Ingegneria meccanica

L’insegnamento concorre a formare lo studente sulla modellistica ed il progetto di azionamenti elettrici. Introduce agli aspetti metodologici, di modellazione, di progettazione e di collegamento fra le varie conoscenze. L'obiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per la scelta del tipo di motore e di controllo più adatto, in funzione dell’applicazione. I principali risultati dell’apprendimento saranno: • Comprensione dei principi fisici alla base del funzionamento motori elettrici; • Richiami di controlli automatici; • Richiamo di elettronica di potenza; • Nozioni sulla qualità dell’energia elettrica, in particolare per quanto riguarda l’utilizzo di inverter per azionamenti; • Modellistica e controllo di motori elettrici di varia natura: motori in c.c. a spazzole, e in corrente alternata ad induzione e brushless, motori stepper.

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie per progettare dei sistemi di azionamento elettrico. I principali contenuti riguardano: richiami di elettrotecnica, basi di controlli automatici ed elettronica di potenza. Motori elettrici in c.c., a induzione, brushless (BLDC e PMSM) e stepper, ed il loro controllo.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie solide conoscenze preliminari di elettromagnetismo et elettrotecnica. Sarebbe utile avere conoscenze in controlli automatici ed elettronica.

Il corso è organizzato in: • lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso; • esercitazioni teoriche e pratiche, da svolgere possibilmente in laboratorio utilizzando i software Matlab/Simulink e LTspice. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Introduzione. • Azionamenti elettrici: uno sguardo d'insieme. Evoluzione della tecnologia e abbandono dei motori in c.c. a spazzole. Richiami di elettrotecnica: reti trifase, nozione di potenza attiva, reattiva, apparente, distorcente. Perché carichi RL producono delle sovratensioni. Motori in c.c. a spazzole • Struttura e principio di funzionamento. Modello dinamico e circuito equivalente. Defluxing. Richiami di controlli automatici • Nozioni di base di controlli automatici: trasformate di Laplace, risposta in frequenza e funzione di trasferimento, diagrammi di Bode. • Sistemi del primo e secondo ordine, e loro identificazione a partire dalla risposta al gradino. • Controllori PID, progetto di controllori nel dominio del tempo e della frequenza, sintesi diretta. Anti-wind up. • Stabilità di sistemi lineari: margine di fase e di guadagno. Elettronica di potenza • Cenni sui semiconduttori, e sui dispositivi a semiconduttore per l’elettronica di potenza: diodi, BJT, MOSFET, IGBT e tiristori, moduli composti di più dispositivi di potenza. • Convertitori DC-DC con topologie Buck, Boost e Buck-Boost e loro funzione di trasferimento (cenni). Controllori, regolatori integrati e moduli di potenza integrati. • Mezzo ponte, ponte intero, ponte trifase. Chopper. Frenatura rigenerativa, common DC-bus e protezione del bus DC. • Inverter: applicazioni e tipologia, nozione di THD e qualità dell’energia elettrica. • Modulazione di tipo onda quadra, PWM e SVPWM. Controllo di motori elettrici • Perché si utilizzano loop imbricati (controllo di coppia/corrente, velocità e posizione) • Progetto di controllo di motori in c.c. • Misura di posizione e di velocità tramite encoder. Motore a induzione • Struttura e principio di funzionamento. Modello a regime e circuito equivalente per fase. • Avviamento di motori a induzione: allaccio diretto, soft-starter o inverter. • Controllo scalare (V/f), perché il controllo V/f non permette di controllare i transitori. • Modello dinamico: trasformazione di Clarke-Park, equazioni del motore nel riferimento di Park. Calcolo della coppia. Cenni sulle differenti tipologie di controllo vettoriale FOC e DTC Motori brushless • Struttura e principio di funzionamento. Motori BLDC e PMSM. • Modello dinamico di motori brushless, equazioni del motore nel riferimento di Park. • Controllo FOC, 6 steps. Cenni sul controllo sensorless. • Circuiti integrati per il controllo di motori brushless. Motori stepper • Struttura e principio di funzionamento, tipologie di motori stepper (unipolari, bipolari e ibridi) • Controllo di motori stepper, microstepping. • Circuiti integrati per il controllo di motori stepper. Model-based design • Approcci model-in-the-loop (MIL), software-in-the-loop (SIL) e hardware-in-the-loop (HIL). • Nozioni di base sull’utilizzo di Simulink e SImscape • generazione automatica di codice per piattaforme di tipo embedded • Esercitazioni pratiche con Arduino.

L'esame si compone di due parti: • una prova scritta (3h) • una prova orale, unicamente per gli studenti che superino la prova scritta • sarà cura degli studenti di seguire ed ottenere l’attestato nominativo di riuscita di 3 tutorial Onramp (Simulink, Design of automatic control, Simscape power electronics)

Testi raccomandati 1. Slobodan N. Vukosavic, Electrical Machines, Springer DOI 10.1007/978-1-4614-0400-2 2. Ned Mohan, Electric Drives – an integrative approach, MNPERE, ISBN 0-9715292-1-3 Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

L’insegnamento concorre a formare lo studente sulla modellistica ed il progetto di azionamenti elettrici. Introduce agli aspetti metodologici, di modellazione, di progettazione e di collegamento fra le varie conoscenze. L'obiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per la scelta del tipo di motore e di controllo più adatto, in funzione dell’applicazione. I principali risultati dell’apprendimento saranno: • Comprensione dei principi fisici alla base del funzionamento motori elettrici; • Richiami di controlli automatici; • Richiamo di elettronica di potenza; • Nozioni sulla qualità dell’energia elettrica, in particolare per quanto riguarda l’utilizzo di inverter per azionamenti; • Modellistica e controllo di motori elettrici di varia natura: motori in c.c. a spazzole, e in corrente alternata ad induzione e brushless, motori stepper.

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie per progettare dei sistemi di azionamento elettrico. I principali contenuti riguardano: richiami di elettrotecnica, basi di controlli automatici ed elettronica di potenza. Motori elettrici in c.c., a induzione, brushless (BLDC e PMSM) e stepper, ed il loro controllo.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie solide conoscenze preliminari di elettromagnetismo et elettrotecnica. Sarebbe utile avere conoscenze in controlli automatici ed elettronica.

Il corso è organizzato in: • lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso; • esercitazioni teoriche e pratiche, da svolgere possibilmente in laboratorio utilizzando i software Matlab/Simulink e LTspice. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Introduzione. • Azionamenti elettrici: uno sguardo d'insieme. Evoluzione della tecnologia e abbandono dei motori in c.c. a spazzole. Richiami di elettrotecnica: reti trifase, nozione di potenza attiva, reattiva, apparente, distorcente. Perché carichi RL producono delle sovratensioni. Motori in c.c. a spazzole • Struttura e principio di funzionamento. Modello dinamico e circuito equivalente. Defluxing. Richiami di controlli automatici • Nozioni di base di controlli automatici: trasformate di Laplace, risposta in frequenza e funzione di trasferimento, diagrammi di Bode. • Sistemi del primo e secondo ordine, e loro identificazione a partire dalla risposta al gradino. • Controllori PID, progetto di controllori nel dominio del tempo e della frequenza, sintesi diretta. Anti-wind up. • Stabilità di sistemi lineari: margine di fase e di guadagno. Elettronica di potenza • Cenni sui semiconduttori, e sui dispositivi a semiconduttore per l’elettronica di potenza: diodi, BJT, MOSFET, IGBT e tiristori, moduli composti di più dispositivi di potenza. • Convertitori DC-DC con topologie Buck, Boost e Buck-Boost e loro funzione di trasferimento (cenni). Controllori, regolatori integrati e moduli di potenza integrati. • Mezzo ponte, ponte intero, ponte trifase. Chopper. Frenatura rigenerativa, common DC-bus e protezione del bus DC. • Inverter: applicazioni e tipologia, nozione di THD e qualità dell’energia elettrica. • Modulazione di tipo onda quadra, PWM e SVPWM. Controllo di motori elettrici • Perché si utilizzano loop imbricati (controllo di coppia/corrente, velocità e posizione) • Progetto di controllo di motori in c.c. • Misura di posizione e di velocità tramite encoder. Motore a induzione • Struttura e principio di funzionamento. Modello a regime e circuito equivalente per fase. • Avviamento di motori a induzione: allaccio diretto, soft-starter o inverter. • Controllo scalare (V/f), perché il controllo V/f non permette di controllare i transitori. • Modello dinamico: trasformazione di Clarke-Park, equazioni del motore nel riferimento di Park. Calcolo della coppia. Cenni sulle differenti tipologie di controllo vettoriale FOC e DTC Motori brushless • Struttura e principio di funzionamento. Motori BLDC e PMSM. • Modello dinamico di motori brushless, equazioni del motore nel riferimento di Park. • Controllo FOC, 6 steps. Cenni sul controllo sensorless. • Circuiti integrati per il controllo di motori brushless. Motori stepper • Struttura e principio di funzionamento, tipologie di motori stepper (unipolari, bipolari e ibridi) • Controllo di motori stepper, microstepping. • Circuiti integrati per il controllo di motori stepper. Model-based design • Approcci model-in-the-loop (MIL), software-in-the-loop (SIL) e hardware-in-the-loop (HIL). • Nozioni di base sull’utilizzo di Simulink e SImscape • generazione automatica di codice per piattaforme di tipo embedded • Esercitazioni pratiche con Arduino.

L'esame si compone di due parti: • una prova scritta (3h) • una prova orale, unicamente per gli studenti che superino la prova scritta • sarà cura degli studenti di seguire ed ottenere l’attestato nominativo di riuscita di 3 tutorial Onramp (Simulink, Design of automatic control, Simscape power electronics)

Testi raccomandati 1. Slobodan N. Vukosavic, Electrical Machines, Springer DOI 10.1007/978-1-4614-0400-2 2. Ned Mohan, Electric Drives – an integrative approach, MNPERE, ISBN 0-9715292-1-3 Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro sarà disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

. Incropera, D.P. Dewitt, T.L. Bergman, A.S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Ed. John Wiley & Sons,2006. G. Guglielmini, C. Pisoni, Elementi di trasmissione del calore, Ed. Veschi. Lecture notes will be distributed by the teacher.

Complementi di trasmissione del calore e di fluidodinamica applicata ai problemi dell'ingegneria meccanica: conduzione, convezione e irraggiamento. Ebollizione e condensazione. Scambiatori di calore, modelli di dispersione di inquinanti in atmosfera. Termofluidodinamica computazionale. Sistemi di misura delle proprietà termofisiche dei materiali.

Lo studente deve conoscere le nozioni di base di analisi matematica, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale. Costituiscono poi un prerequisito indispensabile le basi della termodinamica.

Il corso è organizzato con lezioni in aula su tutti gli argomenti trattati, oltre ad esercitazioni in laboratorio per l'osservazione dei fenomeni di trasmissione del calore. Lo studio dell'analisi computazionale è supportata da esempi applicativi attraverso un codice commerciale.

Conduzione. Proprietà termofisiche; equazione di Fourier; applicazioni di casi stazionari; problemi non lineari; superfici alettate; conduzione in regime variabile: il corpo sottile; transitori in sistemi a temperatura non uniforme; conduzione non stazionaria nell’involucro degli edifici. Convezione. Equazioni di Navier-Stokes; equazione dell'energia nei fluidi, approssimazione di strato limite; valutazione dello spessore degli strati limite meccanico e termico: equazioni dello strato limite; effetti termici della turbolenza; convezione forzata: profili di velocità e temperatura; piastra piana; flusso esterno in superfici cilindriche; flusso interno in tubazioni; convezione naturale. Irraggiamento. Equazioni fondamentali; legge di Kirchhoff; superfici nere e grigie; fattori di vista. Condensazione ed ebollizione. Pool boiling; curve di Nukiyama; ebollizione nucleata; ebollizione in convezione forzata; condensazione; correlazioni della condensazione a film su lastra piana verticale. Scambiatori di calore. Classificazione; metodo della differenza di temperatura media logaritmica; metodo dell’efficienza. Dispersione degli inquinanti in atmosfera. Modelli matematici per la valutazione della diffusione di inquinanti in atmosfera; classi di stabilità atmosferica, gradienti termici verticali; modelli gaussiani. Termofluidodinamica computazionale. Metodo delle differenze finite; metodi alle differenze finite nella conduzione stazionaria e variabile; applicazione delle differenze finite ad altri meccanismi di trasmissione del calore. Esperienze di laboratorio e computazionali. Termoflussimetro a piastra piana; termoflussimetro a torre cilindrica; transitorio a filo caldo; analizzatore a flash luminoso; alette; celle di Banard; termografia a infrarossi; esempi di simulazioni con codici CFD commerciali.

L'esame prevede una prova scritta e una prova orale. La prova scritta, della durata di due ore, consiste nella soluzione di 4 temi su argomenti relativi al programma e il cui elenco è reso disponibile agli allievi. La prova ha lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. La prova orale consiste in una discussione della durata non superiore a circa 45 minuti finalizzata ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici; ii) l’autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

F. Incropera, D.P. Dewitt, T.L. Bergman, A.S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Ed. John Wiley & Sons,2006. G. Guglielmini, C. Pisoni, Elementi di trasmissione del calore, Ed. Veschi. Saranno inoltre distribuite dispense da parte del docente.

I risultati d'apprendimento principali previsti prevedono la capacità da parte degli allievi di risolvere le strutture iperstatiche soggette a qualsiasi condizioni di carico compresi i cedimenti e le variazioni termiche; affrontare i problemi di stabilità di travi ad elasticità concentrata e ad elasticità diffusa. Acquisizione delle conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi sperimentali semplici, nell'ambito dell'analisi della tensione e della deformazione e dei problemi di comportamento meccanico dei materiali.

1 Richiami ed approfondimenti di Statica 2) calcolo degli spostamenti con i teoremi di Mohr. Rotazioi ed inflessioni. 3) Risoluzione di strutture simmetriche ed emisimmetriche. 4) la stabilità dell'equilibrio elastico. Strutture ad elasticità concentrata e ad elasticità diffusa. Il carico critico. 6) Equazioni della linea elastica, per travature staticamente determinate e indeterminate. Attività di laboratorio per la sperimentazione meccanica su strutture e materiali strutturali. 7) Robustezza strutturale e metodologie per il suo raggiungimento. I materiali fragili, il vetro strutturale.

Per apprendere con profitto gli argomenti trattati, è necessario aver superato l'esame di Fondamenti di Meccanica delle Strutture.

Le lezioni saranno di tipo frontale, svolte in aula e saranno integrate da attività di laboratorio.

Il corso va ad integrarsi con i precedenti corsi di meccanica strutturale. In particolare, ricollegandosi ai concetti di statica della trave inflessa, verranno sviluppati, principalmente in ambito applicativo, i seguenti temi: 1. Richiami e approfondimenti di Statica 2. Calcolo degli spostamenti delle travi inflesse con i teoremi di Mohr. Rotazioni ed inflessioni. 3. Risoluzione di strutture simmetriche ed emisimmetriche. 4. La stabilità dell’equilibrio elastico. Le strutture ad elasticità concentrata. Le strutture ad elasticità diffusa. Il carico critico. 5. Risoluzione di strutture iperstatiche con il metodo delle forze, in presenza di variazioni termiche (uniformi e a farfalla), cedimenti elastici ed anelastici. 6. Equazione della Linea elastica, per travature staticamente determinate e indeterminate. 7. Attività di laboratorio per la sperimentazione meccanica su strutture e materiali strutturali. 8. Robustezza Strutturale e metodologie per il suo raggiungimento. I materiali fragili: il vetro strutturale.

L’esame sarà orale della durata di 30-45 minuti e verterà sugli argomenti trattati nel corso tra cui verrà richiesta richiesta la risoluzione di una struttura iperstatica.

Erasmo Viola - Esercitazioni di Scienza delle costruzioni - vol 1° 1993 Pitagora Editrice Bologna Erasmo Viola - Esercitazioni di Scienza delle costruzioni - vol 2° 1985 Pitagora Editrice Bologna – R. Camiciotti, A. Cecchi - Esercizi di Scienza delle Costruzioni vol III Edizione Morelli Firenze. Riccardo Baldacci - Scienza delle costruzioni: Fondamenti di meccanica dei solidi - vol 1° 1970 UTET, Michele Capurso - Lezioni di Scienza delle costruzioni - 1971 Pitagora editrice. Il materiale didattico mostrato durante le lezioni verrà fornito dal docente su Unistudium.

Lo studente acquisisce capacità di schematizzazione di un problema per la sua simulazione fluidodinamica (CFD - Computational Fluid Dynamics), di scelta dei modelli più opportuni e di analisi dei risultati. Oggetto di studio sono la termo-fluidodinamica, la combustione e i flussi multifase, in particolare per motori a combustione interna, spray di combustibile, combustori, turbogas, impianti di potenza, aerodinamica esterna. Conoscenza ed uso di piattaforme di High Performance Computing (HPC).

Cinematica e dinamica dei fluidi Fondamenti di fluido-dinamica computazionale (CFD - Computational Fluid Dynamics). Flussi turbolenti. Flussi chimicamente reattivi. Flussi multifase. Applicazioni alla modellazione di macchine a fluido, di flussi interni e di flussi esterni. Introduzione all'High Performance Computing (HPC).

conoscenza dei contenuti dei corso di macchine, macchine a fluido, fisica tecnica.

• lezioni frontali - esercitazioni al calcolatore

1. Proprietà dei fluidi: comprimibilità, viscosità, tensione superficiale. Cinematica dei fluidi: descrizione lagrangiana ed euleriana, derivata materiale, tensori di deformazione e rotazione. Dinamica dei fluidi: tensore degli sforzi e modelli costitutivi. Principi di base: equazioni di conservazione della massa, quantità di moto, energia e specie, in forma conservativa e non conservativa, equazioni di stato, proprietà di trasporto, viscosità, diffusività di massa, diffusività termica. 2. Introduzione alla fluido-dinamica computazionale (CFD). Metodi numerici: metodo dei volumi finiti. Metodi di discretizzazione dei termini spaziali e temporali. Convergenza, accuratezza e stabilità. Accoppiamento delle equazioni, algoritmi di soluzione pressure-based e density-based. Solutori segregati e accoppiati. Metodi iterativi di soluzione per problemi non lineari accoppiati. 3. Modelli di turbolenza. Cascata dell’energia e scale caratteristiche della turbolenza. Approcci: Direct Numerical Simulation (DNS), Large Eddy Simulations) LES, Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS). Ipotesi di Boussinesq e modelli a due equazioni. Altri modelli di chiusura. Modelli per lo strato limite turbolento: funzioni di parete standard, funzioni di parete avanzate, modelli a due strati, modelli a basso numero di Reynolds. 4. Miscelamento turbolento e flussi reattivi. Modellazione del mixing turbolento e di flussi chimicamente reattivi. Combustione premiscelata e non-premiscelata. Interazione tra cinetica chimica e turbolenza. Modelli di combustione per fiamme diffusive/non premiscelate. 5. Flussi multifase. Cenni alla modellazione con metodi Euleriani two-fluid e single-fluid, metodi Lagrangiani. Interazioni tra le fasi. 6. Introduzione all'High Performance Computing (HPC). Applicazioni CFD a flussi turbolenti: studio e design di macchine a fluido, motori a combustione interna, turbomacchine, flussi esterni, aerodinamica. Ogni capitolo presenta almeno un caso di studio e una sessione pratica con simulazioni al computer.

progetto, prova orale

Andersson B., et al.: Computational Fluid Dynamics for Engineers, Cambridge Press 2012 Altri: Cengel, Cimbala, Fluid Mechanics – Fundamentals and Applications, McGraw-Hill Ferziger, Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer

Il corso punta a fornire gli strumenti necessari allo studio rigoroso del moto e delle deformazioni dei corpi reali siano essi fluidi che solidi.

Cinematica e dinamica dei corpi deformabili sia solidi che fluidi. Equazioni di governo. Teorie costitutiva per solidi elastici e fluidi viscosi.

Conoscenze solide di Analisi matematica, Algebra lineare e Meccanica Razionale.

Lezioni frontali.

Algebra e calcolo tensoriale. Cinematica dei corpi deformabili. Forze di massa e di contatto. Leggi di bilancio della meccanica. Leggi costitutive. Oggettività e simmetria materiale. Elasticità linear e non lineare. Fluidi elastici e viscosi.

Esame scritto ed orale.

S. Forte, L. Preziosi, M. Vianello: Meccanica dei Continui. Springer-Verlag Italia.

Si vogliono le trasmettere all'Allievo Ingegnere meccanico le competenze di base sulle tecnologie meccatroniche attualmente impiegate per la gestione dei motori a combustione interna nell'ottica del controllo delle emissioni inquinanti e del contenimento delle emissioni di inquinanti e di CO2. Particolari approfondimenti sono dedicati alle problematiche di acquisizione dati e di controllo di sistemi elettromeccanici nel settore automotive. Sono analizzati i principi e gli schemi attuativi dei veicoli ibridi ed elettrici.

Fondamenti dei sistemi di acquisizione. Attuatori elettromeccanici: principi e tecnologie. Richiami sui sensori. Cenni sui controllori: l’interazione sistema controllato-controllore. La strategia di regolazione PID. Sistemi elettro-meccanici utilizzati per il controllo motore: le strategie operative della ECU. Sistemi elettro-meccanici utilizzati per il controllo CO2 ed emissioni: recenti sviluppi dei sistemi d’iniezione e tecnologie per il controllo emissioni. Veicoli ibridi e sistemi elettrochimici di stoccaggio energia: concetti fondamentali.

E' richiesta un'adeguata conoscenza della termodinamica di base e del funzionamento dei motori a combustione interna, fornita rispettivamente dai corsi di Macchine e Motori a Combustione Interna.

-Lezioni frontali; -Seminari e visite aziendali; -Attività di laboratorio.

Introduzione al concetto di Meccatronica e panorama sulle discipline coinvolte. Sistemi di acquisizione dati: catena di misura conversione A/D e D/A, risoluzione verticale ed orizzontale. Sistemi di trigger. Confronto fra sistemi di acquisizione tradizionale e PC-based. Introduzione a LabVIEW, un ambiente di programmazione grafica: funzioni generali. Costruzione di un tipico sistema DAQ basato su PC in ambiente LabVIEW. Struttura generale dei sistemi meccatronici; le funzioni di un sistema di controllo e architetture tipiche. Richiami sui sensori; sistemi attivi/passivi, classificazione per tipo di misura, concetti di precisione e accuratezza. Attuatori elettromeccanici: richiami sui principi elettromeccanico e elettromagnetico. Motori DC, AC e stepper: tipologie e strategie di azionamento. Cenni sui sistemi di controllo e sulle strategie di regolazione. La curva caratteristica di un processo. Strategie di regolazione on/off, proporzionale, integrale e derivativa. Regolatori PID Strategie di controllo dei Motori a combustione interna; il funzionamento di una Electronic Control Unit (ECU) e le sue funzioni fondamentali: air flow, accensione, iniezione. Funzione di controllo emissioni, funzione On Board Diagnostic. Tecnologie elettromeccaniche utilizzate per il controllo dei motori: sistemi di iniezione e convertitori catalitici. Recenti sviluppi per la gestione del processo di combustione, del controllo emissioni e per il miglioramento dell'efficienza. Veicoli ibridi: concetti di base, classificazione (architetture serie-parallelo). Fondamenti sulle strategie di gestione. Modellazione di un sistema meccatronico a parametri concentrati in ambiente 0D/1D. Esempio di modellazione di sistemi elettromeccanici in ambiente GTPower. Realizzazione in laboratorio di un regolatore PID PC-Based per la gestione di un sistema fluido pressurizzato.

Esame orale o scritto (domande a risposta aperta). Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

• R.H. Bishop, Mechatronics An Introduction, Taylor&Francis - K. Reif: Gasoline Engine Management, Springer Vieweg - K. Reif: Diesel Engine Management, Springer Vieweg - Dispense fornite dal Docente

• Aquisire gli strumenti per comprendere e approfondire la dinamica delle macchine a corpi rigidi e flessibili, con i problemi correlati. - Acquisire le basi per saper studiare e simulare il moto di meccanismi. - Conoscere i rudimenti di tribologia riguardo alla lubrificazione e all'analisi dell'usura.

DINAMICA DEGLI AZIONAMENTI - Principi di progettazione dei sistemi di azionamento. – Applicazioni e dimensionamento di sistemi idraulici e pneumatici. – Analisi ed applicazione dei sistemi di smorzamento. – Analisi numerica di sistemi lineari e non lineari. MECCANISMI E DINAMICA DELLE MACCHINE - Dinamica e bilanciamento di macchine e meccanismi. - Studio dei sistemi meccanici in regime transitorio. - Studio e simulazione del moto dei meccanismi. - Teoria della lubrificazione, principi di tribologia.

Sono richieste conoscenze di base di meccanica applicata e in particolare la capacità di scrivere le equazioni di equilibrio dinamico di sistemi meccanici. Rudimenti di base di programmazione al calcolatore e disegno.

Lezioni frontali e esercitazioni in aula.

DINAMICA DEGLI AZIONAMENTI - Principi di progettazione dei sistemi di attuazione. - Classificazione e selezione dei sistemi di potenza, analisi cinematica e dinamica, modellazione meccanica con un approccio a più gradi di libertà. - Applicazioni dei sistemi idraulici e pneumatici: progettazione di sistemi idraulici, basi per la progettazione e il dimensionamento dei sistemi di potenza, valvole di controllo e centraline, introduzione ai sistemi pneumatici. - Analisi e applicazione di ammortizzatori viscosi: caratteristiche generali e progettazione di smorzatori meccanici, regolazione e controllo dei sistemi di smorzamento in applicazioni meccaniche. - Analisi e modellazione numerica di sistemi meccanici non lineari: introduzione alle equazioni dello spazio di stato, modellazione numerica con approccio State-Space dei sistemi LTI, dinamica dei sistemi meccanici con smorzamento non lineare, simulazione numerica di sistemi non lineari con esempi ed esercizi. MECCANISMI E DINAMICA DELLE MACCHINE - Dinamica e bilanciamento di macchine e meccanismi: Dinamica e bilanciamento dei motori, Dinamica dei rotori rigidi, Dinamica dei rotori flessibili, Equilibratura dei rotori, Esempi e esercizi. - Studio dei sistemi meccanici in regime transitorio: sistemi in regime assoluto, Sistemi in regime periodico, Esempi e esercizi. - Studio e simulazione del moto dei meccanismi: Progettazione funzionale 3D di meccanismi, simulazione 3D del moto, studio cinematico 3D, Esempi e esercizi. - Teoria della lubrificazione e Fondamenti di tribologia: Metodi di analisi dell'usura, Lubrificazione fluidodinamica, Lubrificazione idrostatica, Esempi e esercizi.

Elaborato, esame scritto e orale.

• C. Ferraresi, T. Raparelli: Applied Mechanics. Ed. Clut - U. Meneghetti, A. Maggiore, E. Funaioli: Lezioni di meccanica applicata alle macchine. Prima parte: Fondamenti di meccanica delle macchine. Seconda parte: Elementi di meccanica degli azionamenti. Terza parte: Dinamica e vibrazioni delle macchine. - M. Callegari , P. Fanghella , F. Pellicano: Meccanica applicata alle macchine - Appunti delle lezioni.

• Aquisire gli strumenti per comprendere e approfondire la dinamica delle macchine a corpi rigidi e flessibili, con i problemi correlati. - Acquisire le basi per saper studiare e simulare il moto di meccanismi. - Conoscere i rudimenti di tribologia riguardo alla lubrificazione e all'analisi dell'usura.

DINAMICA DEGLI AZIONAMENTI - Principi di progettazione dei sistemi di azionamento. – Applicazioni e dimensionamento di sistemi idraulici e pneumatici. – Analisi ed applicazione dei sistemi di smorzamento. – Analisi numerica di sistemi lineari e non lineari. MECCANISMI E DINAMICA DELLE MACCHINE - Dinamica e bilanciamento di macchine e meccanismi. - Studio dei sistemi meccanici in regime transitorio. - Studio e simulazione del moto dei meccanismi. - Teoria della lubrificazione, principi di tribologia.

Sono richieste conoscenze di base di meccanica applicata e in particolare la capacità di scrivere le equazioni di equilibrio dinamico di sistemi meccanici. Rudimenti di base di programmazione al calcolatore e disegno.

Lezioni frontali e esercitazioni in aula.

DINAMICA DEGLI AZIONAMENTI - Principi di progettazione dei sistemi di attuazione. - Classificazione e selezione dei sistemi di potenza, analisi cinematica e dinamica, modellazione meccanica con un approccio a più gradi di libertà. - Applicazioni dei sistemi idraulici e pneumatici: progettazione di sistemi idraulici, basi per la progettazione e il dimensionamento dei sistemi di potenza, valvole di controllo e centraline, introduzione ai sistemi pneumatici. - Analisi e applicazione di ammortizzatori viscosi: caratteristiche generali e progettazione di smorzatori meccanici, regolazione e controllo dei sistemi di smorzamento in applicazioni meccaniche. - Analisi e modellazione numerica di sistemi meccanici non lineari: introduzione alle equazioni dello spazio di stato, modellazione numerica con approccio State-Space dei sistemi LTI, dinamica dei sistemi meccanici con smorzamento non lineare, simulazione numerica di sistemi non lineari con esempi ed esercizi. MECCANISMI E DINAMICA DELLE MACCHINE - Dinamica e bilanciamento di macchine e meccanismi: Dinamica e bilanciamento dei motori, Dinamica dei rotori rigidi, Dinamica dei rotori flessibili, Equilibratura dei rotori, Esempi e esercizi. - Studio dei sistemi meccanici in regime transitorio: sistemi in regime assoluto, Sistemi in regime periodico, Esempi e esercizi. - Studio e simulazione del moto dei meccanismi: Progettazione funzionale 3D di meccanismi, simulazione 3D del moto, studio cinematico 3D, Esempi e esercizi. - Teoria della lubrificazione e Fondamenti di tribologia: Metodi di analisi dell'usura, Lubrificazione fluidodinamica, Lubrificazione idrostatica, Esempi e esercizi.

Elaborato, esame scritto e orale.

• C. Ferraresi, T. Raparelli: Applied Mechanics. Ed. Clut - U. Meneghetti, A. Maggiore, E. Funaioli: Lezioni di meccanica applicata alle macchine. Prima parte: Fondamenti di meccanica delle macchine. Seconda parte: Elementi di meccanica degli azionamenti. Terza parte: Dinamica e vibrazioni delle macchine. - M. Callegari , P. Fanghella , F. Pellicano: Meccanica applicata alle macchine - Appunti delle lezioni.

Conoscenza di: -Logistica e Supply Chain -Strategia di Supply Chain -Modelli per la gestione delle scorte in regime deterministico e probabistico -Criteri per la determinazione delle prestazioni produttive -Criteri e modelli per la pianificazione della produzione Abilità conseguite: -Ottimizzazione della gestione delle scorte -Valutare correttamente le prestazioni produttive -Comprendere le problematiche legate alla gestione della produzione

Conoscere le principali problematiche e le soluzioni disponibili in merito alla ispezione di qualità in produzione ed al controllo statistico di processo. Conoscere le principali tecnologie di misura per l'ispezione dimensionale e geometrica di manufatti e la verifica di conformità alle tolleranze di progetto. Conoscere le principali soluzioni informatiche dedicate a supportare la pianificazione ed esecuzione dei processi di produzione

Introduzione alla gestione degli impianti e logistica industriale. Definizione di Logistica e Supply Chain. Esempi di Supply Chain. Fattori di Competizione della Supply Chain. Dalla strategia competitiva alla strategia della supply chain. Prodotti funzionali e prodotti innovativi. Production Decoupling Point. I drivers della supply chain. I costi delle facilities, i costi dei trasporti, delle scorte. Le informazioni, i costi e la terziarizzazione. Esemplificazione sulla gestione delle scorte. Esempio Inventory Aggregation, introduzione ed esemplificazione. L'equazione delle prove ripetute di Bernoulli. Effetto Forrester: simulazione. Il Material Handling: La Manipolazione e la Movimentazione dei Materiali Il Magazzino: le funzioni, il dimensionamento, l'operatività

Produzione assistita dal calcolatore - ispezione di qualità in produzione e controllo statistico di processo - metodi e tecnologie di ispezione e verifica basate sulla misura - soluzioni informatiche di assistenza alla pianificazione delle operazioni di produzione (computer aided manufacturing, computer aided process planning)

Non sono previste propedeuticità. Le conoscenze di base ed applicate conseguite nel corso della laurea triennale in ingegneria meccanica sono sufficienti.

Nessun prerequisito obbligatorio. Una conoscenza di base dei fondamentali processi e tecnologie di produzione è preferibile.

lezioni frontali

lezioni frontali

Introduzione alla gestione degli impianti e logistica industriale. Definizione di Logistica e Supply Chain. Esempi di Supply Chain. Fattori di Competizione della Supply Chain. Dalla strategia competitiva alla strategia della supply chain. Prodotti funzionali e prodotti innovativi. Production Decoupling Point. I drivers della supply chain. I costi delle facilities, i costi dei trasporti, delle scorte. Le informazioni, i costi e la terziarizzazione. Esemplificazione sulla gestione delle scorte. Esempio Inventory Aggregation, introduzione ed esemplificazione. L'equazione delle prove ripetute di Bernoulli. L'andamento delle scorte quando aumentano il numero delle facilities nella distribuzione della supply chain. L'effetto Forrester: la simulazione tramite il Beer Game. Il Material handling: i principi, le unità di movimentazione, i sistemi di movimentazione, le attrezzature e i macchinari. Le prestazioni dei sistemi di material handling. Il Magazzino e le sue funzioni. Le logiche di gestione del magazzino. Le prestazioni. Le diverse tipologie di magazzino. Modelli per l'ottimizzazione del magazzino. L'Honeycombing.

Parte I - Qualità in produzione Introduzione al controllo e gestione della qualità Variabilità e capacità di processo Variabili e attributi Introduzione al controllo statistico di processo Carte di controllo per variabili Carte di controllo per attributi Six-sigma e DMAIC Metodi di Taguchi ISO 9000 Parte II - Metodi e tecnologie di misura per l'ispezione dimensionale e geometrica dei manufatti Introduzione all'ispezione e testing Ispezione campionaria Tipologie di ispezione Metrologia dedicata alla ispezione Tecnologie convenzionali di misura per l'ispezione geometrica e dimensionale Metrologia di forma convenzionale Macchine di misura a coordinate Macchine di misura a coordinate senza contatto Parte III - Sistemi informatici di supporto alla pianificazione e gestione della produzione Modellazione geometrica tridimensionale e solida Tecnologie per nuvole di punti e mesh poligonali Curve e superfici parametriche Modellazione solida CSG e boundary Strumenti di modellazione solida per lo sviluppo di attrezzature e macchine di produzione Cenni alla simulazione della fisica dei processi di produzione (fusione, deformazione plastica, asportazione di materiale) Strumenti informatici di assistenza alla programmazione della lavorazione alle macchine utensili (CAM, CAD/CAM)

La valutazione consiste in una prova scritta (una serie di quesiti a risposta aperta) a cui segue un colloquio orale. Sia la prova scritta che la prova orale coprono tutti gli argomenti trattati dal modulo. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Prova scritta e orale

James A. Tompkins, John A. White, Yavuz A. Bozer, J. M. A. Tanchoco, Facility Planning 4th edition, 2010 Silver, Pyke, Thomas Inventory and Production Management in Supply Chains, 2016 Sule, 2008, Manufacturing Facilities. Chopra and Meindl, 2020, Supply Chain Management

M. Groover, Automation, Production Systems and Computer-integrated Manufacturing, Pearson D.C. Montgomery, Introduction to Statistical Quality Control, Wiley C. McMahon, J.Browne, CAD-CAM principles, practice and manufacturing, Addison Wesley K. Lee, Principles of Cad/Cam/CAE Systems, Addison-Wesley S. Kalpakjian, Manufacturing Engineering Technology, Addison Wesley

Il corso si prefigge lo scopo di insegnare un metodo sistematico per la progettazione di nuovi prodotti. Nel corso vengono trattati i problemi generali dell’organizzazione del progetto di un nuovo prodotto e vengono illustrate alcune metodologie specifiche adatte ad affrontare problemi di progettazione.

Scopo del corso è fornire una metodologia rigorosa (ma flessibile) per la progettazione. Abituare a una impostazione strutturata della progettazione. Sottolineare la natura unitaria e multi livello della progettazione. Il corso illustrerà i diversi aspetti dello sviluppo di un prodotto industriale mettendo l'accento su un pproccio ordinato e strutturale dell'intero processo. Nel corso verrà dato risalto ad alcuni aspetti specifici quali la generazione di nuovi concetti, la progettazione robusta e il perseguimento della qualità del prodotto in fase di progettazione.

Costruzione di Macchine

Il corso comprende circa 72 ore di didattica frontale. Gli studenti, divisi in gruppi di lavoro di al più quattro persone, devono sviluppare la progettazione concettuale di un prodotto a loro scelta.

1- Sviluppo di nuovi prodotti e pianificazione del processo di progettazione,dichiarazione d’intenti. 2- Fasi del processo di sviluppo. 3- Identificazione dei bisogni del cliente. Inchieste di mercato Confronto con la concorrenza 4- Specifiche di prodotto. Traduzione dei bisogni cliente in termini ingegneristici QFD 5- Generazione di concetti. Progettazione assiomatica TRIZ 6- Selezione dei concetti e cenni di teoria delle decisioni. 7- Le specifiche di progetto 8- Design of Experiments 9 - Modellazione 3D 10 - Scelta ed ottimizzazione dei materiali 11- Considerazioni fdi ergonomia Considerazioni economiche

L’esame consiste in: Valutazione del progetto. Questa si baserà non solo sulla soluzione individuata ma sulla strutturazione (e documentazione) del processo attraverso il quale questa soluzione è stata scelta. Prova orale su argomenti specifici teorici del corso. Ogni studente potrà sostenere l’esame in modo indipendente dagli altri membri del suo gruppo e ogni studente sarà “responsabile” dell’intero progetto, indipendentemente dallo specifico aspetto da lui trattato.

Testi consigliati: “Progettazione e sviluppo prodotto” – Ulrich, Eppinger. McGrw-Hill, 1° edizione. Testi di consultazione: “Una introduzione alla progettazione e costruzione di macchine” –Enrico Manfredi – Edizioni PLUS- Pisa (2004) “La scelta dei materiali nella progettazione industriale” MIchael F. Ashby Casa editrice Ambrosiana (2007) “Effective Innovation” – Don Clausing, Victor Fey _ ASME press, (2004) “Simplified TRIZ” Kelvi Rantanen, Ellen Domb St Lucie Press (2002) “Engineering of Creativity” – Semyon D. Savrasky – CRC Press (2000) “Inventive thinking through TRIZ” – Michael A. Orloff – Springer – (2002) “Axiomatic Design” – Nam Pyo Suh – Oxford University Press – (2001) “Robust Design” – Wiliam Fowlkes, Clyde Creveling – Addison_Wesley – (1995)

Il corso si prefigge lo scopo di insegnare un metodo sistematico per la progettazione di nuovi prodotti. Nel corso vengono trattati i problemi generali dell’organizzazione del progetto di un nuovo prodotto e vengono illustrate alcune metodologie specifiche adatte ad affrontare problemi di progettazione.

Scopo del corso è fornire una metodologia rigorosa (ma flessibile) per la progettazione. Abituare a una impostazione strutturata della progettazione. Sottolineare la natura unitaria e multi livello della progettazione. Il corso illustrerà i diversi aspetti dello sviluppo di un prodotto industriale mettendo l'accento su un pproccio ordinato e strutturale dell'intero processo. Nel corso verrà dato risalto ad alcuni aspetti specifici quali la generazione di nuovi concetti, la progettazione robusta e il perseguimento della qualità del prodotto in fase di progettazione.

Costruzione di Macchine

Il corso comprende circa 72 ore di didattica frontale. Gli studenti, divisi in gruppi di lavoro di al più quattro persone, devono sviluppare la progettazione concettuale di un prodotto a loro scelta.

1- Sviluppo di nuovi prodotti e pianificazione del processo di progettazione,dichiarazione d’intenti. 2- Fasi del processo di sviluppo. 3- Identificazione dei bisogni del cliente. Inchieste di mercato Confronto con la concorrenza 4- Specifiche di prodotto. Traduzione dei bisogni cliente in termini ingegneristici QFD 5- Generazione di concetti. Progettazione assiomatica TRIZ 6- Selezione dei concetti e cenni di teoria delle decisioni. 7- Le specifiche di progetto 8- Design of Experiments 9 - Modellazione 3D 10 - Scelta ed ottimizzazione dei materiali 11- Considerazioni fdi ergonomia Considerazioni economiche

L’esame consiste in: Valutazione del progetto. Questa si baserà non solo sulla soluzione individuata ma sulla strutturazione (e documentazione) del processo attraverso il quale questa soluzione è stata scelta. Prova orale su argomenti specifici teorici del corso. Ogni studente potrà sostenere l’esame in modo indipendente dagli altri membri del suo gruppo e ogni studente sarà “responsabile” dell’intero progetto, indipendentemente dallo specifico aspetto da lui trattato.

Testi consigliati: “Progettazione e sviluppo prodotto” – Ulrich, Eppinger. McGrw-Hill, 1° edizione. Testi di consultazione: “Una introduzione alla progettazione e costruzione di macchine” –Enrico Manfredi – Edizioni PLUS- Pisa (2004) “La scelta dei materiali nella progettazione industriale” MIchael F. Ashby Casa editrice Ambrosiana (2007) “Effective Innovation” – Don Clausing, Victor Fey _ ASME press, (2004) “Simplified TRIZ” Kelvi Rantanen, Ellen Domb St Lucie Press (2002) “Engineering of Creativity” – Semyon D. Savrasky – CRC Press (2000) “Inventive thinking through TRIZ” – Michael A. Orloff – Springer – (2002) “Axiomatic Design” – Nam Pyo Suh – Oxford University Press – (2001) “Robust Design” – Wiliam Fowlkes, Clyde Creveling – Addison_Wesley – (1995)

L’insegnamento di “Progettazione Meccanica Avanzata” si propone di fornire metodi per la progettazione di organi meccanici a sviluppo bidimensionale (piastre e gusci) e di fornire le basi per svolgere la progettazione/verifica statica di elementi/sistemi meccanici tramite analisi agli elementi finiti.

L'insegnamento di "Progettazione Meccanica Avanzata" si propone di fornire agli studenti le nozioni necessarie per la progettazione di organi meccanici quali recipienti in pressione e dischi rotanti ed elementi a sviluppo bidimensionale come piastre e gusci. Inoltre verranno forniti agli studenti le nozioni necessarie per affrontare la progettazione di componenti meccanici tramite analisi gli elementi finiti.

Al fine di comprendere e saper applicare alcune delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di " Progettazione e Costruzione di Macchine ".

Il corso sarà tenuto mediante lo svolgimento di lezioni frontali. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Recipienti di piccolo spessore soggetti a pressione interna ed esterna, recipienti di grosso spessore soggetti a pressione interna ed esterna, forzamento dei cilindri, accoppiamento albero mozzo. Analisi dei dischi rotanti di piccolo e grande spessore. Piastre sottoposte a flessione pura, momenti flettenti e curvatura, calcolo delle sollecitazioni, casi particolari. Teoria generale dei gusci cilindrici e casi particolari. Definizione di elementi finiti, Funzioni di forma, matrice di rigidezza dell’elemento, matrice di struttura, soluzione del problema statico, matrice di massa dell’elemento, metodi di riduzione dei gradi di libertà.

L'esame dell’insegnamento di “Progettazione Meccanica Avanzata” consiste in una prova orale in cui verranno discussi gli argomenti teorici durante il corso. Inoltre si richiede lo svolgimento di un progetto di un sistema di sollevamento sulla base delle specifiche tecniche e normative di riferimento e la realizzazione di un modello agli elementi finiti da concordare con il docente. Il progetto del sistema di sollevamento ed il modello FE ed i risultati ottenuti verranno discussi durante l’esame orale.

S.P. TIMOSHENKO - "Theory of plates and shells" - McGraw-Hill. R. GIOVANNOZZI - "Costruzione di macchine" P.W. WEAVER, S.P. TIMOSHENKO, D.H. YOUNG - "Vibration problems in engineering” - Wiley Interscience Dispense del corso di “Progettazione meccanica avanzata” (Prof. Braccesi)

Lo studente acquisirà conoscenze e competenze nell’ambito dell’analisi dei segnali e nell’ambito della valutazione del comportamento a fatica di componenti soggetti a stati di sollecitazione mono e multi assiali espressi nel dominio del tempo e in quello della frequenza (PSD). Acquisirà quindi la capacità di ricostruire la funzione densità di probabilità e di probabilità di un segnale temporale e di estrarre da esso lo spettro di carico della componente alterna dei cicli mediante metodi di conteggio nel dominio del tempo. Inoltre, sarà in grado di ottenere la rappresentazione della FFT e della funzione di densità spettrale di potenza (PSD) nel dominio della frequenza di un segnale tempo variante. Acquisirà anche la capacità di generare storie di carico nel dominio del tempo a partire dalla loro rappresentazione FFT e PSD in frequenza. Sarà anche in grado di stimare lo spettro di carico della componente alterna dei cicli di un segnale rappresentato esclusivamente in frequenza mediante PSD. Per ultimo sarà in grado di gestire uno stato di tensione multiassiale tempo variante o rappresentato in frequenza (PSD) al fine di valutare la resistenza a fatica di un componente.

Il modulo B “Affidabilita' strutturale e durabilita'” dell’insegnamento di “Progettazione Robusta” si propone di Fornire nozioni fondamentali sulla valutazione affidabilistica della resistenza a fatica su processi aleatori complessi e metodi di calcolo per la loro adozione (si adotterà MATLAB per la parte applicativa)

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di “Costruzione di Macchine” (Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica)

Il modulo è organizzato in: lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso; in parallelo verranno svolte esercitazioni in aula utilizzando il linguaggio numerico MATLAB La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Analisi dei segnali Cenni sull’analisi dei segnali. Processi deterministici e Fast Fourier Trasform. Processi aleatori e densità spettrale di potenza (PSD). Definizioni teoriche. Fatica monoassiale (S-N). Richiami ed approfondimenti sulla fatica monoassiale. Affidabilità delle curve di resistenza. Spettri di carico. Valutazione di spettri di carico. Spettri di Carico Equivalenti. Definizione di fattore di spettro. Metodi di conteggio dei cicli nel dominio del tempo. Ricostruzione di spettri di carico a partire da funzioni PSD nel dominio della frequenza. Formula di Dirlik. Valutazione del potere danneggiante dei carichi, forze ed accelerazioni. Fatica monoassiale (E-N). Introduzione e definizione della curva di resistenza. Formula di Neuber Fatica multiassiale (S-N) Approccio ingegneristico al problema della valutazione della resistenza di un componente soggetto a stato multiassiale di tensione nel tempo ed in frequenza.

L'esame dell’insegnamento di “Progettazione Robusta” di cui il modulo di “Affidabilità strutturale e durabilità” rappresenta il modulo B, prevede una prova orale volta all’accertamento della conoscenza di tutti gli argomenti svolti nei due moduli.

Appunti del docente Shigley J.E., Mischke C.R., “Mechanical Engineering Design”, Ed. McGraw-Hill, Inc. Collins J.A., “Failure Of Materials In Mechanical Design”, John Wiley & Sons Dahlberg T., Ekberg A., ”Failure Fracture Fatigue: An Introduction”, Studentlitteratur, Lund Matlab Manuals

Sviluppare e far raggiungere la capacità di interpretazione dei fenomeni che caratterizzano i propulsori, al fine di saperne effettuare la progettazione e lo sviluppo.

La mobilità inserita nell’ambito generale del contenimento dei consumi energetici e delle emissioni inquinanti. Sistemi innovativi di propulsione, ibridi elettrico-termico per la transizione energetica e la sostenibilità. Analisi delle esigenze energetiche dei sistemi di trasporto: accoppiamento propulsore-utilizzatore. Sviluppo di motori termici avanzati per l’accoppiamento con motori elettrici in powertrain ibridi. Sistemi di misura e valutazione delle prestazioni. Coefficiente di riempimento e sua ottimizzazione tramite progettazione avanzata dei sistemi di introduzione dell’aria: sfruttamento degli effetti dinamici, sovralimentazione. Combustibili convenzionali ed innovativi; combustibili a basso o nullo contenuto di carbonio. Metodologie di introduzione dei combustibili in motori ad accensione comandata o per compressione. Modalità di combustione, moti organizzati della carica. Sviluppo della generazione di potenza meccanica, combustioni anomale e loro limitazione. Emissioni inquinanti: generazione, abbattimento. Propulsori innovativi per la limitazione della generazione di emissioni inquinanti e componenti: motori ultra-magri, accenditori al plasma, controllo con metodologie On Board Diagnostics con reti neurali artificiali. Motorizzazioni ibride elettrico-termico: cenni alle diverse tipologie, caratteristiche, problematiche operative su larga scala, prospettive di sviluppo.

L'insegnamento viene impartito nel I Semestre del I anno del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica: di conseguenza si ritiene necessaria e sufficiente la formazione ricevuta in Corsi di Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica.Di particolare importanza sono da considerare le conoscenze acquisite nell'ambito dei Corsi di: Fisica, Fisica Tecnica, Macchine e Sistemi di Conversione dell'Energia.

Lezioni frontali in aula ed in laboratorio

Propulsori ibridi e loro componenti e configurazioni fondamentali. Accoppiamento propulsore-utilizzatore: moto a regime, moto con transitorio; moto in pendenza; calcolo analitico dell'accelerazione angolare, equilibrio dinamico, implementazione del calcolo del transitorio di accelerazione in un codice di calcolo. Rendimento volumetrico in motori 4T e 2T. Relazioni fondamentali, banco prova motori, ciclo indicato e strumenti, stabilità, elasticità,mappe.Effetti stazionari all'aspirazione: termici, perdite di carico; coefficiente d'efflusso.Effetti dinamici all'aspirazione: inerziali, d'onda, sistemi a geometria variabile.Metodologie sperimentali e strumentazioni per l'analisi dei flussi nei sistemi di aspirazione di MCI: banchi di flussaggio stazionario e dinamico, misuratori di swirl e tumble.La sovralimentazione. Diagrammi di distribuzione, parametri influenti sul riempimento. Motori a due tempi, effetti dinamici allo scarico. Combustibili, determinazione dei numeri di Ottano e Cetano. Introduzione del combustibile nei Motori DIESEL: pompe, iniettori, cenni sul sistema Common Rail, caratteristiche getti spray: polverizzazione, penetrazione,diffusione; progetto componenti; metodologie sperimentali per l'analisi dello spray: PDA, PIV, Laser Sheet. Introduzione del Combustibile nei Motori OTTO: PFI, GDI. Moti della carica nel cilindro: turbolenza e dispersione ciclica; swirl, squish, tumble. Combustione nei motori a combustione interna: reazioni chimiche, combustione laminare e turbolenta, premiscelata e diffusiva; combustione normale in motori Otto, rilascio di calore; combustione non normale in motori Otto: detonazione, accensione a superficie; progetto camere di combustione. Combustione in motori Diesel, rilascio di calore, progetto camere di combustione.Cenni agli aspetti acustici e termici del funzionamento dei MCI. Emissioni gassose inquinanti da MCI: aspetti generali, strumenti e procedure di misura; emissioni motori Otto; sistemi di abbattimento delle emissioni; diagnostica OBD; applicazione di Reti Neurali Artificiali. Metodologie e strumentazioni per l'analisi delle caratteristiche di MCI in termini di prestazioni e di emissioni inquinanti. CFD-1D: fluidodinamica computazionale mono-dimensionale. CFD-3D: fluidodinamica computazionale tridimensionale. Approfondimenti sui sistemi di propulsione ibrida con motore a combustione interna - motore elettrico.

Prova orale, di durata indicativa compresa fra i 30 ed i 50 minuti, con 3 quesiti. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

G. Ferrari - Motori a combustione Interna - Esculapio J.B. Heywood - Internal combustion engine fundamentals - Mc Graw Hill

Obiettivo del corso è fornire competenze agli studenti circa le tecnologie abilitanti la transizione energetica, specificatamente per quanto riguarda gli aspetti elettrici e di interconnessione e stabilità della rete elettrica.

Il corso verterà sui seguenti macro argomenti: 1) IMPATTI DELLA TRANSIZIONE ENERGETICA SULLE RETI ELETTRICHE 2) ASPETTI ELETTRICI IMPIANTI DA FONTE RINNOVABILE E LORO INTERCONNESIONE ALLA RETE ELETTRICA: FOCUS IMPIANTI PV ED EOLICI 3) TECNOLOGIE PER L'ACCUMULO DELL'ENERGIA 4) METRICHE PER ANALISI ECONOMICA 5) PRESENTAZIONE E DISCUSSIONE DI CASI APPLICATIVI

LEZIONI FRONTALI

1) IMPATTI DELLA TRANSIZIONE ENERGETICA SULLE RETI ELETTRICHE Analisi dello scenario europeo implementativo della transizione energetica (ad es. tramite analisi andamento fattori emissivi per il settore power generation e altri dati/banche dati di riferimento). Analisi del panorama italiano ed europeo in riferimento ai dati correnti di generazione elettrica, anche al fine di evidenziare le caratteristiche di variabilità e fluttuazione sulle diverse scale temporali dei profili di generazione elettrici da rinnovabile per fonte e per area geografica. Richiamo delle metodiche per la regolazione delle reti elettriche e analisi delle criticità inerenti all’incremento progressivo dello share di fonti fluttuanti e intermittenti. Transizione architettura sistema elettrico. Analisi del ruolo dell'accumulo dell'energia sulle varie scale temporali nell'ambito della transizione energetica (servizi di supporto alla rete, servizio energy), corrente stato implementativo e tendenze attese. 2) ASPETTI ELETTRICI IMPIANTI DA FONTE RINNOVABILE E LORO INTERCONNESIONE ALLA RETE ELETTRICA: FOCUS IMPIANTI PV ED EOLICI Aspetti elettrici degli impianti fotovoltaici: cella fotovoltaica, caratteristica I-V, elementi di impianti, funzionamento a potenza massima, sistemi fotovoltaici indipendenti, ibridi e connessi alla rete, configurazioni sistemi (MTTP, condizionamento potenza, convertitori). Aspetti elettrici degli Impianti eolici: classificazione generatori e relative curve caratteristiche; architettura elettrica di interconnessione alla rete (macchine elettriche , convertitori impiegati e relative tipologie di integrazione) di generatori eolici con funzionamento a velocità costante e a velocità variabile; controllo di sistemi a velocità costante e variabile, connessione alla rete elettriche di centrali eoliche. 3) ACCUMULO DELL'ENERGIA Presentazione del portafoglio di tecnologie, classificate per forma in cui l'energia viene accumulata, e panoramica dei relativi range in termini di KPI tecno-economici, potenze/capacità installate, densità di energia massica e volumetrica, tempi di scarica, applicazioni tipiche. ACCUMULO SU CHIMICO – IDROGENO, tecnologie dell’idrogeno, VETTORI DENSI DI ENERGIA Accumulo su chimico con particolare riferimento all’utilizzo del vettore idrogeno. Presentazione quadro delle tecnologie dell’idrogeno (produzione/conversione elettrochimica, accumulo) esistenti al fine di caratterizzare i KPIs di tale strategia di accumulo di elettricità rinnovabile e analizzarne il potenziale impatto di integrazione sul sistema elettrico. Utilizzo di vettori energetici densi (es. metalli reattivi) per accumulo su vettore chimico. TECNOLOGIE DI ACCUMULO ELETTROCHIMICO: BATTERIE Principio di funzionamento, classificazione batterie primarie e secondarie, parametri prestazionali (capacità, C-rate, efficienza coulombica, efficienza di voltaggio, efficienza energetica, curva tensione - SOC ed effetto della C-rate e della temperatura, curva cycle-to-failure ed effetto della profondità di scarica). Capacità di interpretazione di un datasheet di un prodotto commerciale. Descrizione delle principali tecnologie commerciali di batterie chiuse. Direzioni di sviluppo delle tecnologie. Degrado nelle batterie e metodi di valutazione dello stato di salute e stima della vita utile. Batterie aperte: principio di funzionamento. Descrizione delle principali tecnologie di batterie a flusso e relative caratteristiche. Direzioni di sviluppo delle tecnologie. Analisi delle principali caratteristiche in termini di KPI tecno-economici tra batterie a flusso e batterie chiuse. TECNOLOGIE DI ACCUMULO: SUPERCAPACITORI Supercapacitori: Principio di funzionamento, tecnologie e relative caratteristiche tecniche, scenari applicativi TECNOLOGIE DI ACCUMULO MECCANICO POTENZIALE Introduzione a Impianti PHES (pumped hydro energy systems) e Impianti CAES (compressed air energy systems): tipologie macchine, layout impianti, parametri prestazionali, applicazioni “rivedere aderenza ai temi del corso.” TECNOLOGIE DI ACCUMULO MECCANICO (EN. CINETICA) Volani meccanici e magnetici: principio di funzionamento, materiali, componenti, macchine elettriche, impianti ausiliari, KPIs, applicazioni. RICHIAMI DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA SISTEMI IBRIDI DI ACCUMULO DELL'ENERGIA (HESS) Concetto di ibridazione tra tecnologie power intensive and energy intensive, incremento vita utile batterie integrate in HESS, strategie di gestione della potenza 4) METRICHE PER ANALISI ECONOMICA Introduzione metriche per analisi economica di impianti di generazione da rinnovabile (anche con integrato accumulo) e di sistemi di accumulo dell'energia: LCOE, LCOS. Applicazione a un caso applicativo di studio 5) PRESENTAZIONE E DISCUSSIONE DI CASI APPLICATIVI

esame orale

Dispense del docente

Sapere impostare la progettazione di un dispositivo meccanico che si deve interfacciare con il corpo umano. Conoscere i metodi a disposizione. Conoscere le normative

L'insegnamento si propone di illustrare criteri e strumenti di base per la progettazione di sistemi biomeccanici, con particolare riferimento ai dispositivi protesici per il sistema muscolo-scheletrico e dentale Sulla base dell’analisi funzionale dei sistemi studiati, vengono definite le caratteristiche dei singoli componenti, per i quali viene impostata la verifica e il dimensionamento secondo le diverse esigenze, con particolare attenzione alle problematiche di affidabilità meccanica e resistenza a fatica; viene anche discusso l'uso delle norme tecniche nella progettazione e la verifica di dispositivi biomeccanici. Sono inoltre previste esercitazioni di laboratorio progettuale al fine di permettere agli allievi di sperimentare alcune metodologie di progettazione di sistemi e componenti biomeccanici.

Nozioni di meccanica del continuo e meccanica applicata.

Lezioni frontali con slide Lezioni redatta da allievi Esercizi Calcoli numerici Prove sperimentali Utilizzo software specifici per la realizzazione di modelli geometrici e biomeccanici

BIOINGEGNERIA DEL CORPO UMANO o Terminologia specifica: assi anatomici, piani anatomici, landmarks, sistemi di riferimento, movimenti, principali articolazioni. o Misure di superfici e volumi anatomici. Sistemi per la scansione di superfici corporee e identificazione dei landmarks cutanei. Realizzazione di modelli CAD a partire da immagini cliniche, con esempi specifici di strutture anatomiche. o Modellazione multicorpo del corpo umano– analisi passive o Applicazioni ergonomiche: progettazione dello spazio di lavoro o Apparato muscolare: conformazione dei muscoli, aspetti meccanici della contrazione muscolare, modelli e loro applicazione. Segnali EMG: prelievo ed elaborazione o Meccanica delle strutture muscolo-scheletriche: modellazione come strutture cinematiche parallele, analisi cinematica e dinamica, determinazione delle azioni muscolari. o Misure cinematiche del movimento umano. Protocolli per la rilevazione dei dati. Caratteristiche della deambulazione, determinazione delle caratteristiche fisico-geometriche dei segmenti corporei, determinazione delle azioni nelle articolazioni, tecniche per il rilievo sperimentale della cinematica e delle forze. o Dispositivi di ausilio, ortesi: classificazione, tipologia dei componenti, progettazione funzionale e strutturale. o Esoscheletri passivi e attivi ARCHITETTURA ISTOLOGICA E COMPORTAMENTO MECCANICO o Tessuti ossei: analisi del comportamento meccanico in funzione della composizione e della struttura. La risposta dinamica e i meccanismi di rottura guarigione e rimodellamento. o Sollecitazioni tempo-dipendenti: il comportamento viscoelastico e i materiali compositi e bifase. I modelli viscoelastici lineari di Maxwell, Voigt e Kelvin. o Tessuti molli: struttura e comportamento meccanico di tessuti a base di collagene e proteoglicani quali tendini e legamenti. il collagene e la teoria del reclutamento o Tessuti multifase: modelli e applicazioni a cartilagine e disco intervertebrale; le teorie della lubrificazione applicate alla cartilagine articolare. o Tessuto vascolare: architettura della parete dei vasi, modelli per il calcolo dello stato di sollecitazione dei vasi. o Tessuti liquidi: reologia del sangue. BIOMATERIALI o Definizione di Tossicità, Biocompatibilità e Bioattività, loro criteri di valutazione in vivo e in vitro. o principali classi di biomateriali: i metalli e leghe metalliche, polimeri, ceramici bioinerti, ceramici bioattivi, vetri e vetroceramici bioattivi, materiali a base di carbonio, materiali compositi, materiali biologici. o Biomateriali per il settore ortopedico (artroprotesi, chirurgia vertebrale e del cranio), dentale, cardiovascolare, settore chirurgico e implantologico dei tessuti molli (suture, materiali per la ricostruzione delle pareti addominali, stomie, cute artificiale) COSTRUZIONI BIOMECCANICHE o Aspetti introduttivi: evoluzione storica e prospettive della progettazione di costruzioni biomeccaniche; le fasi di un progetto; gli strumenti del progettista. Uso integrato di analisi teorica, prove sperimentali e modelli computazionali. Norme tecniche: prove sperimentali e simulatori. o Esempi in relazione alla sostituzione protesica di articolazioni ossee (anca, ginocchio, caviglia, spalla, gomito, falangi) o dispositivi per osteosintesi, o impianti dentali; o Progettazione su misura: modellazione 3D, condizioni al contorno, analisi strutturale o Progettazione degli accoppiamenti nelle protesi modulari o Analisi dell’usura o Legislazioni di riferimento relative a dispositivi medici principalmente in ambito europeo (Regolamento UE 2017/745) con accenni a procedure internazionali (legislazione FDA e derivate). Individuazione delle attività di verifica e validazione di un dispositivo medico per la dimostrazione di conformità ai requisiti regolatori e di qualità aziendale, Costruzione della documentazione a supporto della certificazione di prodotto, Pianificazione e costruzione di uno studio clinico a supporto della dimostrazione di conformità ai requisiti regolatori. o Gestione della Qualità aziendale per un Fabbricante di dispositivi medici e relativi requisiti normativi (norme ISO 9001 e ISO 13485). o Analisi critica di fallimenti e rotture

Prova scritta con 10 domande a risposta chiusa. Verifica orale se votazione conseguita >27/30 con possibilità di aumentare/diminuire il voto

M. Nordin, V.H. Frankel. Basic biomechanics of the musculoskeletal system. Lippincott ed. Thomas K. Uchida, Scott L Delp, David Delp Biomechanics of Movement: The Science of Sports, Robotics, and Rehabilitation Redaelli A., Montevecchi F., Biomeccanica- analisi multiscala di tessuti biologici, Patron editore.

I risultati d'apprendimento principali previsti prevedono la capacità da parte degli allievi di risolvere le strutture iperstatiche soggette a qualsiasi condizioni di carico compresi i cedimenti e le variazioni termiche; affrontare i problemi di stabilità di travi ad elasticità concentrata e ad elasticità diffusa. Acquisizione delle conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi sperimentali semplici, nell'ambito dell'analisi della tensione e della deformazione e dei problemi di comportamento meccanico dei materiali.

1 Richiami ed approfondimenti di Statica 2) calcolo degli spostamenti con i teoremi di Mohr. Rotazioi ed inflessioni. 3) Risoluzione di strutture simmetriche ed emisimmetriche. 4) la stabilità dell'equilibrio elastico. Strutture ad elasticità concentrata e ad elasticità diffusa. Il carico critico. 6) Equazioni della linea elastica, per travature staticamente determinate e indeterminate. Attività di laboratorio per la sperimentazione meccanica su strutture e materiali strutturali. 7) Robustezza strutturale e metodologie per il suo raggiungimento. I materiali fragili, il vetro strutturale.

Per apprendere con profitto gli argomenti trattati, è necessario aver superato l'esame di Fondamenti di Meccanica delle Strutture.

Le lezioni saranno di tipo frontale, svolte in aula e saranno integrate da attività di laboratorio.

Il corso va ad integrarsi con i precedenti corsi di meccanica strutturale. In particolare, ricollegandosi ai concetti di statica della trave inflessa, verranno sviluppati, principalmente in ambito applicativo, i seguenti temi: 1. Richiami e approfondimenti di Statica 2. Calcolo degli spostamenti delle travi inflesse con i teoremi di Mohr. Rotazioni ed inflessioni. 3. Risoluzione di strutture simmetriche ed emisimmetriche. 4. La stabilità dell’equilibrio elastico. Le strutture ad elasticità concentrata. Le strutture ad elasticità diffusa. Il carico critico. 5. Risoluzione di strutture iperstatiche con il metodo delle forze, in presenza di variazioni termiche (uniformi e a farfalla), cedimenti elastici ed anelastici. 6. Equazione della Linea elastica, per travature staticamente determinate e indeterminate. 7. Attività di laboratorio per la sperimentazione meccanica su strutture e materiali strutturali. 8. Robustezza Strutturale e metodologie per il suo raggiungimento. I materiali fragili: il vetro strutturale.

L’esame sarà orale della durata di 30-45 minuti e verterà sugli argomenti trattati nel corso tra cui verrà richiesta richiesta la risoluzione di una struttura iperstatica.

Erasmo Viola - Esercitazioni di Scienza delle costruzioni - vol 1° 1993 Pitagora Editrice Bologna Erasmo Viola - Esercitazioni di Scienza delle costruzioni - vol 2° 1985 Pitagora Editrice Bologna – R. Camiciotti, A. Cecchi - Esercizi di Scienza delle Costruzioni vol III Edizione Morelli Firenze. Riccardo Baldacci - Scienza delle costruzioni: Fondamenti di meccanica dei solidi - vol 1° 1970 UTET, Michele Capurso - Lezioni di Scienza delle costruzioni - 1971 Pitagora editrice. Il materiale didattico mostrato durante le lezioni verrà fornito dal docente su Unistudium.

Rendere in grado lo studente di effettuare le necessarie scelte tecnologiche e gestionali ed il relativo dimensionamento di massima per controllare le emissioni generate dai sistemi industriali.

Il corso fornirà gli elementi principali che riguardano sia la valutazione della sostenibilità sia il dimensionamento dei presidi tecnologici disponibili per rendere ecologicamente compatibili i sistemi industriali.

• Matematica - Fisica - Chimica

-Lezioni frontali - Visite presso impianti - Esercitazioni

• Introduzione all'idea di sostenibilità; - metodologie per la valutazione della sostenibilità, in generale, ed ambientale, in particiare; - Aspetti generali della normativa ambientale con particolare riferimento alle emissioni liquide, solide e gassose; - Impianti di gestione dei reflui liquidi - impianti per il trattamento dei rifiuti solidi; - Le migliori tecniche disponibili

• Sviluppo di un progetto - Orale

• La sostenibilità Tra scienza ed illusione. - Appunti delle lezioni.

Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di: • Comprendere i sistemi climatici e i fattori che determinano i cambiamenti ambientali • Valutare gli indicatori di sostenibilità ed effettuare analisi del ciclo di vita • Analizzare i quadri normativi e applicare strumenti di politica ambientale • Valutare criticamente l’impatto ambientale delle infrastrutture • Comunicare efficacemente soluzioni alle sfide della sostenibilità

Questo corso offre agli studenti una comprensione multidisciplinare del cambiamento climatico, della sostenibilità e della gestione ambientale nel contesto della pianificazione e progettazione delle infrastrutture. Gli studenti esplorano le dimensioni sociali, scientifiche e politiche della sostenibilità e vengono introdotti a strumenti per valutare e gestire l’impatto ambientale delle soluzioni ingegneristiche. Il corso pone enfasi sulla resilienza climatica, sulla responsabilità etica e sugli obiettivi di sostenibilità a lungo termine nello sviluppo infrastrutturale e urbano.

È consigliata una conoscenza di base della scienza ambientale e del pensiero sistemico per comprendere appieno i contenuti del corso.

• Lezioni teoriche in aula • Elaborati individuali o di gruppo su casi di studio legati alla sostenibilità

Introduzione alla Sostenibilità • Che cos’è la sostenibilità? • Consumo umano e limiti alla crescita • Principali sfide legate alla sostenibilità Clima e Cambiamenti Globali • Fondamenti del sistema climatico: controlli interni/esterni • Cambiamento climatico moderno e proiezioni future Ecosistemi, Risorse Fisiche e Inquinamento Ambientale • Fornitura di acqua dolce e ciclo dell’acqua • Inquinamento idrico e principali disastri ambientali • Estrazione di risorse minerarie e impatti • Biodiversità e servizi ecosistemici • Sostenibilità del suolo e vulnerabilità degli ecosistemi Gestione Ambientale Moderna • Evoluzione della regolamentazione ambientale nell’UE • Sistemi di gestione dei rifiuti • Governo e diritto ambientale • Valutazione del rischio per soluzioni sostenibili • Responsabilità del produttore Indicatori e Strumenti di Sostenibilità • Analisi del Ciclo di Vita (LCA) e metodi derivati • Impronte: carbonio, ecologica e idrica • Indicatori ambientali e sistemi di valutazione della sostenibilità • Casi studio sulle emissioni di gas serra e sostenibilità nelle università Etica, Cultura e Infrastrutture Sostenibili • Prospettive storiche ed etiche sulla sostenibilità • Industrializzazione e ambiente • Principi delle città sostenibili e della pianificazione urbana • Sistemi di trasporto e gestione delle acque meteoriche

La valutazione finale comprende un esame scritto e una breve relazione. L'esame scritto consiste in domande a scelta multipla volte a valutare la comprensione dei principali argomenti teorici e applicati del corso, tra cui i principi della sostenibilità, le politiche ambientali, il cambiamento Testi in inglese Language of instruction English Contents This course provides students with a multidisciplinary understanding of climate change, sustainability, and environmental management in the context of infrastructure planning and design. Students explore the social, scientific, and policy dimensions of sustainability and are introduced to tools for evaluating and managing the environmental impact of engineering solutions. The course emphasizes climate resilience, ethical responsibility, and long-term sustainability goals in infrastructure and urban development. Reference texts Teacher/Lecture Notes (pdf) Educational objectives By the end of the course, students will be able to: • Understand climate systems and environmental change drivers • Evaluate sustainability metrics and perform life cycle assessments • Analyze regulatory frameworks and apply policy tools • Critically assess the environmental impact of infrastructure • Communicate solutions to sustainability challenges effectively climatico e la gestione delle risorse. Gli studenti devono inoltre presentare una breve relazione scritta su un tema attinente al corso, sviluppata in piccoli gruppi. La relazione deve dimostrare la capacità di applicare i concetti del corso a contesti pratici o basati su casi di studio e deve essere consegnata prima dell'esame. Entrambe le componenti sono obbligatorie e contribuiscono al voto finale. Gli studenti che ottengono un punteggio pari o superiore a 26 nell’esame scritto possono richiedere di sostenere un esame orale facoltativo.

Appunti del docente / Lezioni (pdf)

Il modulo ha l'obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze e le abilità necessarie alla progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento di tipo convenzionale ed illustra i criteri di dimensionamento dei principali componenti: terminali di immissione dell'aria, reti di distribuzione dell'aria, unità di trattamento aria, terminali di immissione del calore, reti di distribuzione dell'acqua, generatori di calore, macchine frigorifere. A tal fine, nella fase iniziale, sono trattate tematiche relative al benessere termoigrometrico negli ambienti confinati, al calcolo dei carichi termici, alla normativa vigente in materia di risparmio energetico e alla classificazione degli impianti.

Benessere termoigrometrico. Carichi termici. Classificazione degli impianti. Criteri di progetto impianti di riscaldamento e condizionamento: terminali di immissione dell'aria, canali, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici, generatori di calore, macchine frigorifere. Impianti a pompa di calore. Impianti antincendio. Cenni sulla regolazione.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nel modulo è necessario avere sostenuto con successo l'esame di Fisica Tecnica. Gli argomenti trattati nel modulo inoltre richiedono di avere la capacità di applicare le relazioni per il calcolo del calore scambiato attraverso le pareti degli edifici e del rendimento termodinamico delle macchine. E' inoltre necessario saper rappresentare i trattamenti dell'aria sul diagramma psicrometrico e saper effettuare calcoli energetici a partire dai dati ricavati dal diagramma. Sono inoltre necessarie nozioni di Analisi Matematica quali le tecniche di derivazione ed integrazione di funzioni a più variabili e le equazioni differenziali. La conoscenza di queste tecniche rappresenta un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia superare il modulo con profitto.

ll corso è organizzato nel seguente modo: lezioni in aula su tutti gli argomenti del programma; esercitazioni numeriche in aula finalizzate alla preparazione per la prova scritta; esercitazioni pratiche mediante visite in laboratorio, strumentazioni o software mostrati in classe; visita a fine corso ad un impianto di condizionamento reale di un edificio con illustrazione da parte del progettista e/o del gestore del funzionamento dell'impianto stesso.

Benessere termoigrometrico e indici del benessere. Cause di discomfort locali. Diagrammi del benessere. Normative sul comfort indoor. Strumentazioni di misura (in laboratorio). Qualità dell'aria e ventilazione degli edifici: metodi semplificati di valutazione e dimensionamento dei sistemi di ventilazione. Normativa sul risparmio energetico degli edifici: verifiche ai sensi della L.10/91 e dei suoi decreti attuativi. La certificazione energetica degli edifici e l’Attestato di Prestazione Energetica (APE). Condizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi e invernali. Comportamento dell’edificio in regime dinamico. Caratteristiche di materiali tradizionali e innovativi per l’isolamento termico dell’involucro opaco e trasparente. Classificazione degli impianti di climatizzazione. Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento convenzionali. Descrizione e dimensionamento dei principali elementi costituenti gli impianti: terminali di immissione dell'aria in ambiente, canalizzazioni, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici. Generatori di calore, macchine frigorifere e pompe di calore: tipologie, caratteristiche costruttive e dimensionamento. Cenni sulla regolazione degli impianti. Antincendio: Protezione e Prevenzione. Normativa di riferimento. Metodi di protezione attiva e passiva negli impianti termotecnici. Visita guidata di fine corso a un impianto di condizionamento innovativo.

L'esame prevede una prova scritta, la discussione di un progetto elaborato in gruppi e una prova orale. La prova scritta consiste nel dimensionamento di parti di un impianto di riscaldamento o condizionamento dell'aria. La prova ha lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di proporre in autonomia modalità di dimensionamento diverse; iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. La prova orale consiste in una discussione della durata non superiore a circa 45 minuti finalizzata ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici del corso ii) il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni tecniche di problemi di dimensionamento di componenti e impianti, iii) l’ autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate. La valutazione delle prove è effettuata dalla Commissione in trentesimi sia per la prova scritta che per la prova orale e il voto finale è la media delle due prove. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

• C. Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento, Morlacchi Editore, 2015. - Dispense a cura del docente

Il modulo ha l'obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze e le abilità necessarie alla progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento di tipo convenzionale ed illustra i criteri di dimensionamento dei principali componenti: terminali di immissione dell'aria, reti di distribuzione dell'aria, unità di trattamento aria, terminali di immissione del calore, reti di distribuzione dell'acqua, generatori di calore, macchine frigorifere. A tal fine, nella fase iniziale, sono trattate tematiche relative al benessere termoigrometrico negli ambienti confinati, al calcolo dei carichi termici, alla normativa vigente in materia di risparmio energetico e alla classificazione degli impianti.

Benessere termoigrometrico. Carichi termici. Classificazione degli impianti. Criteri di progetto impianti di riscaldamento e condizionamento: terminali di immissione dell'aria, canali, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici, generatori di calore, macchine frigorifere. Impianti a pompa di calore. Impianti antincendio. Cenni sulla regolazione.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nel modulo è necessario avere sostenuto con successo l'esame di Fisica Tecnica. Gli argomenti trattati nel modulo inoltre richiedono di avere la capacità di applicare le relazioni per il calcolo del calore scambiato attraverso le pareti degli edifici e del rendimento termodinamico delle macchine. E' inoltre necessario saper rappresentare i trattamenti dell'aria sul diagramma psicrometrico e saper effettuare calcoli energetici a partire dai dati ricavati dal diagramma. Sono inoltre necessarie nozioni di Analisi Matematica quali le tecniche di derivazione ed integrazione di funzioni a più variabili e le equazioni differenziali. La conoscenza di queste tecniche rappresenta un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia superare il modulo con profitto.

ll corso è organizzato nel seguente modo: lezioni in aula su tutti gli argomenti del programma; esercitazioni numeriche in aula finalizzate alla preparazione per la prova scritta; esercitazioni pratiche mediante visite in laboratorio, strumentazioni o software mostrati in classe; visita a fine corso ad un impianto di condizionamento reale di un edificio con illustrazione da parte del progettista e/o del gestore del funzionamento dell'impianto stesso.

Benessere termoigrometrico e indici del benessere. Cause di discomfort locali. Diagrammi del benessere. Normative sul comfort indoor. Strumentazioni di misura (in laboratorio). Qualità dell'aria e ventilazione degli edifici: metodi semplificati di valutazione e dimensionamento dei sistemi di ventilazione. Normativa sul risparmio energetico degli edifici: verifiche ai sensi della L.10/91 e dei suoi decreti attuativi. La certificazione energetica degli edifici e l’Attestato di Prestazione Energetica (APE). Condizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi e invernali. Comportamento dell’edificio in regime dinamico. Caratteristiche di materiali tradizionali e innovativi per l’isolamento termico dell’involucro opaco e trasparente. Classificazione degli impianti di climatizzazione. Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento convenzionali. Descrizione e dimensionamento dei principali elementi costituenti gli impianti: terminali di immissione dell'aria in ambiente, canalizzazioni, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici. Generatori di calore, macchine frigorifere e pompe di calore: tipologie, caratteristiche costruttive e dimensionamento. Cenni sulla regolazione degli impianti. Antincendio: Protezione e Prevenzione. Normativa di riferimento. Metodi di protezione attiva e passiva negli impianti termotecnici. Visita guidata di fine corso a un impianto di condizionamento innovativo.

L'esame prevede una prova scritta, la discussione di un progetto elaborato in gruppi e una prova orale. La prova scritta consiste nel dimensionamento di parti di un impianto di riscaldamento o condizionamento dell'aria. La prova ha lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di proporre in autonomia modalità di dimensionamento diverse; iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. La prova orale consiste in una discussione della durata non superiore a circa 45 minuti finalizzata ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici del corso ii) il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni tecniche di problemi di dimensionamento di componenti e impianti, iii) l’ autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate. La valutazione delle prove è effettuata dalla Commissione in trentesimi sia per la prova scritta che per la prova orale e il voto finale è la media delle due prove. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

• C. Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento, Morlacchi Editore, 2015. - Dispense a cura del docente

Comprensione degli strumenti fondamentali per la modellazione nello spazio di stato di sistemi dinamici e per la loro analisi. Comprensione delle proprietà di stabilità, anche in contesti non lineari, e di strumenti per le analisi associate. Comprensione dei metodi per la progettazione di schemi di controllo e di regolatori PID. Capacità di programmazione in matlab/octave e/o python per problemi di media complessità. Capacità di progettare, realizzare e sperimentare sistemi per il controllo del moto.

Modellazione di processi nello spazio di stato, simulazione. Proprietà strutturali. Stabilità a la Lyapunov: sistemi lineari, punti di equilibrio per sistemi non lineari (citerio ridotto e criterio diretto). Allocazione degli autovalori, osservatori asintotici dello stato e teorema di separazione separazione. Cenni al filtro di Kalman. Regolatori PID e loro taratura. Cenni a ROS (Robot Operating System) e suo uso per il controllo di un robot mobile. Distribuiti lungo il corso, simulazione al calcolatore, codice matlab/octave e python, realizzazione sperimentale di semplici schemi di controllo per robot, e problemi di motion control in generale.

La piena comprensione delle lezioni e del materiale didattico dell'insegnamento di Ingegneria dei Sistemi di Controllo richiede, come prerequisito necessario, il possesso dei contenuti di Fondamenti di Automatica. Inoltre, è importante la conoscenza del calcolo matriciale, di concetti di base sugli spazi vettoriali e sulle equazioni differenziali, sulla manipolazione dei numeri complessi, nonché una adeguata conoscenza di almeno un linguaggio di programmazione.

Lezioni frontali. Attività sperimentali in aula

Modellazione di processi nello spazio di stato, simulazione. Proprietà strutturali. Stabilità a la Lyapunov: sistemi lineari, punti di equilibrio per sistemi non lineari (citerio ridotto e criterio diretto). Allocazione degli autovalori, osservatori asintotici dello stato e teorema di separazione separazione. Cenni al filtro di Kalman. Regolatori PID e loro taratura. Esperimenti di controllo di un robot mobile. Distribuiti lungo il corso, simulazione al calcolatore, codice matlab/octave e python, realizzazione sperimentale di semplici schemi di controllo per robot, e problemi di motion control in generale.

Prova scritta e prova orale, entrambe obbligatorie. La prova scritta è finalizzata alla verifica della capacità di analisi e di soluzione dei problemi di sintesi con gli strumenti discussi nel corso. Rispetto a tali strumenti, si verifica la capacità di ottenere il rispetto di assegnate specifiche di comportamento. La prova scritta è finalizzata anche alla verifica della capacità di analisi di modelli nello spazio di stato e delle loro proprietà strutturali. La prova orale è basata su tre domande, sull’intero programma, e l’accesso è consentito agli studenti che abbiano conseguito una votazione sufficente nella prova scritta. E’ volta ad accertare la comprensione, da parte dello studente, degli strumenti teorici fondamentali forniti dall'insegnamento, la loro rielaborazione ed assimilazione, nonché le relazioni tra tali strumenti e le tematiche generali dell'ingegneria informatica ed elettronica. La prova orale, di norma, prevede anche l'accertamento del possesso di buone capacità sia di organizzazione in pseudocodice, o in un linguaggio noto allo studente, di modelli simulazione e di progettazione di schemi di controllo.

Fondamenti di controlli automatici, di Paolo Bolzern, Riccardo Scattolini, Nicola Schiavoni, Mc Graw Hill Education, 2015/2024 e dispense a cura del docente.

Saper applicare e sviluppare tecniche di misura di campi di grandezze meccaniche con immagini e onde

Tecniche di misura di campi di grandezze meccaniche con immagini e onde

matematica, fisica, meccanica dei continui

lezioni teoriche e tesina in laboratorio

1 Onde meccaniche, acustiche, elettromagnetiche, il laser 2 Ottica geometrica, generazione di immagini analogiche, fotografia, componenti di sistemi ottici, telecamere 3 Immagini digitali: come si generano e come si elaborano 4 Misure di forme 2D - Controlli dimensionali bidimensionali nelle industrie 5 Misure di forme 3D da immagini – Stereovisione, fotomodellazione, luce strutturata 6 Misure di forme 3D a scansione con metodi ottici, ultrasonici, raggi x 7 Misure di campi di moto e deformazione mediante elaborazione di immagini, fotoelasticita 8 Misure di campi di temperatura, termografia 9 Misure di campi di stress, termoelasticità 10 misure di campi di vibrazione, vibrometria laser a scansione 11 misure di campi di velocità di flussi, anemometria laser Doppler e PIV 12 misure di campi di pressione, acustici, intensimetria, olografia, acoustic camera

esame orale e discussione tesina

Mechanical and thermal measurements by images and waves, G. Rossi - Springer

Saper applicare e sviluppare tecniche di misura di campi di grandezze meccaniche con immagini e onde

Tecniche di misura di campi di grandezze meccaniche con immagini e onde

matematica, fisica, meccanica dei continui

lezioni teoriche e tesina in laboratorio

1 Onde meccaniche, acustiche, elettromagnetiche, il laser 2 Ottica geometrica, generazione di immagini analogiche, fotografia, componenti di sistemi ottici, telecamere 3 Immagini digitali: come si generano e come si elaborano 4 Misure di forme 2D - Controlli dimensionali bidimensionali nelle industrie 5 Misure di forme 3D da immagini – Stereovisione, fotomodellazione, luce strutturata 6 Misure di forme 3D a scansione con metodi ottici, ultrasonici, raggi x 7 Misure di campi di moto e deformazione mediante elaborazione di immagini, fotoelasticita 8 Misure di campi di temperatura, termografia 9 Misure di campi di stress, termoelasticità 10 misure di campi di vibrazione, vibrometria laser a scansione 11 misure di campi di velocità di flussi, anemometria laser Doppler e PIV 12 misure di campi di pressione, acustici, intensimetria, olografia, acoustic camera

esame orale e discussione tesina

Mechanical and thermal measurements by images and waves, G. Rossi - Springer

L’insegnamento concorre a formare lo studente sugli aspetti metodologico-operativi delle scienze dell'ingegneria in generale e dell'ingegneria meccanica in particolare; Fornisce: 1. conoscenza delle proprietà dei materiali metallici 2. capacità di scelta del processo in funzione delle proprietà del materiale.

L’insegnamento fornisce le competenze di base necessarie per la scelta di materiali metallici destinati a diverse condizioni d’uso. I principali contenuti riguardano: natura e proprietà dei materiali metallici, partendo dagli aspetti cristallografici, ai difetti, alle relazioni tra questi e le macro- proprietà dei materiali. Vengono descritti in dettaglio e principali leghe di Al, di Ti, di Cu e di Zn

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte dei concetti nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di chimica a fisica di base.

Il corso è organizzato in lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso – e.g. diapositive delle lezioni, esercizi svolti e proposti, tabelle, video ed altri contenuti – è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Leghe di Al. Leghe di Cu Leghe di Ti Leghe di Zn

L'esame si compone di una prova orale volta all’accertamento della conoscenza degli argomenti svolti.

Materiale didattico comprendente diapositive delle lezioni, testi e soluzione degli esercizi proposti, tabelle, video ed altro è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

obiettivo del corso è fornire allo studente competenze circa le soluzioni impiantistiche e le tecnologie implementate nelle diverse tipologie di veicoli elettrici. Le competenze acquisite saranno relative principalmente al trasporto su strada (includendo anche aspetti relativi alla infrastruttura per la ricarica), anche se saranno affrontate anche soluzioni per il trasporto marino.

I contenuti del corso saranno articolati in accordo ai topics sotto elencati: 1) RICHIAMI SU PROPULSIONE E FRENATA DEL VEICOLO 2) RICHIAMI SU TRASMISSIONI VEICOLI 3) CONFIGURAZIONE VEICOLI ELETTRICI 4) CONFIGURAZIONE VEICOLI IBRIDI 5) SISTEMI DI PROPULSIONE ELETTRICA 6) PRINCIPI DI DESIGN DI DRIVETRAIN ELETTRICI IBRIDI 7) DRIVETRAIN ELETTRICI MILD HYBRID E FULL HYBRID 8) ENERGY STORAGE 9) DRIVETRAIN ELETTRICI IDRIDI FUEL CELL 10) SISTEMI DI PROPULSIONE ELETTRICI IBRIDI PER TRASPORTO MARINO 11) FRENATA RIGENERATIVA: FONDAMENTI 12) RICARICA EVs

lezioni frontali

RICHIAMI SU PROPULSIONE E FRENATA DEL VEICOLO Descrizione matematica del comportamento del veicolo in base ai principi generali di meccanica. Analisi, limitata al movimento unidimensionale, al fine di determinare le prestazioni del veicolo (velocità, pendenza superabile, consumo e prestazioni di frenata). RICHIAMI SU TRASMISSIONI VEICOLI CONFIGURAZIONE VEICOLI ELETTRICI Configurazioni veicoli, prestazioni veicoli (sforzo di trazione e consumo energetico) CONFIGURAZIONE VEICOLI IBRIDI Architetture di Drivetrains ibridi elettrici serie, parallelo, serie-parallelo (accoppiamento di coppia, di velocità, di coppia e velocità) SISTEMI DI PROPULSIONE ELETTRICA Descrizione generale. Richiami su motori elettrici, prestazioni e controllo PRINCIPI DI DESIGN DI DRIVETRAIN ELETTRICI IBRIDI drivetrain serie (Principi di design, esempio applicativo) drivetrain parallelo (configurazioni e relativi obiettivi di design) drivetrain serie-parallelo (Configurazioni e relativi obiettivi di design, esempio applicativo)" DRIVETRAIN ELETTRICI MILD HYBRID E FULL HYBRID Energia di frenata e trasmissione; Configurazione parallelo e serie-parallelo (configurazione, modi operativi, controllo, design) ENERGY STORAGE Richiami su tecnologie batterie, ultracapacitori, volani ad alta velocità. Pacchi batteria e criteri di dimensionamento Sistemi di accumulo ibrido: architetture di interesse applicativo nel campo dei veicoli, design sistema ibrido batteria ultracapacitore. DRIVETRAIN ELETTRICI IDRIDI FUEL CELL Richiami fuel cells. Principio, configurazioni, design e strategie di controllo drivetrain elettrici ibridi fuel cell; esempio applicativo. Studio di un veicolo Ibrido Fuel Cell reale ai fini del dimensionamento della sezione idrogeno e batteria SISTEMI DI PROPULSIONE ELETTRICI IBRIDI PER TRASPORTO MARINO Cenni a configurazioni sistemi, design, studio di un caso reale FRENATA RIGENERATIVA: FONDAMENTI Analisi energia e potenza di frenata (potenza vs velocità e decelerazione veicolo); sistema di frenatura BEV, HEV, FCEV RICARICA EVs Analisi della richiesta alla rete di potenza ed energia di EVs; stazioni di ricarica e infrastruttura di ricarica e sua integrazione nella rete elettrica, integrazione bidirezionale V2X

esame orale

Gli studenti acquisiranno conoscenze teoriche relative alla modellazione multicorpo necessarie per analizzare il comportamento dinamico di macchine o sistemi meccanici lineari e non lineari.

L’insegnamento di “Modellazione e progettazione dinamica multicorpo” si propone di descrivere e fornire le basi per l’adozione di uno degli approcci più innovativi alla progettazione in campo dinamico di sistemi meccanici complessi. Nel modulo “Teoria della modellazione multicorpo” verranno introdotti in concetti teorici relativi all’analisi multicorpo necessari a saper sviluppare modelli e simulazioni multicorpo e alla comprensione dei risultati.

Al fine di comprendere e saper applicare alcune delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di "Progettazione in Campo Dinamico".

Il modulo è organizzato in: lezioni frontali in aula durante le quali vengono illustrate gli aspetti teorici legati alla modellazione multicorpo. In parallelo verranno svolte esercitazioni in aula al fine di far apprendere meglio i concetti teorici analizzati. La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Cinematica e dinamica del corpo rigido: matrici di rotazione, angoli di Eulero, equazioni di Newton-Eulero. Energia, quantità di moto. Coordinate generalizzate e vincoli: olonomi e non-olonomi, gradi di libertà. Formulazione lagrangiana: equazioni con e senza vincoli, moltiplicatori di Lagrange. Topologia dei sistemi, giunti, vincoli bilateri e unilateri. Contatti e attrito. Corpi flessibili: coordinate assolute e modali, discretizzazione, matrici di massa e rigidezza. Integrazione numerica.

L'esame dell’insegnamento di “Modellazione e progettazione dinamica multicorpo” di cui il modulo “Teoria della modellazione multicorpo” è costituito da un esame orale volto all’accertamento della conoscenza di tutti gli argomenti svolti.

A. Shabana, “Dynamics of multibody systems”, Cambridge University Press. P.E. Nikravesh, “Planar multibody dynamics: Formulation, Programming and Applications”, CRC Press.

Insegnamento integrato composto dai moduli: MOD. A - MACCHINE UTENSILI A CNC E SISTEMI CAD/CAM; MOD. B - ELEMENTI DI GESTIONE DELLA PRODUZIONE.

Lo studente acquisirà la capacità di utilizzare gli strumenti teorici della dinamica dei sistemi, acquisiti nel corso degli studi, alla modellazione e simulazione dinamica di semplici sistemi e componenti modellati mediante modellazione a parametri concentrati e mediante modellazione FEM finalizzandola alla valutazione nel tempo e nella frequenza del loro stato di sollecitazione

L’insegnamento di “Progettazione in campo dinamico” si propone di approfondire ed applicare gli strumenti teorici della dinamica dei sistemi, acquisiti nel corso degli studi, alla modellazione del comportamento dinamico di sistemi e semplici componenti di macchine nel dominio del tempo e della frequenza, affrontando tecniche di modellazione e simulazione agli Elementi Finiti.

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie conoscenze preliminari di "Progettazione Meccanica Avanzata"

Il modulo è organizzato in: lezioni frontali in aula durante le quali vengono affrontati gli argomenti trattati nel corso; in parallelo verranno svolte esercitazioni in aula utilizzando il linguaggio numerico MATLAB e il codice FEM ANSYS La totalità del materiale didattico utilizzato durante il corso è disponibile attraverso la piattaforma Unistudium.

Richiami di dinamica delle strutture: sistemi ad 1 grado di libertà, Laplace, dominio della frequenza, funzioni di trasferimento e di risposta in frequenza sistemi a molti gradi di libertà, analisi modale e troncamento modale. Integrazione della teoria della dinamica strutturale all’applicazione di spostamenti e/o accelerazioni vincolari. Richiami di modellazione e simulazione dinamica nello spazio degli stati (state space - SS): sistemi fisici ad uno, due ed n gradi di libertà (quarte car). Modellazione SS di sistemi modellati con approccio modale. Analisi dinamica in frequenza con approccio multi input multi output (MiMo). Tecniche di ottenimento di risposte espresse in termini di spettri in frequenza a partire da ingressi espressi in termini sempre di spettri e dalla matrice di funzioni di risposta in frequenza del sistema fisico o della sua rappresentazione modale. Modellazione e simulazione dinamica agli elementi finiti (FEM) (Analisi dinamica nel tempo ed in frequenza - risposta in frequenza e analisi spectrum) sviluppata teoricamente e numericamente e con un codice di calcolo commerciale (ANSYS). Costruzione della rappresentazione state space di un modello FEM e simulazione dinamica in ambiente di calcolo numerico (MATLAB/PYTHON) in ambiente di calcolo agli elementi finiti. Utilizzo dei risultati della simulazione dinamica nel tempo ed in frequenza per la ricostruzione dello stato di sollecitazione anche di tipo multiassiale (caratteristiche di sollecitazione) e tensionale (tensore di tensione) del generico punto del generico componente: approccio statico e approccio modale Sviluppo di un lavoro d’anno mediante codici di calcolo numerico e FEM

L'esame dell’insegnamento di “Progettazione in campo dinamico” si compone di due parti: un elaborato scritto da consegnare/inviare una settimana prima dell’esame; una prova orale. L’elaborato è volta all’accertamento della capacità di applicare le metodologie acquisite a lezione. La prova orale è volta all’accertamento della conoscenza di tutti gli argomenti svolti.

Dispense del corso di “Progettazione e Costruzione di Macchine” (Prof. Braccesi) S. Timoshenko, “Vibration Problems in Engineering”, John Wiley & Sons Inc., March 1990 Manualistica Matlab ed ANSYS

l corso fornisce le competenze per: Comprendere e descrivere le tecnologie per la produzione e l’utilizzo dell’idrogeno e di combustibili innovativi, integrando conoscenze di elettrochimica e parametri operativi. Applicare tecniche di modellazione termodinamica e CFD (0D e 1D) per l’analisi dei sistemi di propulsione e dei componenti energetici, inclusa la modellazione del balance of plant. Condurre analisi sperimentali su prototipi e modelli di sistemi di propulsione, valutandone le prestazioni e integrandoli nell’utilizzatore finale. Progettare e ottimizzare sistemi di propulsione complessi, utilizzando metodi di analisi di sensibilità e criteri di ottimizzazione come la Pinch analysis. Valutare la sostenibilità ambientale, economica e tecnica delle tecnologie energetiche studiate, mediante metodi quali la Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA) e la Techno-Economic Analysis (TEA). Utilizzare metodologie di validazione dei modelli per garantire l’affidabilità delle simulazioni applicate a sistemi di propulsione terrestri, navali e aerei.

Tecnologie per la produzione e l’utilizzo dell’idrogeno e di combustibili innovativi. Tecniche di modellazione e analisi (sperimentale, CFD 0D e 1D) dei sistemi di propulsione, incluse le componenti del balance of plant. Progettazione, test e integrazione dei sistemi in applicazioni reali (terrestri, navali, aeree), con attenzione all’ottimizzazione energetica e ambientale. Metodologie di validazione dei modelli dei sistemi energetici e valutazione della sostenibilità attraverso LCSA (Life Cycle Sustainability Assessment) e TEA (Techno-Economic Analysis).

Conoscenze di base di fisica e termodinamica, in particolare su energia, lavoro, calore, e cicli termodinamici. Competenze fondamentali di meccanica del veicolo, comprese le forze resistenti al moto (aerodinamica, attrito da rotolamento, inerzia). Elementi di chimica ed elettrochimica. Capacità di svolgere bilanci di massa ed energia applicati a sistemi complessi. Competenze base di analisi dei dati sperimentali e familiarità con strumenti di misura e test nel contesto di sistemi energetici o di propulsione.

Il corso è organizzato nel seguente modo: Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso Lezioni frontali nei laboratori di macchine.

UNITÀ DIDATTICA 1: Richiami di analisi energetica del veicolo e dei relativi sistemi di propulsione: cinetica, potenziale, aerodinamica, rotolamento, inerzia. Modalità operative powertrain: trazione, frenata, veleggiamento. UNITÀ DIDATTICA 2: Richiami di sistemi energetici, analisi dello scenario energetico, il ruolo dell’idrogeno e delle celle a combustibile nelle politiche energetiche mondiali, EU e territoriali; UNITÀ DIDATTICA 3:Tecniche di studio e analisi sistemi di propulsione. Definizione del sistema, parametri operativi ed impatto nelle prestazioni. Metodi di analisi sperimentale (raw gas analysis, optical analysis, indicating analysis) e metodi di modellazione CFD 0D e 1D (dinamica dei flussi, dimensionamento) dei componenti del sistema di propulsione e relative interazione. UNITÀ DIDATTICA 4:Studio delle tecnologie per la produzione e l’utilizzo dell’idrogeno e di combustibili innovativi. Elettrochimica di base, analisi di primo principio del componente, parametri operativi principali e relativo impatto sulla tecnologia. UNITÀ DIDATTICA 5:Test su prototipi e modelli per la caratterizzazione del sistema di propulsione e l’integrazione all’interno dell’utilizzatore finale. Valutazione dell’implementazione dei componenti in ottica di ottimizzazione delle performance energetiche ed ambientali. Metodologie di analisi di impatto dei parametri operativi (analisi di sensibilità) e relativa progettazione e ri-progettazione del sistema integrato. UNITÀ DIDATTICA 6:Tecniche di modellazione termodinamica. Esempi di modellazione 0 dimensionale di celle a combustibile ed elettrolizzatori operanti con idrogeno e combustibili innovativi (ammoniaca, metanolo, biometano). Modellazione del balance of plant (compressori, scambiatori, miscelatori, reattore) e criteri di ottimizzazione (Pinch analysis). UNITÀ DIDATTICA 7:Principi di progettazione basata su dati sperimentali e di modellazione. Metodologie di validazione dei modelli. Applicazione delle metodologie a sistemi di propulsione per applicazioni terrestri, navali od aeree. UNITÀ DIDATTICA 8:Presentazione ed utilizzo di sistemi per la valutazione della sostenibilità dei sistemi energetici con esempi applicativi delle tecnologie studiate. Studio degli impatti di ciclo di vita (LCSA) degli impatti economici (TEA);

prova orale progetto/caso studio

Appunti forniti a lezione, pubblicazioni scientifiche condivise dal docente

Il corso si propone di fornire una solida formazione multidisciplinare nel campo dell’energia, affrontando i principali aspetti tecnici, economici, ambientali e normativi legati alla produzione, distribuzione e utilizzo delle diverse fonti energetiche. Gli obiettivi formativi comprendono: acquisire una visione sistemica del contesto energetico globale e nazionale, con attenzione all’evoluzione della domanda e dell’offerta, ai prezzi e alle politiche energetiche; comprendere i principi fisici e le tecnologie di conversione delle principali fonti di energia primaria, sia convenzionali (carbone, petrolio, gas naturale, nucleare) sia rinnovabili (solare, eolica, idroelettrica, geotermica, biomasse); approfondire le caratteristiche tecniche e prestazionali dei sistemi impiantistici, anche in relazione all’impatto ambientale e ai vincoli di sostenibilità. Il corso mira inoltre a fornire strumenti per l’analisi energetica, il dimensionamento di massima degli impianti, la lettura dei bilanci energetici e la valutazione di scenari futuri, con particolare riferimento al contesto italiano e alle strategie di transizione energetica, quali il PNIEC e i piani di contenimento dei consumi.

Il corso fornisce una panoramica completa del sistema energetico contemporaneo, affrontando in modo integrato le diverse fonti di energia e i principali aspetti tecnici, economici, ambientali e normativi. I contenuti spaziano dall’analisi del contesto energetico mondiale e nazionale, con particolare attenzione alla domanda e all’offerta di energia, alle politiche comunitarie, ai prezzi delle fonti primarie e alla pianificazione energetica italiana, fino allo studio approfondito delle tecnologie di produzione e conversione dell’energia. Vengono trattati i combustibili fossili, come carbone, petrolio e gas naturale, descrivendone le caratteristiche fisiche, i processi di estrazione, trasformazione, trasporto e impatto ambientale. Ampio spazio è dedicato alle fonti rinnovabili: si analizzano in dettaglio l’energia solare, sia termica che fotovoltaica, l’energia eolica, quella idroelettrica, geotermica, da biomasse e da rifiuti, includendo le tecnologie di conversione, il dimensionamento degli impianti, i sistemi di accumulo e gli aspetti ambientali correlati. Il corso include anche un’introduzione alle potenzialità dell’idrogeno come vettore energetico, illustrandone metodi di produzione, stoccaggio e utilizzo. Particolare attenzione è rivolta all’energia nucleare, attraverso l’analisi delle reazioni di fissione, dei tipi di reattori, della gestione delle scorie e delle nuove tecnologie emergenti. I contenuti affrontano anche i criteri per la valutazione degli impatti ambientali degli impianti, includendo metodologie di misura e strumenti normativi. L’intero percorso formativo mira a fornire una visione sistemica e aggiornata del settore energetico, preparando gli studenti a comprendere le sfide legate alla transizione energetica e allo sviluppo sostenibile.

Fisica Tecnica

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula

Introduzione al corso – Energia contesto mondiale. Richiami alle unità di misura dell’energia. Energia contesto mondiale. Influenza della crescita economica e demografica sui fabbisogni energetici mondiali (Paesi OECD, non OECD). Prezzi dell’energia (Prezzo del petrolio, prezzo del gas naturale, CO2 pricing). Domanda e offerta di energia primaria (Carbone, petrolio, gas naturale, uranio, rinnovabili). Politiche energetiche comunitarie. La situazione energetica italiana. Domanda e offerta di energia, Consumi di energia, Fonti Energetiche Rinnovabili, Energia elettrica, Pianificazione in materia energetica, Scenari per l’Italia, bilanci energetici del sistema italiano. PNIEC (Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima). Piano nazionale di contenimento dei consumi di gas naturale. I combustibili Classificazione fisica (solidi, liquidi e gassosi) e classificazione in base all’origine (naturali o sintetici). Combustibili fossili. Il carbone: tipologie, genesi, caratteristiche energetiche e prestazioni ambientali in fase di conversione energetica. Il petrolio: genesi degli idrocarburi e disponibilità, formazione e composizione del petrolio, riserve. Migrazione e accumulo del petrolio. Esplorazione petrolifera. Prospezioni geologiche e geofisiche. Impianti e tecnologie di perforazione. Pozzi petroliferi, tecnologie di recupero del gas. Trasporto e raffinazione del petrolio. Caratterizzazione del greggio. GPL, benzina, Jet fuel, oli combustibili, cracking catalitico degli idrocarburi, Hydro-cracking, reforming catalitico. Combustibili gassosi. Giacimenti di gas naturale da riserve convenzionali e non convenzionali. Trasporto e stoccaggio del gas. Introduzione all’energia solare Interazione radiazione – materia. Interazione radiazione – atmosfera. Spettro elettromagnetico solare. Caratteristiche della radiazione solare. Concetti di Air Mass 1 (AM1) e Air Mass 0 (AM0). Bilancio energetico dell’atmosfera. Modelli energy balance per la modifica del RF (radiative Forcing). GWP – Global Warming Potential. Cenni ai fenomeni di UHI e metodi di controllo artificiale dell’albedo terrestre. Materiali cool. Mappe delle risorse solari. Sfruttamento di energia solare. Energia solare termica Classificazione del sole secondo il diagramma di Hertzsprung-Russell. Struttura solare. Moto del sole. Energia del Sole. Spettro di emissione. Radiazione solare diretta e diffusa. Calcolo della radiazione solare. Misura della radiazione solare. Tecnologie di conversione diretta dell’energia solare in calore. Solare termico a bassa, media e alta temperatura. Tipologie e schemi di diversi collettori (materiali, funzionamento, costo, temperature di esercizio dei fluidi termovettori, rendimenti e casi di utilizzo). Bilancio termico dei pannelli piani. Rendimento istantaneo. Rendimento misurato. Collettori parabolico-cilindrici. Rendimento istantaneo. Altri tipi di collettori (collettori parabolici e parabolico-cilindrici). Fluidi termovettori (acqua, vapore, oli minerali, oli sintetici, metalli liquidi, Sali fusi) Componenti di un circuito di un impianto solare termico (pompe, valvole di sicurezza, vasi di espansione, valvole di spurgo, serbatoi di accumulo dell’energia termica). Circuiti aperti o chiusi a circolazione naturale o forzata. Impianti a torre solare. Impianti con concentratori solari. Tecnologie per lo stoccaggio di energia termica: stagni solari. Muri di Trombe. Energia solare fotovoltaica Corrente di conduzione nei metalli. Densità di corrente. Densità di carica. Cenni alla teoria delle bande. Struttura cristallina e conduzione nei semiconduttori. Semiconduttori puri o intrinseci. Semiconduttori estrinseci o drogati. Corrente di diffusione. Giunzioni p-n. Effetto fotovoltaico. Effetto fotoelettrico. Cella fotovoltaica. Massimo rendimento teorico di una cella fotovoltaica. Curva caratteristica voltamperometrica. Curva caratteristica di una cella fotovoltaica in funzione della temperatura e in funzione della radiazione solare. Tipologie di celle fotovoltaiche. Celle in silicio monocristallino. Metodo Czochralski di produzione di una cella. Trattamenti antiriflesso ARC. Celle in silicio policristallino. Celle in silicio amorfo. Celle a film sottili. Celle CdTe (Telluro di cadmio). Celle multi-giunzione. Modulo fotovoltaico. Collegamento tra moduli. Stringhe fotovoltaiche. Schema di un campo PV (inverter, trasformatori e punti di consegna). Ombreggiamento e diodi di by-pass. Calcolo del rendimento di un pannello fotovoltaico. Dimensionamento di massima di un impianto fotovoltaico. Fotovoltaico a concentrazione (ricevitore solare, concentratore solare, fattori di concentrazione, angoli di accettanza). Concentratori ottici diffrattivi e riflessivi, sistemi di tracking. Smaltimento e riciclaggio di un impianto PV a fine vita. Energia eolica Considerazioni generali sul moto dei venti: energia cinetica del vento. Limite di Betz. Relazione tra velocità del vento e potenza: curva di potenza. Fattore di capacità. Produzione di energia. Statistiche sulla velocità e direzione del vento in un sito. Fattore di vorticità. Turbine eoliche ad asse orizzontale e verticale (caratteristiche specifiche). Diametri del rotore. Componenti di un aerogeneratore eolico. Mappa del vento in Italia e risorse eoliche in Europa. Stima della velocità del vento in quota (formula di Hellmann). Anemometri per la misura della velocità del vento. Curva di durata del vento. Stima della potenza massima estraibile da un aerogeneratore sulla base delle curve caratteristiche. Atlante del vento. Schema di un impianto eolico. Eolico offshore. Impatto ambientale di un impianto eolico (rumore, interferenze elettromagnetiche, impatto visivo, effetti su flora e fauna, emissioni indirette). Aspetti economici: costi di impianto, di esercizio e manutenzione). Aerodinamica della pala eolica ed effetto risultante di un flusso d’aria su un profilo alare. Wind farms. Effetti scia e modello di Jensen. Flickering. Cenni all'Energia idroelettrica Energia di una massa d’acqua. Richiami al teorema di Bernoulli tra due sezioni di un impianto idraulico. Energia captata da un impianto idroelettrico. Rendimento globale dell’impianto e rendimenti dei singoli componenti. Turbine idrauliche: Pelton, Francis, Kaplan. Carte idrogeologiche del territorio e regime pluviometrico (afflussi e deflussi). Profilo longitudinale di un corso d’acqua. Curva idrodinamica. Impianti ad acqua fluente: diagramma di durata, dimensionamento e criteri di progetto. Impianti a bacino: dimensionamento a portata o a volume costante e criteri di progetto. Impianti di accumulo e pompaggio. Impianti idroelettrici in Italia: numerosità e produzione di energia. Idroelettrico nel mondo. Energia geotermica Caratteristiche generali dell’energia del sottosuolo. Componenti di un sistema geotermico: sorgente, serbatoio di accumulo, fluido termovettore. Classificazione delle sorgenti geotermiche a bassa, media e alta entalpia. Sorgenti geotermiche: idrotermiche, geo-pressurizzate e petrotermiche. Sistemi a vapore dominante e ad acqua dominante. Impieghi delle acque geotermiche in funzione della temperatura. Impianti geotermici ad alta entalpia per la produzione di energia elettrica: schema a contropressione, schema a condensazione, impianti binari. Sonde geotermiche. Impatto ambientale dei sistemi geotermici. Geotermia in Italia numerosità degli impianti e produzione di energia elettrica. Geotermico per il teleriscaldamento nel mondo. Cenni all'Energia nucleare Radioattività. Combustibili nucleari. Dosimetria: dose assorbita, dose equivalente. Reazione di fissione e organi di regolazione. Reattori nucleari. Impianti BWR (Boiling Water Reactor), PWR (Pressurized Water Reactor), PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor), LWGR (Light Water Graphite Reactor), GCR (Gas Cooled Reactor). Impianti autofertilizzanti veloci (FBR). Centrali nucleari nel Mondo. Energia nucleare in Italia. Aspetti economici. Reazione di fusione. Scorie radioattive. Classificazione e gestione dei rifiuti radioattivi. Nuove tecnologie SMR/AMR (Small Modular Reactor/Advanced Modular Reactor). Capacità elettrica mondiale del nucleare. Costi del nucleare. Cenni all'Energia da rifiuti Definizione di rifiuto. Caratteristiche merceologiche e contenuto energetico del Rifiuto Solido Urbano. Sistemi di smaltimento: raccolta differenziata, discarica, compostaggio, termovalorizzazione e incenerimento. Tecnologie di termodistruzione: forni a griglia, forni a tamburo rotante, forni a letto fluido, gassificazione, pirolisi, tecnologie al plasma, forni a fusione elettrica. Abbattimento degli inquinanti. Trattamento e produzione di rifiuti in Italia ed Europa. TMB. CSS. Cenni all'Energia da biomasse Richiami alla definizione di biomassa. Classificazione, composizione e tipologie di biomasse. Caratterizzazione della biomassa lignocellulosica residuale.

Colloquio orale sugli argomenti trattati a lezione

Daniele Cocco, Pierpaolo Puddu, Tecnologie delle Energie Rinnovabili, libreriauniversitaria.it Edizioni 2022 - Dispense delle lezioni messe a disposizione dal docente