L’insegnamento si propone di analizzare gli aspetti costruttivi, i principi di funzionamento e le prestazioni delle macchine a fluido, turbomacchine e macchine volumetriche, in condizioni di funzionamento nominale e ‘fuori progetto’, dei relativi impianti e la loro regolazione. In particolare, saranno trattati gli impianti di turbine a vapore, a gas, a ciclo combinato gas-vapore, ed i relativi componenti statici e dinamici, le macchine idrauliche con relativi impianti, le trasmissioni idrostatiche ed idrodinamiche, i motori alternativi a combustione interna.

L’insegnamento parte da complementi di termodinamica e meccanica dei fluidi, esaminati e sottolineati dal punto di vista che più interessa nello studio delle macchine e dei sistemi energetici a fluido. Applicando con sistematicità i principi della termofluidodinamica-energetica ai sistemi di conversione dell’energia ed ai loro componenti, l’insegnamento presenta gli aspetti formativi necessari per consentire allo studente il progetto di massima e/o 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. L’insegnamento fornisce non solo le nozioni per affrontare e risolvere autonomamente problematiche specifiche di progetto, di regolazione e controllo delle macchine e dei sistemi energetici, ma anche le conoscenze di base per studiare ed approfondire problematiche di macchine a fluido per impieghi più specialistici.

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 e la Meccanica dei Fluidi.

- Leggi di conservazione per processi reali in sistemi a fluido e applicazioni ai motori termici e alle turbomacchine. Interazione entropica e legge di evoluzione dell’energia per sistemi chiusi e aperti.
- Combustione a volume costante e a pressione costante. Combustione in flusso stazionario.
- Instabilità di funzionamento e regolazione dei turbocompressori di gas.
- Compressori alternativi, rotativi a palette e Roots e loro regolazione.
- Turbine idrauliche; turbopompe radiali ed assiali; turbomacchine reversibili.
- Pompe e motori volumetrici idraulici; trasmissioni idrostatiche di coppia; giunti idraulici e convertitori idrodinamici di coppia.
- Organizzazione delle turbine a vapore multistadio.
- Analisi delle prestazioni ‘fuori progetto’ di una palettatura. Calcolo e rappresentazione del campo di funzionamento di una turbomacchina. Formule semplificate per calcolo delle prestazioni di una turbomacchina; cono dei consumi.
- Metodi di regolazione delle turbine a vapore. Campo di regolazione di turbine a contropressione e ad estrazione.
- Prestazioni di impianti di turbine a gas. Impianti avanzati di turbine a gas. Impianti a ciclo combinato gas-vapore; generatori di vapore a ricupero ad una e a due pressioni.
- Regolazione delle turbine a gas e degli impianti a ciclo combinato gas-vapore.
- Motori alternativi a combustione interna: analisi dei rendimenti ideale, limite, interno e organico. Ciclo di lavoro indicato. Coefficiente di riempimento. Influenza delle condizioni ambiente sulle prestazioni. Caratteristica meccanica e regolazione di motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione. Sovralimentazione di motori a combustione interna.
- Combustione e gasdinamica in motori ad accensione comandata e in motori Diesel. Sistemi di iniezione per motori Diesel.
- Emissioni inquinanti da motori a combustione interna: formazione e tecniche per la loro riduzione.

Esercitazioni: 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.

Laboratori: Visita delle sale prova motori e relative attrezzature di rilievi dinamometrici e di emissioni inquinanti; banco prova iniettori presso il laboratorio di Macchine del Dipartimento di Energetica. Rilievo della caratteristica meccanica di un motore alternativo a combustione interna.

Le esercitazioni proposte richiedono l’uso di calcolatrici tascabili, del diagramma di Mollier del vapor d’acqua (in forma grafica, che può essere integrato da software commerciale). I testi degli esercizi numerici saranno forniti preliminarmente agli allievi e resi disponibili sul portale WEB dell’insegnamento. Gli studenti utilizzano i testi di riferimento solo per quegli aspetti coperti dall’insegnamento.

a) Testi di riferimento:
- A.E. Catania, Complementi di Macchine, Ed. Levrotto & Bella, Torino, 1979.
- G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, 1995.
- G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Progetto Leonardo, 2007.

b) Appunti disponibili presso il Centro Stampa del Politecnico di Torino:
- A.E. Catania, Turbocompressori, ACSV (Appunti dai Corsi Seminariali di Vercelli), Ed. CGVCU (Comitato per la Gestione in Vercelli dei Corsi Universitari), 1990.
- A.E. Catania, Compressori volumetrici, ACSV, Ed. CGVCU, 1991.
- A.E. Catania, Turbine idrauliche, ACSV, Ed. CGVCU, 1992.
- A. Mittica, Turbomacchine idrauliche operatrici, ACV, Ed. CGVCU, 1994.

L’esame consiste in una prova scritta ed una orale.
Prova scritta: si svolge in due ore e venti minuti. Consiste nello svolgimento di due esercizi numerici su impianti o macchine a fluido relativi ad argomenti svolti durante l’insegnamento. La valutazione dei due esercizi contribuisce con lo stesso peso alla valutazione finale dello scritto. E’ possibile utilizzare un formulario trascritto su un foglio A4. L'esame di Macchine incomincia quando il candidato consegna l'elaborato al termine della prova scritta. La soglia di ammissione alla prova orale è di 12/30.
Prova orale: consiste in una possibile discussione della prova scritta e nel rispondere a domande su argomenti di teoria trattati a lezione. La durata è variabile in base alle conoscenze dello studente.
Il voto di esame è determinato in base alla media dei risultati conseguiti nella prova scritta e nella prova orale.