Classificazione delle Macchine-Sistemi energetici

CLASSIFICAZIONE SECONDO IL MOTO DELL’ORGANO MOBILE

Si distinguono Macchine Rotative e Macchine Alternative.

MACCHINE ROTATIVE

Si caratterizzano per un moto rotatorio dell’organo mobile (ad esempio la turbina eolica).

La componente organo mobile prenderà il nome di Rotore o Girante;

Esempi di macchine rotative sono turbina idraulica o turbina eolica.

Solitamente alla parte mobile è associata una parte fissa (statore) che può seguire o

precedere il moto della parte mobile a seconda delle specifiche applicative e degli obiettivi

di ogni macchina.

In tal caso il fluido inizia a interagire con la macchina tramite il rotore che ruota, viene

effettuato lo scambio in termini di lavoro.

MACCHINE ALTERNATIVE

Si caratterizzano per un moto rettilineo alternato dell’organo mobile. L’esempio classico è il

moto del pistone all’interno della camera termica di un motore a combustione interna: il

pistone si muove tra due posizioni estreme (punto morto superiore e punto morto inferiore):

Nel motore a combustione interna si ha un organo mobile rappresentato da un pistone che

si muove alternativamente tra un e un

Si possono individuare macchine motrici e operatrici sia rotative che alternative.

CLASSIFICAZIONE SECONDO LE CARATTERISTICHE DEL FLUSSO

Tale classificazione fa riferimento alle modalità secondo le quali il flusso si sviluppa, come

avviene il passaggio del fluido all’interno della macchina.

MACCHINE DINAMICHE (O TURBOMACCHINE)

Si parla di Macchina Dinamica quando il flusso è continuo (nelle condizioni di

funzionamento la macchina è continuamente, senza interruzioni, attraversata dal fluido).

Si ha sempre continuamente del fluido in ingresso alla macchina, al suo interno, e all’uscita

della macchina contemporaneamente:

Ingresso Uscita

MACCHINA

Lavoro

La turbina idraulica è una macchina dinamica

MACCHINE VOLUMETRICHE

Si parla di Macchina Volumetrica quando il flusso è discontinuo, si caratterizza per un

funzionamento intermittente.

Si avranno dei momenti in cui si ha solamente fluido in ingresso e nelle altre fasi può

accadere che non vi sia né fluido in ingresso né in uscita; in altri momenti il fluido può

essere solamente all’interno della macchina e in altri momenti ancora solo in uscita della

macchina:

Per garantire il funzionamento della macchina, il funzionamento discontinuo viene ripetuto

nel tempo.

L’aggettivo volumetrico è rappresentativo del fatto che le trasformazioni avvengono

all’interno di un volume definito.

Il motore è un esempio di macchina volumetrica: il suo funzionamento risulta essere

discontinuo dal momento che in un primo momento il fluido entra da una valvola che si

andrà ad abbassare determinando l’ingresso in camera di combustione della carica fresca,

poi si ha anche l’immissione del combustibile e si ha la presenza della candela con l’innesco

del processo di combustione. Si chiude quindi la valvola che permetteva l’ingresso e

considerando che anche la valvola di scarico è chiusa, la camera di combustione è sigillata e

il fluido verrà compresso dal pistone. Ad un certo punto si andranno a scaricare i gas

combusti grazie alla valvola di scarico.

Queste fasi avvengono in momenti successivi e ripetuti.

Quindi, il motore a combustione interna, oltre ad essere una macchina alternativa, è anche

una macchina volumetrica.

Le macchine alternative, in virtù del moto dell’organo mobile, possono essere

esclusivamente macchine volumetriche.

CLASSIFICAZIONE SECONDO LA DIREZIONALITA’ DEL FLUSSO (IN CORRISPONDENZA

DELL’ORGANO MOBILE)

Tale classificazione si applica solamente per le macchine rotative e macchine dinamiche e si

basa su come si muove il fluido in corrispondenza dell’organo mobile (direzionalità del

flusso in corrispondenza dell’organo mobile).

Nel moto rotatorio è possibile individuare:

• Una direzione assiale

• Una direzione radiale

• Una direzione tangenziale

MACCHINE A FLUSSO ASSIALE

Il flusso è diretto parallelamente all’asse in corrispondenza dell’organo mobile.

Consideriamo la seguente macchina:

Notiamo la presenza dell’albero e la freccia che indica il fatto che tale elemento è dotato di

moto rotatorio.

Il fluido arriva dal basso e si muove verticalmente verso l’alto (frecce verticali indicano ciò),

in particolare parallelamente all’asse in corrispondenza dell’organo mobile.

Si notano le palette (che rappresentano la parte mobile) e il raddrizzatore (parte fissa).

Le palettine vanno a dare un’opportuna direzionalità al fluido di lavoro in modo da fornire

un effetto che possa essere il migliore possibile.

Nello stesso tempo, visto che avviene una rotazione, il fluido a contatto con le palette

determinerà la presenza di una componente tangenziale oltre che della componente

assiale, andando a far si che dalla loro composizione avvenga un moto ad elica:

Con un moto elicoidale si andrebbe a dissipare parte del contenuto energetico del fluido, la

rotazione richiede dell’energia: è molto più vantaggioso avere il fluido raddrizzato (e quindi

recuperare la componente tangenziale originata dall’interazione con la girante per

convertire la componente tangenziale in una componente assiale che possa facilitare il

trasferimento del fluido.

Quindi il raddrizzatore consente che il sistema sia più efficiente.

MACCHINE A FLUSSO RADIALE

Si tratta di una Macchina a Flusso Radiale, che può essere centrifuga o centripeta.

La parte azzurra indica l’albero e la girante, poi ci sono le palette (in bianco).

Il fluido entra orizzontalmente con direzione assiale ma non ha poi la possibilità di

proseguire dritto perché trova la presenza della girante e sarà quindi costretta a modificare

la sua direzione uscendo poi come la freccia in verde, quindi con direzione radiale.

E’ centrifuga quando il fluido tende a “fuggire” dal centro (dove il centro è inteso come

l’asse di rotazione in questo caso).

Quindi, nel caso di una macchina centrifuga si ha un ingresso assiale ed uno scarico

radiale.

Nel caso in cui il flusso entrasse come il vettore rosa, si avrebbe un flusso centripeto.

Una macchina centripeta ha un ingresso radiale ed uno scarico assiale.

MACCHINE A FLUSSO MISTO

Si consideri la seguente rappresentazione:

Si evince quale sia l’albero, questa volta orizzontale, mentre la girante vi è indicata. La

paletta è la componente in azzurro più chiaro.

Il fluido entra e giunge alla girante.

Poniamo l’attenzione all’uscita dalla girante: il fluido, nel momento in cui abbandona la

girante, è rappresentato dal vettore uscente , che risulta essere caratterizzato sia dalla

componente assiale sia da una componente radiale

, ,

,

,

La coesistenza delle due componenti fa si che si tratti di una macchina a flusso misto.

Vi sarà anche la componente tangenziale nel momento in cui il fluido transita tramite la

paletta.

1.2-SISTEMI ENERGETICI

Una volta classificate le macchine, è possibile estendere la trattazione all’intero sistema

energetico; di fatto la macchina da sola non garantisce l’effetto complessivo desiderato.

Un Sistema Energetico è un insieme più complesso e ampio rispetto la singola macchina:

può essere considerato come un impianto all’interno del quale sono presenti più elementi

come macchine, condotti (che convogliano il fluido verso la macchina), collegamenti ecc…

Seguono due esempi di impianti: si comprende come possono essere utilizzate macchine di

diverse tipologie, come si sfrutta l’energia dell’acqua oppure una fonte fossile.

Le classificazioni introdotte per le macchine si possono estendere all’intero impianto,

all’intero sistema energetico.

Nel caso dell’impianto idroelettrico, ad esempio, si può dire che si tratta di un impianto

motore idraulico.