PREPARAZIONE PER FISICA TECNICA, MACCHINE A FLUIDO, SISTEMI IN ITALIA

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Professore con esperienza decennale documentabile di insegnamento presso la scuola pubblica, pluriabilitato all'insegnamento in "Discipline Meccaniche e Tecnologia", laureato in Ingegneria Meccanica con 110/110 e lode, vincitore del concorso a cattedra del 2012 nella classe di concorso "Discipline meccaniche", con ottime votazione riportate negli esami di indirizzo (esame di Macchine a fluido conseguito con 30/30 e lode come riscontrabile sul certificato di laurea), offre la propria disponibilità per lezioni di Macchine a fluido, Termodinamica, Sistemi energetici a studenti universitari. Parte numerica/esercizi e parte concettuale. Gli allievi finiranno con soddisfazione le lezioni grazie all'intima comprensione degli argomenti trattati. Libri di testo, eserciziari, prove d'esame risolte e commentate per ogni specifico argomento. Prezzi imbattibili grazie alla soluzione di pacchetti di più ore. Di seguito i principali argomenti trattati per ciascun esame: ********ESAME DI MACCHINE A FLUIDO******** 1. FONDAMENTI Criteri di classificazione delle turbomacchine, volumetriche e dinamiche, radiali e assiali Bilancio di energia, di entropia, in forma termodinamica e in forma meccanica, trasformazioni politropiche Principio di conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto Scambio di lavoro fluido-macchina, equazione di Eulero Principio di conservazione della massa, Grandezze totali e grandezze di ristagno Triangoli delle velocità, moti relativi Le perdite e i rendimenti delle turbomacchine Lavori di recupero e di controrecupero, rendimento isoentropico e rendimento politropico Compressione interrefrigerata Esercizi numerici 2. DINAMICA DEL FLUSSO NELLA GIRANTE Forze agenti su un profilo immerso in una corrente fluida, coefficiente di portanza, di resistenza, di pressione momento risultante delle forze palari Effetto del numero finito di pale Funzionamento a pressione costante e in sovrapressione Grado di rezione termodinamico e cinematico Angoli costruttivi e criteri di scelta Diversi forme di ruota Esercizi numerici 3. TEORIA DELLA SIMILITUDINE Analisi dimensionale Teorema di Buckingham Gruppi adimensionali Caratteristiche adimensionali Similitudine e rendimento Numero di giri specifico, velocità specifica, numero di giri caratteristico Forma della girante Diametro specifico Diagramma di Cordier e di Baljè Limiti di validità della similitudine: effetto della viscosità, effetti di scala, effetti della comprimibilità Esercizi numerici 4. POMPE IDRAULICHE Portata e prevalenza Disposizione di impianto Potenza utile e potenza assorbita Pompe volumetriche alternative, caratteristiche di funzionamento, casse d'aria, curve caratteristiche Pompe rotative Pompe centrifughe, pompe a flusso misto, pompe speciali, Lavoro di Eulero Curve caratteristica interna teorica Effetto di deviazione della corrente Metodo di Pfleiderer Perdite per attrito e per urto, stima numerica Caratteristica reale stabilità di funzionamento, regolazione della portata, Perdite e rendimenti Cavitazione Energia di riserva numero caratteristico di aspirazione altezza di aspirazione NSPH,R, NSPH,A, altezza massima di aspirazione Pompe in serie e pompe in parallelo Progetto di una pompa radiale lenta Esercizi numerici 5. COMPRESSORI Compressori alternativi volumetrici: caratteristiche e dimensionamento Compressori volumetrici rotativi Turbocompressori: studio della ripartizione della compressione tra distribuitore, girante e diffusore Compressori centrifughi compressori assiali Funzionamento instabile Esercizi numerici 6. TURBINA AD AZIONE PARZIALIZZATA Rappresentazione dell'espansione nel piano (h,s) Rendimento total-to-static e rendimento total-to-total Studio dei condotti statoriciStudio dei condotti rotorici Correlazione di Sodeberg Grado di reazione cinematico e gradi di reazione termodinamico Turbina ad azioneStadio ad azione ideale e reale Limiti per gli stadi ad azione Coefficiente di pressione ottimale con la parzializzazione Perdite per ventilazione Progetto completo di uno stadio ad azione ad ammissione parzializzata Esercizi numerici 7. STADIO A REAZIONE Analisi dello stadio Parson: grado di reazione, triangoli di velocità, condizione di massimo rendimento Rendimenti di stadio Coefficiente di pressione ottimale Confronto tra stadio ad azione e stadio a reazione Esercizi numerici 8. SCHIERE DI PROFILI Profili alari Serie NACA Schiere di palettamenti La deflessione e la deviazione Prestazione ed incidenza Diagramma di Weinig Formula di Carter e Hughes Criteri di carico Equlibrio radiale Criteri di svergolamento Esercizi numerici 9. UGELLI GEOMETRICI Moto adiabatico dei fluidi incomprimibili, moto adiabatico dei fluidi comprimibili Leggi differenziali Relazioni di Hugoniot Aree di passaggio Sonicità del flusso, velocità del suono Efflusso in ugelli reali Velocità dell'efflusso Condizioni critiche e condizioni soniche Esponente della politropica Flusso isoentropico in ugelli convergenti-divergenti (ugelli di De Laval) Progetto degli espansori: dimensionamento, aree di passaggio, divergenti tronco-conici, palettamenti delle turbine, rendimenti Caso reale: progetto completo di un ugello Esercizi numerici 10. PROGETTO DELLA GIRANTE Proporzionamento e configurazione dell'albero e della girante Il progetto delle paleLa pala radiale a doppia curvatura Giranti veloci Esempi costruttivi di giranti Esercizi numerici 11. TURBOMACCHINE ASSIALI Concetti fondamentali Svergolamento delle pale Costruzione delle pale assiali Giranti assiali con piccolo o grande passo di palettatura Esempi di calcolo di macchine assiali Esercizi numerici 12. TURBOMACCHINE IDRAULICHE Motrici idrauliche: classificazione, grandezze di impianto: prevalenza e salto motore Potenze e rendimenti Altezza massima di scarico di una turbina, TREH cavitazione negli impianti idraulici Diagrammi statistici Gradi di reazione Velocità periferica Turbina Pelton: turbine ad azione, dimensionamento e disegno delle pale, dispositivi di alimentazione, diagrammi caratteristici della Pelton Turbina Francis: architettura, condizioni allo scarico, necessità del tubo diffusore, caratteristica, regolazione Turbina a elica e turbina Kaplan: condizioni di flusso, la pala rotorica, andamento delle pressioni, portanza e resistenza, teoria profili sottili, stallo, distacco della vena, profili tipici serie Gottinga, portanza e incidenza, schiere, diagramma di Weinig, portanza e deviazione Esercizi numerici, dimensionamento ********ESAME DI TERMODINAMICA/FISICA TECNICA******** 1. SISTEMI CHIUSI Prima legge della termodinamica Postulato entropico Trasformazioni reversibili ed irreversibili Seconda legge per i sistemi isolati Equazioni di Gibbs Seconda legge della termodinamica per i sistemi chiusi Cicli diretti e cicli inversi Macchina e ciclo di Carnot Rendimenti di prima e seconda legge Bilanci di massa, di energia e di entropia: applicazioni ai principali componenti utilizzati nella tecnica Esercitazioni numeriche 2. TERMODINAMICA DEGLI STATI Curve caratteristiche e modelli termodinamici Calori specifici a volume e pressione costante Piani termodinamici: (p,v), (p,T), (T,s), (h,s) Punto critico e punto triplo Gas ideali e reali Trasformazioni fondamentali Liquido sottoraffreddato Vapore e liquido saturo, vapore surriscaldato Uso del diagramma di Mollier e delle tabelle del vapor d'acqua Esercitazioni 3. SISTEMI APERTI Equazione di conservazione della massa Formulazione della I e II legge della termodinamica Equazione dell'energia meccanica Applicazione delle leggi di conservazione ai componenti: condotti, scambiatori, macchina termica e turbine, pompe e compressori, valvole. Esercitazioni 4. CICLI TERMODINAMICI DI BASE Ciclo Rankine: Rendimento, lavoro utile, rigenerazione termica, surriscaldamenti ripetuti Ciclo Joule: rendimento e lavoro utile in funzione del rapporto di compressione, rigenerazione termica, compressione interrefrigerata, ricombustione Ciclo impianti frigoriferi e pompa di calore: COP, sottoraffreddamento, sottoraffreddamento Esercitazioni 5. ARIA UMIDA Legge di Dalton Entalpia specifica dell'aria secca e del vapor acqueo Umidità specifica ed umidità relativa Temperatura di rugiada Diagramma psicrometrico di Mollier per l'aria umida Temperature di: saturazione adiabatica, di bulbo asciutto e bulbo bagnato Trasformazioni fondamentali: semplice raffreddamento e riscaldamento, mesclamento adiabatico, raffreddamento e deumidificazione, riscaldamento e umidificazione, umidificazione adiabatica Esercitazioni 6. TRASMISSIONE DEL CALORE: La conduzione Legge della conduzione di Fourier Equazione fondamentale della trasmissione del calore per conduzione (in forma differenziale) Condizioni al contorno Parametri adimensionali: Numeri di Biot, Fourier, temperatura adimensionale Regime stazionario monodimensionale: simmetria piana e cilindrica con e senza generazione Resistenza e conduttanza termica Regime non stazionario monmodimensionale Metodo delle differenze finite per il calcolo del campo termico Esercitazioni 7. TRASMISSIONE DEL CALORE:Irraggiamento Legge dell'irraggiamento di Planck Legge di Stefan-Boltzmann Legge di Wien Definizioni di base: potere emissivo, radiosità, irradiazione Corpo nero Caratteristiche radiative delle superfici Fattori di configurazione Scambio termico radiativo tra superfici piane parallele e indefinite Schermi radiativi Esercitazioni 8. TRASMISSIONE DEL CALORE:Convezione Equazioni di continuità della massa, quantità di moto Equazioni di Navier Stockes Equazione dell'energia Gruppi adimensionali per la convezione forzata: numeri di Reynolds, Prandtl, Eckert, Nusselt Strato limite Gruppi adimensionali per la convezione naturale: numeri di Grashof, Rayleigh Relazioni empiriche per il calcolo della conduttanza convettiva unitaria media Applicazioni numeriche mediante software agli elementi finiti (FEM) Esercitazioni 9. SISTEMI ALETTATI E SCAMBIATORI DI CALORE Generalità sui sistemi alettati Formulazione dell'equazione di bilancio termico e sua integrazione Condizione limite all'impiego per un'aletta dritta Il rendimento delle alette Conduttanza globale per parete alettata Risuluzione di semplici problemi alle differenze finite Tipologia dei più comuni scambiatori di calore Media logaritmica delle differenze di temperatura Scambiatori in equicorrente e controcorrente Equazione di bilancio termico Efficienza di uno scambiatore, Net Termal Unit Esercitazioni 10. ENERGETICA Concetti di base sull'analisi exergetica Bilancio di exergia e teorema di Gouy-Stodola Piano exergia-entalpia Analisi exergetica di componenti Analisi exergetica dei principali cicli diretti e inversi Analisi exergetica di un ciclo operatore a vapore Esercitazioni ********ESAME DI SISTEMI ENERGETICI******** 1. RICHIAMI DI TERMODINAMICA DELLE MACCHINE Principi di equivalenza Irreverisibilità Funzione entropia Trasformazioni tecniche dei fluidi e piani di rappresentazione termodinamica Compressione e espansione Cicli ideali, limite, e reali Rendimenti dei cicli termodinamici: effetto di molteplicità delle sorgenti, effetto CLAUSIUS, effetto CARNOT, 2. IMPIANTI MOTORE CON TURBINA A VAPORE Circuito elementare e ciclo HIRN nei piani termodinamici Condizioni al condensatore Condizioni al Generatore di vapore, scelta pressione ottimale Surriscaldameni ripetuti, scelta della pressione ottimale di risurriscaldamento La rigenerazione termica: rigenerazione coninua, funzione f(h), rigenerazione con uno spillamento, con due e "z" spillamenti Schema dell'impianto rigenerato: rigeneratori a miscela e rigeneratori a superficie Esercitazioni numeriche con uso di tabelle del vapor d'acqua e del diagramma di Mollier Ricerca delle prestazioni mediante software di simulazione numerica 3. IMPIANTI MOTORE TURBINA A GAS Il circuito elementare e ciclo termodinamico di Joule nei piani termodinamici Rendimento e lavoro del ciclo ideale, rapporto di compressione Rendimento e lavoro del ciclo reale Rigenerazione termica Ciclo con interrefrigerazione e interriscaldamento Analisi del ciclo limite con espansione refrigerata Regolazione delle turbine a gas, turbine ad albero unico e turbine a due assi 4. IMPIANTI A CICLO COMBINATO Idea dei cicli combinati: pregi e difetti dei cicli IMTV e IMTG Ciclo a recupero ideale, rendimento di recupero e fattore di recupero Ciclo a vapore monolivello Rendimento dei cicli combinati Profilo di temperatura nella caldaia a recupero, differenze di temperatura nel HRSG (Pitch Point, Approach Point, Subcooling) Caratteristiche costruttive dell'HRSG: circolazione nell'evaporatore, il degasatore Assetti dei cicli combinati: a due livelli di pressione senza/con RH, tre livelli di pressione senza/con RH Esercizi e applicazioni numeriche 5. IMPIANTI DI COGENERAZIONE Significato della cogenerazione e della trigenerazione Indice di utilizzazione energetico (EUF), indice di utilizzazione exergetico (ExUF), indice di cogenerazione Tecnologie disponibili: TG con postcombustione, TG con iniezione di vapore (STIG), turbine a vapore a contropressione, TV a condensazione con spillamenti di vapore, impianto combinato TV + TG, motore a combustione interna, celle a combustibile ad alta emperatura Analisi della regolazione nel piano calore, elettricità Riconoscimento normativo della cogenerazione, D.L. num 20 del 08/02/2007, PES, agevolazioni riconosciute Strategie di regolazione: temico a seguire, elettrico a seguire, confronti numerici 6. IMPIANTI A CICLO INVERSO Impianti operatori a vapore: introduzione Finalità, effetto utile, COP per impianto frigorifero, COP per impianto pompa di calore Influenza dei parametri operativi sul COP Rappresenatzione del ciclo di lavoro nei piani termodinamici (T,s), (p,h) Impianti con sotto raffreddamento, con surriscaldamento Esercizi numerici con impiego di tabelle del vapore o del diagramma del frigorista 7. MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA Classificazione dei motori alternativi Struttura di un motore alternativo Ciclo Diesel, ciclo Otto, Ciclo Sabathè, Cicli a 2T e a 4T Cicli teorici e cicli indicati: differenze, rendimento e lavoro specifico Catena dei rendimenti, bilancio energetico Pressione media indicata e pressione media effettiva Coefficiente di riempiemento Alimetazione aria nel motore a quattro e a due tempi Curve caratteristiche: coppia, potenza e consumo specifico, formula della potenza attraverso la carica Le prestazioni del motore e fattori che le influenzano Dispersione ciclica La sovralimentazione: classificazione dei sistemi, la turbosovalimentazione, sovralimentazione nei motori a 2T e 4T, raffreddamento della carica, Accopiamento del sovralimentatore al motore, compressore comandato meccanicamente, risposta al transitorio, sovralimentazione ad onde di pressione Il downsizing I combustibili: Esigenze dei motori a combustione interna, Aria necessaria alla combustione, potere calorifico, resitenza alla detonazione, accendibilità, volatilità, numero di Ottani e numero di Cetano La combustione nel motore Otto: il carburatore, alimentazione ad iniezione di combustiobile, iniezione diretta e indiretta,, Sistemi single point e multi point, iniezione diretta di benzina (motori GDI), La formazione della miscela combustibile-aria, combustione normale, propagazione del fronte di fiamma, combustioni anomale e detonazione, anticipo all'accensione, progetto della camera di combustione, legge di rilascio del calore La combustione nel motore Diesel: Esigenze del motore Diesel e funzioni dell'apparato d'iniezione, pompe di iniezione, gruppi di iniezione a controllo elettronico (common-rail), Spray di combutibile, il ritardo d'accensione, combustione in fase premiscelata e in fase diffusiva, disegno della camera di combustione, legge di rilascio del calore Formazione e controllo degli inquinanti: Emissioni allo scarico di un motore Otto, controllo delle emissioni in un motore Otto (interventi sui combustibili, azioni sull'alimentazione, interventi sul processo di combustione, convertitori catalitici), il particolato nell'emissione del motore Diesel (processo di formazione, controllo della formazione, interventi a valle del ciliindro del Diesel) Sistemi di raffreddamento e di lubrificazione Esercizi applicativi anche con utilizzo di tabelle dei costruttori di motori 8. GENERATORI DI VAPORE Classificazione ed evoluzione storica Caldaie a tubi di fumo: tipo scozzese, per locomotiva, a ritorno di fiamma, a fiamma diretta Caldaie a tubi d'acqua: caldaie a tubi "field", caldaie tipo Babcock & Wilcox Parametri tecnici caratteristici Calcolo della combustione e analisi fumi: procedimento di calcolo Dimensionamento del generatore di vapore Lo scambio termico nei generatori di vapore, calcolo delle perdite, calcolo del rendimento Circuito vaporizzante: a circolazione naturale, assistita, e forzata Pecorso aria-fumi, tiraggio naturale Economizzatore e preriscaldatore d'aria Circuito del combustibile Esercizi applicativi 9. SISTEMI IDRAULICI Classificazione degli impianti idraulici, opere costituenti gli I.I. Grandezze caratteristiche: salto geotedico, salto motore utile, altezza cinetica, altezza piezomentrica, potenza teorica Perdite e rendimenti, perdite nella condotta, perdite volumetriche, perdite interne alla macchina, perdite meccaniche,rendimento globale Turbina Pelton: turbine ad azione, dimensionamento e disegno delle pale, dispositivi di alimentazione, ugello Double,, diagrammi caratteristici della Pelton Turbina Francis: architettura, condizioni allo scarico, necessità del tubo diffusore, caratteristica, regolazione Turbina a elica e turbina Kaplan: condizioni di flusso, la pala rotorica, andamento delle pressioni, portanza e resistenza, teoria profili sottili, stallo, distacco della vena, profili tipici serie Gottinga, portanza e incidenza, schiere, diagramma di Weinig, portanza e deviazione 10. IMPIANTI INTEGRATI DI GASSIFICAZIONE DEL CARBONE-CICLO COMBINATO - IGCC La gassificazione del carbone, reazioni di combustione parziale e di combustione totale, reazione di shift, reazione di metanazione, parametri di influenza Gassificatori a letto fisso, processo Lurgi Gassificatori a letto fluido, processi KRW e HTW Gassificatori a letto trascinato, processi Texaco, Shell Caratteristiche operative dei gassificatori Ausiliari d'impianto: ASU, syngas coolers, depuratori AGR, desolforazione, HGCU, Impianti integrati, isola di gassificazione ed isola di potenza, analisi prestazioni 11. CELLE A COMBUSTIBILE Generalità e criteri di classificazione Reazioni di ossido-riduzione, semirezione anodica e catodica Stack di celle elementari Grandezze caratteristiche, legge di Fick, primo principio della termodinamica per un processo elettrochimico, potenziale di Nerst, densità di corrente Perdite ohmiche, perdite di attivazione, perdite per concentrazione, influenza della temperatura, influenza della pressione, espressione del rendimento Tipologie di celle: ad alta temepratura (AFC, PEMFC, PAFC) e a bassa temperatura (MCFC, SOFC) Analisi di una Fuel Cell polimerica (PEM), funzionamento e curve di prestazione Analisi di una cella Alcalina (AFC) Analisi di una cella ad acido fosforico (PAFC) Analisi di una cella a carbonati fusi (MCFC), reforming interno Analisi di una cella a ossidi solidi (SOFC), applicazioni veicolari

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