Macchine a fluido

03-turbina gas

In seguito si riportano i contenuti di "Macchine a fluido" previsti dalle attuali linee guida per gli Istituti Tecnici e Istituti Professionali e per i quali il professore offre con successo da anni assistenza ai propri allievi.

 

MODULO

ARGOMENTI

TERMODINAMICA

E

TRASFORMAZIONI ENERGETICHE

Termologia: Calore, temperatura, calore specifico, cambiamento di stato, legge dei gas perfetti, trasmissione del calore per conduzione, convezione e irraggiamento

Principi della termodinamica: I e II principio della temrodinamica, diagramma (p,v), cicli termici, entalpia ed entropia di un fluido, piani termodinamici (T,s) e (h,s)

Trasformazioni termodinamiche: a volume costante, a pressione costante, a temperatura costante, adiabatiche e politropiche, rappresentazioni sui piani termodinamici

La combustione: Tipi e caratteristiche dei combustibili, potere calorifico, aria per la combutione, rapporto stechiometrico, eccesso d'aria

Il vapor d'acqua: le curve limite, il calore totale, calore latente di vaporizzazione, energia interna, diagramma entropico, diagramma di Mollier, lettura delle tabelle del vapor d'acqua

Generatori di vapore: Generalità, caldaie a tubi d'acqua e a tubi di fumo, caldaie ad attraversamento forzato, corpo cilindrico, fasci tubieri caporizzatori, surriscaldatori, economizzatori, rendimento e perdite di un generatore, il tiraggio, caratteristiche dell'acqua di alimento

Cicli termodinamici: Ciclo Carnot, Ciclo di Rankine (Hirn), Ciclo Otto, Ciclo Diesel, Ciclo Bryton (Joule)

Lavoro utile, rendimento, tecniche per l'incremento delle prestazioni di un ciclo termodinamico

Esercizi numerici

DINAMICA DEI FLUIDI

Idrostatica: pressione idrostatica, spinta idrostatica, leggi fondamentali

Dinamica dei fluidi: regime di corrente, equazione di continuità, teorema di Bernoulli, perdite di carico, formula di Torricelli, misure di pressione, misure di velocità, misure di portata

Moto dei fluidi, regime laminare, regime turbolento

Ugelli

Esercizi applicativi

MACCHINE A FLUIDO

Introduzione allo studio della macchine

Rendimento di una macchina motrice e di una macchina operatrici

Macchine volumetriche e macchine dinamiche

Principio di funzionamento di una macchina dinamica

Equazione di Eulero

Grado di reazione, stadi ad azione e stadi a reazione

Esercizi

POMPE IDRAULICHE

Portata e prevalenza

Disposizione di impianto

Potenza utile e potenza assorbita

Rendimenti

Pompe centrifughe: descrizione del funzionamento, prestazione in relazione alla geometria della girante

Curve caratteristiche

Leggi di affinità

Numero di giri specifico

Curve di funzionamento e scelta di una pompa

Punto di funzionamento e regolazione della portata

Stabilità di funzionamento

Cavitazione, NSPH,A e NSPH,R

Pompe alternative: descrizione e dimensionamento di massima

Esercizi

COMPRESSORI

Classificazione e generalità

Compressori volumetrici alternativi

Compressori centrifughi: descrizione di funzionamento a campi di applicazione

Prestazioni in relazione alla geometria della girante

Compressori assiali: palattamenti, forma dei profili, bloccaggio della portata, effetti dello strato limite

Esempi applicativi

VENTILATORI

Curve caratteristiche, potenze, rendimenti

Esercizi

TURBINE A VAPORE

Spiegazione dell'azione dinamica tra la corrente fluida e le pale, relazione di Eulero

Grado di reazione di uno stadio

La ruota assiale, triangoli di velocità, scelta degli angoli bordo in pressione

Turbina  a vapore ad azione semplice: lavoro, rendimento, espansione nel piano T,s,

Coefficiente di pressione e grado di parzializzazione

Numero di giri specifico

Turbina Curtis: rendimento periferico e interno della macchina, triangoli di velocità, diagrammi caratterisitici

Turbina ad azione a salti di pressione: rendimento del palettamento, diagramma h,s

Turbine a rezione: lo stadio con r=0,5, rendimento in funzione del gradi di reazione, confronti tra stadi ad azione e stadi a reazione, il tamburo di Parson

Turbina mista

Regolazione delle turbine a vapore

Dinamica degli ugelli distributori

Progetto di uno stadio ad azione ad ammissione parzializzata

Esercizi

TURBINE A GAS

Turbine a gas assiali

Calcolo del calore scambiato da una pala e dell'andamento della temperatura di parete in direzione radiale

Area di scambio termico, coefficiente di convezione, lunghezza della pala e portata di refrigerante

Termodinamica degli stadi raffreddati 

Coefficienti di scambio termico convettivo per pale raffreddate 

Esercizi

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

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

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

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

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

IMPIANTI

E

TURBINE IDRAULICHE

Impianti idroelettrici: generalità, potenza disponibile e potenza resa, rendimenti, numero di giri specifico

Turbina Pelton: disposizione e componenti d'impianto, tringoli di velocità, dimensionamento delle pale, geometria della pala, numero di pale minimo e massimo, curve caratteristiche, dispositivi di alimentazione della turbina Pelton

Turbina Francis: Grado di reazione, evoluzione della girante in funzione del numero di giri carateristico, triangoli di velocità, dimensionamento della girante, regolazione della Francis, Curve caratteristiche

Turbine ad elica e le Kaplan: diagrammi caratteristici delle eliche, la progettazione fluidodinamica delle turbine ad elica, il tubo diffusore, curve caratteristiche

Impianti di accumulazione  e pompaggio: la centrale di Presenzano

Esercizi ed esempi applicativi 

IMPIANTI MOTORE TURBINA A VAPORE 

Il ciclo Hirn nei piani termodinamici

Rendimento e lavoro specifico del ciclo

Condizioni al condensatore, condizioni al generatore: criteri di scelta per la pressione e temperatura

Surriscaldamenti ripetuti

Rigenererazione termica e suoi benifici

Schema dell'impianto a vapore rigerato

Analisi dello schema reale di una centrale termoelettrica ENEL da 150 MW 

Ripotenziamento di una centrale termoelettrica: Feed water repowering, Heat Recovery Repowering, Boiler Repowering

Esercizi numerici con l'uso di tabelle del vapor d'acqua, del diagramma di Mollier e con software applicativi 

 IMPIANTI MOTORE TURBINA A GAS

Ciclo chiuso e aperto ideale

Prestazioni del ciclo: rendimento e lavoro specifico

Influenza del rapporto di compressione e della TIT sulle prestazioni del ciclo ideale

Le perdite nelle turbine a gas: il ciclo reale

Prestazioni del ciclo reale in funzione del rapporto di compressione e della TIT

La rigenerazione termica

Compressione interrifrigerata

Ricombustione

Combinazione delle precedenti tecniche

Emissioni delle turbina a gas

Turbine heavy-duty 

Regolazione della potenza

Impianti a più assi

Esercizi numerici

 CICLI COMBINATI

Cicli a recupero ideali e reali, lo scambio termico nella caldaia a recupero, ottimizzazione delle pressioni evaporazione, Profilo di temperatura di un HRSG, rendimenti dei cicli combinati, cicli con post-combustione, Repowering, ciclo con iniezione di vapore (STIG)

 LA COGENERAZIONE

La cogenerazione

Convenienza della cogenerazione: rendimento di primo e di secondo principio

Piani di regolazione per gli impianti di cogenerazione: Turbina  a gas semplice con Post-combustore, Turbina  a gas STIG, Turbina  a vapore a contropressione e a spillamento di vapore, impianti cogenerativi a ciclo combinato a contropressione e a spillamento di vapore, cogenerazione con motori a combustione interna

Apparato normativo: delibera 42/02, decreto legislativo 8 febbraio 2007 n°20, confronto tra le normative, benefici fiscali

Trigenerazione

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