Corso di laurea: INGEGNERIA MECCANICA Programmazione per l'A.A. 2020/2021  

Programma dettagliato:
Gli argomenti trattati nel corso e le esperienze di laboratorio sono di seguito riportati:
Lezioni teoriche frontali:
1. Misure di spostamento velocità e accelerazione tramite sensori inerziali e sistemi optoelettronici;
2. Nozioni base di cinematica dei corpi rigidi: matrici di rotazione, rototraslazione, angoli di eulero;
3. Conversione Analogico Digitale;
4. Sistemi di acquisizione dati;
5. Filtri digitali;
6. Software per l’acquisizione dati Labview: Introduzione all’ambiente Labview, Diagramma a blocchi, Componenti di una VI, Implementazione di cicli while, for, Array e cluster, Programmazione a stati, Gestione degli errori, Programmazione DAQ utilizzando l’hardware NI myDAQ;

Esercitazioni pratiche di laboratorio:
1. Realizzazione di un circuito per la misura di temperatura con software di acquisizione ed analisi dati;
2. Analisi di segnali digitali tramite accensione di led;
3. Taratura di un misuratore di distanza;
4. Implementazione di filtri digitali per l’analisi di un segnale acustico;
5. Realizzazione di un banco di taratura di un servomotore da modellismo;
6. Realizzazione di un sistema inerziale utilizzando accelerometri e giroscopi;

E. O. DOEBELIN Strumenti e metodi di misura", Mac Graw Hill (libro integrativo)
Documentazione integrativa redatta dal docente e scaricabile da MOODLE
Manuale Labview messo a disposizione dalla National Instruments e scaricabile da MOODLE

Macchine volumetriche: Cinematismi, Espansori volumetrici. Compressori volumetrici. Pompe volumetriche.
Complementi di macchine dinamiche: compressore centrifugo, compressore assiale.
Motori a combustione interna: classificazione, campi di impiego, parametri caratteristici, prestazioni, regolazione della potenza, alimentazione e processi di combustione.
Complementi di turbine a gas: compressore, turbina, materiali, tecniche di refrigerazione, combustore, emissioni inquinanti, influenza delle condizioni esterne sul funzionamento, regolazione della potenza e avviamento,transitori e funzionamento fuori progetto, minimo tecnico.
Complementi di impianti combinati: configurazioni di impianto, caldaia a recupero a più livelli di pressione, post-combustione, regolazione della potenza, controllo emissioni inquinanti.
Cicli a gas avanzati (combustione esterna, iniezione di vapore d’acqua, ad aria umida, a recupero chimico). Impianti IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle).
Microturbine a gas.
Funzionamento fuori progetto degli scambiatori di calore.
Celle a combustibile e tecnologie a idrogeno: funzionamento elettrochimico, bilancio energetico e prestazioni, componenti (elettrodi, elettrolita), tecnologie costruttive, tipologie di celle a combustibile (PEM, PAFC, AFC, MCFC, SOFC), sistemi energetici basati su celle a combustibile.

Per la parte di Motori a combustione interna:
1. Ferrari, G., Motori a Combustione Interna, Ed. il capitello
2. J.B Heywood:'' Internal combustion engine fundamentals '',Mc Graw Hill, NY
Per la parte di macchine volumetriche:
1. Caputo C., Le machine volumetriche, Casa Editrice Ambrosiana.
Per la parte di turbine a gas:
1. G. Lozza: Turbine a Gas e Cicli Combinati, Pitagora Ed.
Per la parte di celle a combustibile:
DOE, Fuel Cell Handbook, 7th edition (https://www.netl.doe.gov/File%20Library/research/coal/energy%20systems/fuel%20cells/FCHandbook7.pdf)
Per diverse parti del corso:
Vincenzo Dossena et al., Macchine a Fluido, CittàStudi

Dimensionamento iterativo e valutazione delle condizioni operative di uno scambiatore di calore a fascio tubiero.
Principio di funzionamento dei condensatori: teoria e procedura di dimensionamento di un condensatore.
Principio di funzionamento dei forni: teoria e procedura di dimensionamento di un forno.
Principio di funzionamento e parametri di progetto per le torri evaporative.
Dimensionamento di un impianto geotermico con pompa di calore: sonde verticali e sonde orizzontali.
Energia eolica e relativa esercitazione pratica.
Generatori di vapore: struttura, componenti, bilanci termici.
Cenni teorici alla risoluzione di scenari di simulazione numerica mediante approccio agli elementi finiti (FEM).
Strumenti software per la simulazione e la progettazione: COMSOL Multiphysics v5.5, interfaccia grafica e implementazione di scenari simulativi inerenti alla geotermia, agli scambiatori di calore, al trasporto di umidità, alla miscelazione in reattori a superficie libera.
Impianti FV: teoria di funzionamento, struttura e componenti. Dimensionamento di un impianto FV per utenza domestica.
Processi biochimici per la conversione energetica: digestione anaerobica. Dimensionamento di un digestore anaerobico.
Processi termochimici per la conversione energetica. Dimensionamento di un gassificatore a letto fluido bollente.
Impianto solare termico: collettore solare termico, teoria di funzionamento, struttura e componenti. Dimensionamento di un impianto a CST per utenza domestica.
Biocombustibili: bioetanolo.
Olio vegetale puro, olio vegetale esausto. Produzione di biodiesel da olio vegetale esausto.

Slides e appunti dalle lezioni frontali.

- Introduzione ai processi fondamentali in ambito idrometeorologico e ai principali agenti ambientali (precipitazioni, portate fluide, deflusso superficiale, infiltrazione, erosione, ...)
- Introduzione alle principali tecniche di monitoraggio ambientale
- Tecniche avanzate per il monitoraggio ambientale
- Tecniche di remote sensing
- Analisi delle immagini per il monitoraggio ambientale
- Particle Image Velocimetry (PIV) e Particle Tracking Velocimetry (PTV) per fluidi ambientali
- Esperienze di laboratorio su tecniche tradizionali e di remote sensing di monitoraggio

Il materiale sara' reso disponibile online dal docente.

Comportamento meccanico dei materiali in presenza di deformazioni plastiche. Metodi approssimati di calcolo delle deformazioni plastiche.Scorrimento viscoso.
Meccanica della frattura lineare elastica. Fattore di intensità degli sforzi. Condizione di collasso. Estensione alle piccole plasticizzazioni. Meccanica della frattura e fatica. Legge di Paris.
Analisi delle tensioni nei rotori. Dischi sollecitati in campo lineare elastico. Cilindri rotanti sollecitati in campo lineare elastico. Dischi sollecitati oltre lo snervamento . Solidi cilindrici soggetti a pressione ed a gradiente di temperatura lungo lo spessore. Solidi cilindrici a parete sottile sollecitati in campo elastico. Solidi cilindrici in parete spessa sollecitati in campo elastico. Solidi cilindrici in parete spessa soggetti a pressione interna e sollecitati oltre lo snervamento
Analisi delle tensioni nelle piastre e nei gusci in parete sottile. Piastre rettangolari. Piastre circolari. Strutture a guscio. Generalità e teoria della membrana per un guscio di rivoluzione. Correlazioni tra caratteristiche della sollecitazione e caratteristiche della tensione in una struttura a guscio e tra caratteristiche della deformazione e curvatura e torsione della superficie. Gusci di rivoluzione caricati assialsimmetricamente: teoria della membrana. Vari casi di gusci di rivoluzione diversamente caricati. Teoria generale del guscio cilindrico. Problemi di interazione fondo - mantello nei pressure vessel.

- Materiale didattico a cura del docente.
- V. Vullo, F. Vivio, "Rotors: Stress Analysis and Design", Springer Verlag, 2012;
- V. Vullo, " Circular Cylinders and Pressure Vessels. Stress Analysis and Design", Springer Verlag, 2014;
- S.P. Timoshenko, S. Woinowsky - Krieger, "Theory of Plates and Shells", McGraw- Hill Book Co., Singapore, 1959 (T);

Richiami e approfondimenti di meccanica del taglio: meccanica del taglio, geometria dell'utensile, dimensionamento dell'utensile, usura dell'utensile e legge di Taylor.
Lavorazioni per asportazione di truciolo: richiami e approfondimenti di tornitura e foratura; studio delle lavorazioni di fresatura e delle lavorazioni di moto rettilineo.
Ottimizzazione delle lavorazioni per asportazione di truciolo: lavorazioni monopasso, lavorazioni multipasso, lavorazioni multistadio.
Macchine a controllo numerico: introduzione, evoluzione del controllo numerico, componenti di base di una macchina utensile CNC, centri di lavoro. Programmazione delle macchine utensili a controllo numerico: introduzione, controllo numerico punto a punto, controllo numerico parassiale, controllo numerico continuo, denominazione degli assi, programmazione automatica delle macchine utensili.
Lavorazioni non convenzionali: Water-Jet Machining, Ultrasonic Machining. Electrical-Discharge Machining, Laser Beam Machining, laser Assisted Machining, Electron Beam, Machining, Plasma-Arc Cutting, Letto fluido, lavorazioni sulla ceramiche.

Sergi Vincenzo, Produzione assistita da calcolatore, editore: Cues
Gabrielli F., Ippolito R., Micari F., Analisi e tecnologia delle lavorazioni meccaniche, editore McGraw-Hill Companies.
F. Giusti, M. Santochi, Tecnologia Meccanica e studi di Fabbricazione, Ed. Ambrosiana Milano.
Serope Kalpakjian, Manufacturing Engineering and Technology, Addison-Wesley Publishing Company
Appunti dalle lezioni.

Gestione della produzione: Le prestazioni dei sistemi di produzione. Potenzialità produttiva. Tempo di attraversamento. Potenzialità di mix. Capacità produttiva. Overall Equipment Effectiveness. Scelta della strategie di gestione del sistema produttivo. Criteri di elaborazione delle previsione dei volumi di produzione. Formulazione del piano aggregato e del piano principale di produzione (MPS). Dimensionamento dei lotti di produzione e di approvvigionamento. Gestione delle scorte. Gestione dei fabbisogni dei materiali (MRP) e formulazione degli ordini di approvvigionamento. Il controllo delle prestazioni produttive. Lean Manufacturing e Just in Time.
Gestione della manutenzione: la funzione manutenzione all'interno degli impianti industriali. Disponibilità, affidabilità e manutenibilità. Teoria dell'affidabilità dei Componenti isolati e dei Sistemi complessi. Politiche di manutenzione e criteri per la loro scelta. Reliability Centered Maintenance.
Gestione dei progetti di impianto: lavorare per progetti, tipologie di progetti nell'ambito della progettazione e della gestione degli impianti industriali, il project management, l'avvio di un progetto, la pianificazione tempi-costi-risorse di un progetto, l'esecuzione di un progetto, il monitoraggio ed il controllo di un progetto (valutazione dell'avanzamento, analisi degli scostamenti, Earned Value), la chiusura di un progetto.

La gestione del sistema di produzione. Andrea Sianese. Rizzoli Etas. 2016
Esercizi di gestione della Produzione Indutriale. Associazione Amici di Franco Turco. Cooperativa Universitaria Studio e Lavori. 2003
Metodi e modelli per l'organizzazione dei sistemi logistici. Gianpaolo Ghiani e Roberto Musmanno. Pitagora Editrice Bologna. 2000
Gestione della produzione industriale. A.Brandolese, A.Pozzetti, A. Sianesi. Hoepli. 1991
Progettazione e Gestione degli impianti industriali. Domenico Falcone e Fabio De Felice. Hoepli 2012
Guida alle conoscenze di gestione dei progetti. Istituto italiano di Project Management. Franco Angeli. 2020

1. INTRODUZIONE E CONFIGURAZIONI EQUILIBRIO. Introduzione alla fusione nucleare. Flusso magnetico e campo: flusso normalizzato e coordinate del raggio. Equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica; derivazione dell'equazione di Grad-Shafranov; forma del plasma in un tokamak.
2. INTRODUZIONE ALLA FISICA DEL PLASMA. Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, rallentamento collisionale, resistività del plasma. Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura di accensione ideale.
3. DIAGNOSTICA AL PLASMA, MODELLI DI CIRCUITO E RISCALDAMENTO. Descrizione generale delle principali diagnostiche del plasma. Diagnostica magnetica. Modelli di circuiti (per plasma, bobine di campo poloidale e strutture conduttive); trasformatori; induzione di corrente al plasma; bilanciamento del flusso magnetico; evoluzione temporale degli scenari tokamak; scale temporali tokamak. Introduzione alla corrente del plasma, posizione, sistemi di controllo della forma: posizione radiale del plasma e controllo della corrente, stabilizzazione verticale del plasma allungato. Correnti parassite e forze magnetiche. Panoramica del riscaldamento al plasma e del current drive.
4. TOKAMAK LOAD ASSEMBLY: DALLA PROGETTAZIONE CONCETTUALE ALLA REALIZZAZIONE. Introduzione. Bobina di campo toroidale. Sistema di bobine a campo poloidale. Le problematiche del sistema da vuoto per macchina tokamak. Divertore e prima parete. Raffreddamento. Remote Handling. Sistema di alimentazione.
5. NEUTRONICA. Fisica dei neutroni di base e concetto di allevamento, introduzione al trasporto dei neutroni, neutronica e calcoli di attivazione. Introduzione a sorgenti di neutroni e danni materiali.
6. DISRUZIONI, VDE, SCENARIO DEL PLASMA, DIAGNOSTICA MAGNETICA. Modelli di circuiti per plasma, bobine di campo poloidale e strutture conduttive, trasformatori, induzione di corrente al plasma, bilanciamento del flusso magnetico. Evoluzione temporale di uno scenario tokamak, scale temporali Tokamak, interruzioni e VDE, correnti parassite e halo, VDE DTT. Codice MAXFEA: equilibrio e disruzioni.
7. PROBLEMI DELLO SMALTIMENTO DELLA POTENZA: FISICA E TECNOLOGIA. Relazioni fisiche fondamentali nel SOL, convalida della nostra comprensione nei dispositivi attuali. Strumenti numerici, passaggio a dispositivi più grandi. Progettazione di componenti di che affacciano al plasma raffreddati attivamente (PFCs), progettazione termoidraulica di componenti di protezione al plasma divertore. Indagine preliminare sulle schiume W come strategia di protezione per PFC avanzati.
8. PANORAMICA SUI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE OGGI PER TOKAMAK IN VISTA DIMOSTRATIVA. Il problema delle risorse energetiche: centrale elettrica a fusione nucleare, alimentatori e dispositivi a semiconduttore, diodi e tiristori, raddrizzatori AC-DC, sistema elettrico EU-DEMO Fusion Power, Balance-Of-Plant (HCPB / WCLL); Principali sottosistemi EU-DEMO (insegnamenti tratti da ITER); EU DEMO Power Demand (SSEN – PPEN)
9. OTTIMIZZAZIONE E PROBLEMI INVERSI NELLA RICERCA SULLA FUSIONE MAGNETICA. Problemi di ottimizzazione: modellazione, ottimizzazione, programmazione lineare, programmazione lineare in Matlab, programmazione quadratica, metodi di discesa, esercizi. Progettazione di esperimenti di espansione ad alto flusso nel tokamak JET tramite ottimizzazione della corrente delle bobine del divertore.
10. SUPERCONDUTTORI: TEORIA E APPLICAZIONE DELLA FUSIONE. Il fenomeno della superconduttività: principi, fenomenologia e materiali. Le principali applicazioni dei superconduttori. La tecnologia dei magneti superconduttori per la fusione nucleare: ITER e DTT.
11. L'ERA DELL'ATOMO: UN SECOLO AVANTI IL MODELLO DI BOHR (seminario).
12. SCHEMI DI RISCALDAMENTO AGGIUNTIVI PER I TOKAMAK. Presentazione dei sistemi di riscaldamento addizionali, NBI, ICRH, ECRH, Compito per i sistemi HCD.
13. ANALISI FEM MECCANICA ED ELETTROMAGNETICA DEI COMPONENTI TOKAMAKS. Analisi meccanica di sistemi magnetici superconduttori: bobine Central Solenoid (CS), Poloidal Field (PF) e Toroidal Field (TF) (strategie FEM: problematiche e applicazioni (DEMO, DTT), simulazioni di stato stazionario e transitorio. Metalli liquidi come PFC. Analisi elettromagnetica di sistemi magnetici e componenti metallici (VV, bobine in-vessell, ecc.), Simulazioni di stato stazionario e transitori Moduli ANSYS Workbench, Geometria (FE Modeler / SpaceClaim), Struttura statica, Contatti, simmetria ciclica, sottomodellazione. Magnetostatico. ANSYS Maxwell, Geometria, Analisi Magnetostatica, Analisi Transitoria, Esercizi e progetto finale.
14. MODELLO DINAMICO DI EQUILIBRIO DI IMPIANTO TOKAMAK SU SIMULINK.

Appunti delle lezioni
Wesson, Tokamaks, Oxford University Press
Pucella, Segre, Fisica dei plasmi, Zanichelli
Ariola, Pironti, Magnetic Control and Tokamak Plasmas, Springer