Le macchine a fluido, termiche o idrauliche, assolvono un ruolo fondamentale nei sistemi meccanici che coinvolgono il fluido come mezzo di trasmissione o per la conversione dell'energia. In questo contesto si inquadra l'insegnamento di Macchine a Fluido che analizza gli aspetti costruttivi, i principi di funzionamento e le prestazioni delle macchine sia dinamiche sia volumetriche. Più in dettaglio, viene discussa la scelta ottimale della macchina in ragione del sistema in cui essa deve essere integrata, il suo dimensionamento di massima e la stima delle sue prestazioni in condizioni di progetto e di 'fuori-progetto'. L'analisi del fuori-progetto, in particolare, ha un ruolo formativo fondamentale nella definizione della figura professionale di ingegneri impegnati nella valutazioni, gestione e controllo di tutti i sistemi energetici industrialmente impiegati. 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.

Per la corretta fruizione dell'insegnamento sono necessarie: - le conoscenze di base delle Macchine a Fluido, fornite nei corsi di Fondamenti di Macchine a Fluido, con particolare riferimento ai flussi nei condotti fissi e mobili delle macchine ed agli strumenti utilizzati per l'analisi delle macchine in condizioni di progetto; - le conoscenze necessarie per la valutazione di sistemi energetici, fornite nei Corsi che trattano la Termodinamica, la Termocinetica; - l'abilità di applicare le leggi di conservazione (Massa, Quantità di moto, Momento angolare della quantità di moto, ed Energia); - l'abilità di valutare le prestazioni di macchine motrici, macchine operatrici e di impianti motori per la produzione di energia elettrica in condizioni nominali di progetto.

Durante l'insegnamento verranno trattati seguenti argomenti: - Sintetici richiami delle Leggi di conservazione per processi reali in sistemi a fluido ed applicazioni ai motori termici e alle turbomacchine. Interazione entropica e legge di evoluzione dell’energia per sistemi chiusi e aperti; - Termodinamica della Combustione a volume costante, a pressione costante ed in regime stazionario; - Similitudine fluidodinamica e sue implicazioni nella scelta di una macchina; - Macchine dinamiche operatrici (Pompe, Compressori e Ventilatori) radiali ed assiali. Dimensionamento di massima di una macchina operatrice. Regolazione delle macchine dinamiche operatrici; - Giunti e convertitori dinamici di coppia; - Compressori alternativi, rotativi a palette e Roots e loro regolazione; - Macchine dinamiche motrici (Turbine idrauliche ed a fluido compressibile). Dimensionamento di massima e regolazione; - Impianti di produzione energia elettrica (idraulici, a vapore e a gas). Analisi delle prestazioni in condizioni di progetto e fuori progetto; - Impianti cogenerativi per la produzione di energia elettrica e di calore sia a gas che a vapore. Analisi delle prestazioni in condizioni di fuori progetto; - Impianti combinati gas-vapore. Analisi delle condizioni di progetto; - 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.

- 75 ore di lezione in aula, mirate allo sviluppo di conoscenze relative all'analisi delle prestazioni delle macchine operatrici, motrici e degli impianti motori per la produzione energia (come descritto in dettaglio nel programma). - 24 ore di Esercitazione in aula, 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. 1 ora di Laboratorio: è prevista una attività integrativa di laboratorio in gruppo che, per motivi organizzativi, verrà proposte solo agli studenti dell'anno accademico in corso. Al termine della attività integrativa di laboratorio il gruppo di studenti potrà compilare una relazione che sarà valutata dal docente e che concorrerà alla valutazione finale con un bonus non superiore a 4 punti. 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.

a) Testi di riferimento: - dispense messe a disposizione dal docente relative agli argomenti del corso. - A.E. Catania, Complementi di Macchine, Ed. Levrotto & Bella, Torino, 1979. - 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. - S. L. Dixon, C. Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, Butterworth-Heinemann - C. Dongiovanni, D. Misul, Esercizi di Macchine, Ed. Clut, Torino, 2016 - A. Ferrari “Fondamenti di Termofluidodinamica per le Macchine”, De Agostini, 2020 - A. Mittica, Turbomacchine idrauliche operatrici, ACV, Ed. CGVCU, 1994. b) Testi consigliati per l'approfondimento Appunti disponibili presso il Centro Stampa del Politecnico di Torino: - G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, 1995. - G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Progetto Leonardo, 2007.

Slides; Dispense; Libro di esercitazione; Esercitazioni di laboratorio; Materiale multimediale ;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group graphic design project;

... Modalità di esame: prova scritta (in aula); prova orale obbligatoria. Risultati di apprendimento attesi. L'esame è teso a verificare la capacità dello studente nel valutare le prestazioni di una macchina a fluido o di un impianto motore sia in condizioni di progetto sia di fuori progetto. In particolare, si accerteranno la: - conoscenza del principio di funzionamento di macchine dinamiche e volumetriche sia di tipo operatore che motore; - conoscenza dell'interazione macchina-impianto sia in fase di progetto che in condizioni di fuori-progetto; - conoscenza delle prestazioni di un impianto motore sia in progetto che in fuori-progetto. Criteri, regole e procedure per l'esame. L’esame consiste in una prova scritta ed una orale obbligatoria. Prova scritta (140 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. Materiale consentito durante la prova scritta. Oltre alla calcolatrice, al diagramma di Mollier per il vapor d'acqua (formato cartaceo) e alle tabelle della curva limite per il vapor d'acqua, lo studente può utilizzare un proprio formulario trascritto su un foglio A4. L'esame si intende iniziato quando il candidato consegna l'elaborato al termine della prova scritta. L'esame scritto viene considerato superato, consentendo l'accesso alla successiva prova orale, solo se il voto ottenuto è almeno pari a 15/30. Prova orale obbligatoria: 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. Valutazione Finale. Il voto dell'esame è determinato in base alla media dei risultati conseguiti nella prova scritta e nella prova orale. Limitatamente agli studenti iscritti all'anno accademico in corso, lo studente potrà aumentare fino a quattro punti la valutazione finale dell'esame. Tale bonus potrà essere usufruito solo nel caso in cui: a) l'esame scritto-orale sia stato superato con esito positivo (voto superiore a 18/30); b) lo studente sia iscritto all'anno accademico in corso; c) lo studente abbia svolto le attività indicate e consegnato le dovute relazioni nei tempi previsti. Studenti di anni accademici precedenti, anche qualora seguano il corso di Macchine per la prima volta, non potranno usufruire del bonus su indicato. Il bonus ottenuto potrà essere usufruito solo nell'anno di prima iscrizione al corso.

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.