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.

L'esame è esclusivamente scritto e dura dalle due alle tre ore. Esso comprende due esercizi e una serie di domande brevi a risposta multipla. E' possibile consultare libri e appunti durante la prova. L'obiettivo della prova è di valutare la capacità di padroneggiare le conoscenze, integrando teoria e pratica. Per prepararsi adeguatamente all'esame si raccomanda la frequenza in aula del corso, per quanto riguarda sia la parte di teoria, sia la parte di esercitazioni

Esempio di svolgimento per gli esercizi.
Si parte dai principi fondamentali, giustificandone la scelta.
Si seleziona la forma più opportuna per il caso in esame (spiegando perché).
Si adattano le espressioni all'applicazione particolare trattata, introducendo le semplificazioni possibili e motivandole.
Si combinano le diverse equazioni e si eseguono i necessari passaggi algebrici nella maniera più conveniente.
Si esplicitano le incognite.
Si sostituiscono i valori numerici delle altre variabili, indicando con chiarezza le corrispondenti unità di misura.
Si effettua l'analisi dimensionale e si inseriscono gli eventuali fattori di conversione dovuti (con le loro unità di misura).
Si eseguono i calcoli.
Si scrivono i risultati (con le loro unità di misura).
Se la situazione lo richiede si aggiunge un breve commento o una valutazione critica del procedimento seguito e dei risultati ottenuti.
Si accompagna lo svolgimento con formule, grafici, schemi, diagrammi, disegni, ecc., e tutto quanto si ritiene opportuno per rispondere alle domande in modo chiaro, completo, sintetico.
Se si decide di fare una figura, bisogna farla bene: per pulizia, dimensioni, proporzioni, leggibilità.
I simboli indicati devono essere definiti e coerenti con quelli che compaiono nelle formule.
I rapporti fra le grandezze devono essere qualitativamente corretti (es., se una grandezza è più grande di un'altra, non deve essere rappresentata come più piccola, o cose del genere).
Il materiale presentato deve essere strettamente pertinente al caso, finalizzato a rispondere alle richieste.
Non c'è nessun merito a copiare le cose dagli appunti: se poi non sono neanche pertinenti al caso, allora diventano addirittura penalizzanti.
Le informazioni prelevate da libri e appunti valgono in relazione al modo in cui vengono selezionate (cioè ritenute pertinenti al caso) e utilizzate (cioè elaborate in combinazione con le altre).