Ingegneria meccanica e materiali

Questo testo, di carattere prevalentemente didattico, rappresenta una sintesi dei più significativi contenuti nel campo delle turbomacchine termiche ed in particolare delle turbine a vapore. Viene affrontato dapprima lo studio dello stadio di una turbomacchina sia dal punto di vista energetico sia fluidodinamico. Successivamente si analizzano le diverse tipologie di turbine a vapore, mettendone in luce lo schema e il principio di funzionamento nonché i limiti operativi di ciascuna di esse. Il testo, rispetto all’edizione precedente, è stato completamente rivisto e modificato dal punto di vista grafico, aggiungendo parti significative, riguardanti l’efflusso da un ugello “non raccordato”, il comportamento del fluido all’interno delle tenute a labirinto, il dimensionamento del tamburo equilibratore nelle turbine a reazione, e la regolazione delle turbine a vapore, allo scopo di renderlo meglio comprensibile agli allievi del corso di laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica e gli allievi del corso di Laurea in Ingegneria Energetica.

Il presente testo affronta la progettazione delle ruote dentate in modo più pratico rispetto ai testi tradizionali, approfondendo alcuni aspetti di costruzione e progettazione solitamente non trattati. La crescente elettrificazione delle macchine in genere e l’utilizzo di soluzioni particolarmente efficienti e performanti hanno reso più complessa la progettazione delle trasmissioni, in particolare di quelle a ruote dentate. Queste ultime sono soggette a densità di potenza via via crescenti, potenziali vibrazioni dannose nel campo del funzionamento della macchina e, di grande rilevanza per il comfort, generazione di rumore. Il testo fornisce quindi alcuni spunti per comprendere meglio la progettazione delle ruote dentate, facendo riferimento alla pratica costruttiva e alle norme di riferimento per la progettazione.

Nel testo vengono preliminarmente richiamati i concetti base di attrito usura e lubrificazione, argomenti cardine della tribologia, la cui conoscenza è fondamentale per uno sviluppo sostenibile soprattutto in relazione al risparmio energetico e di materiali. Dopo aver descritto le caratteristiche principali dei lubrificanti e riportato le equazioni fondamentali della lubrificazione, vengono trattati i supporti di spinta e portanti idrodinamici, quelli idrostatici e le coppie lubrificate non conformi. Per i più comuni tipi di supporto, partendo dalle equazioni fondamentali per il loro studio, vengono fornite, quando possibile, prima formule semplificate e successivamente diagrammi e formule di interpolazione (se disponibili) ottenuti dalla soluzione numerica delle equazioni complete. Diagrammi e formule possono essere usati per il progetto e la verifica delle varie coppie lubrificate. Sono anche presentati risultati sperimentali per i diversi tipi di accoppiamento. Il lavoro è frutto dell'attività di ricerca e di lezioni tenute dagli autori per il corso di Progetto di Supporti e Dispositivi di Lubrificazione per i corsi di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica e in Ingegneria dei Veicoli dell'Università di Pisa.

La comprensione dei meccanismi fisici alla base della dinamica dei flussi multifase è materia di fondamentale importanza ingegneristica e scientifica, a causa dell'enorme varietà di applicazioni presenti in ambito industriale. Dal punto di vista matematico, il problema è di difficile soluzione: non solo le equazioni di governo sono non lineari, ma la posizione dell'interfaccia di separazione delle fasi costituisce parte della soluzione ricercata. Soluzioni analitiche esatte, quindi, esistono solo per i problemi più semplici. La necessità di soluzioni numeriche, così come di indagini sperimentali, è stata pertanto sentita dalla comunità scientifica fin dall'origine dello studio dei flussi multifase. Questo lavoro si occupa dello studio numerico e sperimentale di due configurazioni di flusso multifase, in particolare di getti liquidi piani che interagiscono con un ambiente gassoso esterno. Nella prima configurazione, la velocità del getto liquido è bassa, rendendo dominanti gli effetti gravitazionali sulla dinamica del flusso. Nella seconda, invece, la velocità del getto liquido è elevata, rendendo così dominante l'instabilità aerodinamica dovuta all'interazione con la fase gassosa.

Questo libro, di carattere prevalentemente didattico, affronta le principali tematiche relative alle macchine idrauliche motrici ed in particolare le turbine Pelton, Francis e Kaplan. L’approccio, tipico della disciplina delle macchine a fluido, è accompagnato da una parte analitica e integrato da alcuni dati sperimentali e progettuali. Fa da cornice una esposizione grafica a colori che permette una migliore comprensione dei concetti esposti.