Le macchine sono l’elemento centrale di ogni sistema energetico e di molti impianti meccanici, grazie soprattutto alla loro capacità di trasformare tra loro le forme di energia attraverso il lavoro svolto dal (o sul) mezzo fluido. In particolare, le turbine a gas, a vapore e idrauliche giocano un ruolo fondamentale nella produzione di energia mentre i compressori e le pompe industriali sono componenti basilari degli impianti che regolano la vita di tutti i giorni. Coerentemente con le finalità e gli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Ingegneria Energetica, l’insegnamento di Fondamenti di Macchine fornisce le conoscenze di base relative al funzionamento di macchine motrici e operatrici, a fluido comprimibile e incomprimibile, necessarie alla valutazione delle loro prestazioni in condizioni di progetto. Nel primo modulo del corso (della durata indicativa di 6 ore) sono richiamati i principali concetti di carattere termodinamico e fluidodinamico necessari ad una corretta valutazione del funzionamento delle macchine. Nel secondo modulo (della durata di circa 36 ore) sono descritte le caratteristiche delle macchine sia da un punto di vista fluidodinamico sia energetico, specificandone di volta in volta il campo di utilizzo. Inoltre, è effettuata la descrizione dei cicli termodinamici di base per i principali fluidi di processo (gas e vapore) e si riportano le diverse definizioni di efficienza sia per le macchine sia per gli impianti. Parallelamente alla spiegazione teorica si fanno esempi pratici con lo scopo di associare i concetti appresi a macchine realmente esistenti, stimolando la riflessione anche sui principali problemi incontrati dai progettisti. Il terzo modulo del corso (di circa 18 ore) affianca gli altri due e consiste nella risoluzione di problemi applicativi legati alla parte teorica oggetto delle lezioni immediatamente precedenti. Le esercitazioni sono condotte per quanto possibile in maniera interattiva con l’obiettivo di stimolare lo studente ad utilizzare le competenze acquisite durante il corso rendendole parte integrante del bagaglio di conoscenze tecniche che sarà poi la base di una proficua attività professionale.

Al termine dell’insegnamento gli studenti dovranno essere in grado di: - Ricordare le nozioni necessarie per valutare, anche solo in maniera quantitativa, le prestazioni di una macchina dati i suoi parametri di funzionamento principali. - Capire la differenza tra le diverse macchine e le loro possibili applicazioni, anche in relazione alla taglia e alla tipologia di gas evolvente. - Discutere in maniera critica degli aspetti principali legati alla progettazione e all’esercizio delle macchine. - Analizzare semplici macchine o impianti identificando correttamente i componenti e la loro funzione. - Valutare quali siano le decisioni tecnicamente più corrette da prendere per la progettazione efficace di una macchina o di un impianto considerando gli aspetti funzionale, energetico ed ambientale.

Per la corretta comprensione dei concetti inclusi nel programma, sono necessarie conoscenze di base di carattere termodinamico e fluidodinamico, che saranno comunque richiamate nella prima parte del corso. È ritenuta fondamentale anche la conoscenza della fisica di base. Ove possibile, sono utili competenze di meccanica dei materiali, ma non rappresentano un prerequisito vincolante.

L’insegnamento di Fondamenti di Macchine è organizzato in tre moduli: - Il primo modulo (6 ore) è dedicato al richiamo dei concetti termodinamica e fluidodinamica. - Il secondo modulo (36 ore) tratta delle macchine a fluido e delle loro principali caratteristiche. - Il terzo modulo (18 ore, parallelo ai primi due) consiste nella risoluzione di problemi applicativi. In dettaglio, durante i primi due moduli saranno toccati i seguenti argomenti: - Primo principio della termodinamica, secondo principio della termodinamica, equazioni di bilancio. - Ugelli, rappresentazione nel piano termodinamico delle trasformazioni di espansione e compressione, politropiche principali. - Macchine motrici ed operatrici, triangoli di velocità, grado di reazione cinematico ed isentropico. - Turbina ad azione, a reazione, caratteristiche delle palettature di turbina, descrizione delle perdite, calcolo del rendimento, turbine multistadio, turbine asso-radiali e radiali. - Turbina a vapore, caldaia, cenni di combustione in caldaia, rendimenti di turbina e impianto, metodi per aumentare il rendimento, cogenerazione. - Turbocompressori assiali e asso-radiali, caratteristiche delle palettature dei compressori assiali, calcolo del rendimento, compressione inter-refrigerata, caratteristica del compressore, stallo, accoppiamento degli stadi, pompaggio. - Ciclo Brayton-Joule ideale e reale, cenni di combustione in camera di combustione, rendimento di impianto, impianto combinato, metodi per aumentare il rendimento. - Turbopompa centrifuga, caratteristica della pompa e del circuito, teoria della similitudine e scalatura delle curve di funzionamento, cavitazione, pompe in serie e parallelo. - Turbine eoliche, caratteristiche dei rotori, teoria di Betz, aerodinamica del profilo alare.

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Il corso è articolato in 15 lezioni della durata di 3 ore e in 10 esercitazioni della durata di 1 ora e 30 minuti. Le lezioni sono tenute tramite la proiezione di lucidi integrata con momenti di approfondimento e interazione. I lucidi sono forniti allo studente tramite la sezione Materiali del Portale della Didattica prima della lezione stessa, consentendo quindi la visione anticipata degli argomenti trattati. Le esercitazioni consistono nello svolgimento di esercizi in applicazione dei concetti trattati a lezione. Le esercitazioni sono per quanto possibile organizzate in maniera interattiva per stimolare l’apprendimento degli studenti. I testi degli esercizi sono resi disponibili prima dell’esercitazione mentre la loro risoluzione è rilasciata dopo lo svolgimento della sessione in aula.

Sono disponibili sul Portale della Didattica sia le dispense relative alla teoria oggetto del corso sia i testi degli esercizi svolti in aula. Inoltre, sono disponibili i diagrammi e le tabelle necessari per la comprensione di alcuni argomenti e per il corretto svolgimento degli esercizi. Si consigliano i seguenti testi per l’approfondimento delle tematiche trattate in aula: - S.L. Dixon. Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery. Elsevier Butterworth–Heinemann, ISBN: 0-7506-7870-4 - C. Osnaghi. Teoria delle Turbomacchine. Esculapio Editore, ISBN: 978-8893852180 - C. Dongiovanni, D. Misul. Esercizi di Macchine. CLUT Editrice, ISBN: 9788879923866

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L’esame in presenza è esclusivamente scritto, per una durata complessiva di 140 minuti (cui vanno aggiunti i tempi tecnici di distribuzione e ritiro dei testi, non quantificabili a priori). L’esame è volto a valutare sia le conoscenze teoriche dello studente (prima parte) sia l’abilità nel risolvere problemi (seconda parte). La prima parte ha una durata di 40 minuti ed è composta da 12 domande a risposta multipla. Per ogni risposta corretta è assegnato 1 punto, per ogni risposta non data sono assegnati 0 punti, per ogni risposta errata sono revocati 0,25 punti. Alla fine dei 40 minuti si procederà al ritiro degli elaborati. Il punteggio massimo della prima parte è 12/32. Il punteggio minimo affinché lo studente venga ammesso alla seconda parte dell’esame è 6/32. Non è consentito l’uso di libri, appunti, cellulari o tablet. La seconda parte ha una durata di 100 minuti ed è composta da 2 esercizi. Il punteggio massimo della seconda parte è 20/32. Il punteggio minimo affinché la commissione consideri superata la seconda parte è 10/32. È consentito l’uso delle dispense, degli appunti personali, del diagramma di Mollier e delle tabelle delle curve limite (forniti dal docente o di proprietà dello studente) e di una calcolatrice scientifica. Non è consentito l’uso di cellulari o tablet. Una volta completata la prima parte, il candidato può ritirarsi in qualunque momento. Se il candidato si ritira la sua prova non sarà valutata e il risultato non sarà verbalizzato. Qualora invece il candidato consegni tutti i suoi elaborati, allora l’esame sarà corretto dalla commissione e l’esito sarà registrato dopo averlo comunicato agli studenti, indipendentemente dal fatto che il risultato sia positivo o negativo. Per valutazioni strettamente superiori a 30/32 sarà assegnata la Lode. Il docente si riserva il diritto di modificare alcune norme in corso d’opera (senza però stravolgere le regole d’esame qui riportate) qualora siano individuate delle criticità che rischino di penalizzare i candidati.

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.