CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE

CAPITOLO 1
CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE
In ambito ingegneristico si intende per macchina un insieme di organi meccanici, fissi e mobili,
coordinati fra loro e finalizzato alla trasformazione, al trasporto e allo scambio d'energia. In
particolare, nelle macchine a fluido gli scambi e le trasformazioni d'energia avvengono tramite
interazione con un fluido che risulta, perciò, essere uno dei veicoli d'energia.
Una prima generale classificazione suddivide le macchine in macchine statiche e macchine
dinamiche.
Le macchine statiche sono prive di organi mobili ed hanno essenzialmente lo scopo di trasferire
energia da un fluido ad un altro, ad es. scambiatori di calore, caldaie, ecc..
Nelle macchine dinamiche o fluidodinamiche sono, invece, presenti organi meccanici in
movimento (pareti mobili) che scambiano energia con un fluido; in esse si ha in genere una
trasformazione di energia fluidodinamica in energia meccanica o viceversa.
Le macchine dinamiche sono a loro volta suddivise in macchine motrici, in cui il fluido cede
energia alla macchina, e macchine operatrici nel caso inverso.
Si distingue, inoltre, tra macchine volumetriche e macchine a flusso continuo.
Nelle macchine volumetriche sono presenti camere a volume variabile e il fluido interagisce in
modo pressoché statico coll'elemento mobile. Il moto del fluido è periodico e se la variazione
ciclica del volume delle camere è ottenuta mediante un moto alternato dell'elemento mobile
(pistone o stantuffo) si parlerà di macchine volumetriche alternative. Se la variazione di volume
è ottenuta mediante moto rotatorio dell'elemento mobile la macchina sarà detta volumetrica
rotativa.
Nelle macchine a flusso continuo o turbomacchine il moto del fluido è pressoché stazionario e lo
scambio energetico con gli elementi mobili della macchina (pale) avviene per variazione della
quantità di moto e/o dell'energia cinetica del fluido; gli elementi mobili sono dotati di moto
rotatorio.
Un'ulteriore classificazione riguarda la natura del fluido con cui le macchine operano e quindi
avremo macchine per fluidi incomprimibili (liquidi) o macchine idrauliche e macchine per fluidi
comprimibili (gas e vapori) altrimenti dette macchine termiche.
Nelle macchine idrauliche i fenomeni termici conseguenti a una variazione d'energia
fluidodinamica (variazione di pressione, d'energia cinetica,…) sono trascurabili, non così per le
macchine termiche dove i fenomeni termici legati a variazioni d'energia fluidodinamica possono
essere di notevole entità.
Per quanto riguarda le turbomacchine, una classificazione può essere data in base alla direzione
del flusso all'interno della macchina. Secondo questo criterio di classificazione si diranno assiali
le macchine all'interno delle quali la direzione del flusso è in prevalenza parallela all'asse di
rotazione, radiali (centrifughe o centripete) si diranno quelle macchine in cui la direzione del
flusso è prevalentemente perpendicolare all'asse di rotazione. Nelle macchine a flusso misto la
direzione del flusso è intermedia tra quella delle macchine assiali e quella delle macchine radiali.
Pompe sono dette le macchine operatrici per fluidi incomprimibili, per quanto sopra detto
avremo: pompe volumetriche (alternative o rotative), pompe centrifughe, pompe a flusso misto e
pompe assiali.
I compressori sono le macchine operatrici per fluidi comprimibili e, analogamente alle pompe, si
avranno compressori volumetrici, centrifughi, a flusso misto e radiali.
Le macchine motrici sono in genere macchine a flusso continuo (applicazioni poco rilevanti
numericamente hanno oggi, almeno nei paesi con sviluppo industriale avanzato, le macchine
motrici alternative a vapore un tempo molto diffuse) e sono dette turbine. A seconda del fluido
motore si avranno le turbine idrauliche, le turbine a gas e le turbine a vapore. A seconda della
direzione del flusso avremo turbine centripete o radiali, a flusso misto e assiali. Nella pratica, le
turbine idrauliche sono indicate col nome del progettista che le ha sviluppate sino alla
configurazione moderna, avremo perciò: turbine Francis (radiali e a flusso misto), turbine
Kaplan (assiali) e turbine Pelton (ruote tangenziali).
I motori alternativi a combustione interna (MCI) sono macchine volumetriche alternative
complesse e operanti con fluidi comprimibili e che, a seconda della fase di funzionamento,
operano come macchina operatrice o come reattore chimico o come macchina motrice.
I ventilatori sono macchine operatrici per fluidi comprimibili a flusso continuo in cui il fluido
subisce piccoli aumenti di pressione e, quindi, con piccoli effetti termici; per tale ragione il
fluido può essere considerato, in prima approssimazione, incomprimibile.
Un insieme di macchine coordinate fra loro al fine della conversione d'energia è comunemente
detto impianto.
Riportiamo di seguito alcuni schemi semplificati che illustrano i principi di funzionamento
descritti.
Pompa alternativa
Pompa Centrifuga
Turbina Pelton
Pompa a ingranaggi
Compressore a palette scorrevoli
Pompa a flusso misto
Turbina Francis
Pompa assiale
Turbina Kaplan
Compressore assiale
Turbogas PW 4084 per la propulsione aeronautica