Informazioni generali

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Francesco MARTINELLI

Obiettivi del Corso

Nel corso si studia sia la robotica dei manipolatori sia la robotica mobile. Per quanto riguarda i manipolatori, vengono date nozioni di cinematica diretta e inversa: lo studente sarà in grado di calcolare posizione e orientamento dell’organo terminale di un qualsiasi manipolatore costituito da giunti prismatici e rotoidali (cinematica diretta) e di individuare le coordinate di giunto che permettono il posizionamento dell’organo terminale per i manipolatori robotici più comuni (cinematica inversa). Per quanto riguarda la robotica mobile, il corso fornisce nozioni di cinematica, controllo e localizzazione di robot di tipo uniciclo: lo studente sarà in grado di calcolare i movimenti delle ruote attuate del robot che consentono di  raggiungere un punto desiderato e di fondere le misure derivanti da sensori propriocettivi ed esterocettivi per la localizzazione del robot in un ambiente noto.

Prerequisiti

Corsi di base di analisi matematica e algebra matriciale.

Programma del corso

Robotica dei manipolatori. Manipolatore planare a 2 e a 3 link: cinematica diretta e inversa. Introduzione ai concetti di grado di libertà, ridondanza, spazio di lavoro. Rotazioni e rototraslazioni nello spazio. Angoli di Eulero. Cinematica diretta ed inversa per robot manipolatori con catena cinematica aperta. Notazione di Denavit-Hartenberg. Strutture principali di manipolatori: SCARA, SCORBOT, polso sferico, robot antropomorfo. Esercitazioni pratiche in Laboratorio di Robotica sulla cinematica diretta e inversa dello SCORBOT.

Robotica mobile. Cinematica di un robot di tipo uniciclo. Controllo del moto di un robot mobile: il problema della regolazione parziale. Tecniche di localizzazione in ambiente noto: ricostruzione odometrica e filtro di Kalman esteso.

Testi di riferimento

Dispense scaricabili dal sito del corso (protetto da password).

Per la consultazione:

Siciliano, Sciavicco, Villani, Oriolo. Robotica: modellistica, pianificazione e controllo. McGraw-Hill

Modalità di Esame

Una prova scritta e una prova progettuale in ambiente virtuale da svolgere a casa utilizzando il software di sviluppo gratuito Processing. Il voto complessivo risulta da una media pesata delle due prove. È possibile modificare tale voto con una prova orale facoltativa.

Robotics with Laboratory

Contents

Manipulators. Planar manipulators with 2 or 3 links: direct and inverse kinematics. Introduction to the concepts of degree of freedom, redundancy, work space. Roto-translations and rotations in space. Euler angles. Direct and inverse kinematics for robot manipulators with open kinematic chains. Denavit-Hartenberg notation. Main manipulation structures: SCARA, SCORBOT, spherical wrist, anthropomorphic robot. Practice in the Robotics Laboratory on the direct and inverse kinematics of the SCORBOT.

Mobile robotics. Kinematics of a unicycle-type robot. Motion control of a mobile robot: the problem of partial regulation. Localization in a known environment: odometry integration and the extended Kalman filter.

Aims of the Course

The course deals with manipulators and with mobile robotics as well. As for manipulators, notions of direct and inverse kinematics are given: the student will be able to calculate the position and the orientation of the end effector of any manipulator characterized by prismatic and revolute joints (direct kinematics) and to identify the joint coordinates that allow the positioning of the end effector for the most common manipulation structures (inverse kinematics). As for mobile robotics, the course provides the concepts of kinematics, control and localization of unicycle-type robots: the student will be able to calculate the movement of the actuated wheels that allow the robot to reach a target point and to properly fuse the measures coming from exteroceptive and proprioceptive sensors to localize the robot in a known environment.

Examination Procedures

A written test and a project to be realized at home in a virtual environment using the free development software Processing. The overall rating is a weighted average of the two tests. It is possible to modify the final grade through an optional oral test.

Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Vito INTRONA

Obiettivi del Corso

L’obiettivo principale del corso è quello di fornire agli allievi le basi, gli strumenti e le metodologie per affrontare i problemi inerenti la gestione dei consumi energetici di un’organizzazione (ad es. azienda produttrice di beni o di servizi, ente pubblico, ecc.), con l’obiettivo di ridurre i costi e di consentire lo sviluppo sostenibile dei processi produttivi. Al termine del corso l’allievo è in grado di definire e sviluppare un sistema di gestione dell’energia per un’organizzazione, anche coerentemente ai requisiti forniti dalla EN 50001, analizzando la struttura dei consumi, conducendo diagnosi energetiche, predisponendo procedure di gestione e controllo dell’energia utilizzata dei processi, sviluppando strumenti di previsione e controllo dei consumi e del budget energetico dell’organizzazione stessa ed individuando le principali buone pratiche di efficienza energetica da adottare di cui è in grado di valutare la fattibilità economico-finanziaria.

Prerequisiti

Corso di Fisica Tecnica, Corso di Macchine.

Programma del corso

Introduzione all’Energy Management: L’Energy Management ed i suoi obiettivi, l’evoluzione della legislazione e della normativa tecnica nazionale ed europea. L’organizzazione come sistema energetico. L’efficienza energetica. La figura del Responsabile per la conservazione e l’uso razionale dell’energia (Energy Manager). Gli approcci alla riduzione dei consumi energetici: Quick fixes, Audit energetico e Sistemi di gestione dell’energia. Energy Audit: Diagnosi energetica secondo la normativa UNI. Audit preliminare e di dettaglio. Analisi preliminare dei consumi energetici di un’organizzazione. Le attività di audit. Individuazione delle misure di efficientamento energetico. Analisi economico-finanziaria dei progetti di risparmio energetico. Il report dell’audit ed il piano di riduzione dei consumi. Approvvigionamento dell’energia: Il mercato dell’energia elettrica ed il sistema di tariffazione italiano. La scelta della tariffa dell’energia elettrica. Il mercato del gas ed il sistema di tariffazione. La scelta della tariffa del gas. Cenni all’autoproduzione energetica per impianti industriali. Interventi di miglioramento dell’efficienza energetica sugli impianti utilizzatori di energia: Utilizzatori di energia elettrica (impianto elettrico, motori elettrici, impianti HVAC, impianti aria compressa, impianti di illuminazione, ecc.). Utilizzatori di energia termica (generatori di calore, impianti di distribuzione del vapore per utenze tecnologiche e forni). Monitoraggio e controllo dei consumi energetici: Definizione del sistema di misura e monitoraggio dei consumi. Caratterizzazione dei consumi energetici e sviluppo di un modello di previsione dei consumi. Analisi dei consumi nel tempo. Controllo dei consumi attraverso carte CUSUM e carte di controllo. Definizione degli indicatori energetici. Sistemi informatici di supporto al controllo dei consumi energetici. Sistemi di Gestione dell’Energia: Introduzione ai Sistemi di gestione per il miglioramento continuo dell’efficienza energetica. Panoramica dei riferimenti normativi internazionali. La norma EN 50001 “Sistemi di Gestione dell’energia”: Politica energetica di un’organizzazione; Pianificazione (redazione del programma energetico); Implementazione del programma; Monitoraggio e misura dei consumi; Verifica periodica e miglioramento continuo. Pianificazione e controllo tecnico-economico del Budget energetico: Il controllo di gestione dell’energia. La definizione dei centri di responsabilità e dei costi standard. Il sistema informativo per l’energia. Pianificazione e controllo del Budget energetico. Utilizzo di indicatori per la misurazione delle performance tecnico-economiche. Cenni ai contratti di servizio energetici. Ulteriori informazioni sul corso e sulle lezioni, sono resi disponibili attraverso le pagine del corso all’indirizzo: http://didattica.uniroma2.it

Testi di riferimento

Materiale distribuito a lezione. Appunti dalle lezioni. Per la consultazione: Progettare e gestire l’efficienza energetica, Beretta, Di Carlo, Introna, Saccardi, McGrawHill Applied Industrial Energy and Environmental Management, Morvay, Gvozdenac, Wiley Gestione dei sistemi energetici, Giacone E., Gabriele P., Mancò S., editore Politeko

Modalità di Esame

L’esame di Gestione dei consumi energetici prevede una prova scritta ed una prova orale. All’orale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito una valutazione complessiva di almeno 18  punti su 30 nella prova scritta. Opzionalmente, ai fini della discussione orale il candidato può concordare con il docente la realizzazione di un progetto di gruppo di applicazione di alcune delle metodologie studiate durante il corso. In tal caso, la discussione del progetto costituirà parte integrante della prova orale. Prova scritta, prova orale ed eventuale progetto concorrono alla valutazione finale nei termini di una media pesata

Energy Consumption Management (Energy management)

Contents

Introduction to Energy Management: Energy management basics. Enterprise as an Energy System. Energy Efficiency. The role of the Energy Manager. Energy management approach: Quick fixes, Energy Projects and Comprehensive Energy Management. Energy Audit: energy auditing basics, energy data collection, energy bill analysis, energy consumption analysis, electrical system audit, lighting system audit, air compressed system audit, HVAC system audit, thermal system audit, energy audit reporting, energy economics and energy projects evaluation. Energy consumption monitoring and control: defining an energy consumption measurement system, energy consumption targeting, energy consumption monitoring, energy consumption control (CUSUM chart and control chart), Energy Key performance indicators, Information system for energy management. Energy management system: basics of energy management system, ISO 50001 standard: General requirements for an Energy management system, Management responsibility, Energy policy, Energy planning (Energy review, Energy baseline, Energy performance indicators, Energy objectives, energy targets and energy management action plans), Implementation and operation (Competence, training and awareness, Operational control, Design, Procurement of energy services, products, equipment and energy), Checking and Management review. Energy Cost Accounting: Basics of management accounting. Definition of responsibility centers (energy cost centers) and standard costs. The information system for energy. Energy Budgeting and the planning and control process. Variance analysis of energy cost. Set of indicators for variance analysis of energy cost. Basics of Energy Service Contracts. More information about the course and lessons are made available through the pages of the course at: http://didattica.uniroma2.it

Aims of the Course

To provide the knowledge necessary for the management of energy requirements in companies for the production of goods and services. At the end of the course the candidate will be able to conduct Energy Audits and support organizations in the development of Energy Management Systems even by the international standard ISO 50001:2011 (development of energy policy and energy planning, definition of energy best practices for design, operations, maintenance and procurement, definition of energy measurement and control system, etc. ).

Examination Procedures

The exam of Energy Consumption Management consists of one written examination and one oral examination. Students who achieve a score of at least 18/30 in the written examination are admitted to the oral. Optionally, for the purposes of the oral procedure the students may arrange with the instructor the realization of a group project for the implementation of some of the methods studied during the course. In this case, the discussion of the project will contribute to the oral examination. Written test, oral test and, eventually, the project will contribute to the final assessment in terms of a weighted average.

Affidabilità e sicurezza delle macchine Cantone

Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Massimo CAVACECE (6CFU)

Programma del corso

Modelli lineari a 1 gdl. Vibrazioni libere. Vibrazioni forzate. Determinazione del fattore di smorzamento. Isolamento dalle vibrazioni. Potenza media dissipata. Risposta del sistema ad un impulso. Velocità critica flessionale. Il modello di attrito colombiano.

Modelli lineari a due gradi di libertà. Vibrazioni libere. Vibrazioni forzate. Lo smorzatore dinamico delle vibrazioni. Tipologie di smorzamento dinamico.

Modelli lineari a più gradi di libertà. Vibrazioni libere non smorzate. Formulazione classica del problema agli auto valori. Proprietà dei modi propri di vibrare. Disaccoppiamento delle equazioni del moto. Vibrazioni forzate non smorzate. Vibrazioni smorzate. Moti di vibrazione rigidi. Stabilità del moto. Quoziente di Rayleigh. Metodi iterativi di calcolo degli autovalori Riduzione di Guyan.

Dinamica dei rotori. Equazioni delle frequenze. Metodo di Dunkerley. Metodo della linea elastica. Il modello Foppl – de – Laval. Bilanciamento degli alberi rigidi. Vibrazioni torsionali. Il metodo di Holzer.
Analisi di sistemi soggetti ad impatto. Analisi dello spettro della risposta allo shock. Analisi di impatto al suolo. Massima accelerazione e spostamento. Imbottitura caratterizzata da elasticità non lineare. Relazioni accelerazioni – tempo. Fattore di amplificazione.

Analisi di Fourier. Funzioni periodiche. Ottimizzazione nel calcolo dei coefficienti. Serie di Fourier in notazione complessa. Risposta a sollecitazione periodica. Integrale di Fourier. Trasformazione nel dominio delle frequenze. Trasformata discreta di Fourier (DFT). Il teorema di convoluzione. Errori nella DFT: Aliasing e Leakage.

Vibrazioni longitudinali di travi. Equazione del moto. Soluzione per separazione di variabili. Ortogonalità dei modi di vibrare.

Vibrazioni trasversali delle travi. Modello di Eulero – Bernoulli. Vibrazioni trasversali libere. Ortogonalità dei modi di vibrare. Vibrazioni forzate. Modello di Timoshenko.

Vibrazioni torsionali delle travi. Vibrazioni torsionali libere. Vibrazioni forzate.

Metodi variazionali. Il metodo di Rayleigh – Ritz. Sintesi dei moti componenti. Algoritmo di Lanczos.

Metodo agli elementi finiti. Elemento trave soggetto a forza assiale. Sistemi di coordinate locali e globale. Elemento trave: modello di Eulero – Bernoulli. Condizioni al contorno. Assemblaggio delle matrici.

Esperienze applicative in laboratorio. Metodo agli elementi finiti nell’analisi dinamica di un elemento di macchina. Acquisizioni di segnali mediante l’utilizzo di catene di misura accelerometriche. Sviluppo della Trasformata discreta di Fourier. Analisi modale sperimentale. Acquisizioni di segnali da prove di impatto.

Obiettivi del Corso

La finalità del corso è quella di fornire allo studente conoscenze di base sulla dinamica delle macchine e degli elementi di macchine. Al termine del corso l’allievo è in grado di eseguire l’analisi dinamica di organi delle macchine. Gli studenti sviluppano abilità sui seguenti argomenti proposti in laboratorio:

• Applicazione del metodo agli elementi finiti per l’analisi dinamica di un elemento di macchina;
• Acquisizioni di segnali mediante l’utilizzo di catene di misura accelerometriche;
• Trasformata discreta di Fourier di un segnale accelerometrico;
• Analisi modale sperimentale di una trave in condizioni di vibrazioni libere e forzate;
• Acquisizioni di segnali da prove di impatto;
• Elaborazione di dati acquisiti mediante stazione fonometrica.

Testi di riferimento

Diapositive delle lezioni

Per la Consultazione:

Ettore Pennetrì, Dinamica Tecnica e Computazionale, Volume 1, Seconda Edizione, Casa Editrice Ambrosiana.

Modalità di Esame

La valutazione viene eseguita mediante la discussione degli elaborati, sviluppati in laboratorio.

Mechanical Vibrations

Contents

Single-DOF Linear mechanical system.

Free vibrations. Forced vibrations. Determination of the damping factor. Vibration isolation. Average power dissipation. Impulse response. Flexural critical speed. Colombian damping.

Linear models with two-degrees-of-freedom.

Free vibration. Forced vibrations. Hysteretic damping. Viscous damping.

Multidegree of Freedom System.

Using Newton’s second law to derive Equations of Motion. Free and forced vibration of undamped systems. ​​Forced vibration of viscously damped systems. Solution of the Eigenvalue Problem. Self-excited and stability analysis. Rayleigh’s method. Holzer’s method. Jacobi’s method. Choleski decomposition. Iterative methods for calculating eigenvalues by Guyan reduction.

Rotor dynamics.

Method Dunkerley . The model Föppl-de-Laval. Critical Speeds. Stability analysis. Balancing of shaft drives. Torsional vibrations . The method of Holzer.

Analysis of systems subjected to impact .

Analysis of the spectrum of the response to the shock . Analysis of the impact on the ground. Maximum acceleration and displacement . Padding characterized by nonlinear elasticity . Relations acceleration – time . Amplification factor .

Vibration Measurement and Application.

Spectrum analyzers. Bandpass filter. Modal Testing. Digital signal processing. Analysis of random signals. Determination of modal data from observed picks and from Nyquist Plot. Discrete Fourier transform (DFT). The convolution theorem. Errors in DFT. Aliasing and Leakage .

Continuous systems.

Longitudinal vibrations of bar or rod. Equation of motion and solution. Orthogonality of the normal functions.

Transverse vibrations of beams. Initial and Boundary conditions. Model Euler-Bernoulli. Free transverse vibrations . Travelling wave solution . Forced vibrations . Timoshenko model .

Torsional vibrations of beams. Torsional vibration free. Forced vibrations .

Variational methods.

The method of Rayleigh – Ritz. Lanczos algorithm .

Finite element method.

Beam element subjected to axial force. Local and global coordinate systems. Model of Euler – Bernoulli . Boundary conditions. Assembly of mass and stiffness matrices.

Application experience in the laboratory.

Finite element method in the dynamic analysis of an element of the machine. Acquisitions of signals through the use of accelerometric measurement chains. Development of the Discrete Fourier Transform. Experimental modal analysis. Acquisition of signals from impact tests.

Aims of the Course

The purpose of the course is to provide students with basic knowledge about the dynamics of machines and machine elements. At the end of the course the student is able to perform dynamic analysis of organs of the machines. Students develop skills developed in the laboratory on the following topics:

• Application of finite element method for dynamic analysis of an element of the machine;
• Acquisitions of signals through the use of accelerometric measurement chains;
• Discrete Fourier transform of an accelerometer signal;
• Experimental modal analysis of a beam under conditions of free and forced vibrations;
• Acquisition of signals from impact tests;
• Processing of data acquired by phonometric station.

Examination Procedures

The evaluation is performed through the discussion of the applications, developed in the laboratory.

Informazioni generali

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 1°
• CFU: 9

Docente responsabile

Fabio GORI (6CFU)

Sandra GORASANITI (3CFU)

Programma del corso

Termodinamica

Termometria. Teorema dell’aumento di entropia e sorgenti entropiche. Lavoro meccanico: sistemi chiusi e aperti, trasformazioni irreversibili. Pompe di calore. Sistema aperto con più correnti entranti e uscenti. Coefficienti calorimetrici. Energia ed entalpia libera. Equazioni di Maxwell. Passaggi di stato. Exergia per sistemi chiusi e aperti. Diagramma Exergia-Entalpia. Teorema di Gouy-Stodola. Gas reali. Equazione del viriale. Equazione degli stati corrispondenti e generalizzato. Equazione di van Deer Waals e altre. Funzioni termodinamiche per gas reali. Benessere ambientale e impianti di climatizzazione ad aria. Impianti motore: Diesel, a combustione mista, Stirling, Joule con scambiatore e con compressione isoterma, Ericsson. Confronti. Impianti a vapore. Cicli binari. Cogenerazione e trigenerazione. Impianti Magneto-Idro-Dinamici, chiusi e aperti. Generatori termoelettrici. Rendimento, potenza, figura di merito. Impianti frigoriferi. Criteri generali di progettazione. Camera flash, con eiettore, ad aria, per aerei. Impianti di liquefazione dei gas. Cicli ad assorbimento: frigorifero e pompa di calore. Impianti frigoriferi termoelettrici. Effetto frigorifero e rendimento, fattore di irreversibilità, ottimizzazione dei parametri.

Termofluidodinamica

Linee di flusso: traiettorie, di corrente e di fumo. Esempi numerici. Moto laminare e turbolento. Moto tra pareti parallele e di Couette. Perdite di carico: distribuite e concentrate. Moti stazionari e scarico da serbatoi. Equazione di Eulero. Moti non stazionari e tempi di svuotamento di serbatoi. Misura di viscosità. Metanodotto: incomprimibile, isotermo, adiabatico e con scambio di calore. Camino: isotermo e con scambio di calore. Moto comprimibile, onde di pressione e velocità del suono. Ristagno. Misure di temperatura, pressione e densità al ristagno. Ugelli di efflusso e condotti a sezione variabile con continuità. Equazione di Hugoniot. Tubi di efflusso, velocità e portata. Moti comprimibili in condotti a sezione costante. Moto di Rayleigh, Fanno, isotermo. Moto in convergente e gola, in convergente e divergente. Moto con compressione dinamica per urto.

Termocinetica

Conduzione termica. Proprietà variabili. Conduzione in mezzi bifase, con generazione del calore in varie geometrie, piastra piana rettangolare. Conduzione in parete permeabile, senza e con calore generato. Conduzione a regime non stazionario in contenitori con e senza capacità termica, parete indefinita e corpo semi-infinito. Equazione generale della conduzione. Variabile di similarità. Conduzione non Fourier. Conduzione transitoria in corpo infinito, saldatura e temperatura interfacciale. Fusione e solidificazione. Irraggiamento termico. Corpi grigi in presenza o meno di gas assorbenti e riflettenti. Irraggiamento con convezione. Convezione termica. Equazione di conservazione della massa e della quantità di moto. Soluzione di Blasius e coefficienti di attrito, senza e con gradiente di pressione. Equazione di conservazione dell’energia. Soluzione di Polhausen per convezione forzata. Convezione naturale. Equazioni di conservazione e soluzione di Polhausen. Analogie.

Risultati d’apprendimento previsti

L’obiettivo principale del corso è l’approfondimento degli argomenti specialistici della Termodinamica Applicata, della Termofluidodinamica e della Termocinetica, necessari per una corretta progettazione termofluidodinamica ed entropica, con strumenti matematici avanzati, quali, ad esempio, i metodi analitici di risoluzione di sistemi di equazioni alle derivate parziali.

Testi di riferimento

Esercizi di Termodinamica, Trasmissione del Calore e termofluidodinamica, S.Corasanti, I.Petracci, F.Gori, TEXTMAT; 2015.

F. Gori. Lezioni di Termodinamica. TEXMAT, 2007.

F. Gori, S. Corasaniti, I. Petracci. Lezioni di Termofluidodinamica. TEXMAT, 2012.

F. Kreith. Principi di trasmissione del calore.

F. Gori, S. Corasaniti. FISICA TECNICA, Esercitazioni. TEXMAT, 2006.

Per la Consultazione:

Vedi Bibliografia di F. Gori, Lezioni di Termodinamica, TEXMAT, 2007.

A. Cavallini, L. Mattarolo. Termodinamica Applicata. Cleup Editore, 1990.

Vedi Bibliografia di F. Gori, S. Corasaniti, I. Petracci. Lezioni di Termofluidodinamica. TEXMAT, 2012.

E.R.G. Eckert and R.M. Drake Jr. Analysis of Heat and Mass Transfer. McGraw Hill, 1972.

Appunti vari distribuiti a lezione.

Modalità di Esame

L’esame prevede una prova scritta e una prova orale.

Informazioni generali

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 2°
• CFU: 9

Docente responsabile

Fabrizio QUADRINI

Programma del corso

Beni Strumentali: classificazione e diffusione.

B.S. per i metalli. Le macchine per la fonderia: macchine per il trattamento delle sabbie e la formatura degli stampi; fornaci; macchine per la fusione sottovuoto; macchine per la fonderia a forma permanente; macchine per la fonderia delle leghe non ferrose. Le macchine per i processi di deformazione plastica: macchine per la laminazione; macchine per la forgiatura (presse e martelli); macchine per l’estrusione; macchine per la trafilatura; macchine per la lavorazione delle lamiere.

B.S. per le tecnologie trasversali convenzionali. Le macchine per i processi di asportazione di truciolo: torni; trapani, fresatrici, dentatrici. Le macchine per la metallurgia delle polveri e la sinterizzazione.

B.S. per l’assemblaggio. Unità di trasferimento dei pezzi. Sistemi per l’assemblaggio.

B.S. per i materiali polimerici. Cenni sulle proprietà dei materiali polimerici. Estrusori. Macchine per lo stampaggio ad iniezione, lo stampaggio per soffiaggio, lo stampaggio rotazionale, la filatura e la termoformatura.

B.S. per i materiali compositi. Cenni sulla struttura e le proprietà dei materiali compositi. Compositi a matrice polimerica e metallica. Macchine automatiche per la produzione di parti in composito.

B.S. per le tecnologie trasversali non convenzionali. Water e abrasive water jet. Fascio elettronico. Elettroerosione. Lavorazioni laser. Lavorazioni al plasma.

Risultati d’apprendimento previsti

Il corso ha lo scopo di approfondire le conoscenze acquisite in materia di tecnologie e sistemi di lavorazione, per quanto concerne sia le tecnologie di trasformazione convenzionali dei materiali metallici e polimerici che le tecnologie non convenzionali. Particolare enfasi viene data alla descrizione dei sistemi per la produzione dei beni e al riconoscimento dell’interazione tra materiale ed utensile per la singola tecnologia. Infine si forniscono delle informazioni di base per approcciare problematiche di dimensionamento ed analisi degli stessi beni strumentali. Un‘importante ricaduta è quella dell’acquisizione di un linguaggio tecnico formalmente corretto.

Testi di riferimento

Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.

Per la consultazione:

Kalpakjian S., Manufacturing Engineering and Technology, Addison-Wesley Publishing Company.

ASM Metals Handbook.

Modalità di Esame

Scritto ed orale a cui si accede con il minimo di 18/30 allo scritto. Nel caso di ridotta numerosità degli studenti, l’esame si restringe alla sola prova orale.

Informazioni generali (English version below)

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 1°
• CFU: 9

Docente responsabile

Prof.Ing.Marco Gambini

Prof.Ing.Michela Vellini

Obiettivi del corso

Il corso si propone di fornire una panoramica sui fabbisogni di energia, sulle fonti energetiche e sui sistemi di conversione dell’energia.

Vengono quindi introdotte le metodologie di analisi degli impianti di conversione dell’energia: analisi di primo e secondo principio, sviluppo della metodologia di analisi basata sui “fattori termodinamici”: fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti. Vengono poi introdotte metodologie di analisi tecnico-economica: rendimento globale, costi fissi e costi variabili in una centrale termoelettrica, costo dell’elettricità prodotta. Infine vengono affrontate le tematiche relative alle emissioni ed inquinanti prodotti da centrali termoelettriche alimentate a combustibili fossili.

Prerequisiti

Corso di Macchine

Contenuti del corso

Centrali termoelettriche convenzionali:

• Centrali termoelettriche a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle modifiche al ciclo base. Schemi impiantistici delle centrali in relazione alla taglia d’impianto, parametri di esercizio, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, combustibili utilizzabili, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle centrali a vapore. Gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC)
• Centrali termoelettriche con turbine a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle eventuali modifiche al ciclo base. Configurazioni impiantistiche mono e bi-albero, combustibili utilizzabili, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle turbine a gas.
• Centrali termoelettriche a ciclo combinato gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas: configurazione impiantistica e considerazioni generali. Le caldaie a recupero: criteri di calcolo e di ottimizzazione dei parametri caratteristici. Cicli a vapore a recupero: criteri di ottimizzazione delle prestazioni. Schemi impiantistici, prestazioni, regolazione, costo dell’elettricità prodotta, emissioni inquinanti.

Centrali termoelettriche avanzate e/o innovative:

• Cicli misti gas-vapore: il ciclo con iniezione di vapore (ciclo STIG). Cenni ai cicli misti innovativi e analisi dei processi fisico-termodinamici non convenzionali (condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili ed espansione di miscele di vapore e in condensabili).
• Impianti combinati integrati con sistemi di gassificazione del carbone (IGCC): analisi delle tecnologie di gassificazione e dell’integrazione tra ciclo termodinamico e sistema di produzione e depurazione del syngas. Bilanci energetici e prestazioni degli IGCC. Esperienze, confronti e possibili evoluzioni.

Cogenerazione ad alto rendimento (CAR):

• Produzione combinata di energia elettrica e termica: la cogenerazione. Fondamenti termodinamici e benefici energetici della cogenerazione. Le prestazioni e la regolazione degli impianti in modalità cogenerativa. Aspetti economici, ambientali e analisi di fattibilità.

Testi di riferimento

1. Materiale fornito dai docenti
2. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
3. Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016

Modalità d’esame

L’esame di Centrali Termoelettriche si articola in una prova scritta ed una orale. Per accedere alla prova orale è necessario aver superato la prova scritta. In ogni sessione di esame sono previsti due appelli. Lo studente può sostenere l’esame in entrambi gli appelli. La prova scritta positiva viene mantenuta valida esclusivamente nella sessione di esame in cui è stata sostenuta.

THERMAL POWER PLANTS (9 CFU)

• Year of the course: 1°
• Semester: 1°
• CFU: 9

Instructors

Prof.Ing.Marco Gambini

Prof.Ing.Michela Vellini

Aim of the course

Analysis and optimization of thermodynamic processes, of their efficiency and of the cost of energy produced. Thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact for thermal power plants.

Specific learning outcomes

Steam cycle power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact

Gas turbine power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact

Combined Cycle Power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact

Combined heat and power plants: technology assessment, economic feasibility, operating conditions, environment impact, energy savings, evaluation indexes.

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Power Plants: technology assessment, operating conditions, environment impact. Techniques for a clean utilization of heavy fuels (gasification of coal and refinery residuals).

Steam injection gas turbine (STIG) cycle: thermodynamic cycle, technology assessment, operating conditions, environment impact

Carbon capture and storage (CCS): study of the capture technologies (pre-combustion capture, post-combustion capture and oxyfuel combustion) and their application to the power plants

Textbooks

1. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
2. Teaching materials, prepared by instructors, available at DidatticaWeb (http://didattica.uniroma2.it)
3. Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016

Exam

The exam consist of a written test (numerical exercises) and an oral exam (only after a positive written test). A positive written test is valid only in the exam session.

It is possible to take exam 6 times in a year: 2 times in each exam session (July, September and February)

Informazioni generali

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 2°
• CFU: 6

Docenti responsabili

Gino BELLA

Luca ANDREASSI

Informazioni generali

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 9

Docente responsabile

Giuseppe Leo GUIZZI

Programma del corso

• Criteri di similitudine e loro utilizzo nel progetto, verifica e sperimentazione in scala ridotta ed in scala 1:1 nelle macchine dinamiche operatrici e motrici e nelle apparecchiature di scambio termico. Similitudini (geometrica, cinematica, dinamica, agli scambi termici, etc.) ed associati indici di forma. Gruppi adimensionali di variabili; parametri “corretti” e loro utilizzo.
• Definizione dei parametri caratteristici prestazionali di macchine ed apparecchiature e correlazioni esistenti tra di loro. Curve caratteristiche dimensionali ed effettive.
• “Fuori progetto” delle turbomacchine motrici e operatrici: compressori e pompe dinamiche; espansori a gas e a vapore.
• Elementi di progettazione di apparecchiature di scambio termico proprie degli impianti a vapore: condensatori, rigeneratori, generatori di vapore a combustibile (GVC) e a recupero (GVR). Disamina delle problematiche fenomenologiche e funzionali; individuazione delle specifiche tecniche e lineamenti di calcolo per il dimensionamento delle apparecchiature e delle superfici di scambio termico.
• “Fuori progetto” di apparecchiature di scambio termico a convezione e ad irraggiamento e applicazione a condensatori, rigeneratori, GVC e GVR.
• Elementi per il calcolo del “fuori progetto” di sistemi energetici: applicazione alle TG mono e bialbero, agli impianti a vapore e ai cicli combinati.
• Lineamenti e implicazioni fenomenologiche alla base della regolazione di componenti e di sistemi di conversione termomeccanica dell’energia.

Risultati d’apprendimento previsti

Elementi fondamentali per l’interpretazione del comportamento di macchine, scambiatori di calore e sistemi energetici in condizioni diverse da quelle di progetto.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente
• O. Acton, Turbomacchine, UTET, Torino, 1986, ISBN-13: 9788802039787.
• O. Acton e C. Caputo, Impianti Motori, UTET, Torino, 1986, ISBN-13: 9788802046686.
• A.E. Catania, Complementi di Macchine, Levrotto & Bella, Torino, 1979.
• G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Società Editrice Esculapio, Bologna, 2^a edizione, 2006, ISBN-13: 9788886524087.
• A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons Ltd, New York, 3^a edizione, 2006, ISBN-13: 9780471677635.
• S.M. Yahya, Turbine Compressors and Fans, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 3^a edizione, 2005, ISBN-13: 9780070597709
• R. della Volpe, Macchine, Liguori Editore, Napoli, 2002, ISBN-13: 9788820723170.
• L.A. Catalano e M. Napolitano, Elementi di macchine operatrici a fluido, Pitagora Editrice, Bologna, 2001, ISBN-13: 9788837112417.

Informazioni generali (English version below)

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Luca ANDREASSI

Programma del corso

• Formazione e caratterizzazione dei principali inquinanti atmosferici primari e secondari. (le piogge acide, il “buco” nell’ozono, l’effetto serra). Azioni per la riduzione delle emissioni di CO2).
• Controllo delle emissioni in atmosfera negli impianti a vapore. Rimozione del particolato: cicloni, filtri elettrostatici, filtri in tessuto, precipitatori ad umido. Rimozione degli SOx: desolforazione ad umido, a semi-secco, a secco. Controllo degli NOx e rimozione con sistemi catalitici (SCR) e non catalitici (SNCR).
• Controllo delle emissioni in atmosfera negli impianti a turbina a gas.
• Controllo delle emissioni nei motori a combustione interna.
• Diffusione e dispersione degli inquinanti. Elementi di meteorologia. La stabilità dell’atmosfera e le classi di stabilità atmosferica. Dispersione degli inquinanti in atmosfera. Il modello gaussiano per la valutazione della diffusione degli inquinanti prodotti dalle sorgenti di emissione.
• Cenni di inquinamento termico ed acustico

Risultati d’apprendimento previsti

Formazione e controllo degli inquinanti negli impianti di produzione di energia. Modelli di dispersione degli inquinanti in atmosfera.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente
• G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE Ed., 2004

Interaction between machines and environment

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Instructor

Luca ANDREASSI

Aim

The course aims to provide the basic principles and methodological basis for the setting of environmental impact studies related to energy production systems with special attention to composition processes and pollutant reduction systems.

Contents

• Atmospheric pollutant emissions characterization and classification. Main formation mechanisms.
• Pollutant emissions in steam turbines power plants. Removal mechanisms for particulate matters (filters, electrostatic precipitators), for SOx (Flue gas desulphurization) for NOx (Selective Catalytic and non Catalytic Reactors).
• Pollutant emissions formation and control in gas turbines power plants.
• Pollutant emissions formation and control in internal combustion engines.
• Elements of meteorology. Diffusion and dispersion of atmospheric pollutant emissions. Stability of atmosphere. Stability classes. The gaussian model to evaluate the pollutant emissions dispersion and diffusion.
• An outline of acoustic and thermal pollution

Textbooks

• Teacher’s lectures
• G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE Ed., 2004