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1) Introduzione

Panorama energetico nazionale. Macchine a fluido e sistemi energetici. Fluidi di lavoro. Termodinamica dei liquidi ideali, gas ideali e fluidi reali.

2) Conservazione dell'energia.

Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi. Primo principio della termodinamica per sistemi aperti. Bilancio di energia meccanica. Bilancio di energia meccanica nel caso idraulico. Grandezze statiche e totali.

3) Cavitazione.

Teoria termodinamica della cavitazione. Effetti e fenomenologiadella cavitazione. La cavitazione nelle pompe e nelle turbine idrauliche. Massima altezza di aspirazione nelle pompe.

4) Teoria monodimensionale delle turbomacchine.

Macchine a fluido, volumetriche e dinamiche. Configurazione generale delle turbomacchine. Modello di flusso monodimensionale. Triangoli di velocità. Bilancio di energia per il rotore di una turbomacchina. Effetto di azione, reazione e centrifugo. Grado di reazione. Relazione di Eulero per le turbomacchine.

5) Teoria della similitudine.

Analisi dimensionale e teoria della similitudine per le turbomacchine. Diagrammi per le prestazioni di macchine idrauliche e termiche. Diagrammi statistici per la scelta della macchina ottimale.

6) Turbine idrauliche.

Configurazione generale degli impianti idroelettrici. La turbina Pelton. Turbine a reazione. Diffusore. Turbina Francis, Kaplan e a elica. Prestazioni in condizioni di progetto e fuori progetto.

7) Turbopompe.

Pompe centrifughe. Curva caratteristica ideale e reale. Fattore di slittamento (slip factor). Pompe assiali. Accoppiamento di pompe in serie e in parallelo. Impianti idraulici.

8) Compressione ed espansione di gas.

Effetto termico nella compressione di gas. Compressioni ed espansioni isoterme, adiabatiche reversibili e adiabatiche irreversibili. Recupero e controrecupero. Rendimento adiabatico totale-a-totale e totale-a-statico. Rendimento politropico. Compressioni interrefrigerate. Scambiatori di calore.

9) Elementi di gasdinamica.

Velocità del suono e numero di Mach. Flusso isentropico in condotti di sezione variabile. Portata adimensionale e numero di Mach. Blocco sonico della portata. Flusso subsonico e supersonico in ugelli adattati e non adattati.

10) Compressori centrifughi.

Considerazioni generali sui compressori centrifughi. Palettatura all'ingresso e all'uscita del rotore. Limiti di numero di Mach e di diffusione. Diffusore, palettato e non palettato. Curva caratteristica: blocco sonico della portata e pompaggio.

11) Compressori assiali.

Considerazioni generali sui compressori assiali. Analisi fluidodinamica di uno stadio. Limiti di numero di Mach e di diffusione. Teoria dell'equilibrio radiale semplice. Criteri per la scelta dei triangoli di velocità. Cenno alle prestazioni di un compressore assiale multistadio. Curva caratteristica: blocco sonico e pompaggio.

12) Turbine assiali.

Considerazioni generali sulle turbine assiali. Teoria monodimensionale di uno stadio di turbina assiale. Stadio ad azione e stadio a reazione. Funzionamento ideale e reale di uno stadio ad azione e a reazione. Macchine multistadio. Turbine a vapore a contropressione e a condensazione. Regolazione.

13) Cicli termodinamici.

Generalità sui cicli termodinamici. Analisi termodinamica e rendimento di primo principio. Bilancio di entropia per sistemi aperti. Analisi entropica dei cicli termodinamici. Exergia. Analisi termodinamica e rendimento di secondo principio.

14) Impianti a vapore.

Importanza del ciclo Rankine a vapore d'acqua. Proprietà termodinamiche dell'acqua. Termodinamica del ciclo Rankine. Cicli a surriscaldamenti ripetuti. Rigenerazione. Condensazione. Torri di raffreddamento. Generatori di vapore. Cicli combinati turbogas-vapore. Cicli Rankine a fluido organico.

15) Turbogas.

Importanza della turbogas. Principali applicazioni della turbina a gas. Combustibili. Combustore. Aspetti costruttivi delle turbine a gas. Termodinamica del ciclo Joule-Brayton aperto e chiuso. Cicli a compressione inter-refrigerata, ricombustione, rigenerazione. Turbine a gas per generazione di potenza (heavy-duty). Accoppiamento turbina-compressore. Regolazione. Turbogetto.