Vengono trattati gli aspetti di carattere termodinamico, fluidodinamico e costruttivo, necessari per una corretta comprensione e valutazione quantitativa del funzionamento delle macchine termiche ed idrauliche, con particolare riferimento alle turbomacchine e agli impianti nei quali esse sono inserite. Vengono inoltre esaminati i componenti oleodinamici in termini di simbologia grafica, indici di prestazione e caratteristiche operative.

Le competenze acquisite consentiranno al futuro ingegnere di sviluppare le valutazioni quantitative e i calcoli necessari ad assumere le decisioni scientificamente, tecnicamente ed economicamente più corrette per le macchine e per gli impianti in cui queste sono inserite. 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.

Sono propedeutiche le conoscenze di base di Analisi Matematica, Geometria, Fisica, Termodinamica, Meccanica dei Fluidi, Meccanica maturate in insegnamenti precedenti del corso di laurea.

• 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 tecnico di una turbomacchina. Formulazione integrale, unidimensionale e locale delle leggi di conservazione. • Triangoli delle velocità per lo studio unidimensionale di una turbomacchina. Flussi bidimensionali in profili in schiera e meccanismo di generazione della coppia nelle palettature. • Flussi compressibili unidimensionali. Calcolo di ugelli e diffusori in condizioni nominali di funzionamento, analisi del loro comportamento in condizioni diverse da quelle di progetto. Flussi di Fanno e di Rayleigh in condotti a sezione costante. Caratterizzazione del choking. • Impianti di turbina a vapore. Ciclo Rankine-Hirn. Mezzi per aumentare il rendimento del ciclo a vapore. Valutazione delle prestazioni degli impianti a ciclo semplice, rigenerativi e cogenerativi. • Impianti di turbina a gas. Ciclo Joule-Brayton. Valutazione delle prestazioni degli impianti a ciclo semplice reale. Cenni alle metodologie utilizzate per aumentare il rendimento ed il lavoro utile. Impianti di turbina a gas cogenerativi e impianti a ciclo combinato gas-vapore. • Teoria della similitudine fluidodinamica e sua applicazione alle turbomacchine. • Turbomacchine. Classificazione e principi generali di funzionamento. − 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. Studio unidimensionale di uno stadio di turbina. 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, caratterizzazione del funzionamento in condizioni di similitudine fluidodinamica. • Oleodinamica. Schemi simbologici equivalenti secondo la normativa ISO 1219-1. Modello del flusso incompressibile, equazioni di base per i flussi laminari e per la lubrificazione, coefficiente di efflusso. Nozioni di propagazione ondosa. Gruppi di alimentazione. Principi di funzionamento delle valvole per il controllo della direzione, per il controllo della pressione e per il controllo della portata. Teoria dei blocchi funzionali. Cenni a pompe e ad attuatori.

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

• A. Ferrari, “Fondamenti di termofluidodinamica per le macchine”, Città Studi, De Agostini, 2019. • A. E. Catania, "Complementi di Macchine", Levrotto & Bella, 1979. Fotocopie fornite dai docenti (materiale non disponibile in commercio) tratte da: • 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. • N. Nervegna, “Oleodinamica e Pneumatica”, Politeko, ed. 2003. • Fotocopie fornite dai docenti (materiale non disponibile in commercio).

Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

L’esame consta di una parte scritta e, quando prevista dal docente, di una parte orale facoltativa (il docente, a sua discrezione, può comunque sempre decidere di sottoporre lo studente alla prova orale per verifica, anche in base all'analisi delle videoregistrazioni acquisite durante gli esami scritti). L’esame scritto è costituito da una parte oppure da due parti in successione: • la prima parte (sempre presente) consta di 15 o 18 domande a scelta multipla (la durata può variare da 1 ora e 50 minuti a 50 minuti a seconda della presenza o meno della seconda parte e in base al docente). Questa parte è relativa agli argomenti di teoria dell'insegnamento ma possono anche essere presenti quesiti 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 in ogni caso saturato a 30/30; • la seconda parte (a discrezione del docente) consta di 2 o 3 esercizi relativi all’intero programma dell'insegnamento (voto massimo 30/30). La difficoltà degli esercizi di esame è analoga a quelli proposti durante le esercitazioni. La durata della seconda parte è di 2 ore e 30 minuti. L’esame risulta superato se il punteggio della prima parte scritta (a risposte multiple) è maggiore o uguale a 15/30, se i quesiti proposti sono 15, oppure a 18/30 se i quesiti proposti sono 18, e se contemporaneamente il punteggio della seconda parte scritta (quando presente) è maggiore o uguale a 15/30, se gli esercizi proposti sono 2, oppure a 18/30 se gli esercizi proposti sono 3. Il voto finale della parte scritta risulta dalla media aritmetica delle valutazioni relative alle due parti (se la seconda parte è presente, altrimenti è dato dal voto conseguito nella sola prima parte). In presenza di esame orale facoltativo (di durata compresa tra 30 e 45 minuti), il voto dello scritto verrà comunque saturato a 26/30 e per ottenere una votazione finale maggiore sarà necessario sostenere il colloquio orale, nel qual caso il voto finale risulterà dalla media tra esame scritto ed esame orale. Specificatamente per il terzo insegnamento, la parte orale è a totale discrezione del docente, ma è comunque obbligatoria per votazioni inferiori a 18/30. Eventuali richieste di sostenere l’esame orale avanzate dagli studenti verranno prese in considerazione e in tutti i casi il voto finale sarà pesato sugli esiti della prova scritta e di quella orale.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;

L’esame consta di una parte scritta e, quando prevista dal docente, di una parte orale facoltativa (il docente, a sua discrezione, può comunque sempre decidere di sottoporre lo studente alla prova orale per verifica, anche in base all'analisi delle videoregistrazioni acquisite durante gli esami scritti). L’esame scritto è costituito da una parte oppure da due parti in successione: • la prima parte consta di 15 o 18 domande a scelta multipla (la durata può variare da 1 ora e 50 minuti a 50 minuti a seconda della presenza o meno della seconda parte e in base al docente). Questa parte è relativa agli argomenti di teoria dell'insegnamento ma possono anche essere presenti quesiti 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 in ogni caso saturato a 30/30; • la seconda parte (a discrezione del docente) consta di 2 o 3 esercizi relativi all'intero programma dell'insegnamento (voto massimo 30/30). La difficoltà degli esercizi di esame è analoga a quelli proposti durante le esercitazioni. La durata della seconda parte è di 2 ore e 30 minuti. L’esame risulta superato se il punteggio della prima parte scritta (a risposte multiple) è maggiore o uguale a 15/30, se i quesiti proposti sono 15, oppure a 18/30 se li quesiti proposti sono 18, e se contemporaneamente il punteggio della seconda parte scritta (quando presente) è maggiore o uguale a 15/30, se gli esercizi proposti sono 2, oppure a 18/30 se gli esercizi proposti sono 3. Il voto finale della parte scritta risulta dalla media aritmetica delle valutazioni relative alle due parti (se la seconda parte è presente, altrimenti è dato dal voto conseguito nella sola prima parte). In presenza di esame orale facoltativo (di durata compresa tra 30 e 45 minuti), il voto dello scritto verrà comunque saturato a 26/30 e per ottenere una votazione finale maggiore sarà necessario sostenere il colloquio orale, nel qual caso il voto finale risulterà dalla media tra esame scritto ed esame orale. Specificatamente per il terzo insegnamento, la parte orale è a totale discrezione del docente, ma è comunque obbligatoria per votazioni inferiori a 18/30. Eventuali richieste di sostenere l’esame orale avanzate dagli studenti verranno prese in considerazione e in tutti i casi il voto finale sarà pesato sugli esiti della prova scritta e di quella orale.