Insegnamenti

Informazioni generali (English version below)

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

Docente responsabile

Stefano CORDINER

Obiettivi del corso

Il corso si prefigge l’obiettivo di fornire agli allievi una formazione scientifica approfondita per affrontare correttamente i problemi di progettazione, scelta e gestione dei motori a combustione interna e della loro interazione con l’ambiente nonché di creare i presupposti per lo sviluppo di soluzioni innovative. A tal fine gli allievi svilupperanno conoscenze approfondite dei principi di funzionamento dei motori e apprenderanno procedure di simulazione per la verifica e il dimensionamento di un motore alternativo a combustione interna e dei suoi principali componenti. Particolare attenzione è infine dedicata allo sviluppo tecnologico più recente della tecnologia dei motori a combustione interna finalizzati a superare gli attuali limiti in termini di emissioni ed efficienza e consentono di definire scenari innovativi di mobilità sostenibile.

Prerequisiti

Macchine, Centrali Termoelettriche

Programma del corso

Generalità sui motori alternativi a combustione interna: Caratteristiche e classificazione , analisi termodinamica e prestazionale dei motori alternativi a combustione interna, Analisi sperimentale delle prestazioni di un motore a combustione interna

Alimentazione aria Motori 4 tempi: coefficiente di riempimento e sua valutazione; effetti quasi-stazionari; dimensionamento delle valvole; influenza di altri parametri motoristici; sistemi  Variable Valve Actuation. Motori 2 tempi: schemi costruttivi;  Fenomeni non stazionari nei condotti di aspirazione e scarico: inerzia e propagazione ondosa; sistemi a geometria variabile; modelli di calcolo, Alimentazione aria nel motore a quattro tempi; Sovralimentazione

Moti della carica nel cilindro : Turbolenza (cenni); swirl, squish, tumble; motori a carica stratificata

Combustibili tradizionali ed alternativi; Proprietà dei combustibili per motori. Generalità: combustibili; aria stechiometrica; potere calorifico  Combustibili gassosi: gas naturale, idrogeno e miscele. bio-etanolo, bio-diesel e DME. Caratteristiche e loro impiego nei motori: soluzioni tecniche, prestazioni ed emissioni

Alimentazione Combustibile   Motori Otto: carburatore (cenni); sistemi di iniezione; sonda lambda. Motori Diesel: sistemi di iniezione e iniettori; dimensionamento di massima. Prove sperimentali su un sistema di iniezione Diesel Common Rail

Combustione :  Fondamenti analitici dello studio della combustione; termodinamica dei processi di combustione; calcolo della composizione chimica e della temperatura adiabatica in equilibrio; fenomeni di trasporto (cenni); cinetica chimica (cenni). Combustione nei motori Otto e Diesel.

Emissioni e sistemi per il loro abbattimento Emissioni: meccanismi di formazione, effetti sulla salute e sull’ambiente, misura delle emissioni; influenza dei parametri motoristici; cicli di prova e normativa; procedure e sistemi per la riduzione delle emissioni nei motori. Prove sperimentali.

Sistemi di raffreddamento: Flussi termici; trasmissione del calore nel motore; sistemi di raffreddamento a liquido e ad aria: schemi costruttivi e dimensionamento; sollecitazione termica degli organi meccanici.

Mobilità ecosostenibile. Principi di funzionamento dei veicoli ibridi: soluzione serie e parallelo; motori a c.i. ed elettrici impiegati; frenata rigenerativa; batterie al litio, prestazioni e prospettive. Veicoli ibridi plug-in, motori a c.i. “range extender”. Veicoli elettrici, caratteristiche e prospettive

Per tutti gli argomenti del corso verranno presentati gli strumenti di simulazione numerica

Modalità d’esame

L’esame di Motori a Combustione Interna prevede due prove di accertamento, che si svolgono rispettivamente a metà ed al termine del periodo didattico in cui è svolto il corso, e una prova orale. All’orale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito una valutazione complessiva di almeno 18  punti su 30 nelle due prove di accertamento. Opzionalmente, ai fini della discussione orale il candidato può concordare con il docente la realizzazione di un progetto di applicazione dei concetti e delle metodologie studiate durante il corso. In tal caso, la discussione del progetto costituirà la parte prevalente della prova orale. La prova orale concorre alla valutazione finale nei termini di una media pesata.

La valutazione di una singola prova di accertamento viene espressa nei seguenti livelli: ottimo, buono, discreto, sufficiente, insufficiente. La valutazione complessiva delle prove di accertamento o dei recuperi che vertono sull’intero programma viene espressa con un punteggio da 18  a 30,  se sufficiente; insufficiente altrimenti.

Gli appelli di Macchine Applicate alle Tecnologie Ambientali consistono nello svolgimento della prova orale di approfondimento di temi contenuti nelle prove intermedie per coloro che le abbiano superate. Una prova orale approfondita sull’intero programma del corso, è altrimenti necessaria.

Testi di riferimento

• G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1996.

Internal Combustion Engines

• Year: 1°
• Semester: 2°
• CFU: 6

Instructor

Stefano CORDINER

Aim of the course

The course aims to provide students with a thorough scientific knowledge to properly address the problems of design, selection and utilization of internal combustion engines and their interaction with the environment as well as to develop innovative solutions . To this aim, students will develop a detailed knowledge of the basic principles of operation of engines and learn simulation and experimental procedures for designing and testing a reciprocating internal combustion engine with its main components. Particular attention is finally dedicated to the development of the latest technology of internal combustion engines designed to overcome the current emissions and efficiency limitations and allow to cope with innovative scenarios for sustainable mobility.

Contents

General information on internal combustion engines : Characteristics and Classification , thermodynamic and performance analysis. Experimental analysis of the performance of an internal combustion engine

Air Supply for 4-stroke engines: volumetric efficiency and its evaluation, quasi-stationary effects ; valve sizing ; influence of other engine parameters ; Variable Valve Actuation systems .  Air supply for 2-stroke engines : construction schemes ; non-stationary phenomena in the intake and exhaust : inertia and wave propagation ; variable valve geometry systems, computational models , air supply in the four-stroke engine; Supercharging

Motions of the charge in the cylinder: Turbulence ; swirl , squish , tumble , stratified charge engines Traditional and alternative fuels ;

Fuels general properties : fuel , air stoichiometric ; calorific value gaseous fuels : natural gas , hydrogen and mixtures thereof. bio -ethanol , bio- diesel and DME . Features and their use in engines: technical solutions , performance and emissions

Fuel metering.  Otto engines : carburetor  ; injection systems ; lambda probe. Diesel engines: fuel injectors and injection systems , dimensioning . Experimental tests on a diesel injection system Common Rail

Combustion: Fundamentals of analytical study of combustion , thermodynamics of combustion processes , calculation of the chemical composition and temperature in adiabatic equilibrium transport phenomena (notes) , chemical kinetics (notes). Combustion in Otto and Diesel engines .

Emissions and their control systems: emissions  formation mechanisms, effects on health and environment, measurement of emissions; influence of engine parameters , test cycles and legislation ; procedures and systems for the reduction of emissions in engines. Experimental tests .

Cooling system : Heat flows , heat transfer in the engine cooling systems , liquid and air : structural layouts and sizing ; thermal stress of the mechanical parts .

Sustainable mobility . Principles of operation of hybrid vehicles : series and parallel solution ; engines there and electrical workers , regenerative braking , lithium batteries, performance and prospects . Plug-in hybrid vehicles , engines c.i. ” Range extender ” . Electric vehicles, characteristics and perspectives

For all the topics of the course the numerical simulation tools will be presented

Examination procedures

The exam of consists of two assessment tests, which take place in the middle and at the end of the semester in which the course is held, and an oral examination. Students who achieve a score of at least 18/30 in the two assessment tests are admitted to the oral. Optionally, for the oral discussion students may arrange the realization of an application project using concepts and methods studied during the course. In this case, the discussion of the project will form the main part of the oral examination. The oral examination shall contribute to the final evaluation in terms of a weighted average.

The exam evaluation of any single assessment test and of the overall exam is expressed in the following levels: excellent, very good, good, more than sufficient, sufficient, non-sufficient. The overall final assessment or the eventual overall recovery for those that are not admitted to the oral – which  consists of an oral examination on the entire program – is expressed on a scale from 18 to 30, if sufficient, otherwise non-sufficient.

The exam sessions normally consists in carrying out the oral examination for those who have passed the assessment tests discussing some topics contained in the tests. A complete oral exam on the whole program program will be required otherwise.

Textbooks

• G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1996.

Informazioni generali (English version below)

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

Docente responsabile

Loredana SANTO

Programma del corso

• La sostenibilità industriale
• I sistemi di fabbricazione e le problematiche ambientali.
• Progettazione sostenibile. Design For the Environment. Life-Cycle Analysis.
• Organizzazione, management e innovazione dei sistemi produttivi.
• Valutazione dei sistemi produttivi.
• La qualità dell’aria e l’impatto ambientale dei sistemi produttivi.
• Il disassemblaggio.
• Tecnologie per il riciclaggio.
• Valutazione energetica dei sistemi produttivi.

Testi consigliati

Myer Kutz, Environmentally Conscious Manufacturing, Wiley Series in Environmentally Conscious Engineering.

Appunti dalle lezioni.

Risultati d’apprendimento previsti

Il corso si propone di fornire le opportune competenze relative alla sostenibilità industriale dei sistemi produttivi e gli strumenti per un’analisi critica dei processi analizzati.

Testi di riferimento

• Myer Kutz, Environmentally Conscious Manufacturing, Wiley Series in Environmentally Conscious Engineering.
• Appunti dalle lezioni.

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Manufacturing Systems and Industrial Sustainability

• Industrial sustainability.
• Manufacturing systems and environmental issues.
• Design for the Environment. Lyfe-Cycle Analysis.
• Organization, management and improvement of manufacturing systems.
• Manufacturing systems evaluation.
• Environmentally conscious manufacturing.
• Air quality and environmental impact assessment in manufacturing.
• Disassembly
• Technologies for recycling.
• Industrial energy efficiency.

Informazioni generali

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

Docente responsabile

Roberto VERZICCO

Programma del corso

La fisica della turbolenza

• Descrizione fenomenologica della turbolenza
• Cascata di energia e dissipazione
• Equazione di Burgers
• Significato fisico dei termini delle equazioni di Navier-Stokes
• Turbolenza, frattali e leggi di scala
• Vorticita’ e cascata dell’energia: dinamica tridimensionale, dinamica bidimensionale, cascata diretta ed inversa
• Turbolenza omogenea ed isotropa
• Turbolenza di parete
• Cascata dell’energia, ipotesi di continuo e relazioni costitutive
• Equazioni di Reynolds
• Ipotesi di Boussinesq e viscosità turbolenta
• Viscosità turbolenta e lunghezza di mescolamento

Simulazione numerica della turbolenza

• Simulazione Diretta (DNS)
• Modellistica RANS e modelli K-epsilon
• Large Eddy Simulation (LES)
• Risoluzione di parete
• Cenni sui metodi computazionali per la simulazione numerica della turbolenza

Concetti base sui metodi computazionali per la fluidodinamica e la simulazione della turbolenza

Risultati d’apprendimento previsti

Questo corso ha come obiettivo quello di presentare la rilevanza del fenomeno della turbolenza nei fenomeni che ci circondano con particolare attenzione alle applicazioni ingegneristiche. A tal fine vengono prima illustrati i fenomeni che governano la dinamica della turbolenza e quindi i più importanti strumenti di modellistica.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente

Informazioni generali

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

Docenti Responsabili

• Vincenzo MULONE

Programma del Corso

• Equazioni della fluidodinamica delle turbomacchine
  • Descrizione sollecitazione.
  • Descrizione materiale e non materiale del moto. Teorema del Trasporto Reynolds
  • Equazioni integrali e differenziali di continuità, q.d.m. (Navier-Stokes), energia in forma termica meccanica e entropica
  • Flussi rotazionali e irrotazionali. Azioni su profili alari.
  • Moto relativo. Forze di inerzia.
  • Strato limite: parametri locali e globali, transizione laminare turbolento, cenni sul controllo.
• Generalità sul funzionamento delle turbomacchine
  • Variabili adimensionali principali
  • Classificazione e scelta delle turbomacchine attraverso i parametri adimensionali
  • Influenza della viscosità, degli effetti di scala e della cavitazione.
  • Similitudine in turbomacchine termiche.
  • Curve di funzionamento.
• Trasformazioni nelle turbomacchine
  • Rendimenti, coefficienti di perdita.
  • Lavoro di Eulero, equazione integrale del momento della quantità di moto.
  • Analisi monodimensionale di uno stadio, rappresentazione grafica.
  • Grado di reazione di uno stadio.
  • Analisi adimensionale di uno stadio
  • Stadio ripetuto, stadio normale.
• Analisi del flusso nelle turbomacchine
  • Coordinate e sistemi di riferimento; schematizzazione del campo di moto.
  • Definizioni geometriche profili in schiera, prestazioni schiere.
  • Schiera piana, schiera radiale.
  • Equilibrio radiale, vortice libero e forzato.
  • Flussi secondari, perdite di profilo e miscelamento.
  • Teoria generale dei diffusori, rendimento, coefficiente di recupero di pressione.
• Compressori assiali
  • Descrizione generale.
  • Triangoli di velocità, rendimento, grado di reazione, ottimizzazione dello stadio.
  • Confronto fra stadi a diverso grado di reazione. IGV.
  • Principali profili impiegati. Distribuzione di pressione e velocità sul profilo. Calcolo angoli ottimali.
  • Principali correlazioni schiere. Criteri di carico per schiere assiali. Perdite profilo.
  • Comportamento schiere fuori progetto.
  • Cenni sul comportamento di pale supersoniche.
  • Perdite di anello, secondarie e nei giochi.
  • Considerazioni su ventilatori assiali e eliche propulsive.
  • Cenni alle metodologie di progetto 3D di pale complesse.
• Compressori centrifughi
  • Descrizione generale.
  • Funzionamento reale dei compressori centrifughi.
  • Coefficiente di riduzione di carico (slip-factor). Teoria di Stodola, principali correlazioni.
  • Elementi di progetto della girante. Canale meridiano, numero di pale, rendimento, incidenza, diffusori lisci e palettati. Cassa a spirale. Principali tipologie di perdite.
  • Note sui ventilatori centrifughi.
• Funzionamento anomalo dei compressori.
  • Stallo, pompaggio: generalità.
  • Teoria elementare dello stallo rotante.
  • Teoria elementare del pompaggio.
  • Complementi sull’instabilità dei compressori.
• Analisi dell’accoppiamento macchina-circuito.
  • Curva caratteristica esterna, match con la curva caratteristica della macchina.
  • Macchine e sistemi per fluidi comprimibili e incompressibili.
  • Circuiti complessi.
  • Cavitazione per macchine operatrici a fluido incompressibile.
  • Regolazione della portata in circuiti: strategie di strozzamento, bypass e regolazione numero di giri. Regolazione portata in macchine a fluido comprimible.

• Equations of turbomachine fluid dynamics.
  • Stress description.
  • Material and non-material description. Reynolds transport theorem.
  • Integral and differential equations: continuity, momentum (Navier-Stokes), energy.
  • Rotational and irrotational flows. Actions on airfoils.
  • Relative flow, inertial forces.
  • Boundary layer theory: local and global parameters, laminar to turbulent transition, Notes on boundary layer control.
• Generalities on turbomachine behavior.
  • Dimensionless parameters.
  • Classifaction and choice of turbomachines through dimensionless parameters.
  • Viscosity, scale and cavitation effects.
  • Similitude analysis in thermal turbomachines.
  • Operating maps.
• Transformations in turbomachines
  • Efficiency, losses coefficients.
  • Euler work, intergral equation of moment of momentum.
  • One dimensional analysis of a stage. Graphical representation.
  • Degree of reaction of a stage.
  • Non-dimensional analysis of a stage. Repeated and normal stages.
• Analysis of the flow in turbomachines.
  • Coordinates and frames of references. Schematization of the flow field.
  • Geometrical definitions in blade rows. Performance of blade rows.
  • Planar and radial rows.
  • Radial equilibrium, free and forced vortexes.
  • Secondary flows, blade losses, mixing losses.
  • General theory of diffusers, efficiency, coefficient of pressure.
• Axial compressors
  • General description.
  • Velocity triangles. Effiicency, degree of reaction, optimization of the stage.
  • Comparison among different degrees of reaction stages. IGV.
  • Main used blade profiles. Distribution of pressure and velocity on the profile. Optimal angles.
  • Correlation for the design of blade rows. Load criteria. Blade losses.
  • Off-design behavior for blade rows.
  • Notes on supersonic blades.
  • Ring and secondary losses.
  • Design considerations on axial fans and propellers.
  • Notes on 3D design techniques.
• Centrifugal compressors.
  • General description.
  • Real behavior of centrifugal compressors.
  • Slip factor. Stodola theory and main design correlations.
  • Rotor design. Channel, number of blades, losses.
  • Notes on centrifugal fans.
• Anomalous behavior of compressors.
  • Stall, surge: generalities.
  • Elementary theories of stall and surge. Instability of compressors.
• Analysis of machine-system coupling.
  • External characteristic curve. March with the machine.
  • Machines and systems for compressible and incompressible fluids.
  • Complex circuits.
  • Cavitation for compressible fluid machines.
  • Flow control: throttling, by-passing, velocity variation. Flow control in compressible machines.

Obiettivo del Corso

Conoscenza di base dei processi termofluidodinamici dei flussi comprimibili e incomprimibili con applicazioni sia allo studio dei flussi intubati sia all’interazione flusso-palettatura nelle giranti operatrici radiali per fluidi incomprimibili. Capacita di progettare l’insieme circuito-pompa degli impianti di sollevamento.

Testi di Riferimento

• Osnaghi, Teoria delle Turbomacchine, Esculapio
• Karassi et al., Pump Handbook, Mcgraw Hill.

Si rimanda ai seguenti testi per approfondimenti:

• D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics, Oxford University Press
• D. Pnueli, C. Gutfinger, Ffluid Mechanics, Cambridge University Press
• O. Acton, Turbomacchine, UTET
• C. Pfleiderer, H. Petermann, Turbomacchine, Liguori

Informazioni generali

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

Docenti Responsabili

• Stefano CORDINER
• Vincenzo MULONE

Programma del Corso

• Fonti energetiche rinnovabili: quadro generale; contesto globale, europeo e nazionale; bilanci energetici ed obiettivi generali di sviluppo
• Energia solare: disponibilità della fonte, potenza radiativa solare. Processi di conversione dell’energia solare: principi di funzionamento di componenti per la conversione fotovoltaica e solare termodinamica. Curve caratteristiche di carico e potenza. Fondamenti di progettazione di impianti fotovoltaici. Componenti e sistemi per lo sfruttamento dell’energia solare termica. Sistemi fotovoltaici a concentrazione: usi termici dell’energia solare.
• Energia eolica: disponibilità della fonte, distribuzioni statistiche di velocità del vento, producibilità potenziale. Principi di funzionamento di aeromotori eolici, teoria di Betz, aerodinamica delle pale, curve di carico, controllo degli aeromotori, curve di potenza. Fondamenti di progettazione di impianti eolici.
• Energia dalle biomasse: disponibilità della fonte, processi di conversione termochimica: gassificazione e combustione. Principi di funzionamento di impianti per la conversione dell’energia a partire da biomasse basati su turbine a vapore, a gas e motori a combustione interna.
• Energia geotermica ad alta e bassa entalpia: Principi di funzionamento di impianti per la conversione dell’energia geotermica, cicli ORC, recuperi termici a bassa temperatura
• Energia idroelettrica: disponibilità della fonte, macchine idrauliche ed impianti idraulici, scambio di energia tra fluido e girante in funzione delle specifiche di progetto; mini e micro idroelettrico; energia idroelettrica da onde e maree.
• Fondamenti di calcolo economico per studi di fattibilità di impianti per la conversione di energia da fonti rinnovabili.

Obiettivi del Corso

SCEFR will provide the students with both theory and application fundamentals of Energy Conversion from Renewable Sources with emphasis on the deployment of local resources and to the Distributed Generation scheme. Students will learn the basic principles of energy conversion from Renewables as well as fundamental theory, practice and analysis tools for the design of highly efficient power generation systems characterized by low environmental impact. To achieve the outcome, students should be able to attain the following goals: – Translate a set of energy and power requirements into design solutions in terms of power generation from renewables. – Choose a proper design solution with respect to available supply resources and given environmental and local restraints. – Develop and verify the layout of the power generation system. Students will furthermore be required to show a comprehensive knowledge of the different power generation solutions as well as of techno-economical evaluation basics by the end of the semester. Practical applications will also be discussed and specific design activities on a selected test case will be part of the course.

Testi di Riferimento

Dispense fornite dai docenti.

Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 2°
• CFU: 9

Docente responsabile

Marco GAMBINI

Obiettivi del corso

Il corso si propone di fornire le metodologie di analisi ed i criteri di scelta e dimensionamento dei sistemi di trasformazione (macchine a fluido) e di conversione termomeccanica (cicli termodinamici) dell’energia. Vengono pertanto dapprima forniti gli elementi di base della termofluidodinamica delle macchine ed i principi di funzionamento, i campi di applicazione ed i criteri di scelta delle macchine motrici ed operatrici. Vengono successivamente analizzati i cicli di conversione dell’energia, basati sull’interconnessione di macchine motrici, operatrici ed apparecchiature di scambio termico, fornendo per ciascuno di essi i criteri di valutazione delle prestazioni e di scelta dei parametri di funzionamento.

Prerequistiti

Corso di Fisica Generale I, Corso di Fisica Tecnica Industriale I.

Programma

Termofluidodinamica delle macchine. Il principio della conservazione e dell’equivalenza: il 1° Principio della Termodinamica. Il Principio dell’Evoluzione e le irreversibilità: il 2° Principio della Termodinamica. L’equazione dell’energia in termini termodinamici e meccanici. Proprietà dei fluidi tecnici. Le trasformazioni dei fluidi tecnici: lavoro scambiato, rendimento e potenza nelle fasi di compressione ed espansione. Elementi di fluidodinamica applicata allo studio delle macchine: efflusso di fluidi comprimibili e incomprimibili nei condotti, le equazioni cardinali dell’efflusso, espressione termo-fluidodinamica dell’equazione dell’energia, scambio di lavoro fluido-macchina.

Le macchine a fluido. Generalità e classificazione delle macchine a fluido. Principi di funzionamento delle macchine dinamiche. Le macchine dinamiche: macchine motrici (a fluido comprimibile) ed operatrici (pompe). Principi di funzionamento delle macchine volumetriche. Le macchine volumetriche operatrici: pompe e compressori alternativi.

Metodologie di analisi degli impianti di conversione dell’energia. Analisi di primo e secondo principio. Analisi entropica. Sviluppo della metodologia di analisi basata sui “fattori termodinamici”: fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti.

Cicli a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento limite e reale. Scelta dei parametri operativi del ciclo: le condizioni al condensatore e al generatore di vapore. Modifiche al ciclo base: il risurriscaldamento del vapore, la rigenerazione termica tramite spillamenti di vapore. Tipologie di rigeneratori, il degassatore. Schema impiantistico di un ciclo a vapore rigenerato e dotato di risurriscaldamento del vapore.

Cicli a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento ideale, limite e reale semplificato. Scelta dei parametri operativi del ciclo: rapporto di compressione e temperatura massima. Eventuali modifiche al ciclo base: rigenerazione, frazionamento della compressione e/o della espansione.

Cicli combinati 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 e sezione a vapore.

Testi Consigliati

M. Gambini, M. Vellini – Appunti per le lezioni di Macchine

M. Gambini – Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia

Modalità di esame.

L’esame di Macchine si articola in una prova scritta e in una prova 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.

Informazioni generali

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 2°
• CFU: 12

Obiettivi del corso: L’obiettivo principale del corso è quello di fornire le basi della Fisica generale, ovvero della Meccanica, comprese le Onde e i Fluidi, e della Termodinamica, per permettere l’apprendimento consapevole delle materie insegnate nei corsi successivi della Macroarea di Ingegneria. In tal senso, il corso mira anche a insegnare il metodo scientifico e quindi a formare le capacità analitiche e deduttive necessarie alla formazione e carriera dell’Ingegnere.

Prerequisiti

Non sono previste propedeuticità formali, ma è necessaria la conoscenza di algebra vettoriale, trigonometria, fondamenti del calcolo differenziale e integrale.

Contenuti del corso

Cinematica del Punto. Moto nel piano. Posizione, velocità e accelerazione. Moto parabolico dei gravi.   Moto armonico semplice. Moto circolare.

Dinamica del punto materiale. Principio d’inerzia. Introduzione al concetto di forza.  Leggi di Newton. Risultante delle forze. Equilibrio. Reazioni vincolari. Classificazione delle forze. Quantità di moto. Impulso. Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa. Oscillatore armonico forzato.  Risonanza meccanica. Pendolo semplice. Momento angolare. Momento della forza. Teorema del momento angolare.

Moti relativi.  Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Relatività galileiana. Moto di trascinamento traslatorio rettilineo. Moto di trascinamento rotatorio uniforme.

Lavoro ed energia. Lavoro ed energia per il punto materiale. Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. Energia dell’oscillatore armonico. Forze centrali.  La forza gravitazionale.  La forza di Coulomb. Concetto di Campo scalare e vettoriale. Campo gravitazionale. Operatori di campo: gradiente, divergenza e rotore.

Dinamica dei sistemi di punti materiali. Centro di massa di un sistema di punti. Teorema del moto del centro di massa. Sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di Koenig. Urti tra due punti materiali.

Corpi rigidi. Cinematica. Moto di un corpo rigido. Momento d’inerzia. Dinamica del corpo rigidoTeorema di Huygens-Steiner. Moto di puro rotolamento. Cenni sulle proprietà elastiche dei solidi.

Onde elastiche  Fenomeni ondulatori. Onde piane armoniche. Onde sonore armoniche. Effetto Doppler. Onda d’urto. Equazione delle onde. Interferenza di onde sonore armoniche. Onde stazionarie in una corda tesa. Battimenti.

Elementi di meccanica dei fluidi. Generalità sui fluidi. Pressione. Equilibrio statico di un fluido in presenza della forza peso. Principio di Archimede. Moto di un fluido. Regime stazionario. Portata. Teorema di Bernoulli. Applicazioni del teorema di Bernoulli.

Termodinamica Sistemi e stati termodinamici.  Definizione di temperatura. Termometri.   Calorimetria. Processi isotermi. Cambiamenti di fase. Esperimenti di Joule. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Trasformazioni termodinamiche. Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Calori specifici.. Studio di alcune trasformazioni. Trasformazioni cicliche. Ciclo di Carnot.  Secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità.  Teorema di Carnot. Teorema di Clausius. La funzione di stato entropia. Il principio di aumento dell’entropia. Teoria cinetica dei gas. Gas reali. Modello di Van der Waals. Potenziali termodinamici.

Materiale di studio consigliato

• Focardi, Massa, Uguzzoni, “Fisica Generale”, Casa Editrice Ambrosiana
• Mazzoldi, Nigro, Voci, “Elementi di Fisica”, Edises
• Resnick, Halliday, Krane, “Fisica 1”, Casa Editrice Ambrosiona

Aim fo the Course: The main objective of the course is to to give the basis of general Physics for the first year, that deals with classical Mechanics and Thermodynamics, including an introduction to field generalities and field operators, in order to allow the students to learn all the other disciplines.

Contents: – Key topics covered during the course are listed below :

Kinematics: motion in one and two dimensions.

Dynamics: Newton’s first, second law and third law for a single massive point. Types of forces.  Linear momentum. Work and energy, conservation of energy. Relative motion and inertial forces. Mechanical oscillations, gravitation. Introduction to field theory. Field operators.

Systems of massive points: center of mass definition and properties. Konig theorems. Collisions.

Rigid bodies: rotational kinematics, rotational dynamics, equilibrium of rigid bodies.

Fluid mechanics: static and dynamical properties. Stevino law. Bernoully theorem.

Waves in elastic media: general properties. Wave equation. Intensity. Interference and beats. Sound waves Doppler effect.

Thermodynamics: Temperature, heat and the first law of thermodynamics. Thermodynamics of perfect  gases. The second law of thermodynamics. The Carnot’s theorem. The Clausius’s Inequality.  Entropy. Kinetic theory of gases. The real gas and the Van der Waals’ gas.

Informazioni generali

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

Docente responsabile

1° canale: CIRIZA Eleonora

2° canale: BRACCI Filippo

3° canale: SCHOOF Johannes

Prerequisiti

Anche se non sono previste propedeuticità formali, prima di frequentare il corso di Geometria è fortemente consigliato di aver sostenuto l’esame di Analisi Matematica I.

Contenuti del corso

• Spazi vettoriali: indipendenza lineare e basi. Coordinate rispetto ad una base.
• Cambiamenti di base e cambiamenti di coordinate.
• Sottospazi vettoriali e sottospazi affini: equazioni cartesiane e parametriche. Formula di Grassmann.
• Applicazioni lineari: nucleo e immagine.
• Sistemi lineari e metodi risolutivi: riduzione di Gauss-Jordan.
• Matrici: rango, determinante, minori. Operazioni tra matrici.
• Compatibilità di sistemi lineari: Teorema di Rouchè-Capelli.
• Rappresentazione matriciale di applicazioni lineari. Rappresentazioni in basi diverse.
• Autovalori, autovettori e polinomio caratteristico.
• Prodotto scalare standard sullo spazio delle n-uple reali: ortogonalità, angoli, norma, distanza. Proiezioni ortogonali.
• Elementi di geometria analitica euclidea nel piano: punti e rette. Equazioni cartesiane e parametriche. Mutue posizioni di rette. Fasci di rette. Distanza punto-retta.
• Elementi di geometria analitica euclidea nello spazio: punti, rette e piani. Equazioni cartesiane e parametriche. Mutue posizioni di questi luoghi geometrici. Fasci di piani.
• Prodotto vettoriale e prodotto misto. Interpretazione geometrica del determinante: volumi di parallelepipedi. Distanza punto-retta, distanza punto-piano, distanza tra due rette, proiezione ortogonale di una retta su un piano.
• Trasformazioni notevoli nel piano e nello spazio: traslazioni, rotazioni, simmetrie (cenni)

Materiale di studio consigliato

• Aristide Sanini – Esercizi di Geometria, Ed. Levrotto & Bella.
• Marco Abate – Geometria, Ed. McGraw-Hill.
• M. Abate e C. di Fabritiis – Geometria analitica con elementi di algebra lineare, Ed. McGraw-Hill.
• Tom M. Apostol – Calcolo. Vol 2 – Geometria, Ed. Boringhieri.
• Serge Lang – Algebra Lineare, Ed. Boringhieri.

Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 2°
• CFU: 6

Docente responsabile

Roberto VERZICCO

Obiettivi del corso

Questo corso ha come obiettivo quello di introdurre le basi della fluidodinamica che vanno dalla definizione di fluido fino alle relazioni che ne governano la statica, cinematica e dinamica. Alla fine del corso tali concetti verranno applicati a problemi di interesse pratico.

Prerequisiti

Conoscenze del secondo anno di Matematica e Fisica.

Contenuti del corso

GENERALITÀ SUI FLUIDI

Definizione di fluido. Concetto di continuo. Densità ed espansione termica. Comprimibilità di un fluido. Viscosità e sforzi. Tensione di vapore. Tensione superficiale. Effetto della curvatura della superficie. Capillarità.

STATICA DEI FLUIDI

Pressione in un fluido. Distribuzione di pressione in un fluido.

Variazioni di pressione in un fluido in quiete. Atmosfera standard. Forze di pressione su una superficie piana: pressione costante, distribuzione lineare di pressione. Forze di pressione su una superficie curva. Spinta di Archimede. Galleggiamento e stabilità. Misuratori di pressione.

CINEMATICA DEI FLUIDI

Descrizione lagrangiana ed euleriana. Traiettorie, linee di corrente e streaklines. Derivata materiale. Accelerazione di Lagrange. Funzione di corrente.

Analisi del moto nell’intorno di un punto: caso bidimensionale semplificato, caso generale tridimensionale.

DINAMICA DEI FLUIDI

Teorema del trasporto di Reynolds. Equazione di conservazione della massa: forma integrale, forma differenziale. Equazione di bilancio della quantità di moto: forma integrale, forma differenziale. Applicazione dell’equazione di bilancio della quantità di moto. Equazione di conservazione dell’energia: forma integrale, forma differenziale. Applicazione dell’equazione di conservazione dell’energia. Forma differenziale vs forma integrale. Il tensore degli sforzi. Relazioni costitutive. Equazioni di Navier-Stokes. Varie forme dell’equazione dell’energia.

EQUAZIONE DI BERNOULLI

Seconda legge della dinamica per un fluido ideale.

Equazione di Bernoulli. Teorema di Crocco. Tubo di Pitot. Tubo di Venturi.

SOLUZIONI ESATTE DELLE EQUAZIONI DI NAVIER-STOKES

Flusso tra lastre piane e parallele. Flusso di Couette. Flusso di Hagen-Poiseuille.

STRATO LIMITE

Equazioni dello strato limite, equazione integrale e soluzioni approssimate.

FORZE FLUIDODINAMICHE E SIMILITUDINI

Teorema di Buckingham ed analisi dimensionale. Similitudine dinamica. Similitudine distorta. Studio di flussi particolari: flusso intorno a corpi immersi, flussi con superficie libera, flusso nelle macchine rotanti, flusso in circuiti chiusi. Legge di Darcy-Weisbach. Tubi a sezione non circolare. Perdite concentrate. Forze aerodinamiche.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente

Modalità d’esame

Scritto.

Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 1°
• CFU: 6
• sito di riferimento : http://moodle.ing.uniroma2.it/

Docente responsabile

Vito INTRONA

Obiettivi del corso

 Gli allievi acquisiscono conoscenze relative alle modalità di funzionamento degli impianti industriali con particolare riferimento agli impianti tecnologici, agli impianti di movimentazione e stoccaggio e ai principali impianti di servizio.

Al termine del corso l’allievo e in grado di effettuare:

• Il dimensionamento di massima di un impianto tecnologico (scelta della tipologia e del livello di automazione dei macchinari, della loro disposizione, calcolo del numero di macchine in funzione dell’orario di lavoro, valutazione economica della soluzione)
• Il dimensionamento di massima di un impianto di movimentazione e stoccaggio (scelta della tipologia dell’impianto di movimentazione e stoccaggio, dimensionamento di rulliere, nastri, paranchi, carrelli e magazzini automatizzati o meno)

Il corso favorisce lo sviluppo dell’autonomia di giudizio abituando lo studente ad analizzare i diversi casi di studio e a proporre soluzioni specifiche e aiuta a sviluppare una visione critica grazie ai diversi punti di vista offerti nel corso (docente, interventi di esperti aziendali e confronto con i colleghi).

Il corso favorisce lo sviluppo delle abilità di comunicare oralmente o per iscritto utilizzando termini tecnici specifici.

Il corso aiuta a sviluppare le capacità di lettura e comprensione di testi scientifici di livello universitario in lingua italiana.

Prerequisiti

Nessun prerequisito specifico.

Contenuti del corso

Gli argomenti principali trattati durante il corso sono indicati qui di seguito:

Introduzione al corso 

Definizione di sistema produttivo. Sistemi di produzione di beni e di servizi. L’impianto industriale come sottosistema tecnico di un sistema di produzione. Impianti tecnologici e di servizio.

Elementi di Contabilità Industriale 

Analisi e classificazione dei costi industriali. Ammortamenti. Cenni al bilancio di impresa industriale. Analisi costo-volume-profitto. Analisi di breakeven. Margine di contribuzione.

Studio di fattibilità e studio del plant layout. 

Studio di fattibilità tecnico-economico di una iniziativa industriale. Classificazione di sistemi produttivi, processi industriali e layout. Scelta delle modalità di risposta alla domanda (produzione su commessa/magazzino), di realizzazione del volume di produzione (produzione unitaria, a lotti, continua) e di realizzazione del prodotto (per prodotto o per processo). Scelta del layout di impianto (produzioni flow shop/job shop, layout per linea/per reparti). Confronto tecnico-economico tra differenti processi/layout. Scelta del tipo e del livello di automazione (automazione rigida e flessibile).

Dimensionamento dell’impianto tecnologico 

Rendimento composto di impianto. Principali cause di riduzione dell’efficienza e metodologie di incremento della capacità produttiva. Criteri di dimensionamento di un impianto tecnologico (linee dedicate, linee multiprodotto e reparti).

Analisi di casi aziendali (processo, layout, efficienza, flessibilità, livello di automazione). 

Sistemi di movimentazione e stoccaggio dei materiali. 

Generalità sul material handling. Classificazione e panoramica sui sistemi di movimentazione interna: rulli, nastri, paranchi, carrelli, AGV, AEM. Classificazione e panoramica sui sitemi di stoccaggio dei materiali: magazzini a catasta, magazzini a scaffalature tradizionali, magazzini automatizzati.

Criteri di scelta e principi di progettazione dei sistemi di Material Handling.

Principi di dimensionamento sistemi di trasporto: rulli, nastri e paranchi, carrelli e AGV.

Principi di dimensionamento sistemi di immagazzinamento: magazzino servito da carrelli elevatori, magazzino automatico servito da trasloelevatore.

Servizi generali di impianto.

Schema di funzionamento generale di un impianto di servizio. Iter generale di dimensionamento.

Problemi ricorrenti nella progettazione: produzione/approvvigionamento, continuità del servizio, centralizzazione/decentralizzazione, sistema di generazione/accumulo, chiusura dell’impianto.

Principi di funzionamento e di dimensionamento dei principali impianti di servizio: acqua industriale, aria compressa, impianti termici (impianti HVAC e impianti vapore per utenze tecnologiche), impianto elettrico, impianto antincendio ed impianto di smaltimento acque reflue.

Testimonianza aziendale.

Ulteriori informazioni sul corso e sulle lezioni, sono resi disponibili attraverso le pagine del corso all’indirizzo: http://didattica.uniroma2.it

Sito del corso: moodle.ing.uniroma2.it (chiedere la chiave di accesso a vito.introna@uniroma2.it)

Materiale di studio consigliato

Materiale distribuito a lezione. Appunti dalle lezioni.

Modalità d’esame

L’esame di Impianti Industriali 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. Prova scritta, prova orale ed eventuale progetto concorrono alla valutazione finale nei termini di una media pesata.

Testi di Riferimento

• A.Monte, Elementi di Impianti Industriali, voll. 1 e 2, Ed. Cortina, 1994
• F.Turco, Principi generali di progettazione degli impianti industriali, Ed. Città Studi, 1993
• V.Cesarotti, V.Introna, Dispense del corso e note didattiche disponibili sul sito web del corso

English version – Manufacturing Plants (6 Credits – Instructor: Vito Introna)

Aim of the Course

Aim fo the Course: Students acquire knowledge about the methods of operation of manufacturing plants with particular reference to production facilities, material handling systems and utility facilities.

At the end of the course the students are able to:

• design a manufacturing system (choice of the type of machine, choice of the automation level, calculating the number of machines, economic evaluation of the solution)
• design material handling system (choice of plant type of handling and storage, sizing rollers, belts, hoists/cranes, trolleys and automated warehouses or less)

The course promotes the development of autonomy of judgment accustoming the student to analyze several case studies and propose specific solutions and helps to develop a critical view thanks to the different points of view offered during the course (lecturer, business experts and colleagues).

The course encourages the development of oral and written communication skills by using specific technical terms.

The course helps to develop reading and comprehension of scientific/academic texts.

Contents: – Key topics covered during the course are listed below :

Course introduction: Definition of production system. Production systems for goods and services. Industrial plant as subsystem of a production system. Production facility and Utilities facility.

Elements of Cost Accounting: Analysis and classification of industrial costs. Depreciation. Cost- volume- profit analysis. Break-even analysis. Contribution margin.

Production facility:   Classification of production systems , industrial processes and layout . Push and pull production. Continuous and intermittent production . Process plant and manufacturing plant. Rigid and flexible automation. Automation of production processes: NC machines, CNC machines, machining cells and transfer lines. Sizing of manufacturing plants and the study of plant layout. Different types of layout . Overall Equipment Effectiveness of a production system . Sizing the number of machines. Technical and economic comparison between different processes/layout. Study of technical and economic feasibility of the system. Business cases analysis.

Material handling system: General information on material handling. Classification and overview of the internal handling systems: rollers system, conveyors system, hoists/crane, transpallet and forklift, AGV, AEM. Classification and overview of warehouses. Selection criteria and design principles of material handling systems. Sizing of transportation system. Sizing of sizing storage systems.

Utilities facility: General representation of an utilities system. Sizing criteria. Recurring problems in the design of utilities system: production vs supply, service continuity, centralization and decentralization, system generation vs accumulation, closed loop. Principles of sizing and use of the main utilities plants: industrial water, compressed air, heating systems (HVAC, steam systems), electrical plant. Fire-fighting systems and industrial wastewater treatment plants .

More information about the course and lessons are made available through the pages of the course at: http://didattica.uniroma2.it

Web site: moodle.ing.uniroma2.it (ask the access key to vito.introna@uniroma2.it)

Examination procedures: The exam of Manufacturing Plants 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. Written test and oral test will contribute to the final assessment in terms of a weighted average.