Macchine T - 6 CFU - Appunti Completi

Macchine

• Macchine a Fluido e Loro Classificazione

  • Def. Macchina a Fluido: dispositivo all'interno del quale scorre un fluido, detto fluido operatore, il quale scambia o varia una quantità di energia che gli è propria o con le parti mobili e fisse della macchina oppure con un altro fluido.

  Di conseguenza possiamo dire che nella macchina a fluido avvengono due fenomeni legati al fluido:

  • - Trasferimento di energia dal fluido alla macchina (o viceversa) sia con fluido a fluido e se la macchina non ha parti mobili.

  • - Conversione e/o trasmissione di energia cinetica del fluido (condotti, smantellamento, circuiti...).

  • - Def. Sistema Ener.-g ads assieme di due macchine a fluido che concor- rendo tra loro danno vita ad un ciclo termodinamico con un unico operatore.

• Classificazione delle Macchine a Fluido

  • La classificazione delle macchine a fluido può avvenire in base a tre criteri di valutazione:

    • a) Scambio energetico con fluido e macchina

      • Def. Macchine Motrici: macchine in cui l’energia del fluido viene usata per produrre lavoro meccanico delle macchine e quindi in nota di lavoro nell’ambito esterno.

      • Def. Macchine Operatrici: macchine in cui il fluido è versato energia meccanica per produrre moto o variare una grandezza meccanica nel fluido stesso.

  • b) Caratteristiche funzionali della macchina, con particolare rife- rimento alla tipologia di flusso, alla tipologia di scambio ener- getico e alla direzione/cinematica degli organi mobili.

    Macchine Dinamiche, caratterizzate per:

    • Flusso continuo: la singola particella del fluido operatore ha attraverso la macchina senza soluzione di continui- tà. Di conseguenza esiste sempre un filettato fluido che col- lega entrata e uscita della macchina.

    • Scambio energetico fluido-organo mobile: questo avviene attraverso più fasi ma fra elle le fasi si mantenga con- tinuity che geometica e operativa degli organi mobili co. Visemente questo scambio avviene attraverso scambio dellà quantità di moto.

    Flusso radiale o assiale:

    • Flusso assiale: fluido prevalentemente diretto lungo l'asse di rotazione della macchina.

    • - Flusso radiale: lungo le direttriche fluide perpendico- lari al grafico rappresentante rispetto agli a assi.

Macchine Volumetriche

• Flusso discontinuo: il fluido viene fisicamente separato in volumi soggetti a moto periodico di attraversamento lungo la macchina.
• Flusso chiuso: una macchina volumetrica riceve fluido e gestisce un volume fisso di fluido operatore repentino ritornato periodicamente dall'ambiente.
• Modo di scambio energetico diretto tra fluido ed organi rotodinamici: il fluido operatore scambia energia meccanica direttamente sugli organi mobili della macchina accompagnando il moto rettilineo alternato oppure rotativo degli organi mobili della macchina.

Caratteristiche del fluido operatore

• Macchine termiche: operano col fluido comprimibile, quindi aventi forme.
• Macchine idrauliche: operano col fluido considerato incomprimibile, quindi aventi liquidi.

Differenza tra Macchine Dinamiche e Macchine Volumetriche

• Definizione potenza utile: P = ṁ * L

Esempio:

• F1 Engine: P(kW) = 550, ṁ (kg/s) = 0,148, L (LT/kg) = 11,24
• Turbofan: P(kW) = 260, ṁ (kg/s) = 0,39, L (LT/kg) = 2,94

Esempio: Comportamento fra macchina dinamica o macchina volumetrica

• Dati:
• H=30m
• Δp = ρgh = 3 bar
• Perdite nulle
• Porta chiusa = nessuna portata nei rami della macchina, flusso nel bacino alzato.

Introduzione allo Scambio Energetico nelle Macchine Dinamiche

L'unica forma di energia utile allo scambio energetico fra fluido e girante è quella dinamica o cinetica elastica.

A monte dello scambio energetico perché sarà necessaria una conversione da energia potenziale (dovuta a gravità, pressione, canali) a energia cinetica, almeno per quanto riguarda le macchine idrauliche.

Spesso nelle macchine operatrici la girante (che incontra sulla propria massa) aumenterà l'energia cinetica nel fluido che poi sarà trasferita in altre forme di energia di pressione nei condotti statori.

Scambio/Conversione Energetica nelle Macchine Dinamiche

Convenzione dei Differenziali di Pressione in Energia Cinetica

L'unica forma di energia utile allo scambio di energia e la conversione della energia cinetica potenziale.

Convenzione dei Differenziali Cinetica in Energia di Pressione

La pressione varia lungo la direzione del moto del fluido.

Modalità di Scambio Energetico delle Macchine Dinamiche

Ipotesi:

• Il bilancio energetico verrà applicato fra ingresso e uscita della macchina (si escludono i condotti statici).
• I bilanci vengono applicati nel caso di macchine operatrici ma successivamente potranno essere tenuti analoghi per macchine motrici.
• Le sezioni 1 e 2 corrispondono quella di ingresso mentre 2' e 2'' la sezione di uscita.

Procedimento:

Applichiamo il 1° Principio della Termodinamica per i sistemi aperti in forma integrale per un volume di controllo compreso fra 1 e 2 sia nel caso di un osservatore mobile che per uno fisso:

1. Osservatore fisso: _dL = c_dc + c_{w d}z + dQ_w
2. Osservatore mobile: _dL = _dc + _{w d}z + _{dQ v} - u_wuv

Sottraendo membro a membro:

Δ_h + Δ(½ _c²) + _gΔ_z - _wuv = c_dc + _wuvd