Conoscenza e capacità di comprensione: fornire una conoscenza essenziale ma rigorosa dei principi di funzionamento delle turbomacchine e delle macchine volumetriche. Dare le informazioni fondamentali sull’inquinamento da processi di combustione e sulle tecniche di contenimento e di abbattimento. Conoscere le tipologie e le caratteristiche operative dei gruppi motori per la propulsione navale.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: capacità di concepire il funzionamento delle macchine e spiegarlo sulla base di principi fisici e termodinamici fondamentali.
Autonomia di giudizio: capacità di raccogliere ed interpretare correttamente i dati di funzionamento delle macchine.
Capacità di apprendere: capacità di affrontare lo studio di macchine e sistemi energetici innovativi e/o complessi con una solida preparazione di base.

Propedeuticità: Fisica Tecnica

0. INTRODUZIONE, CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE
Generalità, classificazione e criteri di studio.
1. ELEMENTI DI TERMOFLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE
1.1 Richiami e complementi di termodinamica e di gasdinamica
1.2 Teoria monodimensionale delle turbomacchine
2. LE MACCHINE OPERATRICI IDRAULICHE E TERMICHE
2.1 Turbomacchine operatrici
2.1 Regolazione delle macchine operatrici
2.2 Pompe, i ventilatori e i compressori
2.2.1 Pompe
2.2.2 Ventilatori
2.2.3 Compressori
3. LE MACCHINE MOTRICI IDRAULICHE E TERMICHE
3.1 Turbine idrauliche
3.2 Combustione e inquinamento
3.3 Turbomacchine motrici termiche
3.3.1 Turbine termiche
3.3.2 Macchine a vapore
3.3.3 Turbine a gas
3.3.4 Cicli combinati e cogenerazione
3.4 Motori alternativi a combustione interna
3.4.1 Principi e aspetti funzionali di base
3.5 Macchine elettrochimiche
4. COMPLEMENTI DI MACCHINE MARINE
4.1 Generalità sui sistemi propulsivi navali
4.1 Macchine a vapore per la propulsione marina
4.2 Turbine a gas per la propulsione marina
4.3 Motori per la propulsione marina

Alberto Cavallini, Lino Mattarolo, "Termodinamica Applicata", Cleup Editore, Padova, 1990.
Vincenzo Dossena, Giancarlo Ferrari, Paolo Gaetani, Gianluca Montenegro, Angelo Onorati, Giacomo Persico, “Macchine a fluido”, CittàStudi Edizioni, 2020.
Giancarlo Ferrari, “Motori a Combustione Interna”, Esculapio, Bologna, 2016.
Giancarlo Ferrari, “Hydraulic and Thermal Mchines”, Esculapio, Bologna, 2007.
Renato Della Volpe, “Macchine”, Liguori Editore, Napoli, 2011.
Renato Della Volpe, “Impianti Motori per la Propulsione Navale”, Liguori Editore, Napoli, 1990.

Per approfondimenti su batterie, elettrolizzatori, stoccaggio di idrogeno:
Springer Handbook of Electrochemical Energy, C. Breitkopf, K. Swider-Lyons, Springer, 2016, ISBN: 9783662466568
Handbook of Batteries, D. Linden, T. B. Reddy, McGraw-Hill Professional, 2001, 9780071359788
Electrochemical Water Electrolysis, Fundamentals and Technologies, 2020 Taylor & Francis Group, 78-1-138-32932-4
Erik Wolf, Electrochemical Energy Storage for Renewable Sources and Grid Balancing, Chapter 9 - Large-Scale Hydrogen Energy Storage, doi.org/10.1016/B978-0-444-62616-5.00009-7
Solar Based Hydrogen Production Systems, Dincer, Joshi, 2013, Springer, 978-1-4614-7430-2
Carmo, Stolten et al., A comprehensive review on PEM water electrolysis, International Journal of Hydrogen Energy, 38, 12, 2013, 4901-4934, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.01.151
Mancera, Calderón et al., An Optimized Balance of Plant for a Medium-Size PEM Electrolyzer: Design, Control and Physical Implementation, Electronics 9, 5, (2020), 871, https://doi.org/10.3390/electronics9050871
Kumar, Himabindu, 2019, Hydrogen production by PEM water electrolysis – A review, Materials Science for Energy Technologies, 2, 3, (2019), 442-454, https://doi.org/10.1016/j.mset.2019.03.002
Erik Wolf, Electrochemical Energy Storage for Renewable Sources and Grid Balancing, Chapter 9 - Large-Scale Hydrogen Energy Storage (Pages: 129-142)
Manfred Klell, Handbook of Hydrogen Storage: New Materials for Future Energy Storage, Chapter 1 - Storage of Hydrogen in the Pure Form (Pages: 1-37)
Agata Godula-Jopek, Hydrogen Production by Electrolysis, Chapter 7 - Hydrogen Storage Options Including Constraints and Challenges (Pages: 273-309)

0. INTRODUZIONE, CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE Generalità, classificazione e criteri di studio. 1. ELEMENTI DI TERMOFLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE 1.1 Richiami e complementi di termodinamica e di gasdinamica Primo principio della termodinamica in funzione dell’energia interna e dell’entalpia, grandezze statiche, di ristagno, totali. Efflusso dei fluidi comprimibili. Trasformazioni ideali e reali di compressione ed espansione. 1.2 Teoria monodimensionale delle turbomacchine Principi di funzionamento delle turbomacchine: correnti assolute e relative, triangoli di velocità, teoria Euleriana, grado di reazione. La similitudine ed il numero caratteristico di macchina. 2. LE MACCHINE OPERATRICI IDRAULICHE E TERMICHE 2.3 Turbomacchine operatrici Curva caratteristica teorica ed effettiva. Cenno alla conformazione delle pale. 2.4 Regolazione delle macchine operatrici Interazione con l’impianto. Punto di funzionamento e regolazione. Macchine in serie e in parallelo. 2.5 Pompe, i ventilatori e i compressori 2.5.1 Pompe La cavitazione: descrizione e condizioni di insorgenza. Particolarità delle pompe dinamiche e volumetriche e loro curve caratteristiche. 2.5.2 Ventilatori Particolarità dei ventilatori e loro curve caratteristiche. 2.5.3 Compressori Particolarità dei compressori dinamici, processo termodinamico, curve caratteristiche e limiti funzionali (ingolfamento, stallo, pompaggio). Particolarità dei compressori volumetrici e curve caratteristiche. 3. LE MACCHINE MOTRICI IDRAULICHE E TERMICHE 3.1 Turbine idrauliche Generalità sugli impianti idroelettrici. Classificazione delle turbine idrauliche. Particolarità delle turbine Pelton, Francis, elica e Kaplan. 3.2 Combustione e inquinamento Caratteristiche e modalità di utilizzo dei combustibili. Trattazione elementare della combustione (richiami e complementi). Prodotti inquinanti della combustione e interventi per la loro riduzione. 3.3 Turbomacchine motrici termiche 3.3.1 Turbine termiche Classificazione degli stadi, rendimento della palettatura e condizioni ottime di funzionamento. 3.3.2 Macchine a vapore I cicli (richiami). I generatori di vapore. Architettura delle turbine a vapore. Campi di applicazione. 3.3.3 Turbine a gas Il ciclo Brayton semplice e rigenerativo (richiami), limiti termodinamici e tecnologici. Classificazione, architettu¬ra, aspetti costruttivi e funzionali. 3.3.4 Cicli combinati e cogenerazione Vantaggi dei cicli gas-vapore e della cogenerazione. Cenno ad alcune soluzioni d’impianto. 3.4 Motori alternativi a combustione interna 3.4.1 Principi e aspetti funzionali di base I cicli teorici (richiami). Aspetti funzionali dei motori Otto e Diesel, a 2 e a 4 tempi, aspirati e sovralimentati (ricambio della carica, alimentazione dell’aria e del combustibile, fenomenologia della combustione, definizione delle potenze e dei rendimenti, curve caratteristiche, trattamento dei gas di scarico). Particolarità dei motori Otto e Diesel, a due e a quattro tempi, con riferimento ai motori veloci per trazione e trasporto su strada. 3.5 Macchine elettrochimiche. Basi di elettrochimica, batterie, elettrolizzatori, e metodi di stoccaggio di idrogeno. 4. COMPLEMENTI DI MACCHINE MARINE 4.1 Generalità sui sistemi propulsivi navali Architettura di base dei sistemi meccanici ed elettrici, requisiti e vincoli della propulsione, combustibili alternativi 4.1 Macchine a vapore per la propulsione marina Cenni storici, le applicazioni attuali, vincoli progettuali e particolarità costruttive. 4.2 Turbine a gas per la propulsione marina Campi di applicazione, vincoli funzionali connessi all’impiego marino.

Lezioni teoriche, esercitazioni numeriche, rilievi sperimentali delle prestazioni di alcune macchine e, di norma, una visita tecnica.
Eventuali cambiamenti alle modalità qui descritte, che si rendessero necessari per garantire l'applicazione dei protocolli di sicurezza legati all'emergenza COVID19, saranno comunicati nel sito web di Dipartimento, del Corso di Studio e dell'insegnamento.

Materiale didattico di supporto alle lezioni sarà a disposizione degli studenti su moodle (https://moodle2.units.it/course/index.php?categoryid=25).

L’esame è volto ad accertare una adeguata conoscenza degli argomenti teorici discussi nel corso e la capacità di applicarli per la risoluzione di problemi ingegneristici di base riguardanti le macchine.
L’esame consiste in una prova orale, articolata in tre domande estese. Queste riguardano aspetti della teoria, ma possono includere la discussione di argomenti trattati nelle esercitazioni in aula e in laboratorio. A questo proposito, il candidato deve portare all’esame la raccolta scritta delle esercitazioni svolte durante il corso.
La valutazione dell’esame è espressa in trentesimi. L’esame è considerato sufficiente con una votazione di almeno 18/30.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle
Nazioni Unite.