Risposte aperte Progettazione di impianti, 2026

PROGETTAZIONE IMPIANTI | Domande aperte

Progettazione impianti

Risposte alle 55 domande aperte

Corso di Ingegneria industriale · Docente Leoni Leonardo

Paniere generato il 14 agosto 2026

Lezione 002

Domanda 02

Con riferimento allo schema dettagliato dell’impianto ad aria compressa, descrivere i componenti e la loro

specifica funzione.

Risposta

L’impianto comprende la presa d’aria con filtro di aspirazione, che trattiene le polveri; il compressore, che

innalza la pressione; il motore e la trasmissione; eventuali refrigeratori intermedi; il postrefrigeratore, che

abbassa la temperatura dell’aria compressa; il separatore di condensa con scarico automatico; il serbatoio di

accumulo; l’essiccatore e i filtri finali; la rete di distribuzione; i gruppi di trattamento alle utenze. [1]

Il serbatoio smorza le pulsazioni e copre richieste temporanee superiori alla produzione. L’essiccatore riduce il

contenuto di vapore, mentre i filtri eliminano particelle e aerosol secondo la qualità richiesta. La rete,

preferibilmente ad anello quando opportuno, limita le cadute di pressione e permette l’alimentazione dei

punti di utilizzo. Regolatori, manometri, pressostati, valvole di intercettazione, ritegno e sicurezza completano

l’impianto. La lubrificazione locale si adotta soltanto per utenze che la richiedono.

Schema funzionale: aspirazione filtrata, compressione, raffreddamento e separazione della condensa,

accumulo, essiccamento e filtrazione, distribuzione e utenze. L’ordine fra serbatoio ed essiccatore può variare

con il progetto.

Domanda 03

Quali sono i termini che concorrono al valore finale del rendimento di un impianto per la produzione e

distribuzione di aria compressa e quale l’espressione finale del rendimento di compressione.

Risposta

Il rendimento complessivo dipende dalla conversione elettrica nel motore, dalle perdite della trasmissione e

del compressore, dal processo termodinamico di compressione, dalle perdite di aria e di pressione nella

distribuzione e dal rendimento dell’utilizzatore. Ogni rendimento va definito come rapporto fra potenza utile e

potenza ricevuta dal singolo sottosistema, evitando di contare due volte le stesse perdite.

Una scomposizione coerente è: =

1

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Per la sola compressione, il rendimento isotermo è il rapporto fra lavoro isotermo minimo e lavoro

effettivamente richiesto, riferiti agli stessi stati iniziale e finale di pressione:

)

ln( /

1 2 1

=

Se il lavoro di riferimento è politropico e non si includono ancora perdite meccaniche:

ln

2

= , =

,

(−1)/

[ − 1] 1

−1

Il rendimento isoentropico è invece il rapporto fra il lavoro isoentropico e quello reale adiabatico. Le pressioni

nei rapporti sono sempre assolute.

Lezione 003

Domanda 07

In riferimento ad un impianto ad aria compressa, lo studente descriva i parametri caratteristici dell’aria umida.

Risposta

L’aria umida è una miscela di aria secca e vapore acqueo. La pressione totale è la somma delle pressioni

parziali, secondo Dalton: p = p_a + p_v. La temperatura a bulbo secco esprime lo stato termico ordinario; la

temperatura di rugiada è quella alla quale il vapore diventa saturo durante un raffreddamento a pressione e

contenuto d’acqua costanti prima della condensazione.

L’umidità relativa è il rapporto fra pressione parziale del vapore e pressione di saturazione alla stessa

temperatura. Il rapporto di umidità x è la massa di vapore per unità di massa di aria secca:

= , = = 0.622

()

−

L’umidità assoluta volumetrica è m_v/V, in kg/m³. L’entalpia dell’aria umida, per kg di aria secca e con t in °C, è

approssimativamente: [kJ/kg ]

ℎ = 1.005 + (2500 + 1.86 ) aria secca

Negli impianti pneumatici è essenziale il punto di rugiada in pressione: l’aria può condensare dopo la

compressione e il successivo raffreddamento anche senza ingresso di nuova acqua. 2

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Lezione 004

Domanda 07

In riferimento ad un impianto ad aria compressa, lo studente descriva, anche tramite l’utilizzo del diagramma

T-S, il ciclo a doppia compressione senza asportazione di calore.

Risposta

Il disegno allegato mostra due compressioni con raffreddamento intermedio. L’espressione “senza

asportazione di calore” va quindi riferita ai singoli stadi di compressione, non all’intero impianto: nel tratto

intermedio il calore viene asportato.

Nel diagramma T–s, 1→2 rappresenta la prima compressione idealmente adiabatica reversibile, quindi

verticale; 2→3 è il raffreddamento a pressione intermedia; 3→4 è la seconda compressione isoentropica. Le

traiettorie reali 1→2′ e 3→4′ si spostano verso entropie maggiori per le irreversibilità. Il raffreddamento

intermedio riduce il volume specifico all’ingresso del secondo stadio e il lavoro complessivo.

Con raffreddamento intermedio perfetto, uguali rendimenti e perdite di pressione trascurabili, il minimo

lavoro si ottiene ripartendo uniformemente il rapporto di compressione:

= √

1

Se non si asportasse calore neppure fra i due stadi, la suddivisione di una compressione ideale adiabatica non

darebbe, da sola, un risparmio di lavoro.

Schema funzionale esemplificativo. I collegamenti ausiliari sono descritti nella risposta.

Domanda 08

In riferimento ad un impianto ad aria compressa, lo studente descriva, anche tramite l’utilizzo del diagramma

T-S, il ciclo di compressione con asportazione continua di calore.

Risposta

Durante la compressione con asportazione continua di calore, parte dell’energia fornita viene trasferita a un

mezzo refrigerante. La temperatura cresce meno che nella compressione adiabatica; il processo è spesso 3

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rappresentato da una politropica p vⁿ = costante, con 1 < n < k per aria idealizzata e raffreddamento efficace.

Per l’aria k è circa 1,4. (−1)/

2 2

=( )

1 1

Nel diagramma T–s la trasformazione ideale con raffreddamento si colloca fra il limite isotermo e quello

isoentropico: rispetto all’adiabatica raggiunge la medesima pressione con temperatura inferiore. Per una

politropica internamente reversibile con 1 < n < k, l’entropia del gas diminuisce perché il calore esce dal

sistema. (−1)/

2

= [( ) − 1]

1

−1

1

Nel limite isotermo n→1, il lavoro tende a RT₁ ln(p₂/p₁), minimo per le condizioni assegnate. Il raffreddamento

si realizza mediante camicie, scambiatori o iniezione di liquido compatibile con il compressore.

Domanda 09

Il lavoro reale di compressione dell’aria è espresso dalla seguente relazione: Si richiede al candidato di spiegare

nel dettaglio il significato dei vari termini che compaiono nella relazione sopra scritta e le unità di misura degli

stessi termini.

Risposta

La relazione riportata nel PDF è: (−1)/

2

= [( ) − 1]

, 1

−1

1

L_C,reale è il lavoro specifico di compressione politropica, espresso in J/kg se R è in J/(kg·K). n è l’esponente

politropico, adimensionale; R è la costante specifica dell’aria, circa 287 J/(kg·K); T₁ è la temperatura assoluta di

aspirazione in kelvin. p₁ e p₂ sono le pressioni assolute iniziale e finale, espresse nella stessa unità. Il rapporto

di pressione, la potenza e il termine fra parentesi sono adimensionali.

Il prodotto RT₁ ha dimensioni J/kg; quindi l’intera espressione è un lavoro per unità di massa e non una

potenza. Moltiplicandola per una portata massica in kg/s si ottengono watt. La denominazione “reale”

adottata dal paniere identifica il modello politropico: perdite meccaniche, elettriche e altre irreversibilità non

sono automaticamente tutte incluse e devono essere considerate con rendimenti coerenti. 4

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Lezione 005

Domanda 05

In riferimento ad un impianto ad aria compressa, lo studente descriva funzione di un serbatoio per aria

compressa ed il procedimento per il suo dimensionamento.

Risposta

Il serbatoio accumula aria, attenua pulsazioni e oscillazioni di pressione, soddisfa picchi di consumo e riduce la

frequenza degli avviamenti o dei passaggi carico/vuoto. Favorisce inoltre il raffreddamento e la raccolta della

condensa, che deve essere scaricata.

Il dimensionamento richiede portata del compressore e delle utenze, andamento temporale dei consumi,

pressioni massima e minima ammesse, temperatura, strategia di regolazione e frequenza massima dei cicli. Per

un deficit di portata costante durante un intervallo Δt, assumendo temperatura uniforme:

= −

Q_N rappresenta la differenza positiva fra consumo e produzione, espressa come portata alle condizioni

normali. V risulta in m³ se Q_N è in m³/s e Δt in secondi. Le pressioni devono usare unità omogenee; T_s e T_N

sono in kelvin.

Per utenze variabili si integra il deficit di massa nel tempo e si verifica il ciclo peggiore. Si scelgono poi volume

commerciale, pressione di progetto, scarico, strumenti e protezioni del recipiente.

Domanda 06

Risolvere il seguente esercizio:Calcolare la portata totale di aria che deve elaborare un compressore

alternativo in grado di alimentare tre sabbiatrici a ugello con consumo a pieno carico di 250 Nm3/h cadauna e

un coefficiente di utilizzo pari 0.85. Si assuma un fattore di maggiorazione pari a 1.2 e un rapporto tra tempo di

lavoro del compressore e tempo ciclo del medesimo di 0.70. Il fattore di contemporaneità sia assunto pari a

0.95.

Risposta

La portata nominale complessiva delle tre sabbiatrici è 3 × 250 = 750 Nm³/h. Il coefficiente di utilizzo tiene

conto della frazione effettiva d’impiego; la contemporaneità tiene conto del funzionamento simultaneo. Il

margine aumenta la richiesta di progetto, mentre il rapporto lavoro/ciclo impone al compressore di produrre

tale fabbisogno nel solo 70% del tempo.

3 ⋅ 250 ⋅ 0.85 ⋅ 0.95 ⋅ 1.2 3

= = 1038.21 Nm /h

0.70

La richiesta media prima del margine è 605,625 Nm³/h; con il margine sale a 726,75 Nm³/h. Dividendo per 0,70

si ricava la portata che il compressore deve fornire durante la fase di lavoro.

Risultato: circa 1.040 Nm³/h. La scelta commerciale deve garantire almeno questa portata alla pressione

richiesta, verificando il riferimento delle condizioni normali e la portata realmente resa dal costruttore. 5

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Domanda 07

Con riferimento alla formula dettagliata per il calcolo della potenza di un compressore, espressa in kW,

dettagliare i vari termini che in essa compaiono e facendo l’analisi dimensionale.

Risposta

Per una compressione politropica a singolo stadio, una forma utile della potenza elettrica assorbita è:

̇ (−1)/

= [ − 1]

1

− 1

Qui la portata massica è in kg/s, R in kJ/(kg·K), T₁ in K e P_el in kW. β è il rapporto fra pressioni assolute. η_m

rappresenta le perdite meccaniche rispetto al lavoro politropico assunto; η_el è il rendimento del motore. Se

serve un ulteriore rendimento interno, deve essere definito e inserito senza duplicare perdite già considerate.

Con portata normale Q_N in Nm³/h, la conversione è:

̇ = 3600

L’analisi dimensionale dà (kg/s) × [kJ/(kg·K)] × K = kJ/s = kW. Tutti gli altri fattori sono adimensionali. Usando R

= 287 J/(kg·K), la formula produce W e occorre dividere per 1.000 per ottenere kW. Nei compressori

multistadio si sommano le potenze dei singoli stadi alle rispettive temperature di ingresso.

Domanda 08

Calcolare la potenza effettiva, espressa in kW, assorbita da un compressore che debba elaborare una portata

di aria pari a 10.000 Nmc/h aspirata alla pressione atmosferica e compressa fino a 8 bar. Si utilizzi un

compressore in grado di realizzare una compressione politropica con n= 1.35. Il candidato fissi eventuali dati

mancanti.

Risposta

Assunzioni: portata normale riferita a 0 °C e 1,01325 bar assoluti; aspirazione alle stesse condizioni; pressione

finale di 8 bar assoluti; n = 1,35; R = 0,287 kJ/(kg·K); rendimento meccanico 0,80 e rendimento elettrico 0,95.

Gli ultimi due valori sono ipotesi di svolgimento, non dati del testo.

101325 3

= = 1.2925 kg/m , ̇ = 3.5903 kg/s

287 ⋅ 273.15 8

= = 7.8954

1.01325

1.35 0.35/1.35

= 0.287 ⋅ 273.15(7.8954 − 1) = 214.28 kJ/kg

0.35

La potenza politropica trasferita al fluido è 769,32 kW. All’albero occorrono 769,32/0,80 = 961,66 kW; la

potenza elettrica assorbita risulta: 769.32

= = 1012.27 kW

0.80 ⋅ 0.95 6

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Risultato alle ipotesi indicate: circa 1,01 MW elettrici. Se gli 8 bar fossero relativi, la pressione assoluta finale

sarebbe 9,01325 bar e la potenza elettrica diventerebbe circa 1,09 MW. Il risultato cambia inoltre con

temperatura di aspirazione, rendimenti e numero di stadi.

Lezione 006

Domanda 06

In riferimento ad un impianto ad aria compressa, lo studente descriva le varie tipologie di compressori per aria.

Risposta

I compressori si dividono in volumetrici e dinamici. Nei volumetrici l’aumento di pressione deriva dalla

riduzione del volume occupato da una quantità di gas. I principali sono alternativi a pistone, a membrana,

rotativi a vite, a palette e scroll. I pistoni sono adatti anche a pressioni elevate e portate contenute, ma

producono pulsazioni. I compressori a vite offrono erogazione regolare e sono diffusi nel servizio industriale

continuo. Le membrane separano il gas dagli organi lubrificati; gli scroll trovano impiego in applicazioni

compatte e spesso oil-free.

Nei dinamici una girante trasferisce energia cinetica al gas, poi convertita in pressione nel diffusore. I

centrifughi sono adatti a portate elevate e possono avere più stadi; gli assiali trattano portate molto grandi con

incremento di pressione relativamente contenuto per stadio.

La scelta considera portata effettiva, pressione, continuità di servizio, purezza dell’aria, rendimento ai carichi

parziali, raffreddamento, rumore e manutenzione. Il rendimento volumetrico influenza la portata resa e non

coincide con quello energetico.

Lezione 007

Domanda 06

Una centrale di compressione dell’aria è in grado di elaborare una portata di fluido pari a 10.000 m3/h alle

condizioni di aspirazione di 0°C e pressione atmosferica. La pressione finale a cui è elaborato il fluido è di 8 bar

mentre la temperatura ambiente in cui sosta il serbatoio è di 15°C. Determinare il quantitativo di acqua da

eliminare all’uscita del compressore onde evitare problemi di condensazione. Si faccia riferimento al

diagramma allegato. Il candidato assuma eventuali dati mancanti.

Risposta

Il testo non assegna l’umidità relativa iniziale. Assumo aria satura a 0 °C, pressione iniziale 1 bar assoluto,

pressione finale 8 bar assoluti e raffreddamento dell’aria compressa fino ai 15 °C del serbatoio. La quantità da

separare è la differenza fra vapore entrante e vapore che può rimanere alla saturazione finale.

A 0 °C la pressione di saturazione vale circa 0,6112 kPa; a 15 °C circa 1,7053 kPa. Usando il rapporto di umidità:

0.6112

= 0.622 = 0.003825 kg/kg

1 as

100 − 0.6112

1.7053

= 0.622 = 0.001329 kg/kg

2 as

800 − 1.7053 7

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La portata di aria secca è circa 12.676 kg/h, calcolata dalla sua pressione parziale e dalla portata iniziale di

10.000 m³/h. ( )

̇ = ̇ − = 31.64 kg/h

1 2

Occorre quindi separare circa 32 kg/h d’acqua, cioè approssimativamente 32 L/h. Il diagramma del paniere

consente una lettura approssimata coerente. Con umidità relativa iniziale inferiore il risultato diminuisce;

senza tale dato non esiste una soluzione numerica unica. Per evitare ulteriori condense bisogna garantire un

punto di rugiada non superiore alla minima temperatura successiva della rete.

Domanda 07

Si abbia a trattare una portata d’aria di 10.000 m3/h, dalla pressione di 1 bar e 0°C di temperatura, alla

pressione finale di 8 bar. La compressione viene realizzata attrav della temperatura di fine compressione (TF) si

utilizzi la relazione (1). (1) mentre per il calcolo della quantità seguenti valori numerici delle grandezze presenti

in (2):Densità dell’aria: rN= 1.29 kg/Nm3. Calore di vaporizzazione dell’acqua: r = 2090 kJ/kg. Calore specifico

dell’aria: Cp

Risposta

Nota sul testo: la domanda è tagliata sul margine destro del PDF. Sono leggibili portata 10.000 m³/h, pressione

iniziale 1 bar, temperatura iniziale 0 °C, pressione finale 8 bar, la relazione per T_F, densità 1,29 kg/Nm³ e

calore di vaporizzazione 2.090 kJ/kg. Non sono leggibili integralmente la richiesta, la relazione (2), il valore di

c_p e il tipo completo di compressione. Lo svolgimento seguente è pertanto condizionato a ipotesi esplicite.