Macchine: Concetto e Tipologie, Università degli Studi di Foggia

MACCHINE: CONCETTO E TIPOLOGIE

18/09/24
LIS SEDES INCLE
POGIA
lir
HR EXCELLENCE IN RESEARCH
Università degli Studi di Foggia
Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimenti,
Risorse Naturali e Ingegneria (DAFNE)
Corso di Macchine e Impianti per le industrie alimentari
IHR EXCELLENCE IN RESEARCH
Prof. Roberto Romaniello
Prof. Roberto Romaniello - Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimenti, Risorse Naturali e Ingegneria (DAFNE)
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MACCHINA

• definizione e classificazione
• forze agenti su una macchina
• equazione generale delle macchine
• rendimento di una macchina

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118/09/24

La macchina

• In ambito ingegneristico la MACCHINA è intesa come un insieme di
  organi meccanici, fissi e mobili, connessi fra loro. La sua funzione è
  quella di trasformare, trasportare e scambiare energia.
• L'utilità di una macchina è stimata sulla base dell'EFFICIENZA con la
  quale essa eroga energia.

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Energia in uscita
Energia in ingresso
MACCHINA
Energia dissipata
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Meccanica applicata alle macchine: forze agenti su una macchina

REGAY
· Le forze agenti su una macchina o sui vari organi di essa, che
determinano il moto e compiono lavoro, possono essere distinte in:

1. FORZE MOTRICI: sono forze che favoriscono il moto e compiono
   lavoro positivo detto lavoro motore (Lm);

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1. FORZE RESISTENTI: sono forze che si oppongono al moto e
   compiono lavoro negativo detto lavoro resistente (Lr);

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218/09/24

Meccanica applicata alle macchine: forze agenti su una macchina

· Le forze resistenti possono essere distinte in due sottocategorie:
RI

A. FORZE RESISTENTI UTILI: sono forze che pur opponendosi al moto
costituiscono lo scopo per cui è stata costruita la macchina. Esse
compiono un lavoro resistente utile (Lu);
B. FORZE RESISTENTI PASSIVE: sono forze che si oppongono al moto
costituiscono una dissipazione di energia. Devono essere
minimizzate il più possibile. Esse compiono un lavoro resistente
passivo (Lp).
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Esempio: sollevamento di un grave con una carrucola

LP
In questo caso il Lavoro resistente
rappresenta un lavoro utile (Lu).
Lm
1
Lu
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318/09/24

Meccanica applicata alle macchine: equazione generale delle macchine

. Il moto di una macchina prescinde dalla verifica del teorema delle
forze vive:
> Il lavoro di tutte le forze agenti sul sistema deve eguagliare la variazione di
forza viva del sistema, ovvero la variazione di energia cinetica.
FOGIA
E =
𝟐
ENERGIA CINETICA o FORZA VIVA
S=1
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Il teorema delle forze vive si esprime come:
Lm - Lu - Lp == m(v)}-v}) +=1(w)} -w2) = DE
AE traslazionale
AE rotazionale
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Stati di funzionamento di una macchina

Lm -
(Lu+Lp)=5m(02-0)+(ω02-ω-)=△E
Lr
Lm - Lr > 0 => AE >0
Transitorio di avviamento
W2= W1
Regime LENCE IN RESEARCH
Lm - Lr = 0 => AE=0 =>
[V2= 01
Lm - Lr < 0 => AE < 0 Transitorio di arresto
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Stati di funzionamento di una macchina: avviamento e arresto

Lm - (Lu +Lp)=m(v)} - vi) +(w)} -w}) = AF
v
1
avviamento
regime
arresto

• V1= 0
  @1= 0
  Lm-(Lu+Lp)=mv2 + 2JUŻ
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  Fase di arresto:
• Lm = 0
• 12 = 0
• (Lu + Lp) = 2mv2 + 2Ja2
• @2= 0
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RENDIMENTO di una macchina

. Il concetto di RENDIMENTO di una macchina è definibile solo quando
ci si trova in condizioni di regime.
FOGIA
Lm - (Lu + Lp) = 0
Lm
Lu
Macchina
energia entrante
energia resa
(utile)
Lp
energia persa
(termica e meccanica)
Lu < 1
⟹
n = Lu ="
Lu
Lm
Lm - Lp
Lm
=1-
Lp
Lm
Lm
ARIALIS
· Il RENDIMENTO di una macchina è dato dal
rapporto tra il lavoro utile e il lavoro meccanico
HREXCELLEN
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5
t
Fase di avviamento:18/09/24

Tipologie di macchine

• MACCHINE SEMPLICI
• MACCHINE COMPLESSE
• MACCHINE ELETTRICHE

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hr
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Macchine semplici

• La leva
• L'asse della ruota (verricello o argano)
• La puleggia (o carrucola)
• Il piano inclinato
• La vite
• Il cuneo
  . Sono chiamate semplici in
  quanto sono costituite da unità
  inscindibili in macchine più
  elementari.
  . In fisica, le macchine semplici
  sono tecnologie che l'uomo
  utilizza per vincere forze, dette
  forze resistenti (Fr), impiegando
  altre forze dette forze motrici
  (Fm).
• Se Fm < Fr si ha una macchina
  VANTAGGIOSA;
• Se Fm > Fr si ha una macchina
  SVANTAGGIOSA.
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Macchine semplici: LA LEVA

• La LEVA è un'asta rigida capace di ruotare attorno a un punto fisso,
  chiamato FULCRO.
• è uno degli esempi più comuni di macchina semplice. Serve a
  trasferire energia cinetica ed è un'applicazione del principio di
  equilibrio dei momenti di forze.
• Su un lato della leva agisce la
  forza resistente Fr, che
  vogliamo vincere. Dall'altro lato
  agisce la forza Fm
  b2
  b1
  fulcro
  F.
  F
  m
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Macchine semplici: LA LEVA, condizione di equilibrio

• Per il principio di equilibrio dei momenti di forze, si ha:
  Fm . b1 = Fr . b2
  condizione di equilibrio della leva
  Se b1 > b2
  leva VANTAGGIOSA
  b2
  b1
  fulcro
  Se b1 < b2 leva SVANTAGGIOSA
  F,
  F.
  m
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Macchine semplici: L'ASSE DELLA RUOTA - IL VERRICELLO

Il verricello è costituito da un cilindro orizzontale (detto tamburo)
attorno al quale è avvolta una fine collegata al grave da sollevare (Fr),
posto a distanza r dal centro di rotazione. La forza motrice (Fm) è
applicata al punto estremo di una manovella di lunghezza b collegata al
tamburo.
Per il principio di equilibrio dei momenti:
Fm . b1 = Fr . b2
Fm = Fr .
b2
b1
Affinché la macchina sia vantaggiosa,
bisogna fare in modo che b1 > b2
Fm
b1
b2
Fr
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Macchine semplici: L'ASSE DELLA RUOTA - L'ARGANO

L'argano è costituito da un cilindro verticale, detto tamburo, attorno al
quale è avvolta una fune collegata ad un grave da tirare (Fr), posto a una
distanza r dal centro di rotazione. La forza motrice (Fm) è applicata alla
punta estrema di una manovella (b) collegata al tamburo.
Fm . b1 = Fr . b2
Affinché il moto sia vantaggioso,
anche in questo caso deve
risultare b1 > b2.
Fm = Fr .
b2
b1
Fm
CH
b1
b2
Fr
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Macchine semplici: L'ASSE DELLA RUOTA - PULEGGIA e CARRUCOLA FISSA

• La puleggia è un organo di trasmissione del
  moto costituito da un disco rotante attorno
  al proprio asse. Può essere dotata di una o
  più «gole» per accogliere altrettante funi,
  corde, cavi, cinghie o elementi simili.
  gancio
  staffa
  disco
  perno
  Fm
  Fr
• La carrucola fissa è, di fatto, una puleggia ma con il
  perno ancorato a un punto fisso, tramite una staffa
  ARCH
  ad esso incernierata, la quale è solidale a un gancio.
  Fm . r = Fr . r
  In questo caso, la vantaggiosità o meno
  della macchina dipende solo dalle forze
  Fm e Fr, in quanto il braccio r è uguale per
  entrambe le forze.
  Www. newune . lomaniello - Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimenti, Risorse Naturali e Ingegneria (DAFNE)
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Macchine semplici: IL PIANO INCLINATO

ALI
. Il piano inclinato è costituito da una superficie piana inclinata rispetto
al suolo di un angolo compreso tra 0 e 90° rispetto al piano
orizzontale.
· È utilizzato per lo spostamento di gravi impiegando uno sforzo minore
rispetto a quello necessario per lo spostamento verticale
per spostare il grave dal punto di quota a al
punto di quota b, il lavoro necessario allo
spostamento del grave è identico in entrambi i
casi. Il vantaggio nell'uso del piano inclinato è
quello di applicare una forza minore per un
percorso (L) maggiore, rispetto all'uso della gru.
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sollevamento
col piano inclinato
b
C
h
sollevamento
con la gru
L
a
18
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Macchine semplici: LA VITE

• La VITE è un corpo cilindrico con uno o più filetti elicoidali (o
  «principî»), posti sulla superficie esterna del cilindro. è una macchina
  semplice in grado di trasformare il moto circolare in moto rettilineo.
  TALIS
  fondo
  cresta
  fianco
  passo
  angolo
  di profilo
  IN RESEARCH
  diametro
  interno
  diametro
  medio
  diametro
  esterno
  ... wikipedia.org/w/index.php?curid=675410
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Macchine semplici: IL CUNEO

• Il cuneo rappresenta un'applicazione pratica del piano inclinato. È
  utilizzato per separare due corpi, determinando una forza simil-
  ortogonale a quella applicata, come illustrato in figura.
  FOG O
  1
  Fm
  0000
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Macchine complesse

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Macchine complesse: a fluido e elettriche

. Sono macchine costituite dall'unione di due o più macchine semplici. Le
macchine complesse si dividono in macchine a fluido e macchine elettriche.
MACCHINE A FLUIDO: sono deputate allo scambio di lavoro fra un
albero motore e un fluido. A loro volta, sono distinte in:
macchine a fluido operatrici,
quando trasmettono energia al
fluido

• pompe
• compressori, ventilatori
• frigoriferi
  CELLENCE IN RESEARCH
  macchine a fluido motrici,
  quando prelevano energia dal
  fluido
• turbine
• motori oleodinamici
• motori pneumatici
• generatori di vapori
• motori a combustione interna
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