Ingegneria navale

Concetto di superficie, integrali superficiali e concetto di flusso attraverso una superficie; concetto di spazio funzionale, di convergenza per funzioni; sviluppi in serie di Taylor e in serie di Fourier; concetto di funzione olomorfa e suo utilizzo per il calcolo di integrali generalizzati o integrali trigonometrici. Concetto di equazione differenziale: metodi risolutivi e studio qualitativo della soluzione

1. Superfici • Superfici regolari. • Bordo di una superficie. Vettore normale. Piano tangente. Orientazione. • Area di una superficie. Integrali superficiali. • Teorema di Stokes nello spazio. 2. Integrali impropri per funzioni di più variabili • Caso di funzioni illimitate su insiemi limitati. Funzioni sommabili. Criterio del confronto. • Caso di funzioni su insiemi illimitati. Funzioni sommabili. Criterio del confronto. 3. Successioni e serie di funzioni • Successione di funzioni. Definizione di convergenza puntuale e di convergenza uniforme. • Criterio di convergenza di Cauchy. • Teorema sulla limitatezza della funzione limite. • Serie di funzioni. Definizione di convergenza puntuale, di convergenza uniforme, di assoluta convergenza e di totale convergenza. • Teorema della continuità, teorema dell’integrazione, teorema della derivazione. • Serie di potenze. (Teorema di Cauchy-Hadamard) . Definizione di raggio di convergenza e di intervallo di convergenza. • Operazioni sulle serie di potenze. • Serie di Taylor e di Mac Laurin. Definizione di funzione sviluppabile in serie di Taylor. • Serie di Fourier. Condizione sufficiente di convergenza. • Calcolo dei coefficienti: funzioni pari, funzioni dispari. • Convergenza della serie di Fourier: disuguaglianza di Bessel, Lemma di Riemann-Lebesgue. Definizione di funzione continua a tratti. Condizione di Dirichlet. • Condizione sufficiente per la convergenza uniforme. • Teorema (integrale di una serie di Fourier). 4. Equazioni differenziali • Ordine di una equazione differenziale, equazione in forma normale. • Problema di Cauchy per una equazione di ordine n. • Equazioni differenziali del primo ordine a variabili separabili. • Equazioni differenziali lineari del primo ordine. • Equazioni di Manfredi. • Equazioni differenziali lineari di ordine n. • Teorema di Liouville-Jacobi. • Ricerca dell’integrale generale dell’equazione completa. Metodo di Lagrange. • Equazioni lineari a coefficienti costanti omogenee: ricerca di una base. • Equazioni lineari a coefficienti costanti non omogenee. Ricerca di una soluzione particolare: metodo della funzione simile. 5. Funzioni di variabile complessa • Il corpo complesso. Il piano complesso. • Definizione di funzione complessa derivabile in un punto. • Condizioni di Cauchy-Riemann. • Integrale di una funzione di variabile complessa. • Definizione di funzione olomorfa. • Funzioni di variabile complessa e forme differenziali. Primitive di una funzione olomorfa. • Teorema di Cauchy. Teorema di Morera. • Definizione di funzione analitica. Relazione tra analiticità e olomorfia. Formula di Cauchy per le derivate di una funzione olomorfa. • Formula di Cauchy. • Singolarità isolate. Sviluppo di Laurent. • Classificazione delle singolarità. • Definizione di residuo di una funzione in un punto. Calcolo dei residui mediante operazioni di derivazione e di passaggio al limite. • Teorema interno dei residui. •Applicazioni del teorema dei residui. • Singolarità all’infinto. Residuo all’infinito. • Teorema esterno dei residui.

Sono necessari i concetti di limite in due variabili, di differenziabilità, di forma differenziale, di serie numerica, di spazio vettoriale, la conoscenza dei teoremi del calcolo integrale, dei criteri di convergenza per le serie numeriche.

Sviluppo dell'atteggiamento critico: studio delle ipotesi, riconoscimento di condizioni necessarie, di condizioni sufficienti per il sussistere di certi risultati. Cura del controesempio, cura nella dimostrazione nelle asserzioni.

Gli allievi sono costantemente interpellati per verificare lo stato di apprendimento , sia dal punto di vista dei concetti teorici, sia per lo svolgimento degli esercizi. Sono svolte scritte prove in itinere (circa tre prove scritte)

L'esame è orale, per valutare la conoscenza delle definizioni, dei concetti, delle dimostrazioni fatte in aula, e l'autonomia nello svolgimento di problemi ed esercizi inerenti gli argomenti svolti nel corso.

Dispense sulla teoria e raccolta di prove di esame sono rese disponibili in formato digitale sulla piattaforma Teams.

Obiettivo dell’insegnamento è quello di Fornire agli Allievi una conoscenza di base sui principi fondamentali della chimica generale, rendendoli capaci non solo di comprendere i principali aspetti teorici, ma anche di svolgere in modo corretto quesiti ed esercizi relativi agli argomenti trattati. La conoscenza della chimica è ritenuta dunque indispensabile per l’acquisizione di una cultura tecnico/pratica utile per la loro formazione professionale e per i successivi corsi di scienza ed ingegneria dei materiali.

Argomenti delle lezioni ed esercitazioni: Struttura atomica Il nucleo, l’atomo di Bohr, approccio quantistico e ondulatorio, gli orbitali, la distribuzione degli elettroni all’interno degli atomi e relative proprietà periodiche e reattività degli elementi. I legami I vari tipi di legame: strutture molecolari e strutture reticolari. Il numero di ossidazione. Il legame ionico. Il legame covalente (teoria Valence Bond, ibridizzazione, geometria delle molecole tramite teoria VSEPR); il legame metallico (teoria degli orbitali molecolari e teoria delle bande); legami secondari I composti chimici Classificazione dei composti chimici e relativa nomenclatura. Definizione di peso atomico, peso molecolare, peso formula e mole. Le reazioni chimiche Vari tipi di reazioni chimiche. Bilancio di massa nelle reazioni chimiche: stechiometria. Termodinamica chimica Energia interna ed entalpia di un sistema termodinamico. Bilancio di energia nei processi chimico-fisici. Processi endotermici ed esotermici; le reazioni di combustione. Entropia ed energia libera di un sistema termodinamico: criteri di spontaneità di un processo. Stati della materia I gas: stato ideale, stato reale e leggi che ne regolano il comportamento. Comprimibilità e diagramma PV. I liquidi e le loro proprietà più importanti: tensione superficiale, viscosità e pressione di vapore. I solidi. Vari tipi di legami nei solidi e relative proprietà fisiche e strutturali, con particolare riferimento ai metalli. Passaggi di stato e diagrammi di stato di una sostanza pura, con particolare riferimento al diagramma di stato dell’acqua. L'equazione di Clausius–Clapeyron. Le soluzioni Definizione e tipi di soluzioni: la concentrazione e relative espressioni. Le soluzioni gassose: volumi parziali e pressioni parziali. Le soluzioni liquide: variazione della pressione di vapore di un liquido, comportamento ideale e comportamento reale. Le proprietà colligative Solubilità di gas in liquidi. Distillazione di miscele di liquidi e passaggi di stato liquido-solido. L’equilibrio chimico Equilibrio chimico nei sistemi omogenei: Kp e Kc. L’equazione di Van’t Hoff. Prodotto ionico dell’acqua e pH. Il pH in soluzioni acquose di acidi, basi e sali. Equilibrio chimico in sistemi eterogenei: regola delle fasi. Prodotto di solubilità Cinetica chimica Parametri che condizionano la velocità di una reazione. Ordine di reazione e costante di velocità. L’equazione di Arrhenius. Energia di attivazione e catalizzatori. L’esempio della marmitta catalitica e degli enzimi. Elettrochimica La conducibilità elettrica nelle soluzioni di elettroliti; relazione tra conducibilità elettrica e grado di dissociazione o di ionizzazione di un elettrolita. Le proprietà colligative nel caso di soluzioni elettrolitiche. Potenziale di elettrodo e tipi di elettrodo. Pile: vari tipi di pile. Utilizzo dell’Equazione di Nerst. Concetti di base sul processo di elettrolisi e sua applicazione. La corrosione: criteri termodinamici e cinetici riguardanti l’evenienza del processo. Le curve di polarizzazione e i fenomeni di passivazione. I sistemi di protezione: protezione catodica e protezione anodica. Chimica organica Nozioni di base sui composti organici: idrocarburi e principali derivati funzionali (struttura chimica, principali proprietà chimico-fisiche e reattività). Cenni sui polimeri e biopolimeri

nozioni di base di matematica, fisica e chimica della scuola superiore (livello liceo scientifico)

lo studente seguirà le lezioni frontali, facendo domande ed interagendo con la docente. Si preparerà nello svolgimento di esercizi applicativi sugli argomenti trattati partecipando alla prova/e in itinere.

L’esame finale è in forma orale: si richiede lo svolgimento di un esercizio alla lavagna seguito da domande su aspetti teorici di tutto il corso. Durante l’anno sarà effettuato almeno un test intermedio scritto (a scopo di auto-valutazione assistita dal docente) durante i periodi di lezione sopra riportati. Il risultato del test intermedio influisce solo minimamente sull’esito dell’esame e sulla votazione

Libro consigliato: I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica-Materia Tecnologia Ambiente, Casa Editrice Ambrosiana, 2016. Il docente fornisce le slides delle lezioni.

Acquisizione delle metologie analitiche di base per la sintesi di sistemi di controllo classico in campo continuo. Uso della trasformata di Laplace, manipolazione delle funzioni di trasferimento, stabilità, risposta a regime e transitoria, risposta in frequenza e suo tracciamento grafico, luogo delle radici, criterio di Nyquist. Sintesi di controllori classici mediante le tecbiche precedenti.

Concetti generali sui controlli automatici e cenni storici con speciale attenzione a problematiche di interesse navale. Descrizione di sistema dinamico e sua rappresentazione sistemica e analitica mediante equazioni differenziali e modelli approssimati. Trasformata di Laplace e suo uso nella soluzione di equazioni differenziali. Concetti di anello aperto, anello chiuso (feedback), funzione di trasferimento e diagrammi a blocchi. Problema della stabilità e specifiche di controllo. Criterio di Routh-Hurwitz. Risposta a regime, risposta transitoria, parametri di progetto e sistemi di controllo elementare (proporzionale, integrale, derivativo). Risposta in frequenza, definizioni e rappresentazione grafica (diagrammi di Bode e diagramma polare). Relazione con la risposta nel tempo. Sistema in retroazione (feedback). Analisi mediante il luogo delle radici e sintesi di sistemi di controllo. Criterio di Nyquist: definizione e suo uso nell'analisi della stabilità in retroazione e nella sintesi di controllori in presenza di errori di modello. Controllori industriali (PID, reti correttrici, assegnamento poli). Esempio progettuale completo.

Analisi I e II, Fisica I e II, equazioni differenziali, algebra lineare e geometria (matrici e spazi vettoriali). Conoscenze di base di MATLAB o simile.

I comportamenti dello studente riguardano come si è propositivi, capacità di aggregazione di gruppo, atteggiamento proactive ed approccio sistemico di alto livello.

La verifica delle capacità viene effettuata mediante rapporto diretto con lo studente. Sono valutati la comprensione dei problemi, l'approccio alla soluzione e le analisi critiche riguardanti i risultati ottenuti.

L'esame finale è orale. SI vogliono accertare le conoscenze e la comprensione del materiale del corso. Si vuole inoltre accertare come lo studente riesce ad applicare le conoscenze a problematiche specifiche dell'ingegneria navale.

1. libro di testo (obbligatorio): ‘’Fondamenti di Controlli Automatici’’, Bolzern, Mc Graw Hill Italia, quinta edizione, 2015. 2. Slides del docente disponibili per download. 3. MATLAB software 4. Video YouTube di Brian Douglas. https://www.youtube.com/watch?v=oBc_BHxw78s&list=PLUMWjy5jgHK1NC52DXXrriwihVrYZKqjk 5. Informazioni addizionali disponibili online.

Conoscenza dei principali concetti e principi della meccanica, della meccanica dei fluidi e della termodinamica. Conoscenza delle grandezze fisiche e delle relative unità di misura, dei principi della dinamica, della conservazione dell'energia e della quantità di moto, della gravitazione, delle oscillazioni e delle onde, nonché delle principali leggi della fluidostatica, della fluidodinamica e della termodinamica.

Meccanica: grandezze fisiche e unità di misura; cinematica del punto materiale; vettori e cinematica vettoriale; dinamica e leggi di Newton; lavoro ed energia; quantità di moto e urti; sistemi di particelle e centro di massa; sistemi non inerziali; momento della quantità di moto e momento delle forze; corpo rigido e dinamica rotazionale; statica; gravitazione e leggi di Keplero; oscillazioni e moto armonico; onde ed effetto Doppler. Meccanica dei fluidi: pressione e statica dei fluidi; leggi di Stevino, Pascal e Archimede; teorema di Bernoulli e teorema di Torricelli. Termodinamica: temperatura e calorimetria; dilatazioni termiche; calore specifico e calori latenti; gas perfetti ed equazione di stato; trasformazioni termodinamiche; piano di Clapeyron e lavoro; primo principio della termodinamica; energia interna; cicli termodinamici; ciclo di Carnot e rendimento delle macchine termiche; macchine frigorifere; secondo principio della termodinamica ed entropia.

Conoscenze di base di matematica: algebra, equazioni, funzioni, grafici e geometria elementare.

Sviluppo di un approccio quantitativo e razionale alla descrizione dei fenomeni fisici, con particolare attenzione alla correttezza delle unità di misura, delle approssimazioni e dell'interpretazione dei risultati.

La capacità di applicare le conoscenze è verificata attraverso la risoluzione di problemi numerici e l'interpretazione di situazioni fisiche e rappresentazioni grafiche.

Prova orale costituita da esercizi numerici e quesiti teorici sugli argomenti trattati durante il corso.

R. A. Serway, J. W. Jewett, Fisica per Scienze e Ingegneria, Vol. 1. Sono inoltre disponibili le presentazioni PowerPoint relative agli argomenti trattati e dispense predisposte dal docente.

Il corso mira a fornire le conoscenze informatiche e capacità pratiche per utilizzare efficacemente un calcolatore elettronico nell’ambito dell'ingegneria navale. Gli obiettivi principali includono lo sviluppo delle capacità di problem-solving per risolvere problemi concreti utilizzando i fogli di calcolo e la programmazione.

A) Fondamenti teorici dell’Informatica - Rappresentazione dell’informazione: codifiche e strutture dati - Sistemi di numerazione non decimali (binaria ed esadecimale) - Numeri in virgola mobile e principali errori di calcolo - Algebra di Boole e applicazioni B) I fogli di calcolo per il problem solving e l’avvio alla programmazione - Generalità sui fogli di calcolo: Tipi di dato, Formule e Funzioni - Riferimenti Relativi, Assoluti e Misti - Le Funzioni di controllo “Se”, “Conta.Se”, ecc. - Analisi e rappresentazione numerica e grafica dei dati - Soluzione numerica di problemi complessi con la “Ricerca obiettivo” - Simulazioni con i numeri casuali - Creazione e modifica di Macro C) Programmazione - Costrutti principali della programmazione imperativa: ‐ Costrutti condizionali ‐ Costrutti iterativi ‐ Uso di procedure e funzioni e approccio divide-et-impera - Programmazione ricorsiva, principi ed esempi significativi - Principali algoritmi: ‐ Algoritmi di ordinamento e ricerca ‐ Ricerca e conteggio dei numeri primi (Crivello di Eratostene) ‐ Algoritmi numerici (derivata ed integrazione) e di simulazione (Monte Carlo) - Cenni di complessità computazionale

Nessuno

Lo studente sarà in grado di scegliere lo strumento e l'approccio metodologico più adatto per inquadrare il problema e risolverlo utilizzando le tecniche e i principi dell'informatica.

Sessioni di problem-solving in laboratorio informatico.

Esame orale teorico/pratico sugli argomenti del corso.

Dispense e note a cura del docente (disponibili sul portale e-learning/Teams).

Fornire conoscenze relative agli strumenti basilari (a) dell'algebra lineare: spazi vettoriali, applicazioni lineari, matrici, autovalori, autovettori; (b) della geometria: riferimenti cartesiani, coniche, quadriche.

Genio Navale - 1a cl. - Programma GEOMETRIA 2025/26 Strutture algebriche: gruppi, anelli, campi. Elementi invertibili, divisori di zero. Spazi vettoriali, sottospazi, dipendenza lineare, generatori, teorema di Steinitz, basi, dimensione. Intersezione e somma di sottospazi, formula di Grassmann, somme dirette [(1) Cap. 3 ]. Numeri complessi: forma algebrica e trigonometrica, radici n-esime, funzione esponenziale [(1) Cap. 4]. Applicazioni lineari: nucleo, spazio immagine, rango, relazione (5.2.4) tra rango e dimensione del nucleo. Matrici: operazioni di addizione e moltiplicazione, rango. Matrici associate ad applicazioni lineari. Spazi vettoriali ed anelli di applicazioni lineari, e di matrici. Trasformazioni elementari di matrici [(1) Cap. 5]. Sistemi di equazioni lineari, e matrici corrispondenti. Matrici "a scala", metodo di Gauss. Determinanti e loro proprietà; minori e complementi algebrici. Enunciati dei teoremi di Laplace e di Binet. Teorema di Cramer, matrice inversa [(1) Cap. 6]. Riferimenti cartesiani e coordinate di punti nello spazio tridimensionale. Equazioni di piani e rette. Cambiamenti di base (in spazi vettoriali) e di riferimento (in spazi affini) e relativi cambiamenti di coordinate. Matrici simili [(1) Cap. 7, fino al paragrafo 7.6 compreso]. Parallelismo e perpendicolarità di piani e rette; fasci e stelle di piani; distanze ed angoli [(1) Capitolo 8 e 9]. Autovalori, autovettori, autospazi di endomorfismi e di matrici quadrate. Polinomio caratteristico, molteplicità algebrica e geometrica delle sue radici. Criteri di diagonalizzabilità di matrici e di endomorfismi e loro dimostrazione [(1) Cap 10]. Rette e coniche nel piano complesso [(1) Cap. 12 pag. 257->261 e pag. 273->288 ]. Classificazione e studio di coniche [(1) Capitolo 13]. Le quadriche [(1) Capitolo 15].

Insiemi, geometria euclidea, algebra elementare

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Vedere verifica delle conoscenze

Esame finale orale.

G. Pizzarello A. Volpi, GEOMETRIA E ALGEBRA, ETS M. Marinari, ESERCIZI DI ALGEBRA LINEARE E GEOMETRIA, Poligr. Acc. Nav.

Lo studente acquisirà una solida conoscenza della meccanica dei terreni (modelli costitutivi, criterio di resistenza). In particolare, si richiede la conoscenza del comportamento idro-meccanico di un mezzo particellare saturo. Questa formazione lo renderà edotto delle principali problematiche che riguardano la progettazione di fondazioni superficiali e opere di sostegno.

Ogni modulo è circa 3 h:

Introduzione al corso, genesi dei terreni e delle rocce; Classificazione dei terreni; Tensioni efficaci e calcolo delle tensioni geostatiche; Ko, OCR, analogia idromeccanica; Pressioni idrostatiche ed idrodinamiche, richiami di idraulica; Equazione generale di flusso stazionario confinato, reticolo di flusso; Soluzione dell'equazione di Laplace alle differenze finite; Flusso transitorio, teoria della consolidazione 1D; Determinazione sperimentale della tensione di preconsolidazione, RR, CR, SR da prove edometriche; Cedimento edometrico; Estensione del metodo edometrico, teoria dell'elasticità; Impiego di abachi per le soluzioni elastiche; Legame costitutivo; Cerchi di Mohr, Criterio di resistena, stress-path; Prove di taglio diretto; Prove triassiali; Le spinte delle terre; Spinte docute all'acqua ed ai sovraccarichi; Teoremi dell'analisi limite e loro applicazione; Capacità portante delle fondazioni superficiali; Calcolo in pratica del carico limite; Discontinuità statiche, applicazioni; Cedimenti ammissibili

Idraulica, Scienza delle Costruzioni

Attenzione al dato sperimentale ed all'elaborazione dei risultati di prove

Le capacità saranno verificate tramite colloquio.

L'esame consiste di una prova orale.

Diego Lo Presti Manuale di Ingegneria Geotecnica vol. 1 e vol. 2 (Pisa University Press). Consigliato anche: Renato Lancellotta Geotecnica 4 Edizione Zanichelli

Fornire nozioni di specifico interesse nel campo dell’Ingegneria Navale su tecniche e modelli per la descrizione della risposta meccanica delle strutture, come necessario completamento del corso di Scienza delle Costruzioni I

Sistemi di travi in regime elastico lineare 

Richiami di teoria tecnica delle travi. Il metodo degli spostamenti: rigidezza di un elemento strutturale e carichi nodali equivalenti. Cenni alla matrice di rigidezza di una trave ad asse rettilineo. Schemi semplificati per la descrizione della risposta meccanica di sistemi di travi. Travi equivalenti a un telaio o a una travatura reticolare. Le strutture di controventamento: criteri di verifica e di progetto. Il carico critico di pilastri presso - inflessi. Influenza della deformabilità a taglio sul carico critico delle travi. 

Elementi di analisi limite delle strutture 

Il materiale elastico – perfettamente plastico. Esempi introduttivi sulla crisi delle strutture. La trave soggetta a flessione uniforme: descrizione della sua risposta oltre il limite elastico. Carico di collasso, meccanismo di collasso, cerniera plastica, campo di sollecitazioni staticamente ammissibile. Teorema statico e teorema cinematico. Cenni al caso in cui agiscano più carichi fra loro indipendenti e all’interazione fra sforzo normale e momento flettente. 

Piastre sottili

Le ipotesi cinematiche e le misure di deformazione. Caratteristiche della sollecitazione e equazioni di equilibrio. L’equazione di Germain - Lagrange. Esame critico delle condizioni al contorno e loro espressioni secondo Kirchhoff. Metodi classici di soluzione: il caso delle piastre rettangolari. La soluzione in forma chiusa di problemi assial-simmetrici. Carico critico di lastre compresse. Metodi approssimati di soluzione: differenze finite ed elementi finiti.

Problemi piani in elasticità lineare

Formulazione del problema in termini di tensioni mediante la funzione degli sforzi di Airy. Problemi a simmetria centrale. Il problema di un semipiano soggetto a un carico concentrato sul bordo (problema di Flamant).

I sistemi dinamici a un grado di libertà

Oscillazioni libere. L’oscillatore armonico non smorzato. Oscillazioni forzate. L’oscillatore armonico non smorzato con forzante armonica. Influenza della frequenza della forzante. Risonanza e fattore di amplificazione dinamica. 

I sistemi dinamici a più gradi di libertà

Le equazioni del moto. Analisi modale: forme modali e loro normalizzazione, le condizioni di ortogonalità della matrice delle masse e di quella delle rigidezze. Coordinate normali e modali; disaccoppiamento delle equazioni del moto. Sovrasollecitazioni dinamiche delle travature. Relazioni fra dinamica e stabilità dell’equilibrio elastico.

Scienza delle Costruzioni I

AN 5-47, A. Bacci, Applicazione del metodo degli elementi finiti Meccanica delle strutture - Corradi Dell’acqua Leone - Vol. 2 Le teorie strutturali e il metodo degli elementi - Mc Graw Hill O. Belluzzi, Scienza delle costruzioni – Vol. 1-2-3-4 - Ed.Zanichelli (3^ cl.) Appunti a cura del docente.

Obiettivo principale dell'insegnamento è di fornire nozioni fondamentali dei Sistemi elettrici navali (inclusa la propulsione, quando elettrica o ibrida): struttura controllo sicurezza. Un obietttivo aggiuntivo è di fornire agli studenti formazione di base sui convertitori elettronici di potenza, argomento propedeutico al corso non svolto nel preccedente insegnamento di elettrotecnica.

a. Generalità Concetto di Sistema Elettrico per l’Energia e Sistema Elettrico di Bordo. Enti normatori del settore elettrico navale: IEC, CEI, RINA, RINAMIL, NAV. Tipologie di sistemi elettrici presenti a bordo di unità della MMI. Utilizzo di vari livelli di tensione; sottosistemi in MT. b. Conversione dell’energia elettrica Circuiti in regime periodico non sinusoidale. Componenti di elettronica di potenza; diodi, tiristori, interruttori pilotati in apertura e chiusura. Dispositivi di elettronica di potenza: raddrizzatori, frazionatori, invertitori. Armoniche e filtri. Conversione statica della frequenza ed elettromeccanica della frequenza. c. Generazione Bilancio elettrico. Frazionamento della potenza; funzionamento a centrali e sbarre collegate e separate. Fonti di alimentazione elettrica: alternatori indipendenti, generatori-asse, presa da terra. Il funzionamento degli alternatori in transitorio. Potenza attiva e reattiva scambiate da un alternatore. d. Regolazione della tensione e della frequenza Regolazione della tensione: eccitatrice statica e brushless. Regolazione della frequenza: regolazione con statismo; regolazione secondaria. e. Distribuzione Possibili schemi di distribuzione (radiale semplice, composto, ecc.). Schemi di distribuzione usati sulle navi della MM. Cavi elettrici: caratteristiche costruttive, caduta di tensione, portata. f. Sistemi elettrochimici Accumulatori elettrochimici; fuel cells a idrogeno. g. Sovracorrenti e protezioni Richiami di teoria. Caratteristica di intervento di interruttori e fusibili. Protezione dalle sovracorrenti di cavi. h. Utilizzazione Azionamenti a velocità variabile in CC, e in CA basati su motori asincroni e sincroni brushless. i. Propulsione elettrica Confronto fra propulsione elettrica e diesel. Principali architetture e configurazioni dei sistemi utilizzati per la propulsione elettrica navale. Sistemi di propulsione ibridi, azimutali. j. Elementi di Sicurezza elettrica Pericolosità della corrente elettrica e curve di sicurezza convenzionali. Protezione dai contatti indiretti con sistemi TT, TN IT e diretti. Protezione con componenti di Classe II; sistemi SELV e PELV. k. Elementi di silenziamento magnetico l. Esempi di sistemi elettrici delle navi della MMI con ricapitolazione di argomenti teorici Il sistema elettrico delle navi di alcune classi in uso nella Marina Militare Italiana.

I prerequisiti sono costituiti dagli argomenti generali svolti nel corso di elettrotecnica: circuiti in corrente continua e alternata, sistemi trifasi, trasformtori, macchine sincrone e asincrone trifasi

Il principale comportamento che si ritiene di fornire è lo sforzo di analisi critica in generale, in particolare alle questioni elettriche, e specificatamente ai sistemi elettrici navali.

La verifica viene fatta attraverso esercizio svolti in aula assieme alla classe. Semplici eserizi numerici possono essere anche richiesti duranta la prova finale orale.

Esame finale orale con uso della lavagna, della durata di almeno 20 minutes

• M. Ceraolo/D. Poli: "Fundamentals of Electric Power Engineering Engineering" IEEE/Wiley ISBN 978-1-118-67969-2 • Dispense a cura del Docente

Obiettivo del corso è portare lo studente a conoscere:

• le nozioni principali sui processi produttivi;
• i processi di fonderia;
• i processi di deformazione plastica;
• i processi di lavorazione per asportazione di truciolo.

I materiali degli utensili. Geometria unificata dell'utensile monotagliente. Fenomeni di usura dell'utensile, prove di durata. La relazione di Taylor, la relazione generalizzata di Taylor. Le principali macchine utensili (tornio, fresatrice, trapano). Attrezzature. Superfici lavorabili. Geometria degli utensili per operazioni di foratura e fresatura e altre lavorazioni. I parametri di taglio e la loro influenza sui vari processi di taglio. Metodi di calcolo adottati per la determinazione delle forze e delle potenze di taglio. Consumo energetico. Calcolo dei tempi attivi e passivi.

Per seguire proficuamente il corso sono richieste:

• conoscenze di matematica generale, quali trigonometria piana, integrali e derivate (Corsi di base di matematica)
• conoscenze di fisica generale, quali unità di misura e principi generali della meccanica (Fisica Generale)
• nozioni di base per interpretare un disegno meccanico (Disegno Tecnico Industriale)

La verifica delle capacità sarà oggetto della valutazione delle prove intermedie e della prova orale finale.

I testi di riferimento del corso sono i seguenti: M.P. Groover – “Principles of Modern Manufacturing” Fifth Edition, Wiley (in lingua inglese) M.Santochi F.Giusti – “Tecnologia Meccanica e studi di fabbricazione” Seconda edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano. Dispensa fornita dal docente..

Concetti di limite , continuità, differenziabilità, ottimizzazione libera e vincolata per funzioni di più variabili reali.

Concetto di invertibilità in un punto, locale e globale.

Integrali doppi e tripli su domini normali e loro interpretazione; cambi di coordinate (polari, cilindriche, sferiche).

Geometria differenziale e calcolo vettoriale: Parametrizzazione di curve e superfici; integrali di linea; campi vettoriali, potenziale, divergenza e rotore.

Teorema di Green

Calcolo differenziale e integrale per funzioni di una variabile reale (limiti, derivate, studi di funzione, integrali definiti e indefiniti). Successioni e serie numeriche.Geometria e Algebra Lineare: Algebra dei vettori in \(\mathbb{R}^{2}\) e \(\mathbb{R}^{3}\), prodotto scalare, vettoriale e misto. Matrici, determinanti, sistemi lineari, autovalori e autovettori. Geometria analitica del piano e dello spazio (rette, piani, cenni sulle coniche).

Sviluppo del rigore logico nel condurre una dimostrazione e nella risoluzione di un esercizio; utilizzo di un linguaggio scritto e orale corretto che faccia uso delle notazioni e dei termini introdotti.

Risoluzione di esercizi in classe con la partecipazione degli studenti, assegnazione di esercizi da effettuare autonomamente per autoverifica. Verifiche valutative scritte in itinere.

Sono forniti in formato digitale su Teams e Sisdan dispense sugli argomenti trattati, i testi (con svolgimento) delle prove in itinere svolti negli anni precedenti, testi di esercizi proposti. Gli studenti vengono dotati del Volume 2 di Lezioni di Analisi matematica 2, Gennaro Giannuzzi.

Al termine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze fondamentali dell'elettromagnetismo classico. In particolare conoscerà le proprietà dei campi elettrico e magnetico, le leggi fondamentali che ne descrivono il comportamento, i circuiti elettrici in corrente continua e variabile, i fenomeni di induzione elettromagnetica e le equazioni di Maxwell, comprendendone il significato fisico e le principali applicazioni.

Fenomeni elettrostatici e legge di Coulomb. Campo elettrico. Legge di Gauss e applicazioni. Potenziale elettrico ed energia elettrostatica. Conduttori, dielettrici e condensatori.

Corrente elettrica. Leggi di Ohm e di Kirchhoff. Forza elettromotrice. Effetto Joule. Circuiti in corrente continua. Circuiti RC: carica e scarica dei condensatori.

Campo magnetico. Forza di Lorentz. Moto di cariche in campi magnetici. Legge di Biot-Savart. Legge di Ampère e applicazioni.

Induzione elettromagnetica. Leggi di Faraday-Neumann e di Lenz. Autoinduzione e mutua induzione. Circuiti RL.

Equazioni di Maxwell. Corrente di spostamento. Onde elettromagnetiche, trasporto di energia, quantità di moto e pressione di radiazione. Spettro elettromagnetico.

Sono richieste le conoscenze di matematica e fisica di base acquisite nei corsi propedeutici, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale, all'algebra vettoriale e alla meccanica classica.

L'ammissione alla prova orale è subordinata al superamento della prova scritta. La prova scritta e la prova orale prevedono la risoluzione di esercizi e problemi riguardanti gli argomenti trattati durante il corso e a verificare la comprensione dei principi teorici, la capacità di collegare i diversi argomenti del corso e l'uso corretto del linguaggio scientifico.

Testo di riferimento: R. Serway, J. Jewett, Fisica per Scienze e Ingegneria, Vol. 2, EdiSES.

Il docente renderà inoltre disponibili eventuali dispense e materiale integrativo.

Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative definizione e ai teoremi inerenti gli elementi geometrici della carena di una nave; di interpretare il piano di costruzione della carena; di essere in grado di risolvere i problemi inerenti alla stabilità di un galleggiante, cioè la determinazione della posizione di equilibrio di un galleggiante generico in condizioni integre, la valutazione della qualità dell’equilibrio e la valutazione della capacità di opporsi a cause sbandanti.

Lo studente deve dimostrare di applicare le nozioni apprese nel modulo di geometria dei galleggianti per la risoluzione dei problemi inerenti alla stabilità della nave nelle sue diverse condizioni operative; di essere in grado di risolvere i problemi inerenti alla stabilità di una nave e cioè la determinazione della posizione di equilibrio della nave in condizioni integre o danneggiate; la valutazione della qualità dell’equilibrio e la valutazione della capacità della nave di opporsi a cause sbandanti, con riferimento anche alle normative in materia.

Definizione delle principali grandezze lineari caratterizzanti la nave e la carena, dislocamenti, portate e stazza, rapporti caratteristici, coefficienti di finezza e di forma della carena, serie sistematiche di carena, scelta della carena. [2 CFU] Rappresentazione del Piano di Costruzione. [2 CFU] Principio di Archimede, concetto di galleggiante, posizione di equilibrio e di stabilità, elementi che influenzano la stabilità della nave, individuazione del piano di galleggiamento comunque inclinato, determinazione delle grandezze geometriche relative alla figura di galleggiamento e alla carena. Galleggiante cilindrico, definizione e proprietà, isocarene di un galleggiante cilindrico, curva dei centri di carena, stabilità di un galleggiante per angoli di sbandamento infinitesimi: il metodo metacentrico. Curva dei bracci di stabilità. Bracci di stabilità di forma e di peso. [2 CFU] Metodi di quadratura approssimata (Bezout, Simpson-Cavalieri), calcolo e rappresentazione delle tavole delle Carene Dritte e loro uso, rappresentazione del diagramma di Bonjean e suo utilizzo. [2 CFU]

Analisi Matematica I, Geometria ed Algebra, Fisica I

Richiami di idrostatica, di geometria dei galleggianti e di geometria delle navi. Stabilità iniziale: impostazione del problema ed ipotesi semplificative adottate. Discussione sulle diverse condizioni di caricazione: dalla condizione di nave vacante a quella di pieno carico. Piani di capacità. La riserva di Analisi degli elementi geometrici e meccanici che hanno influenza nel problema della stabilità iniziale. [1 CFU] Inclinazioni trasversali inclinazioni trasversali isocareniche. Stabilità di forma e stabilità di peso. Determinazione della posizione di equilibrio agli angoli finiti. Metodo metacentrico. Valutazione della stabilità della posizione di equilibrio agli angoli finiti. Curva di stabilità statica e curva di stabilità dinamica. [2 CFU] Cause abituali che portano ad uno sbandamento trasversale di una nave: azione sbandante evolutiva. Carichi sospesi. Carichi liquidi e superficie libera. Criteri di Stabilità a Nave Integra: Norme nazionali ed internazionali sul bordo libero e sulla stabilità iniziale. Norme nazionali ed internazionali sulla stabilità della nave integra agli angoli finiti. Inclinazioni longitudinali - Assetti: i due problemi fondamentali per le inclinazioni longitudinali. Incaglio e disincaglio. [2 CFU] Falla: Considerazioni introduttive, definizioni di permeabilità volumetrica e di permeabilità superficiale, discussione delle ipotesi semplificative di partenza. Determinazione della posizione di equilibrio e della stabilità iniziale ad equilibrio raggiunto di una nave che ha subito una falla in uno dei suoi compartimenti. Risoluzione del problema con metodi approssimati. Compartimentazione delle Navi: La compartimentazione delle navi in relazione alle tipologie. [1 CFU]

Analisi Matematica I, Geometria ed Algebra, Fisica I, Modulo di Geometria dei Galleggianti

Modalità di esame: Nel caso di insegnamenti integrati l’esame deve essere unico. L'esame si articola in prova solo orale.

Biran B. A. Ship Hydrostatics and Stability, Elsevier, 2014 Barras B., Derret D.R., Ship Stability for Masters and Mates, Elsevier, 2006 AN GN 015 Rosati Disegno e tecnologia navale. AN GN 001 Russo Krauss Geometria dei galleggianti.

Biran B. A. Ship Hydrostatics and Stability, Elsevier 2014 Barras B., Derret D.R., Ship Stability for Masters and Mates, Elsevier, 2006 AN GN 010 Bresciani F., Francescutto A. Lezioni di Statica della Nave.

Il corso ha l’obiettivo di fornire le conoscenze di base che consentano lo studio e la comprensione dei principali fenomeni idraulici nell'ambito dell’ingegneria delle acque.

Nel corso vengono fornite tutte le conoscenze teoriche relative ai seguenti macro-argomenti: 

• Proprietà dei fluidi 
• Idrostatica 
• Cinematica dei fluidi
• Dinamica dei fluidi
• Correnti in pressione
• Analisi dimensionale
• Correnti a superficie libera
• Foronomia
• Macchine idrauliche (pompe e turbine)
• Transitori nelle correnti in pressione
• Moti di filtrazione

Solide conoscenze di matematica e fisica.

Lo studente potrà sviluppare competenze nella modellazione e risoluzione di problematiche proprie del corso.

Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche ambientali

Saranno svolte esercitazioni numeriche in classe che richiederanno una partecipazione attiva degli studenti.

L'esame verrà effettuata mediante una unica prova orale.

Testi consigliati:

(In Italiano):

• PAGLIARA, S., IDRAULICA, Edizioni TEP, 2011
• PAGLIARA, S., PALERMO, M., PERUGINELLI, A., Esercizi di Idraulica, Edizioni TEP

-CITRINI, D., NOSEDA, G., IDRAULICA, Casa Editrice Ambrosiana

(In Inglese):

• FRANK M. WHITE, Fluid Mechanics - McGraw Hill

Fornire conoscenza sugli elementi essenziali che caratterizzano le proprietà chimiche, fisiche e meccaniche dei materiali. Esaminare i materiali principali in termini di natura chimica, struttura, proprietà e durabilità. Fornire indicazioni sul loro utilizzo in sicurezza e sulla loro sostenibilità, acquisendo elementi utili al loro utilizzo nella progettazione di prodotti e dispositivi.

La struttura dei solidi Struttura e legami degli atomi. Legame metallico e conduzione elettronica, cristalli molecolari. cristalli ionici, cristalli metallici, cristalli covalenti, energia reticolare. Reticolo spaziale e celle elementari. Sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Principali strutture cristalline nei metalli e nei ceramici. Posizioni, direzioni e piani nelle celle elementari cubiche. Indici di Miller. Numero di coordinazione. Piani e direzioni nelle celle elementari esagonali. Strutture cristalline CFC, EC e CCC a confronto. Densità volumetrica planare e lineare. Polimorfismo e allotropia. Monocristalli. Diffrazione ai raggi X. Legge di Bragg. Analisi della struttura cristallina. Imperfezioni nei solidi Difetti di punto: vacanze e difetti autointerstiziali. Impurezze nei solidi. Difetti di linea: dislocazioni. Difetti interfacciali. Difetti di massa o di volume. Tecniche microscopiche. Concetto di microstruttura: grani e bordo dei grani. Determinazione della dimensione del grano. La diffusione nei solidi Diffusione atomica nei solidi. Meccanismi di diffusione. Diffusione stazionaria e non. I trattamenti superficiali come esempio di applicazione industriale dei processi di diffusione: cementazione, nitrurazione, calorizzazione. Effetto della temperatura sulla diffusione dei solidi. Proprietà meccaniche dei materiali Concetti di sforzo e deformazione. Elasticità. Modulo di Young e altri moduli elastici. Viscoelasticità. Deformazioni plastiche dei metalli e dei polimeri. Prova di trazione e diagramma sforzo-deformazione: aspetti macroscopici e microscopici. Le prove di durezza e la prova di resilienza; Cenni di meccanica della frattura: KIC. La resistenza a fatica e la prova di fatica; il limite di fatica. Creep. Deformazione e meccanismi di indurimento Caratteristiche delle dislocazioni. Sistemi di scorrimento. Scorrimento nei singoli cristalli. Deformazione plastica dei materiali policristallini. Deformazione per geminazione. Indurimento per riduzione della dimensione del grano. Indurimento per formazione di una soluzione solida. Incrudimento. Diagrammi di fase Limite di solubilità. Fasi. Equilibri di fase. Soluzioni solide. Diagrammi di stato di sostanze pure. Regola delle fasi di Gibbs. Leghe binarie isomorfe. Leggi di Hume Rothery. Regola della leva. Solidificazione delle leghe in condizioni non di equilibrio. Leghe binarie eutettiche. Diagrammi di equilibrio con fasi o composti intermedi. Leghe binarie peritettiche. Sistemi binari monotettici. Trasformazioni invarianti. Diagrammi di stato con fasi e composti intermedi. Trasformazioni di fase congruenti. Diagrammi di stato ternari. Il diagramma di fase ferro-cementite. (Fe-Fe3C). Evoluzione della microstruttura nelle leghe ferro-carbonio. L’influenza degli altri elementi di lega. Trasformazioni di fase. Evoluzione della microstruttura e proprietà dei materiali Solidificazione dei metalli. Struttura dei grani nei getti industriali. Solidificazione dei monocristalli. La cinetica delle reazioni in fase solida. Trasformazioni multifasiche. Diagrammi di trasformazione isotermica. Diagrammi di trasformazione in raffreddamento continuo. Comportamento meccanico delle leghe ferro-carbonio. Martensite rinvenuta.. I trattamenti termici delle leghe metalliche Effetto degli elementi di lega negli acciai. Le curve di trasformazione isoterma ed anisoterma dell’austenite. Descrizione e comportamento delle tipiche microstrutture ottenibili. Trattamenti termici degli acciai (Ricottura, Normalizzazione, Tempra, Ricottura di lavorabilità, Rinvenimento). Temprabilità. Influenza del mezzo temprante, della dimensione della provetta e della geometria. I trattamenti di cementazione e nitrurazione. Processi di ricottura. Ricottura intermedia. Distensione. Ricottura delle leghe ferrose. Indurimento per precipitazione. Trattamenti termici. Meccanismo dell’invecchiamento. Leghe metalliche Fabbricazione dei metalli. Operazioni di formatura. Fusione. Altre tecniche. Il ferro e i minerali del ferro. I principali processi siderurgici; fabbricazione della ghisa all'alto forno, trasformazione della ghisa in acciaio, processi al convertitore, al Martin-Siemens, al forno elettrico. Leghe industriali ferro-carbonio; ghise e acciai. Ghise comuni e speciali; ghise sferoidali e malleabili. Classificazione degli acciai comuni, speciali e per applicazioni particolari. Caratteristiche meccaniche, metallurgiche e tipologie di impiego degli acciai comuni (acciai al C, al C-Mn e microlegati) e degli acciai speciali (acciai da bonifica, autotempranti, per molle, da cementazione, da nitrurazione). Acciai inossidabili. Il rame e le sue leghe: Proprietà del rame; tipi di rame in commercio; i minerali del rame. Ottoni comuni e speciali. Bronzi comuni e speciali. Leghe cupro-nichel per l'elettrotecnica. Alluminio e sue leghe: Alluminio industriale. Cenni sulla metallurgia dell'alluminio. Classificazione delle principali leghe dell’alluminio. Titanio e sue leghe. Metalli refrattari. Superleghe. Le materie plastiche Classificazione dei materiali polimerici. I polimeri naturali e sintetici. Reazioni e metodi industriali di polimerizzazione. Struttura chimica dei materiali polimerici. Proprietà termiche e meccaniche dei materiali polimerici. Lavorazione dei materiali polimerici. Materiali termoplastici di uso generale. Polietilene, polivinilcloruro e suoi copolimeri, polipropilene, polistirene, poliacrilonitrile, stirene-acrilonitrile (SAN), ABS, polimetilmetacrilato (PMMA). Alti polimeri fluorurati. Tecnopolimeri: Poliammidi, policarbonato, polifenilenossido, acetali, poliesteri termoplastici, polisolfoni, polifenilensolfuro, polieterimmide, leghe polimeriche. Materiali polimerici termoindurenti: Resine amminiche, cellulosiche, fenoliche, poliestere, epossidiche. Elastomeri: Gomma naturale e gomme sintetiche. Gomma SBR, neoprene, elastomeri siliconici. Materiali ceramici e vetri: Struttura dei materiali ceramici e dei vetri: proprietà chimiche, fisiche e meccaniche, processi di fabbricazione, di rinforzo e trattamenti termici. Tipologie di ceramici in base agli impieghi: refrattari, barriere termiche, rivestimenti antiusura, ceramici piezoelettrici, protezioni balistiche, isolanti elettrici. Applicazioni dei vetri: tipologie di vetri e classificazione in base al contenuto di silice. I materiali compositi Classificazione dei materiali compositi. Compositi rinforzati con particelle. Materiali compositi fibrosi. Le fibre: di vetro, di carbonio, di boro; fibre polimeriche, ceramiche, metalliche; i whiskers. Le matrici: matrici organiche, metalliche, ceramiche, vetrose. Influenza della lunghezza delle fibre. Influenza dell’orientazione e della concentrazione delle fibre. Principali compositi a matrice organica, metallica e ceramica. Metodi di fabbricazione in stampo aperto e stampo chiuso. Applicazioni industriali.

Conoscenze di chimica (inorganica e organica) e fisica generale

Attraverso la frequenza alla lezioni ed esercitazioni lo studente potrà acquisire consapevolezza sull'importanza della natura chimico-fisica dei materiali, e sulla correlazione tra la loro struttura e le loro proprietà, considerando anche gli effetti di lavorazione, modifica dei materiali e le prestazioni in diversi ambienti. Lo studente realizzerà l'importanza della conoscenza delle proprietà dei materiali per l'ingegneria, e del loro sviluppo ed utilizzo futuro in applicazioni industriali.

In fase di esame orale si valuteranno le capacità dello studente di collegare le diverse nozioni apprese in una visione a più largo spettro della materia, integrando aspetti teorici e applicativi (quesiti ed esercizi)

l'esame finale consiste in un colloquio tra candidato e docente su tutto il programma svolto. La prova orale non è superata se il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro, con terminologia corretta ed appropriata, ed qualora il candidato mostra incapacità di mettere in relazione concetti teorici con la loro applicazione pratica.

William D. Callister, Scienza e Ingegneria dei materiali. Una introduzione. IV ed. EdiSES, Napoli William F. Smith e Javad Hashemi, Scienza e Tecnologia dei Materiali, Va ed., Mc Graw-Hill Italia, Milano

Scopo del corso è quello di illustrare i criteri per la verifica di robustezza dei componenti strutturali della nave, fornendo all’allievo i mezzi necessari per eseguire il loro dimensionamento sia con calcoli diretti approssimati sia in accordo ai regolamenti degli istituti di classifica. Sono descritti concetti e procedure per la definizione delle principali azioni che sollecitano le strutture di uno scafo, per la definizione della robustezza strutturale globale e locale nonché per le verifiche di stato limite globali e locali generalmente adottate nella pratica progettuale.

Lo studente che completa il corso con successo avrà l'abilità di analizzare i circuiti elettrici lineari utilizzanto metodi generali in regime stazionario, sinusoidale o in risposta transitoria. Lo studente sarà capace di descrivere componenti elettrici a più terminali in termini di relazioni tra tensioni e correnti e di ottenere circuiti equivalenti in modo da ridurre la complessità. Lo studente sarà in grado di analizzare e descrivere circuiti magnetici, determinare le proprietà elettromagnetiche in base alle caratteristiche fisiche e geometriche dei dispositivi.

Carica e tensione elettrica. Bipolo. Principio di conservazione della carica, legge di Kirchhoff per le correnti, lineare indipendenza equazioni LKC. Validità del modello circuitale.

Legge di Faraday e secondo principio di Kirchhoff. Lineare indipendenza equazioni LKT. Anelli e maglie indipendenti. Riferimenti associati e non associati. Resistore, resistenza, conduttanza, legge di Ohm. Potenza assorbita e potenza erogata da un bipolo.

Generatori ideali di tensione e di corrente, corto circuito e circuito aperto, resistori e conduttanze in serie e in parallelo, partitore di tensione.

Partitore di corrente. Trasformazioni stella triangolo, esempi. Principio di sovrapposizione degli effetti. Esempi. Metodo del Tableau in presenza di generatori di corrente.

Generatori reali di tensione e di corrente, equivalenza tra generatori reali. Teoremi di Thevenin e Norton.

Metodo delle correnti di maglia. Presenza di generatori di corrente. Esempi.

Potenziale elettrico e metodo dei potenziali nodali, presenza di generatori di tensione ideali e reali, percorsi disconnessi di generatori, metodo modificato. Teorema di Millman. Definizione di regime sinusoidale, forma d'onda sinusoidale.

Fasore rotante e fasore, proprietà della somma, della derivata e dell'integrale, diagrammi fasoriali, richiami sui numeri complessi.

Condensatore, relazione tensione carica, relazione costitutiva di tipo differenziale e integrale. Potenza ed energia istantanea nel condensatore, relazione costitutiva nel dominio fasoriale, continuità della tensione in un condensatore. Impedenza del condensatore. Definizione e proprietà di impedenza, reattanza, ammettenza, suscettanza. Induttore, legge di Ampere, relazione tra flusso e corrente, legge di Faraday, relazione costitutiva differenziale e intergale. Potenza ed energia nell'induttore, continuità della corrente, relazione costitutiva nel dominio fasoriale.

Induttore: relazione costitutiva nel dominio fasoriale. Resistore in alternata. Bipoli RL e RC serie, diagrammi fasoriali, carattere e triangolo dell'impedenza e dell'ammmettenza.

Valore efficace di grandezze periodiche, valore efficace di grandezze sinusoidali. Potenza a regime sinusoidale, potenza fluttuante, potenza attiva, potenza apparente, potenza attiva istantanea e reattiva istantanea, potenza reattiva. Triangolo della potenza, similitudine con triangolo impedenza e ammettenza, formule per calcolo della potenza in un impedenza, fasori in valore efficace.

Potenza apparente complessa. Calcolo della potenza attiva, reattiva e apparente negli elementi circuitali RLC e nelle impedenze e ammettenze. Teorema di Tellegen. Teorema di Boucherot.

Metodo della potenza apparente, esempi. Teorema del massimo trasferimento di potenza (con dimostrazione), rendimento, circuito di adattamento con elementi reattivi. Rifasamento, svantaggi di cos phi piccolo e motivazione per il rifasamento, diagramma fasoriale del rifasamento totale.

Rifasamento totale e parziale con metodo della potenza, rifasamento totale con metodo delle ammettenze. Esercizi. Introduzione al trasformatore, induttori mutuamente accoppiati nel dominion del tempo (compresa energia in conitnua) e nel dominio fasoriale. Esempio di soluzione di un circuito con induttori accoppiati nel dominio fasoriale.

Trasformatore ideale, legge di Ampere, legge di Faraday, riluttanza, ipotesi di idealità, relazioni costitutive, potenza, utilizzi, adattamento di impedenza. Trasformatore reale, flussi dispersi, flusso a vuoto, perdite nel rame, correnti parassite e perdite nel ferro. Modello del trasformatore reale.

Modello del trasformatore reale, modello approssimato, esempi.

Prova a vuoto e in corto circuito di un trasformatore, strumenti di misura (amperometro, voltmetro e wattmetro), conduzione delle prove, calcolo dei parametri del circuito equivalente. Prove in precentuale, corrente di corto circuito. Esempio di trasformatore a carico, calcolo delle perdite nel trasformatore.

Sistemi trifase, terna simmetrica di tensioni (diretta e inversa) carico equilibrato. Collegamenti stella e triangolo, tensioni stellate e concatenate. Tensioni e correnti di fase, tensioni e correnti di linea. Potenza attiva, reattiva e apparente. Inserzione Aron.

Macchina asincrona, limite del funzionamento da generatore. Caratteristiche costruttive di statore e rotore, macchine a più paia polari, rotore avvolto e a gabbia di scoiattolo. Campo magnetico rotante, proprietà, fattore di avvolgimento. Angoli elettrici e magnetici, principio si funzionamento.

Esercitazione. Macchina asincrona: scorrimento, limiti di velocità e scorrimento nel funzionamento da motore, pulsazione delle grandezze elettriche nel rotore, confronto tra macchina asincrona e trasformatore, funzionamento per un valore generico di scorrimento, circuito equivalente, pulsazione rotorica riportata a quella statorica, coppia elettromagnetica in funzione dello scorrimento.

Funzionamento della macchina asincrona come freno e generatore. Bilancio energetico e perdite. Caratteristica meccanica. Avviamento con reostato. Barre profonde e doppia gabbia di scoiattolo. Avviamento stella-triangolo. Regolazione della velocità: variazione del numero di poli, variazione della frequenza. (Mauro Tucci

Macchina sincrona: alternatore, statore (indotto) e rotore (magneti permanenti, rotore avvolto a poli lisci e salienti). Funzionamento a vuoto dell'alternatore, fem indotta, caratteristica a vuoto. Funzionamento a carico e reazione di indotto, teoria e circuito di Behen Eschemburg. Impedenza sincrona, effetto magnetizzante, smagnetizzante e distorcente del carico. Prova di corto circuito, funzionamento isolato, caratteristica esterna. Manovra dell'alternatore tramite motore primo e corrente di eccitazione.

Alternatore in parallelo su rete prevalente. Presa di carico da parte dell'alternatore. Diagramma di Coppia: coppia resistente in funzione dell'angolo di coppia. Parallelo tra alternatori di stessa potenza, ripartizione del carico attivo e reattivo. Motore Sincrono.

Sono di utilità conoscenze di Fisica 2 e Analisi matematica

• Lo studente acquisirà sensibilità, rigore metodologico e accuratezza nella descrizione e soluzione dei circuiti lineari e dei circuiti magnetici

prove in itinere (due prove scritte)

prova scritta e prova orale

Marco Raugi, Lezioni di Elettrotecnica. Edizioni Plus, Pisa Francesco Bertoncini, Eserciziario di Elettrotecnica. Edizioni Plus, Pisa. Recommended reading includes the following works: C.A. Desoer, E. S. Kuh, Basic circuit theory. McGrawHill. A. E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr., S. Umans, Electric Machinery. McGrawHill. A. Longo, Analisi dei circuiti lineari, TEP, Pisa

Al termine del corso, lo studente conoscerà i principi di funzionamento e i criteri di valutazione delle prestazioni delle principali macchine a fluido e dei sistemi di conversione dell’energia, con particolare riferimento agli impianti a vapore, alle turbomacchine, ai motori a combustione interna, alle pompe di calore e agli impianti di climatizzazione.

.- Fondamenti

Introduzione e generalità. La classifica delle macchine a fluido. Il problema energetico. Cenni storici. Richiami sulle leggi della termodinamica. Processi, circuiti del fluido e cicli termodinamici nelle macchine (Rankine, Hirn, Sabathè, Otto, Diesel, Joule). Ciclo ideale, limite e reale. Le rappresentazioni grafiche nei principali piani termodinamici. I coefficienti di prestazione: rendimenti, consumi specifici e coefficienti di effetto utile.

b.- Sistemi motore a combustione esterna.

Generalità. Impianti con turbine a vapore. Schemi di impianto, cicli termodinamici di riferimento, semplici e modificati. Surriscaldamento e risurriscaldamento del vapore. Rigenerazione termica e spillamenti di vapore. Criteri di ottimizzazione. Centrali termoelettriche. Generatori di vapore. Cenni sulla combustione: richiami di stechiometria e determinazione dell'aria comburente. Il controllo della combustione. La trasmissione del calore nelle caldaie. Calcolo del rendimento del generatore di vapore. . Caratteristiche e classificazioni delle turbomacchine. Cenni sulla fluidodinamica delle macchine. I triangoli delle velocità. La formula di Eulero. Turbine ad azione a salti di pressione e di velocità. Turbine a reazione. Il grado di reazione.

c.- Sistemi motore a combustione interna

ratteristiche dei motori a combustione interna: campi d'impiego, parametri caratteristici, grandezze geometriche e cinematiche, grandezze indicate, relazioni tra i parametri caratteristici. Prestazione dei motori: curve caratteristiche, accoppiamento del motore all'utilizzatore. Alimentazione aria nel motore a quattro tempi: determinazione del coefficiente di riempimento, condizione di flusso attraverso le valvole, influenza del rapporto di combustibile, effetti di altri parametri motoristici. Alimentazione aria nel motore a due tempi: il processo di lavaggio e disposizione delle luci, coefficiente di efflusso, analisi sperimentale del processo di lavaggio, progetto dei gruppi di lavaggio e scarico, compressori usati come pompe di lavaggio. Combustibili per motori: combustibili attualmente utilizzati, aria necessaria per la combustione, potere calorifico, resistenza alla detonazione, accendibilità, volatilità. Formazione e controllo degli inquinanti: emissioni allo scarico di un motore Otto e Diesel.. Alimentazione combustibile nel motore Otto: carburatore elementare e dispositivi supplementari, sistemi di iniezione per motori Otto. Iniezione di combustibile nel motore Diesel: principali sistemi di iniezione e soluzioni costruttive, caratteristiche dello spray di combustibile. Moto della carica nel cilindro: swirl, squish, tumble. Sistemi di aspirazione e scarico, valutazione dell’effetto inerziale e dell’effetto onda. Condizione al contorno di tubo chiuso e tubo aperto.

d.  Introduzione ai sistemi di climatizzazione

Sistemi con pompa di calore, ciclo termodinamico e COP, diagramma dell’aria umida e sistemi trattamento aria, impianti di climatizzazione. Visita alla centrale termica dell’Accademia Navale.

Prerequisiti

È richiesta una conoscenza di base della fisica tecnica, con particolare riferimento ai principi fondamentali della termodinamica, alle proprietà dei fluidi e ai principali processi termodinamici.

La modalità di verifica consiste nella risoluzione di problemi.

La modalità dell'esame è orale con esercizio da risolvere difronte al docente

Le capacità acquisite saranno verificate mediante un esame orale, durante il quale lo studente sarà chiamato a discutere alcuni argomenti del programma. La valutazione terrà conto della capacità di comprendere e spiegare i principi di funzionamento delle macchine e dei sistemi energetici e di collegare tra loro i diversi concetti.

Esame orale della durata di circa 15 minuti

le dispense del professore sono facilmente reperibili

Materiale del corso fornito dal docente.

L'insegnamento fornisce le conoscenze di base per la comprensione e l'analisi del comportamento meccanico dei sistemi e dei componenti delle macchine. Al termine del corso lo studente conosce e comprende i seguenti blocchi tematici: - Dinamica del corpo rigido: quantità di moto, momento angolare ed energia; equazioni cardinali di Newton ed Eulero e loro applicazione in 2D e 3D; masse di sostituzione; statica grafica dei sistemi articolati. - Cinematica dei corpi rigidi nel piano: campo di velocità e di accelerazione; centri di velocità e centro di istantanea rotazione; rappresentazione del moto come rotolamento (polari, base e rulletta); formula di Eulero-Savary e circonferenza dei flessi. - Moti relativi e meccanismi: teorema di Aronhold-Kennedy; composizione di velocità e accelerazioni nei moti relativi; analisi sistematica mediante il grafo dei centri di velocità; analisi cinematica e dinamica del meccanismo biella-manovella. - Trasmissioni e bilanciamento: ruote di frizione e ruote dentate, rapporto di trasmissione, geometria del dente, interferenza e correzioni; rotismi e applicazione al differenziale aperto; sbilanciamento dinamico ed equilibratura dei motori alternativi (forze alterne di primo e secondo ordine). - Vibrazioni meccaniche: sistemi a uno e più gradi di libertà; risposta libera e forzata; trasmissibilità e risposta in frequenza; analisi modale (autovalori, autovettori, smorzamento) e smorzatore dinamico. - Attrito e lubrificazione: attrito secco, moto diretto e retrogrado, rendimento; coppie con attrito e ipotesi di Reye; freni a pattino, a ceppo e a nastro; trasmissioni a cinghia; lubrificazione idrodinamica di cuscinetti a pattino rigido e oscillante. Lo studente comprende inoltre i principi generali per la formulazione e la risoluzione delle equazioni del moto, sia mediante le equazioni di Newton-Eulero sia mediante le equazioni di Lagrange.

1. Dinamica del corpo rigido (1 CFU). Richiami alla dinamica del punto materiale. Quantità di moto, momento angolare, energia. Equazioni cardinali di Newton ed Eulero. Applicazioni in 2D e 3D. Masse di sostituzione. Statica grafica nei sistemi articolati. 2. Cinematica dei corpi rigidi in 2D (1 CFU). Campo di velocità e di accelerazione. Centri Cv, K e centro di istantanea rotazione. Rappresentazione del moto come rotolamento (polari, base, rulletta). Formula di Eulero-Savary. Circonferenza dei flessi. Analisi grafica e analitica dei meccanismi. 3. Moti relativi e meccanismi (1 CFU). Teorema di Aronhold-Kennedy. Moti relativi di velocità e di accelerazione. Analisi sistematica tramite il grafo dei centri di velocità. Analisi cinematica e dinamica del biella-manovella. 4. Trasmissioni e bilanciamento (1 CFU). Ruote di frizione e ruote dentate. Rapporto di trasmissione. Geometria del dente, interferenza, correzioni. Rotismi: concetti fondamentali e applicazione al differenziale aperto. Analisi dello sbilanciamento dinamico ed equilibratura nei motori alternativi: forze alterne di primo e secondo ordine. 5. Vibrazioni meccaniche (1 CFU). Sistemi a uno e più gradi di libertà. Risposte libere e forzate. Trasmissibilità, luogo delle radici, risposta in frequenza. Analisi modale: autovalori, autovettori, smorzamento, smorzatore dinamico. 6. Attrito e lubrificazione (1 CFU). Attrito secco: moto diretto e retrogrado, rendimento. Coppie con attrito, ipotesi di Reye. Freni (a pattino, a ceppo, a nastro), trasmissioni a cinghia. Lubrificazione idrodinamica: cuscinetti a pattino rigido e oscillante, condizioni di funzionamento.

Sono richieste conoscenze di base di cinematica e dinamica del punto materiale e del corpo rigido nel piano, i concetti di inerzia, quantità di moto, momento angolare, energia cinetica ed energia potenziale, e le regole di composizione delle grandezze vettoriali. È inoltre necessaria la padronanza degli strumenti di analisi matematica (calcolo differenziale e integrale, equazioni differenziali ordinarie) e di algebra lineare (vettori, matrici, sistemi lineari) forniti dagli insegnamenti di Analisi Matematica, Fisica Generale e Meccanica Razionale, che precedono l'insegnamento nel percorso formativo.

L'insegnamento contribuisce a sviluppare il rigore metodologico nell'analisi dei sistemi meccanici e l'autonomia di giudizio nella scelta del modello più appropriato al problema in esame, nella valutazione critica delle ipotesi adottate e nel controllo dell'ordine di grandezza dei risultati ottenuti. Lo studente affina inoltre la capacità di comunicare in modo chiaro e con terminologia tecnica appropriata il procedimento seguito, anche mediante rappresentazioni grafiche e schemi, e la capacità di apprendimento autonomo necessaria ad affrontare problemi nuovi a partire dai principi fondamentali della meccanica.

Le capacità sono verificate nel corso della prova orale, nella quale allo studente è richiesto di impostare e discutere la soluzione di problemi rappresentativi, analoghi a quelli affrontati nelle esercitazioni: scelta del modello, definizione delle ipotesi, impostazione delle equazioni risolutive e interpretazione critica del risultato. Le esercitazioni numeriche e grafiche svolte in aula costituiscono il riferimento per il livello di elaborazione richiesto.

L'esame finale consiste in una prova orale, articolata in un numero di domande maggiore o uguale a due, volte a verificare la conoscenza e la comprensione delle principali tematiche affrontate durante il corso. Le domande sono mirate ad accertare sia il possesso degli strumenti teorici fondamentali, sia la capacità dello studente di interpretare e discutere in modo consapevole problemi meccanici rappresentativi, con riferimento agli argomenti trattati a lezione e in esercitazione. Non sono previste prove scritte né prove in itinere. La valutazione, espressa in trentesimi, tiene conto in misura equilibrata della padronanza degli strumenti teorici (conoscenze), della capacità di impostare e risolvere problemi di analisi cinematica e dinamica (capacità) e del rigore e della chiarezza dell'esposizione (comportamenti). La commissione d'esame è presieduta dal docente titolare dell'insegnamento; la composizione aggiornata della commissione, effettiva e supplente, è resa nota agli studenti insieme al calendario degli appelli.

Materiale obbligatorio: dispense a cura del docente, distribuite nello spazio digitale del corso. Testo di riferimento: E. Funaioli, A. Maggiore, U. Meneghetti, "Lezioni di Meccanica Applicata alle Macchine - Prima parte: Fondamenti di meccanica delle macchine", Pàtron Editore, Bologna, 2005. Il testo è consigliato per l'approfondimento di tutti i blocchi tematici del programma; le parti effettivamente richieste sono indicate a lezione e nelle dispense.