Didattica Ufficiale
Ore
  • 54 Ore - Didattica Ufficiale - Gianni Bidini
Attività Caratterizzante
Ambito Ingegneria energetica
Settore ING-IND/08
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti Unità didattica: Motori volumetrici
Motori a combustione interna alternativi: motori a due e a quattro tempi. Ciclo ideale e ciclo limite per accensione comandata o spontanea. Ciclo reale. Diagramma dell'indicatore. Coefficiente di riempimento. Espressione della coppia e della potenza. Carburazione ed iniezione. Detonazione. Combustibili. Sovralimentazione. Motore Wankel. Motore Stirling


Unità didattica: Sistemi energetici
Sotto unità didattica Impianti a combustione esterna
Impianti motori turbina a vapore. Cicli semplici e perfezionati. Rigenerazione. Componenti degli impianti a vapore: condensatori, degassatore, scambiatori rigenerativi. Generatori di vapore: tipologie costruttive, scambio termico Perdite energetiche nei generatori di vapore. Ciclo ORC
Sotto unità didattica: Cicli combinati gas-vapore
Cicli combinati gas-vapore: soluzioni a recupero e con post-combustione. Caldaie a recupero e con post-combustione. Caldaie a recupero singolo e doppio livello di pressione. Ottimazione dell'accoppiamento tra ciclo a gas e ciclo a vapore.

Sotto unità didattica: Cogenerazione di energia elettrica e termica
Cogenerazione di energia elettrica e termica. Applicazioni ai diversi impianti motori: turbine a vapore a contropressione o a spillamento, turbine a gas, motori a combustione interna alternativi

Sotto unità didattica: Impianti idroelettrici.
Impianti ad acqua fluente. Impianti a bacino. Impianti di pompaggio. Centrali maremotrici.
Testi di riferimento G. Bidini Macchine 2 Macchine volumetriche, Il Formichiere 2018
G. Bidini Macchine 3 Sistemi energetici, Il Formichiere 2018
G. Bidini Macchine 4 Impianti idroelettrici, cogenerazione e cicli combinati, Il Formichiere 2018
Obiettivi formativi L'insegnamento rappresenta il primo corso di impianti e componenti di sistemi energetici
L'obiettivo principale dell'insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per l'analisi progettuale e di verifica di funzionamento dei componenti e dei sistemi energetici
Le principali conoscenze acquisite saranno:
Motori a combustione interna alternativi: motori a due e a quattro tempi. Ciclo ideale e ciclo limite per accensione comandata o spontanea. Ciclo reale. Diagramma dell'indicatore. Coefficiente di riempimento. Espressione della coppia e della potenza. Carburazione ed iniezione. Detonazione. Combustibili. Sovralimentazione. Motore Wankel. Motore Stirling

Impianti a combustione esterna: Impianti motori turbina a vapore. Cicli semplici e perfezionati. Rigenerazione. Componenti degli impianti a vapore: condensatori, degassatore, scambiatori rigenerativi. Generatori di vapore: tipologie costruttive, scambio termico Perdite energetiche nei generatori di vapore. Ciclo ORC

Cogenerazione di energia elettrica e termica. Applicazioni ai diversi impianti motori: turbine a vapore a contropressione o a spillamento, turbine a gas, motori a combustione interna alternativi

Impianti idroelettrici:Impianti ad acqua fluente. Impianti a bacino. Impianti di pompaggio. Centrali maremotrici.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenza acquisite) saranno:
analizzare un ciclo motore ad accensione spontanea o ad accensione comandata
dimensionare e verificare i principali parametri di un impianto con turbina a vapore in varie condizioni operative
analizzare il funzionamento dei più comuni sistemi cogenerativi
dimensionare e verificare le varie tipologie dei sistemi di produzione di energia idroelettrici
Prerequisiti Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento è necessario aver sostenuto con successo l'esame di Fisica Tecnica.
Inoltre altri argomenti trattati nel modulo richiedono di avere la capacità di risolvere semplici bilanci di massa ed energia e la capacità di risolvere semplici integrali e derivate.
Metodi didattici Il corso è organizzato nel seguente modo
Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso
Lezioni nei laboratori di macchine (cogenerazione, biomasse, celle a combustibile, motori a combustione interna alternativi). Gli studenti saranno divisi in gruppi (massimo 20 studenti per gruppo) e seguiranno 4 lezioni mirate di 1,5 ore ciascuna
Altre informazioni frequenza consigliata
Modalità di verifica dell'apprendimento L'esame prevede una prova orale e/o una prova scritta. La prova orale consiste in una discussione della durata di circa 30 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma (motori alternativi a combustione interna, turbomacchine, sistemi energetici). la prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorica. La prova scritta consiste nella soluzione di due/tre problemi a carattere computazionale e/o dimensionamento di parte di impianto e/o domande a risposta multipla e/o aperta sui contenuti tecnici e metodologici de programma. La prova ha una durata non superiore alle 3 ore ed è finalizzata a verificare la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, la capacità di comprensione delle problematiche proposte e la capacità di comunicare in modo scritto
La prova può inoltre consistere, a complemento delle alte prove, nella discussione di un caso studio proposto dal docente come attività di laboratorio riguardante una o più prove sperimentali, svolte come progetto svolto in modo individuale o di gruppo. Nella discussione saranno illustrate le problematiche poste nel caso assegnato, le possibili alternative di progetto, l’eventuale contesto normativo, l’impostazione metodologica adottata, l’analisi dei risultati ottenuti. La discussione può avvalersi di una relazione scritta o di circa 10 slide e prevedere la richiesta di approfondimenti teorici e di chiarimenti di dettaglio da parte dei membri della commissione di esame.
La prova nel suo insieme consente di accertare sia la capacità di conoscenza e comprensione, sia la capacità di applicare le competenze acquisite, sia la capacità di esposizione, sia la capacità di apprendere ed elaborare soluzioni in autonomia di giudizio.
Programma esteso Motori volumetrici
Motori a combustione interna alternativi: motori a due e a quattro tempi. Ciclo ideale e ciclo limite per accensione comandata o spontanea. Ciclo reale. Diagramma dell'indicatore. Coefficiente di riempimento. Espressione della coppia e della potenza. Carburazione ed iniezione. Detonazione. Combustibili. Sovralimentazione. Motore Wankel. Motore Stirling

Impianti a combustione esterna
Impianti motori turbina a vapore (TAV).
Cicli semplici e perfezionati. Rigenerazione. Componenti degli impianti a vapore: condensatori, degassatore, scambiatori rigenerativi. Generatori di vapore: tipologie costruttive, scambio termico Perdite energetiche nei generatori di vapore. Ciclo ORC

Cicli combinati gas-vapore
Cicli combinati gas-vapore: soluzioni a recupero e con post-combustione. Caldaie a recupero e con post-combustione. Caldaie a recupero singolo e doppio livello di pressione. Ottimazione dell'accoppiamento tra ciclo a gas e ciclo a vapore.

Cogenerazione di energia elettrica e termica
Cogenerazione di energia elettrica e termica. Applicazioni ai diversi impianti motori: turbine a vapore a contropressione o a spillamento, turbine a gas, motori a combustione interna alternativi

Impianti idroelettrici.
Impianti ad acqua fluente. Impianti a bacino. Impianti di pompaggio. Centrali maremotrici

MACCHINE MODULO B

Codice 70074304
CFU 6
Docente responsabile Linda Barelli
Docenti
  • Linda Barelli - Didattica Ufficiale
Ore
  • 54 Ore - Didattica Ufficiale - Linda Barelli
Attività Caratterizzante
Ambito Ingegneria energetica
Settore ING-IND/08
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti Studio di dettaglio delle turbomacchine operatrici e motrici elaboranti gas/vapore (compressori, turbine) e liquido (pompe, turbne idrauliche)

Studio impianti turbina a gas e impianti turbina a vapore
Testi di riferimento Gianni Bidini, Macchine 1 - Turbomacchine, Edizioni Anteo

Gianni Bidini, Macchine 3 - Sistemi Energetici, Edizioni Anteo
Obiettivi formativi capacità di dimensionamento di turbomacchine motrici e operatrici in considerazione delle condizioni operative e del fluido elaborato. Capacità di scelta del macchinario e relativa implementazione in circuiti. Dimensionamento di impianti turbina a gas e turbina a vapore; valutazione delle prestazioni degli stessi in accordo ai parametri di progetto.
Prerequisiti Fisica Tecnica
Metodi didattici Lezioni frontali e approfondimenti esercitativi
Altre informazioni --
Modalità di verifica dell'apprendimento prova scritta e orale
Programma esteso - Introduzione alle turbomacchine:

classificazioni; parametri termodinamici e fluidodinamici; equazione di stato; legge di tasformaizone termodinamica; equazione di continuità; legge della dinamica; equazione unidimensionale dell'energia; equazione dell'energia in forma temrodinamica; efflussi adiabatici di fluidi comprimibili; velocità del suono e numero di Mach; variabili di ristagno; lo strato limite

- Analisi energetica dei profili:

le schiere di profili e definizioni; parametri descrittivi di una schiera; fenomenologia del flusso nelle schiere di profili; coppia, potenza e grado di reazione; descrizione analitica del flusso nelle schiere; forze sulla schiera, genesi delle perdite

- Turbomacchine multistadio:

canale meridiano; velocità e analisi dimensionale; variazione di portata; scalatura dinamica; slittamento all'uscita della girante (slip factor)

- Turbine:

caratteristiche generali; organi statorici (ugello di espansione, cono di Stodola); turbine assiali; turbine radiali; valutazione delle prestazioni (rendimento di palettatura, perdite allo scarico, fenomeni d'attrito nelle palettature, umidità del vapore, il rendimento volumetrico, rendimento di stadio, curva caratteristica di turbina, confronti tra differenti tipi di turbomacchine); turbine multistadio a salti di pressione; turbine a salti di velocità; effetti tridimensionali; regolazione delle turbine; aspetti progettistici delle turbine a gas

- turbine idrauliche:

numero di giri specifico; classificazione; turbine ad azione; turbine cross-flow; turbine a reazione; turbine Kaplan; scelta e installazione del macchinario idraulico

- Compressori:

compressori assiali e centrifughi; stallo rotante; pompaggio

- Pompe:

pompe centrifughe e assiali; potenza e rendimenti; numero di giri specifico; curve caratteristiche portata-prevalenza; curve caratteristiche pompe centrifughe e assiali; cavitazione

- perdite ed effetti secondari nelle turbomacchine:

tenute a labirinto (perdite e influenza della geometria sulla fuga); effetto ventilante; spinte assiali

- Richiami di termodinamica:

entropia e irreversibilità, exergia; bilancio exergetico; interpretazioni geometriche delle perdite exergetiche; espansione e compressione; rendimento exergetico di compressione ed espansione

- Impianti motore con turbine a gas:

ciclo ideali, limite e reale; confronto fra diverse soluzioni impiantistiche

- Schemi impiantistici:

ciclo turbina a gas rigenerato, ciclo turbina a gas interrefrigerato; ciclo turbina a gas con post-combustione; ciclo Ericsson; regolazione impianti turbina a gas

- Turbine a gas per impiego aeronautico:

propulsione aerea; propulsione a reazione e tipologie reattori; aspetti dinamici e fluidodinamica; sviluppo turboreattori; cenni supropulsione spaziale

- Ciclo STIG

iniezione di acqua; iniezione di vapore (ciclo STIG); consumo e trattamento dell'acqua; problemi tecnologici; confronto ciclo semplice turbogas, ciclo combinato e ciclo STIG

- Impianti turbina a vapore:

ciclo Hirn; rendimento e potenza; condizioni termodinamiche al condensatore e loro influenza sul ciclo; condizioni termodinamiche al generatore di vapore e loro influenza sul ciclo

- Rigenerazione termica in impianti turbina a vapore
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