Il Corso si articola in due moduli didattici, il primo dei quali tratta i complementi delle Macchine a Fluido, mentre il secondo riguarda i Complementi di Meccanica Strutturale. Per quanto riguarda il modulo di Macchine saranno analizzate le prestazioni delle principali macchine a fluido motrici, turbomacchine e macchine volumetriche, inserite nei relativi impianti sia in condizioni di funzionamento nominale, sia in condizioni di regolazione. Per quanto riguarda il modulo di Meccanica Strutturale saranno analizzate le problematiche di cedimento statico, a fatica e a fatica termo-meccanica dei componenti e sarà presentata la metodologia di studio analitico e secondo normativa dei recipienti in pressione.

Il modulo di Macchine applica con sistematicità i principi della termofluidodinamica e dell’energetica ai sistemi di conversione dell'energia ed ai loro componenti, presentando gli aspetti formativi necessari per consentire allo studente la scelta di una turbomacchina, di un motore alternativo a combustione interna e, più in generale, di un impianto motore, in relazione alla rispettiva utilizzazione. Il corso fornisce le nozioni per affrontare e risolvere autonomamente problemi specifici di regolazione e controllo delle macchine e dei sistemi energetici. Il modulo di Meccanica Strutturale si propone di fornire allo studente le conoscenze per comprendere le modalità di cedimento sotto carico costante o ciclico di componenti strutturali e di poter eseguire i principali calcoli relativi al progetto/verifica strutturale dei recipienti, tenendo conto della indicazioni tecniche date dalla normativa di riferimento.

Sono necessarie le conoscenze di base delle Macchine a Fluido, nonchè quelle derivanti dai Corsi che trattano la Termodinamica, la Termocinetica, la Meccanica Applicata alle Macchine, la Meccanica dei Fluidi i Fondamenti di Meccanica Strutturale (in particolare le condizioni di trazione, flessione, torsione e la teoria degli stati di tensione e di deformazione)

PARTE "COMPLEMENTI DI MACCHINE" Impianti motore con turbina a vapore d’acqua. Andamento della portata in turbina al variare delle condizioni di monte e di valle. Regolazione della portata di vapore mediante laminazione all’ammissione in turbina e mediante parzializzazione. Regolazione degli impianti a vapore a recupero parziale. Impianti motore con turbina a gas: ciclo reale, lavoro utile e rendimento globale. Regolazione degli impianti di turbina a gas monoalbero e bialbero a ciclo aperto. Regolazione degli impianti cogenerativi con iniezione di vapore e post-combustione. Turbine idrauliche motrici: definizioni delle grandezze caratteristiche. Particolarità costruttive e prestazioni delle turbine Pelton, Francis e Kaplan. Motori alternativi a combustione interna: rendimenti e cicli nel caso ideale e reale; espressioni della pressione media effettiva e della potenza. Apparato della distribuzione nei motori a 4 tempi e coefficiente di riempimento. Influenza della dosatura sulle prestazioni dei motori a ciclo Otto. Sovralimentazione con compressore a comando meccanico e con turbina a gas di scarico: confronto delle prestazioni. Dispositivi di alimentazione del combustibile per motori ad accensione comandata e dispositivi per la riduzione delle emissioni. Motori a carica magra. Prestazioni dei motori: caratteristica meccanica, caratteristica di regolazione e cubica di utilizzazione. Combustione nei motori Diesel. Apparati di alimentazione del combustibile nei motori ad accensione per compressione. PARTE "MECCANICA STRUTTURALE" Riepilogo su: Stato 3D delle tensioni e delle deformazioni - Vettore della tensione e tensore della tensione. Tensioni principali e direzioni principali. Invarianti dello stato di tensione. Tensori idrostatico e deviatorico. Cerchi di Mohr. Casi notevoli di sollecitazione. Cinematica delle deformazioni. Tensore delle deformazioni. Deformazioni principali. Relazione tra tensioni e deformazioni: legge di Hooke. Resistenza statica - Prova di trazione di materiali fragili e duttili. Ipotesi di cedimento statico di materiali fragili e duttili. Coefficiente di sicurezza statico. Effetto della temperatura sulle caratteristiche meccaniche. Scorrimento viscoso a caldo. Intaglio e fattore di concentrazione delle tensioni. Effetto d’intaglio nel cedimento statico. Resistenza a fatica - Fenomenologia e parametri caratteristici. Curva di Wöhler. Limite di fatica. Stima del diagramma SN del materiale. Influenza della tensione media: diagramma di Haigh del materiale. Effetto del tipo di carico, delle dimensioni, della finitura superficiale e della presenza d’intaglio. Limite di fatica del componente. Diagramma di Haigh e curva SN del componente. Coefficiente di sicurezza a fatica. Sollecitazione con cicli di ampiezza variabile. Fatica multiassiale. Comportamento ciclico e termo-meccanico - Prove a fatica oligociclica, isoterma e termo-meccanica. Parametri di caratterizzazione del comportamento a fatica oligociclica e modelli costitutivi corrispondenti. Parametri di caratterizzazione del comportamento a fatica termo-meccanica e modelli costitutivi corrispondenti. Modelli di danneggiamento: classificazione, modelli monoassiali, modelli multiassiali. Previsione della vita residua. Casi studio. Recipienti soggetti a pressione - Impostazione del problema, equazione differenziale di equilibrio e sua soluzione. Determinazione degli stati di tensione prodotti da pressione interna/esterna e da gradiente termico. Caso dei tubi sottili. Piastre assialsimmetriche. Gusci assialsimmetrici. Effetti di bordo. Collegamenti filettati. Disciplina della costruzione e dell’uso dei recipienti soggetti a pressione: direttiva europea Pressure Equipment Directive (PED), norma EN 13445, ASME.

Le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi pratici in applicazione dei concetti trattati a lezione con lo scopo di migliorarne la comprensione e fornire allo studente un’indicazione sull'ordine di grandezza dei principali parametri. E' prevista un'esercitazione pratica di laboratorio dove verranno misurate le deformazioni di un recipiente in pressione mediante estensimetri.

PARTE "COMPLEMENTI DI MACCHINE" Sono disponibili sul Portale della Didattica dispense relative alla parte teorica, i testi delle esercitazioni teoriche e il materiale didattico necessario per le prove di laboratorio. Testi consigliati per approfondimenti A. Capetti: Motori Termici. Ed. UTET, 1967. A.E. Catania: Complementi di macchine. Ed. Levrotto & Bella, 1979. G. Lozza: Turbine a gas e cicli combinati. Ed Esculapio, 1997. G. Cornetti: Macchine Idrauliche. Ed. Il Capitello, 2006. G. Cornetti – F. Millo: Macchine Termiche. Ed. Il Capitello, 2007. G. Ferrari: Motori a combustione interna. Ed Il Capitello, 2007 A. Dadone: Macchine idrauliche. Ed. CLUT-Torino, 1987 PARTE "MECCANICA STRUTTURALE" Sul Portale della Didattica è disponibile il materiale relativo alla parte teorica e alle esercitazioni. Testi consigliati per approfondimenti: F.A. Raffa, Elementi di meccanica strutturale, CLUT, 2008. L. Goglio, Resistenza dei materiali e dei collegamenti, Levrotto & Bella, 2006. M. Rossetto, Introduzione alla fatica dei materiali e dei componenti, Levrotto & Bella, 2000. F. Cesari, D. Martini, I recipienti in pressione, Pitagora Editrice Bologna, 2012.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;

Exam: Written test; Compulsory oral exam;

... L’esame prevede una prova scritta (esercizi numerici) ed una orale (parte di teoria). Il tempo complessivo per la prova scritta è di 3 ore. La prova è articolata su tre esercizi, due per Complementi di Macchine e uno per Meccanica strutturale, la cui tipologia e complessità è analoga agli esercizi svolti ad esercitazione. Durante la prova scritta non è possibile consultare appunti o altro materiale; è possibile utilizzare un singolo formulario su di un unico foglio in formato A4, la cui preparazione è a cura e discrezione dello studente. La prova orale si svolgerà secondo un calendario reso disponibile entro un giorno dalla data dello scritto, e verterà su due domande, una per ogni parte del corso, su argomenti di teoria. Per poter accedere alla prova orale è necessario riportare un voto non inferiore a 18/30 in ciascuna delle due parti della prova scritta. Al termine della prova orale, sarà assegnato un voto relativo a ciascuna parte di Corso, sulla base dei risultati della prova scritta e della prova orale. In fase di esame orale di Meccanica Strutturale è possibile portare la relazione scritta relativa alla prova di laboratorio sul recipiente in pressione. In caso positivo, sarà discussa con il docente e assegnato fino a un massimo di 1 punto sul voto medio tra scritto e orale di Meccanica Strutturale. L’esame è considerato superato se lo studente ha conseguito un voto di almeno 18/30 in entrambe le parti del Corso; il voto finale è la media pesata dei voti conseguiti in ciascuna parte.

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.