Vengono esposti i concetti fondamentali di carattere termodinamico, fluidodinamico e costruttivo, necessari per una corretta comprensione e valutazione del funzionamento delle macchine termine ed idrauliche, con particolare riferimento alle turbomacchine e agli impianti nei quali esse sono inserite. Sono infine esaminati i componenti oleodinamici in termini di simbologia grafica, indici di prestazione e caratteristiche operative.

Le competenze acquisite, di carattere termodinamico, fluidodinamico, costruttivo e funzionale, per le macchine e per gli impianti in cui queste sono inserite, consentiranno al futuro ingegnere di sviluppare le valutazioni quantitative e i calcoli necessari ad assumere le decisioni scientificamente, tecnicamente ed economicamente più corrette. Lo studente conoscerà i principi fisici di base ed i fenomeni fluidodinamici e termodinamici di maggior interesse per le macchine a fluido termiche ed idrauliche e sarà in grado di identificare i principali componenti oleodinamici, interpretando correttamente e criticamente il loro ruolo e funzionamento in un sistema motore od operatore, in relazione al suo uso finale.
Ne deriverà un esperto in grado di operare le scelte più opportune sia per gli impianti sia per le macchine che li compongono sotto diversi aspetti: funzionale, energetico, economico ed ambientale. Lo studente imparerà inoltre ad identificare, interpretare e comprendere i circuiti oleodinamici in relazione ai loro componenti, acquisendo un metodo per la loro analisi e valutazione critica.

Sono necessarie le conoscenze di base di Analisi Matematica, Geometria, Fisica, Termodinamica, Meccanica dei Fluidi, Meccanica.

Fondamenti di Macchine
• Generalità e classificazione delle machine: macchine idrauliche e termiche; macchine motrici ed operatrici; macchine volumetriche e turbomacchine.
• Fondamenti di termodinamica applicata alle macchine: leggi di conservazione della massa e dell'energia in forma lagrangiana ed euleriana; entropia e leggi di evoluzione dell'energia; legge di conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto per la valutazione del lavoro interno di una turbomacchina. Formulazione globale, unidimensionale e locale delle leggi di conservazione.
• Triangoli delle velocità per lo studio unidimensionale di una turbomacchina. Cenni al meccanismo di generazione della coppia in profili in schiera.
• Flussi compressibili unidimensionali: cenni sulle equazioni fondamentali della fluidodinamica nell’ottica di un’applicazione allo studio delle macchine a fluido. Calcolo di ugelli e diffusori in condizioni nominali di funzionamento, analisi del loro comportamento in condizioni diverse da quelle di progetto. Flussi in condotti a sezione costante.
• Impianti di turbina a vapore. Ciclo Rankine. Valutazione delle prestazioni degli impianti a ciclo semplice, rigenerativi e cogenerativi.
• Impianti di turbina a gas. Ciclo Joule. Valutazione delle prestazioni degli impianti a ciclo semplice. Cenni alle metodologie utilizzate per aumentare il rendimento. Impianti di turbina a gas cogenerativi e impianti a ciclo combinato gas-vapore.
• Analisi exergetica degli impianti e dei componenti.
• Teoria della similitudine fluidodinamica e sua applicazione alle turbomacchine.
• Turbomacchine. Classificazione.
− Turbine. Perdite fluidodinamiche in uno stadio di turbina. Rendimento total-to-total e total-to-static di uno stadio di turbina. Rendimento di una turbina multistadio e fattore di recupero di una turbina multistadio. Studio unidimensionale di uno stadio di turbina: lavoro dello stadio ed evoluzione del fluido nel diagramma entalpia-entropia. Grado di reazione.
− Turbocompressori. Classificazione e principi di funzionamento; lavoro di compressione; rendimento isentropico ed idraulico; compressore centrifugo e compressore assiale: triangoli delle velocità e determinazione della caratteristica manometrica; cenni alle instabilità di funzionamento dei turbocompressori.
− Turbopompe. Definizione delle grandezze caratteristiche di funzionamento e dei rendimenti delle macchine idrauliche; curve caratteristiche delle turbopompe; funzionamento in similitudine fluidodinamica.
Fondamenti di Oleodinamica
• Sistemi oleodinamici di trasmissione della potenza.
• Schemi simbologici equivalenti dei sistemi oleodinamici: normativa ISO 1219-1.
• Modello del flusso incompressibile. Equazioni di base per i flussi laminari. Coefficiente di efflusso in ugelli rettilinei e orifizi calibrati: definizione e formule.
• Principi di funzionamento delle valvole per il controllo della direzione, per il controllo della pressione e per il controllo della portata.
• Blocchi funzionali. Nozioni di propagazione ondosa.
• Gruppi di alimentazione.
• Architettura di valvole oleodinamiche.
• Effetti della cavitazione sulle prestazioni dei componenti.

Oltre alle lezioni, l'insegnamento prevede esercitazioni svolte in aula, atte ad approfondire tramite esercizi i concetti illustrati durante le lezioni

Bibliografia – Fondamenti di Macchine
• A. E. Catania, "Complementi di Macchine", Levrotto & Bella, 1979.
Fotocopie fornite dai docenti (materiale non disponibile in commercio):

• A. E. Catania, "Turbocompressori", Appunti dai corsi seminariali di Vercelli, 1990.
• A Mittica, "Turbomacchine idrauliche operatrici", Appunti dai corsi seminariali di Vercelli, 1991.
• A. Capetti, "Motori termici", UTET, 1967.
Per ulteriori approfondimenti di alcuni argomenti si può fare riferimento a:
• G. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Terza Edizione, Società Editrice Esculapio, 2016.
• V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido", Città Studi Edizioni, 2015.
Bibliografia – Fondamenti di Oleodinamica
• N. Nervegna, "Oleodinamica e Pneumatica", Politeko, ed. 2003.
• Fotocopie fornite dai docenti (materiale non disponibile in commercio):

La prenotazione all’esame tramite il portale della didattica è obbligatoria.
L’esame consta di una parte scritta e di una parte orale. Quest’ultima parte può essere obbligatoria o facoltativa, in base al punteggio della parte scritta.

Esame scritto (durata: 4 ore)
L’esame scritto è diviso in due parti:
- La prima parte (durata: 45-60 minuti) consta di 17/18 domande a scelta multipla. Questa parte sarà relativa principalmente agli argomenti di teoria del corso, tuttavia potrebbero essere presenti alcune domande che richiedono la soluzione di brevi esercizi numerici. Per ogni risposta corretta sono assegnati 2 punti, per ogni risposta non data sono assegnati 0 punti, per ogni risposta errata sono assegnati -0.5 punti. Il punteggio massimo della prima parte è 30/30.
- La seconda parte (durata: 3 ore), consta di 2 esercizi relativi alla parte di Fondamenti di Macchine e 1 domanda o 1 esercizio relativo alla parte di Fondamenti di Oleodinamica, con difficoltà analoga a quelli proposti durante le esercitazioni svolte in aula. Ogni esercizio o domanda vale 10 punti per un punteggio massimo di 30/30.

L’esame risulta non superato se il punteggio della prima parte scritta è inferiore a 18/30 o il punteggio della seconda parte scritta è inferiore a 15/30.
Il voto finale della parte scritta risulta una media pesata delle singole valutazioni delle due parti.
Durante l’esame scritto gli studenti possono utilizzare esclusivamente una calcolatrice scientifica, il diagramma entalpico di Mollier e le tabelle delle curve limiti. Un formulario verrà fornito dai docenti per la seconda parte dell’esame scritto. L’uso di appunti, libri, telefoni cellulari o altri strumenti elettronici di qualsiasi tipo è assolutamente proibito. Allo studente trovato in possesso di materiale non autorizzato o strumenti elettronici (siano essi accesi, spenti o in modalità offline) verrà immediatamente annullato il compito e sarà deferito alla commissione disciplinare del Politecnico.

Il candidato può ritirarsi dall’esame scritto in qualsiasi momento. In questo caso l’esame non verrà corretto e la bocciatura non verrà registrata. Una volta che l’esame scritto viene corretto, l’esito dell’esame verrà registrato, sia che il risultato sia positivo o negativo.
Lo studente che non si ritiene soddisfatto della votazione della parte scritta può decidere di non sostenere la parte orale, e verrà registrata la bocciatura.

Esame orale
La parte orale può essere obbligatoria o facoltativa, in base al punteggio della parte scritta.
L’esame orale, a discrezione del docente, potrà essere relativa sia alla parte di Fondamenti di Macchine sia quella di Fondamenti di Oleodinamica.
Come già indicato, per essere ammessi alla parte orale il punteggio minimo della prima parte scritta deve essere 18/30 e il punteggio minimo della seconda parte scritta deve essere 15/30. In caso contrario l’esame risulta fallito.
Se la seconda parte scritta ha una votazione compresa tra 15 e 17/30 l’orale è obbligatorio.
Nel caso in cui entrambe le parti scritte abbiano una votazione non inferiore a 18 e la media pesata sia compresa tra 18 e 26, lo studente può decidere di confermare come voto finale il voto dello scritto senza sostenere l’orale.
Nel caso in cui entrambe le parti scritte abbiano una votazione non inferiore a 18 e la media pesata sia compresa tra 27 e 30, lo studente può decidere di accettare il voto finale di 26/30 senza sostenere l’orale.
In caso di esame orale, il voto finale sarà una media tra le parti scritte e la parte orale.