Nel corso verranno esposti i concetti fondamentali di carattere termodinamico, fluidodinamico e costruttivo, necessari per una corretta comprensione e valutazione del funzionamento delle macchine a fluido e degli impianti nei quali esse sono inserite. In particolare, saranno analizzate le prestazioni in condizioni di funzionamento nominale e in regolazione di turbine a vapore, a gas, degli impianti in cui sono inserite, di turbocompressori, di turbopompe e di motori alternativi a combustione interna. Il modulo fornisce inoltre indicazioni sulle emissioni delle macchine a combustione interna nonché sul loro controllo e/o riduzione.

Il corso applica con sistematicità i principi della termofluidodinamica-energetica ai sistemi di conversione dell'energia ed ai loro componenti, presentando gli aspetti formativi necessari per consentire allo studente la scelta di una turbomacchina, di un motore a combustione interna e, più in generale, di un impianto motore oppure operatore, in relazione alla rispettiva utilizzazione. Il corso fornisce le nozioni per affrontare e risolvere autonomamente problematiche specifiche di funzionamento, di regolazione e controllo delle macchine e dei sistemi energetici, fornendo anche le conoscenze di base per studiare ed approfondire problematiche di macchine a fluido per impieghi più specialistici.

Sono necessarie le conoscenze di base derivanti dai Corsi che trattano la Termodinamica, la Termocinetica, la Meccanica Applicata alle Macchine e la Meccanica dei Fluidi.

- Principio di conservazione dell'energia. Principio di evoluzione dell'energia. Trasformazioni e cicli termodinamici. Equazioni integrali del moto dei fluidi. Applicazione alle turbomacchine. Triangoli delle velocità.
- Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e"fuori progetto".
- Schemi di impianti, cicli termodinamici, problemi fondamentali negli impianti di turbine a vapore e a ciclo combinato. Rendimenti e consumi specifici negli impianti motori termici. Ciclo di Rankine-Hirn reale e mezzi per aumentarne il rendimento. Ciclo Joule reale. Impianti a cogenerazione e a ciclo combinato gas-vapore
- Profili delle pale e perdite fluidodinamiche nelle turbomacchine. Rendimento di uno stadio di turbina. Analisi unidimensionale del flusso in uno stadio di turbina. Turbina ad azione, a salti di velocità e a reazione. Organizzazione delle turbine a vapore multiple.
- Campo di prestazioni di una turbina e cono dei consumi. Parametri caratteristici di funzionamento di un turboespansore; mappe di funzionamento. Regolazione di una turbina a vapore. Campo di regolazione di impianti a cogenerazione.
- Compressori di gas: lavoro minimo di compressione, parametri caratteristici di funzionamento. Funzionamento di turbocompressori e macchine volumetriche, mappe di funzionamento e loro regolazione.
- Turbopompe: numero di giri caratteristico ed influenza sulla geometria della macchina. Similitudine fluidodinamica e caratteristica manometrica. Regolazione delle turbopompe. Funzionamento di turbopompe in serie e parallelo. Geometrie di turbopompe per impieghi specifici. Cavitazione nelle turbopompe ed altezza di installazione.
- Termodinamica della combustione. Combustione ideale e reale a volume e a pressione costante; combustione in flusso permanente; poteri calorifici e loro applicazioni all’analisi della combustione.
- Impianti di turbine a gas: analisi dei rendimenti; dipendenza del rendimento del ciclo reale dai parametri di funzionamento; mezzi per aumentare il rendimento del ciclo. Prestazioni di impianti a ciclo combinato gas-vapore.
- Motori alternativi a combustione interna: analisi delle prestazioni; cicli termodinamici e cicli di lavoro ideali e reali; diagrammi della distribuzione; modelli dei cicli di lavoro; potenza utile, rendimenti, coefficiente di riempimento e parametri caratteristici delle prestazioni.
- Emissioni di inquinanti da impianti di turbine a gas. Meccanismi di formazione di CO e NO. Sistemi di riduzione di NO in sede di combustione. Cenni sui combustori a secco.
- Emissioni da motori alternativi. Normativa e metodi di prova per determinare le emissioni inquinanti da motori.

Le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi pratici in applicazione dei concetti trattati a lezione, con lo scopo sia di fornire gli ordini di grandezza dei parametri, sia di migliorare il grado di apprendimento.
Il laboratorio prevede la presentazione ed analisi di macchine a fluido e strumentazione presenti nel laboratorio di Macchine del Dipartimento di Energetica. E’ prevista anche una prova al banco di un motore alternativo.

L’esame si svolge in forma orale ed è volto ad accertare la comprensione degli argomenti svolti a lezione.