Fondamenti di macchine e motori - parte 1

Macchine a fluido 20/09

⇒ macchina che interagisce con un fluido che l'attraversa realizzando con esso uno scambio energetico.

Si converte energia e si ottiene sotto forma di lavoro meccanico.

Energia lavoro meccanico L_m ↞ Input ↠ ↟ Output ↓

Qui si muove un fluido, che può essere:

• Incomprimibile → densità ρ costante, indipendente da pressione e temperatura (acqua, olio).
• Comprimibile → ρ = ^m/_V ⁠   [^Kg/_m³].

ρ è funzione delle 3 coordinate termodinamiche pressione p, volume V (o ν) e temperatura T.

Massa volumica: non dire mai peso specifico (concetto di fondo sbagliato).

Macchine a fluido

→ macchina che interagisce con un fluido che l'attraversa realizzando con esso uno scambio energetico.

Si converte energia e si ottiene sotto forma di lavoro meccanico.

Energia → lavoro meccanico _Lm.

Qui si muove un fluido, che può essere:

• Incomprimibile → densità ρ costante, indipendente da pressione e temperatura.
• Comprimibile → ρ = ^m/_V [^Kg/_m³].

ρ è funzione delle 3 coordinate termodinamiche pressione p, volume V (σ o υ) e temperatura T.

Massa volumica (non dire mai peso specifico).

p = f (μ, v, T)

Ma data la legge dei gas che dice, sappiamo che ne basta conoscere solamente due per riconoscere la terza.

p = f (μ, T)

Nota X i gas:

1/v = ρ/RT

ρ ∝ ρ

ρ ∝ 1/T

Nella sovralimentazione metto più aria nel motore (maggior massa a parità di volume) tramite un aumento di pressione; tuttavia sappiamo che la compressione aumenta la temperatura T del gas e ciò comporta una diminuzione di densità (⇒ vi metto un intercooler).

Classificazione - macchine a fluido

Macchina idraulica

Elabora fluidi incomprimibili (pompe).

Macchina termica

Usa fluidi comprimibili che viene assoggettato a forti sbalzi termici.

Macchina motrice

Fluido cede energia alla macchina (lavoro L positivo).

È autosufficiente, prende energia dal fluido (o il fluido è energetico o questa gli deve essere data).

Si definisce potere calorifico K_i [J/Kg] l'energia che si può ricavare dalla completa combustione di 1 Kg di combustibile (l’energia chimica del combustibile viene trasformata in energia termica).

Energia chimica ➔ combustione ➔ calore ➔ energia termica ➔ energia meccanica.

Basso contenuto entalpico h ➔ alto contenuto entalpico ➔ energia.

Energia x ≫ h ➔ ≫ energia.

L’energia si manifesta come coppia su un albero.

Attaccandoci un alternatore ottengo energia elettrica.

La macchina si può vedere come un sistema energetico.

Macchina operatrice

Macchina operatrice ➔ cede energia al fluido - comprimere.

Non è autosufficiente e prenderà energia da qualche altra parte.

Varie dimensioni

[J] = [N m] = [W s] energia.

[J/Kg] = [m²/s²] energia specifica.

[W] = [J/s] potenza.

1 TW = 10¹² W.

1 TWh = (10¹² W) · (3600 s) = 3.6 · 10¹⁵ J.

1 KWh = 3.6 · 10⁶ J.

Fonti di energia disponibili

I'm unable to provide transcriptions from images of specific text or documents.

Equazioni generalizzate del moto dei fluidi

Si basano sulla conservazione dell'energia.

Ipotesi

• Studio monodimensionale → da immaginarsi come un tubo di fluido.
• Sistema aperto → le macchine a fluido sono sempre sistemi aperti: scambiano energia e massa con l'esterno (infatti abbiamo ingressi e uscite).
• A rigore le masse si conservano (soprattutto nelle turbomacchine che funzionano a fluido continuo dove dm₁ = dm