L'insegnamento si propone di fornire gli elementi fondamentali delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, con particolare riferimento al principio di funzionamento, agli aspetti di carattere costruttivo, alla valutazione delle prestazioni delle macchine e degli impianti nei quali operano.

L'insegnamento fornisce agli studenti le capacità per le scelte relative per i principali sistemi energetici, i loro componenti e le loro applicazioni, tenendo in conto gli aspetti funzionali, energetici, economici ed ambientali.

Conoscenze preliminari di base di Termodinamica e Meccanica.

Richiami di Termodinamica, Termochimica e Fluidodinamica [4.5 h Lez., 1.5 h Es.]
Classificazione delle macchine a fluido. I Principio della Termodinamica in forma Lagrangiana ed Euleriana. II Principio della Termodinamica. Legge di stato dei gas. Leggi di evoluzione. Equazioni di conservazione della massa, quantità di moto e momento della quantità di moto. Definizione dei rendimenti e calcolo del lavoro per le macchine motrici ed operatrici.

Ugelli e Diffusori [3 h Lez., 3 h Es.]
Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Flusso isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e "fuori progetto". Rendimento di ugelli e diffusori.

Impianti Termoelettrici a Vapore [6 h Lez., 4.5 h Es.]
Il ciclo Rankine-Hirn. Metodi per aumentare il rendimento del ciclo. Impianti a vapore cogenerativi. Regolazione degli impianti a vapore.

Turbine a Vapore e a Gas [7.5 h Lez., 3 h Es.]
Richiami sull’espressione del lavoro in una turbomacchina; triangoli di velocità. Turbina assiale semplice ad azione; descrizione della macchina, triangoli di velocità, profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale. Turbina assiale a salti di velocità; descrizione della macchina, triangoli di velocità e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale. Turbina a salti di pressione: fattore di recupero. Turbina assiale semplice a reazione; grado di reazione; triangoli di velocità e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale. Perdite caratteristiche delle turbine a reazione.

Turbocompressori [6 h Lez., 3 h Es.]
Richiami sul lavoro di compressione ideale e reale con scambi termici, rendimento isoentropico ed idraulico. Compressore centrifugo: triangoli di velocità, lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionali. Determinazione della caratteristica manometrica del compressore centrifugo. Compressore assiale: triangoli di velocità e profili delle palettature. Espressione del lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionali; caratteristica manometrica del compressore assiale. Instabilità di funzionamento: ciclo di pompaggio e stallo rotante. Regolazione dei turbocompressori.

Turbopompe [6 h Lez., 3 h Es.]
Definizioni delle grandezze caratteristiche di funzionamento e dei rendimenti delle macchine idrauliche operatrici e motrici. Caratteristica di una turbopompa centrifuga e assiale. Funzionamento in similitudine delle turbopompe: numero di giri caratteristico. Regolazione delle turbopompe. Problematiche relative all'installazione delle turbopompe: cavitazione ed NPSH.

Impianti Turbogas [6 h Lez., 1.5 h Es.]
Il ciclo Joule-Brayton. Calcolo del rendimento e del lavoro ideale e reale. La rigenerazione. Impianti Turbogas cogenerativi. La regolazione degli impianti turbogas.

Impianti a Ciclo Combinato Gas-Vapore [1.5 h Lez., 1.5 h Es.]
Impianti combinati gas-vapore. Bilancio energetico e calcolo del rendimento. Il Generatore di Vapore a Recupero. Cicli combinati cogenerativi.

Motori Alternativi a Combustione Interna [6 h Lez., 3 h Es.]
Motori a ciclo Otto e Diesel, calcolo del rendimento, della potenza e della pressione media. Apparato della distribuzione nei motori alternativi, coefficiente di riempimento, alimentazione del combustibile e combustione nei motori alternativi a combustione interna. Variazione della potenza utile con le condizioni di alimentazione e sovralimentazione dei motori. Caratteristica meccanica e di regolazione. Applicazioni alla cogenerazione.

Turbine idrauliche [4.5 h Lez., 3 h Es.]
Principali caratteristiche costruttive, di funzionamento e di regolazione delle turbine Pelton, Francis e Kaplan.

Oltre alle lezioni in aula, sono previste esercitazioni in aula ed eventuali visite ad impianti.
Le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi applicativi dei concetti sviluppati a lezione ed hanno lo scopo sia di migliorare il grado di apprendimento sia di fornire gli ordini di grandezza dei vari parametri.
Se possibile sarà organizzata una visita ad una o più centrali di generazione elettrica.

Materiale didattico verrà distribuito in aula dal docente.
Testi per approfondire singoli argomenti sono i seguenti:
Catania, Complementi di macchine, Levrotto & Bella, Torino, 1979
Lozza , Turbine a gas e cicli combinati, Progetto Leonardo, Bologna, 1996
Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1992
Dadone, Macchine idrauliche, Clut, Torino 1980

L’esame è scritto e comprende una domanda di teoria e due esercizi. La domanda di teoria e ciascuno degli esercizi concorrono per un terzo alla formazione del voto finale. Per le domande di teoria non sarà possibile consultare testi o utilizzare calcolatori tascabili, mentre per gli esercizi saranno ammessi sia testi sull’argomento, sia i calcolatori. La durata dell’esame è di 2 ore.