MACCHINE A FLUIDO
Anno accademico 2025/2026 - Docente: Michele MESSINARisultati di apprendimento attesi
La Disciplina si propone l'obiettivo di formare giovani ingegneri operanti nel settore industriale, fornendo loro, attraverso lezioni frontali, esercitazioni numeriche ed esperienze di laboratorio, competenze specifiche nei settori relativi alle Turbomacchine motrici ed operatrici, agli Impianti Motori Idraulici, ai Motori a Combustione Interna sia Alternativi che Rotativi, ai Componenti tradizionali degli impianti per la generazione dell'energia tramite conversione termomeccanica. Gli obiettivi formativi del corso sono altresì rivolti al trasferimento delle conoscenze specifiche che l'allievo deve dimostrare di aver conseguito, con l'obiettivo di ricoprire ruoli industriali nella progettazione, manutenzione e nel coordinamento e direzione aziendale nel settore delle Macchine e dei Sistemi per l’Energia e l’Ambiente soprattutto nel settore delle Fonti di Energia Rinnovabile. Verranno infine fornite nozioni di pneumatica e oleodinamica.
Le competenze acquisite sono spendibili nell’ambito dell’industria e dello sviluppo sostenibile, in accordo con gli obiettivi 9 e11 dell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali (56 ore) ed esercitazioni numeriche (60 ore).
Prerequisiti richiesti
Fisica Tecnica (Formativa)
Meccanica applicata alle macchine (Formativa)
Frequenza lezioni
Obbligatoria
Contenuti del corso
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teoria |
1 |
Introduzione al corso. La classificazione delle macchine a fluido. (Teoria CAP 1 pdf; Teoria CAP 2 pdf) |
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teoria |
1 |
La classificazione dei sistemi energetici. Le fonti di energia rinnovabili. (Teoria CAP 2 pdf) |
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teoria |
1 |
Primo principio della termodinamica. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
4 |
Applicazione sul primo principio della termodinamica. (Esercizi 1 pdf) |
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teoria |
1 |
Lavoro politropico, isoentropico, isotermo e reale. Lavoro di contro-recupero e di recupero. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
1 |
Applicazioni sul lavoro politropico, isoentropico, isotermo e reale. (Esercizi 1 pdf) |
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teoria |
1 |
Equazione dell'energia in forma meccanica e termica. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
2 |
Applicazione dell'equazione dell'energia in forma meccanica e termica. (Esercizi 1 pdf) |
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teoria |
1 |
Eq. Cardinali dell'efflusso. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
1 |
Es. su compressione di vapor d'acqua saturo secco. (Esercizi 1 pdf) |
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teoria |
4 |
Cono di Mach. Eq. di De Saint-Venant. Eq. di Hugoniot. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
1 |
Esercitazione sugli scambiatori di calore. (Esercizi 1 pdf) |
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teoria |
1 |
La gasdinamica degli ugelli. (Teoria CAP 2 pdf) |
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teoria |
2 |
Cono di Stodola. Equazione di Eulero e suo corollario. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
3 |
Esercitazione sulla gasdinamica degli ugelli. (Esercizi 1 pdf) |
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teoria |
3 |
Turbine a vapore. (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
3 |
Esercitazione sulle turbine a vapore ad azione. (Esercizi 2 pdf) |
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eserc. |
3 |
Esercitazione sulle turbine a vapore a reazione. (Esercizi 2 pdf) |
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teoria |
1 |
La regolazione delle turbomacchine a vapore. (Teoria CAP 2 pdf) |
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teoria |
1 |
Cenni ai fenomeni tridimensionali (Teoria CAP 2 pdf) |
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eserc. |
2 |
Es. su impianti a vapore in contropressione (Esercizi 2 pdf) |
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teoria |
1 |
Turbina Curtis. (Teoria CAP 3 pdf) |
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eserc. |
1 |
Esercitazione sulle turbine Curtis. (Esercizi 2 pdf) |
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teoria |
1 |
Turbine a vapore a salti di pressione. (Teoria CAP 3 pdf) |
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teoria |
2 |
Le turbomacchine motrici idrauliche. Teoria della similitudine. (Teoria CAP 4 pdf) |
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teoria |
2 |
Turbina Pelton (Teoria CAP 4 pdf) |
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eserc. |
3 |
Es. sulle turbine Pelton (Esercizi 2 pdf) |
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teoria |
2 |
Turbine Francis. (Teoria CAP 4 pdf) |
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teoria |
2 |
Teoria alare. Turbine Kaplan. Tubo diffusore e gomito di Kaplan. Macchine reversibili. (Teoria CAP 4 pdf) |
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eserc. |
3 |
Es. sulle Turbine Francis (Esercizi 2 pdf) |
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eserc. |
3 |
Esercitazione sulle turbine Kaplan. (Esercizi 2 pdf) |
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eserc. |
2 |
Introduzione al programma. Presentazione Computational Fluid Dynamics con Ansys Fluent. Esercitazione numerica su ugello De Laval confronto 1D - CFD 3D |
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teoria |
3 |
Macchine operatrici: teoria generalizzata, prevalenza ideale e z pale, caratteristica meccanica interna, compressori centrifughi, TDV (Slide M.O., Caputo, Turbomacchine CAP 7) |
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teoria |
2 |
Prevalenza e caratteristica meccanica interna reali, diffusore liscio e palettato, diffusione su piano entalpico (Slide M.O., Caputo, Turbomacchine CAP 7) |
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eserc. |
3 |
Esercitazioni numeriche su compressori e pompe centrifughe (Slide esercitazioni M.O.) |
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teoria |
1 |
Compressori assiali, layout, triangoli di velocità, curva caratteristica (Slide M.O., Caputo, Turbomacchine CAP 7) |
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eserc. |
1 |
Esercizio su compressore centrifugo (Slide esercitazioni M.O.) |
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teoria |
2 |
Macchine operatrici idrauliche, applicazione ai circuiti, calcolo caratteristica meccanica esterna (Slide M.O., Caputo, Turbomacchine CAP 7) |
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eserc. |
1 |
Esercitazioni su compressori assiali (Slide esercitazioni M.O.) |
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teoria |
2 |
Accoppiamento M.O./M.M., procedura di matching. Condizioni di instabilità delle M.O.: La cavitazione ed il metodo NPSH, stallo e pompaggio (Slide M.O., Caputo, Turbomacchine CAP 7) |
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eserc. |
3 |
Esempio numerico di procedura di matching. Esercizi su cavitazione e NPSH. Simulazione CFD profilo aerodinamico (Slide esercitazioni M.O.) |
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teoria |
2 |
Compressori volumetrici alternativi, principio di funzionamento, lavoro a ciclo ideale, beta limite, caratteristica interna, caso reale, perdite, diagramma a farfalla (Slide M.O.) |
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eserc. |
3 |
Esercitazioni numeriche su CVA e M.O. (Slide esercitazioni M.O.) |
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teoria |
3 |
MCI, cenni storici, cicli ideali Otto, Diesel, Sabathè, ideali, consumo specifico di combustibile, rapporto volumetrico di compressione, rendimenti (Slide M.C.I., D. Giacosa CAP 1, 3) |
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teoria |
2 |
MCI, cicli limite, combustione, dosatura, numeri di ottano e di cetano. Cicli indicati, diagramma polare della distribuzione (Slide M.C.I., D. Giacosa CAP 4) |
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teoria |
1 |
MCI, prestazioni, potenza, coppia, Pmi e Pme, rendimento organico, coefficiente di riempimento, diagrammi di coppia e potenza, cenni alla sovralimentazione (Slide M.C.I., D. Giacosa CAP 7) |
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eserc. |
2 |
Esercitazioni su MCI (Slide esercitazioni M.C.I.) |
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teoria |
1 |
Impianti turbogas, ciclo Brayton-Joule ideale, rendimento e lavoro utile, ciclo reale, interrefrigerazione, rigenerazione e ricombustione (Slide Impianti turbogas, Dossena CAP 10) |
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eserc. |
2 |
Esercitazioni su impianti turbogas (Slide esercitazioni impianti turbogas) |
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teoria |
2 |
Oleodinamica e pneumatica: Introduzione, concetti base, differenze, vantaggi e svantaggi, campi di applicazione. Principi di idraulica applicati all'oleodinamica (Slide oleodinamica) |
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teoria |
1 |
Circuiti oleodinamici: principi di funzionamento, componentistica base, fluido idraulico, pompe ed attuatori, calcolo forze. (Slide oleodinamica) |
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eserc. |
2 |
Seminario su applicazioni 3D printing per le Macchine a Fluido |
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teoria |
1 |
Circuiti oleodinamici: componenti aggiuntivi, principi base valvole distributrici, prestazioni pompe idrauliche volumetriche (Slide oleodinamica) |
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eserc. |
1 |
Applicazioni numeriche di oleodinamica (Slide esercitazioni oleodinamica) |
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eserc. |
3 |
Applicazioni numeriche di oleodinamica (Slide esercitazioni oleodinamica) |
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teoria |
1 |
Circuiti oleodinamici: simbologia unificata ISO 1219-1, uso simbologia in circuiti elementari, dettagli valvole distributrici (Slide oleodinamica) |
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eserc. |
1 |
Esercizi di oleodinamica e circuiti idraulici (Slide esercitazioni oleodinamica) |
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teoria |
2 |
Circuiti oleodinamici: caratteristiche pompe volumetriche, dettagli valvole e servovalvole, attuatori lineari e rotativi, valvole di controllo (Slide oleodinamica) |
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eserc. |
1 |
Esempi applicativi di circuiti oleodinamici (Slide esercitazioni oleodinamica) |
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teoria |
2 |
Pneumatica: generalità, produzione, distribuzione, stoccaggio e trattamento aria compressa. (Slide pneumatica) |
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eserc. |
1 |
Esempi su dimensionamento serbatoi e condotti aria compressa. (Slide pneumatica) |
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eserc. |
1 |
Esempi attuatori pneumatici lineari e rotativi, valvole pneumatiche e relativi azionamenti. Consumo aria compressa. (Slide pneumatica) |
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eserc. |
1 |
Esempi di dimensionamento cilindri per applicazioni pneumatiche. Esercizi su stima consumo aria compressa (Slide pneumatica) |
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eserc. |
2 |
Esempi di impianti pneumatici complessi. (Slide pneumatica) |
Testi di riferimento
1. C.CAPUTO:"Gli impianti motori termici" - ESA
2. O.ACTON - C.CAPUTO: “Introduzione allo studio delle macchine” - UTET
3. C.CAPUTO: “Le Turbomacchine” – Vol. II. MASSON
4. O.ACTON - C.CAPUTO: “Compressori ed espansori volumetrici” - UTET
5. L. CATALANO – M. NAPOLITANO: “Elementi di macchine operatrici a fluido” – PITAGORA EDITRICE
6. M. BIANCHI – F. MELINO – A. PERETTO: “Sistemi energetici” – PITAGORA EDITRICE – Bologna – Vol.1, 2, 3
7. C. D’AMELIO – “Elementi di macchine. Le turbine idrauliche” – Fridericiana Editrice Universitaria
8. O.ACTON: "Turbomacchine" - UTET
9. A.BECCARI-C.CAPUTO:"Motori termici volumetrici" – UTET
10. D. GIACOSA: “Motori endotermici” - HOEPLI
11. Dispense del Corso
12. Hanno Speich e Aurelio Bucciarelli: Manuale di oleodinemica – Dai principi alla meccatronica. Casa Editrice Tecniche nuove.
13. Belforte, Manuello, Mazza – Pneumatica – Tecniche nuove.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI | 6 |
| 2 | I PROCESSI TERMICI E TERMODINAMICI NELLE MACCHINE | 2 |
| 3 | I FONDAMENTI DELLA FLUIDODINAMICA NELLE TURBOMACCHINE | 2, 3 |
| 4 | LE TURBOMACCHINE MOTRICI IDRAULICHE | 3, 7, 8, 11 |
| 5 | LE TURBOMACCHINE MOTRICI A FLUIDO COMPRIMIBILE | 3 |
| 6 | LE TURBOMACCHINE OPERATRICI | 3, 5 |
| 7 | COMPRESSORI VOLUMETRICI ALTERNATIVI | 4 |
| 8 | IMPIANTI MOTORI PER LA PRODUZIONE DI POTENZA | 1, 9, 10, 11 |
| 9 | PRINCIPI DI OLEODINAMICA | 11, 12 |
| 10 | PRINCIPI DI PNEUMATICA | 11, 13 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Prova scritta. Risoluzione di applicazioni numeriche.
Prova orale. Elementi di valutazione: pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, qualità dei contenuti, capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma, capacità di riportare esempi, proprietà di linguaggio tecnico e capacità espressiva complessiva dello studente
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio al fine di programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. In tal caso, si consiglia rivolgersi al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di afferenza del Corso di Laurea.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Equazioni di Eulero per le Turbomacchine; Compressori Volumetrici Alternativi; Monostadio assiale ad azione;
Impianti Turbogas;
Motori Alternativi a Combustione Interna; Gasdinamica degli ugelli;
Fonti di energia rinnovabile; Classificazione delle Macchine;
Sistemi per la produzione di energia da fonte solare, eolica e marina;
Descrizione di un circuito oleodinamico;
Valutazione della forza e della potenza di un attuatore lineare;
Trattamento dell’aria per i sistemi pneumatici;
Determinazione del consumo d’aria per gli impianti pneumatici.