Il Corso si articola in due moduli didattici, il primo dei quali tratta i complementi delle macchine a fluido, mentre il secondo concerne i complementi di meccanica strutturale.
Per quanto riguarda il modulo di Macchine verranno analizzati i principi di funzionamento e le prestazioni delle principali macchine a fluido, turbomacchine e macchine volumetriche, in condizioni di funzionamento nominale e ¿fuori progetto¿, dei relativi impianti e la loro regolazione. Il modulo di Meccanica strutturale esamina i principali problemi relativi alla resistenza meccanica, sotto condizione statica e di fatica, degli elementi delle macchine e degli impianti energetici.

Il modulo di Macchine 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 non solo le nozioni per affrontare e risolvere autonomamente problematiche specifiche di regolazione e controllo delle macchine e dei sistemi energetici, ma anche le conoscenze di base per studiare ed approfondire semplici problematiche di macchine a fluido per impieghi più specifici.
Il modulo di Meccanica strutturale si propone di: i) fornire le conoscenze per comprendere le modalità di cedimento sotto carico costante o ciclico di componenti strutturali e collegamenti presenti negli impianti; ii) mettere in grado di eseguire i principali calcoli relativi al progetto strutturale dei recipienti, tenendo conto della normativa, e confrontarsi con gli specialisti del settore.

Sono necessarie le conoscenze di base delle Macchine a Fluido, nonché quelle derivanti dai Corsi che trattano la Termodinamica, la Termocinetica, la Meccanica Applicata alle Macchine, la Meccanica dei Fluidi e i fondamenti della Meccanica Strutturale (in particolare le condizioni di trazione, flessione, torsione e la teoria dello stato di tensione/deformazione)

PARTE "COMPLEMENTI DI MACCHINE"
Motori alternativi a combustione interna.
Rendimento limite e ciclo ad aria e combustibile. Rendimento termofluidodinamico e ciclo indicato. Rendimento organico. Apparato della distribuzione nei motori a 4 tempi. Coefficiente di riempimento di un motore a 4 tempi. Espressione della potenza utile e della pressione media effettiva di un motore alternativo a combustione interna. Correzione della potenza al variare delle condizioni ambiente. Influenza della dosatura sulle prestazioni dei motori a ciclo Otto. Sovralimentazione con compressore a comando meccanico e con turbina a gas di scarico. Dispositivi di alimentazione del combustibile per motori ad accensione comandata. Strategie per la riduzione delle emissioni e dei consumi di combustibile nei motori a ciclo Otto. Motori a carica magra. Prestazioni dei motori: caratteristica meccanica, caratteristica di regolazione e cubica di utilizzazione. Combustione nei motori Diesel. Apparati di alimentazione del combustibile nei motori Diesel.
Impianti motore con turbina a vapore d’acqua.
Andamento della portata in turbina al variare delle condizioni di monte e di valle. Cono dei consumi di vapore. Regolazione della portata di vapore mediante laminazione all’ammissione in turbina. Regolazione della portata di vapore mediante parzializzazione. Regolazione degli impianti a vapore a recupero parziale: calcolo delle portate, delle potenze e dei rendimenti.
Impianti motore con turbina a gas.
Ciclo reale di turbina a gas: lavoro utile e rendimento globale. Regolazione degli impianti di turbina a gas monoalbero a ciclo aperto: regolazione con variazione della temperatura massima e regolazione con laminazione all’aspirazione del compressore a temperatura massima costante. Regolazione di un impianto di turbina a gas bialbero. Regolazione degli impianti cogenerativi con iniezione di vapore e post-combustione.
Turbine Idrauliche
Macchine idrauliche motrici: definizioni delle grandezze carateristiche, rendimenti, grado di reazione. Numero di giri e portata specifici, numero di giri caratteristico: scelta della turbina idraulica.
Turbina Pelton: caratteristiche costruttive. Determinazione della caratteristica meccanica e di regolazione. Massimo salto utilizzabile per la turbina Pelton. Turbina Francis e turbina Kaplan: configurazione delle macchine.

PARTE "MECCANICA STRUTTURALE"
Stato 3D delle tensioni - Ipotesi di lavoro. Principio di Eulero-Cauchy. Vettore della tensione. Tensore della tensione. Tensioni principali e direzioni principali. Invarianti dello stato di tensione. Tensori idrostatico e deviatorico. Tensioni sul piano ottaedrico. Cerchi di Mohr. Casi di sollecitazione ricorrenti.
Stato 3D delle deformazioni - Cinematica delle deformazioni. Tensore delle deformazioni. Deformazioni principali e direzioni principali. Relazione tra tensioni e deformazioni: legge di Hooke.
Cedimento statico - Resistenza statica di materiali fragili e duttili. Ipotesi di cedimento per materiali fragili e duttili. Coefficiente di sicurezza statico. Effetto della temperatura: cenni sullo scorrimento viscoso a caldo (creep). Intaglio e fattore di concentrazione delle tensioni. Effetto d’intaglio nel cedimento statico di materiali fragili e duttili. Cenni sulla meccanica della frattura lineare elastica.
Resistenza a fatica - Fenomenologia e parametri caratteristici del ciclo di fatica. Curva di Wöhler. Limite di fatica. Stima del diagramma SN del materiale. Influenza della tensione media: diagramma di Haigh del materiale. Effetto del tipo di carico, delle dimensioni, della finitura superficiale, effetto d’intaglio sul cedimento a fatica. Diagramma di Haigh e curva SN del componente. Coefficiente di sicurezza a fatica. Cicli di ampiezza variabile (l’ipotesi di Palmgren-Miner). Cenni sulla fatica multiassiale.
Recipienti a parete spessa e sottile - Impostazione del problema. Equazione differenziale di equilibrio e sua soluzione Determinazione degli stati di tensione prodotti da pressione e gradienti termici. Soluzioni costruttive per alte pressioni. Il caso dei tubi sottili. Cenni sull’instabilità dei tubi sottili. Comportamento membranale dei gusci assialsimmetrici. Cenni sugli effetti locali di bordo nei gusci cilindrici.

Le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi pratici in applicazione dei concetti trattati a lezione. È prevista un’esercitazione di laboratorio inerente al rilievo delle prestazioni di un motore alternativo a combustione interna.

A. Capetti: Motori Termici. Ed. UTET, 1967.
A.E. Catania: Complementi di macchine. Ed. Levrotto & Bella, 1979.
G. Lozza: Turbine a gas e cicli combinati. Ed Esculapio, 1997.
G. Cornetti: Macchine Idrauliche. Ed. Il Capitello, 2006.
G. Cornetti – F. Millo: Macchine Termiche. Ed. Il Capitello, 2007.
G. Ferrari: Motori a combustione interna. Ed Il Capitello, 2007
A. Dadone: Macchine idrauliche. Ed. CLUT-Torino, 1987

F.A. Raffa, Elementi di meccanica strutturale, CLUT, 2008
L. Goglio, Resistenza dei materiali e dei collegamenti, Levrotto & Bella, 2006
M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti, Levrotto & Bella, 2000

Copia del materiale utilizzato a lezione disponibile sul portale della didattica: dispense su stato tensione, stato deformazione, resistenza statica, resistenza a fatica, recipienti a parete spessa e sottile, gusci, testi degli esercizi.

L’esame si svolge in forma scritta sia per la parte riguardante gli esercizi sia per la parte inerente alla teoria, per la quale le domande sono poste in forma aperta.
La prova è articolata su due esercizi e su quattro quesiti teorici, ugualmente suddivisi tra le due parti del Corso (un esercizio e due quesiti teorici per ciascuna parte).