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 conoscenze di base di analisi matematica, geometrica differenziale, meccanica newtoniana, termodinamica classica e fluidodinamica. Esse vengono tradizionalmente impartite nei precedenti insegnamenti 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 (teoria di Reynolds), 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 ed esperienze i concetti illustrati durante le lezioni.

• A. Ferrari, “Fondamenti di termofluidodinamica per le macchine”, Città Studi, De Agostini, 2021. • 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 scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L’esame si prefigge di accertare la capacità di analizzare quantitativamente le prestazioni delle macchine a fluido termiche e idrauliche (includendo i componenti oleodinamici) e la conoscenza dei relativi fenomeni fluidodinamici e termodinamici di maggior interesse. Verranno inoltre valutate le capacità di effettuare le scelte più opportune, sia per gli impianti sia per le macchine che li compongono, sotto i diversi aspetti (tecnici ed economici). 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 massima: 3-4 ore) L’esame scritto è suddiviso in due parti: - La prima parte (sempre presente, con durata di 45-60 minuti) consta di 17/20 domande a scelta multipla. Questa parte sarà relativa principalmente agli argomenti di teoria del corso, tuttavia potrebbero essere presenti alcune domande che richiedono veloci calcoli. Per ogni risposta corretta è assegnato 1 punto, per ogni risposta non data sono assegnati 0 punti, per ogni risposta errata sono assegnati da -0.25 a -0.5 punti. - La seconda parte (a discrezione del docente e, quando presente, con durata di 2.5-3 ore), consta di esercizi che presentano difficoltà analoghe a quelle degli esercizi proposti durante le esercitazioni svolte in aula. Il voto finale dell’esame scritto risulta determinato da una media delle valutazioni delle due parti. L’esame risulta non superato se il voto finale dell’esame scritto è inferiore a 18/30. 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 tal caso l’esame non verrà corretto e la bocciatura non verrà registrata. Una volta che l’esame scritto viene corretto, è ancora possibile ritirarsi, ma sarà registrata la bocciatura. Esame orale L'esame orale è facoltativo ; l'eventuale colloquio verte sul programma del corso, esercitazioni comprese, consta solitamente di 2-3 domande e ha una durata di 30-45 minuti. Nel caso in cui il voto dell'esame scritto sia compreso 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 il voto dell'esame scritto sia compreso 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 pesata tra l'esame scritto e l'esame orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.