Corso di laurea: INGEGNERIA INDUSTRIALE (L-9) Programmazione per l'A.A. 2018/2019  

INSIEMI NUMERICI
Insiemi e logica: operazioni tra insiemi, operazioni logiche, proprietà delle operazioni, leggi di De Morgan, predicati e proposizioni, sillogismi e tautologie. Numeri naturali, interi relativi, fattoriale di n, coefficienti binomiali e loro proprietà, formula di Newton, calcolo combinatorio. Principio di induzione. Numeri razionali, numeri reali e loro proprietà. Massimi e minimi, estremo superiore e inferiore.

FUNZIONI ELEMENTARI
Radicali, potenze,logaritmi, proprietà regole, funzioni potenza e proprietà, funzioni esponenziali e proprietà, funzioni logaritmiche e proprietà, funzioni trigonometriche e proprietà, funzioni iperboliche e proprietà, equazioni e disequazioni esponenziali, logaritmiche e trigonometriche. Funzioni composte e inverse, funzioni trigonometriche inverse, funzioni iperboliche inverse

ALGEBRA LINEARE
Spazi vettoriali su R^n. Vettori canonici, dipendenza a indipendenza lineare. Basi e dimensione. Prodotto scalere e prodotto vettoriale. Matrici: matrice trasposta, simmetrica, somma e differenza di matrici, prodotto per uno scalare, prodotto righe per colonne e sue proprietà. Determinante: calcolo attraverso la formula di Laplace e sue proprietà. Caratteristica di una matrice. Calcolo della matrice inversa. Sistemi lineari: risoluzione di sistemi n*n con la regola di Cramer. Sistemi omogenei. Rappresentazione matriciale delle trasformazioni lineari. Immagine e nucleo di una trasformazione. Sistemi generali rettangolari. Teorema di Rouché-Capelli. Autovalori e autovettori (cenni).

GEOMETRIA
Equazioni parametriche e cartesiane e vettoriali di rette e piani. Versore normale. Prodotto scalare, prodotto vettoriale, prodotto misto. Trasformazione del sistema di coordinate per traslazione e rotazione. Trasformazione da coordinate cartesiane a polari. Coniche, classificazione delle coniche. Coniche degeneri.

NUMERI COMPLESSI
Rappresentazione di un numero complesso in forma algebrica, geometrica e trigonometrica; opposto, reciproco, coniugato, e modulo di un numero complesso; proprietà; operazioni tra numeri complessi; formula di De Moivre; rappresentazione esponenziale e formule di Eulero; radici n-esime e loro interpretazione grafica; equazioni algebriche in C.

SUCCESSIONI
Convergenza e divergenza, teoremi di confronto, operazioni con i limiti, forme indeterminate, monotonia, numero di Nepero e limiti notevoli.

SERIE
Successione delle somme parziali, serie a termini positivi, serie armonica e geometrica, condizione necessaria di convergenza, criterio del confronto, del rapporto, della radice, del confronto asintotico. Serie telescopiche. Serie a segno alterno, assoluta convergenza, criterio di Leibniz.

LIMITI E CONTINUITA' PER FUNZIONI DI UNA VARIABILE REALE
Concetto di funzione, dominio, argomento, codominio, operazioni tra funzioni, composizione, parità e disparità. Funzioni composte. Limiti e proprietà. Limiti notevoli. Stime asintotiche. Continuità e teoremi sulle funzioni continue Monotonia, massimi e minimi. Asintoti. Grafici di funzioni elementari.

DERIVATE
Rapporto incrementale, Interpretazione geometrica della derivata. Derivata delle funzioni elementari. Regole di derivazione. Punti angolosi, cuspidi, flessi a tangente verticale. Derivata della funzione composta. Derivata della funzione inversa. Limite della derivata e derivabilità. Teorema di Rolle, Cauchy. Teorema di Lagrange o del valore medio.
Applicazioni delle derivate: punti critici e di flesso, monotonia, concavità e convessità. Il teorema di de l'Hopital. Studio del grafico di una funzione.
Il concetto di differenziale. Differenziale e approssimazione lineare. Il simbolo “o piccolo”. Applicazioni al calcolo dei limiti. Formula di Taylor-MacLaurin con resto di Peano e con resto di Lagrange. Sviluppo in serie di Taylor-MacLaurin delle funzioni. Soluzione approssimata di un’equazione con il metodo di Newton. Soluzione approssimata di un’equazione con il metodo delle secanti (cenni).

INTEGRALI
Integrale come limite di somme. Definizione di integrale. Classi di funzioni integrabili. Proprietà dell’integrale. Teorema della media integrale, teorema fondamentale del calcolo integrale, primitive e calcolo degli integrali indefiniti e definiti. Integrali immediati per scomposizione, per sostituzione. Integrazione di funzioni razionali. Integrazione per parti. Integrazione delle funzioni trigonometriche. Integrazione delle funzioni irrazionali. Integrali generalizzati (cenni). Equazioni differenziali a variabili separabili. Condizioni iniziali.

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Introduzione
Stati di aggregazione della materia. Sistemi omogenei ed eterogenei. Sostanze ed elementi chimici. Principali tecniche di separazione (filtrazione, centrifugazione, distillazione). Trasformazioni fisiche e chimiche. Energia e trasformazioni chimiche. Proprietà intensive ed estensive della materia. L'atomo: protoni, neutroni ed elettroni. Numero atomico e numero di mass: isotopi. Masse atomiche e masse atomiche relative. Simboli chimici e loro significato quantitativo. Composti molecolari e composti ionici. Massa molecolare relativa. Numero di Avogadro, concetto di mole.

Struttura dell'atomo
Modello di Bohr dell’atomi di idrogeno. Spettri atomici. De Broglie e la natura ondulatoria della materia. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Dualità onda-particella. Orbitali atomici. Numeri quantici. Principio di esclusione di Pauli. Configurazione elettronica degli elementi. Principio dell'Aufbau. Il sistema periodico degli elementi. Proprietà periodiche.

Il legame chimico
Legame ionico e covalente. Proprieta' del legame: ordine, distanza ed energia. Elettronegativita' e momento dipolare. Strutture di Lewis. Modello VSEPR e geometria delle molecole. Teoria del legame chimico: orbitali ibridi e teoria della risonanza in chimica. Proprieta' magnetiche delle molecole. Forze intermolecolari. Legame idrogeno.

Formule chimiche
Nomenclatura dei composti inorganici. Numero di ossidazione. Reazioni di ossidoriduzione.

Lo stato gassoso
Equazione di stato dei gas ideali. Legge di Dalton per le miscele gassose. Densità e densità relativa dei gas e delle miscele gassose. Massa molecolare media di una miscela gassosa. Gas reali, equazione di Van der Waals. Temperatura di Boyle. Stato critico dei gas reali.

Lo stato solido
Reticoli cristalline e celle elementari. Solidi molecolari, ionici, covalenti e metallici. Polimorfismo ed allotropia. Teoria degli orbitali molecolari. Teoria delle bande nei solidi metallici, semiconduttori ed isolanti. Drogaggio dei semiconduttori: semiconduttori di tipo p ed n.

Lo stato liquido
Tensione superficiale di un liquido. Viscosità e tensione di vapore. Cristalli liquidi termotropici e liotropici: proprietà ed applicazioni tecnologiche.

Termodinamica
Definizione di sistema termodinamico. Funzioni di stato. Trasformazioni cicliche e aperte. Trasformazioni reversibili ed irreversibili Calore, lavoro ed energia interna. Primo principio della termodinamica. Entalpia e legge di Hess. Entropia. Secondo principio della termodinamica. Processi spontanei. Energia libera. Terzo principio della termodinamica.

Equilibri fisici
Passaggi di stato, equazioni di Clapeyron e Claussius-Clapeyron. Diagrammi di stato ad un componente: acqua e anidride carbonica.

Soluzioni
Concentrazione e sue unità . Solubilità e processi di dissoluzione. Soluzioni di gas nei liquidi. Entalpia di dissoluzione ed effetto della temperatura sui processi di solubilizzazione. Soluzioni ideali e soluzioni reali. Legge di Raoult. Proprietà colligative delle soluzioni ideali e determinazione della masse molecolari dei composti. Liquidi miscibili, parzialmente miscibili ed immiscibili.

Equilibrio chimico
Processi spontanei ed equilibrio termodinamico nelle reazioni chimiche. Legge di azione di massa. Isoterma ed isocora di van't Hoff. Equilibri omogenei. Principio di Le Chatelier. Effetto della variazione di concentrazione di un reagente o un prodotto sull’equilibrio. Effetto della variazione di volume, pressione e temperatura sugli equilibri omogenei. Equilibri eterogenei.

Soluzioni elettrolitiche
Teoria di Arrhenius della dissociazione elettrolitica. Elettroliti forti e deboli. Fattore di van't Hoff e proprietà colligative di soluzioni di elettroliti.

Equilibri in soluzione
Equilibri acido-base: Definizioni generali (Arrhenius, Broensted-Lowry, Lewis). Forza degli acidi e delle basi e costanti di equilibrio. Struttura molecolare e proprietà di acido-base. Autoionizzazione dell'acqua. Il pH. Calcolo del pH di soluzioni acide, basiche, e saline. Soluzioni tampone. Solubilità e prodotto di solubilità di sali.

Cinetica chimica
Velocità di reazione. Leggi cinetiche e leggi cinetiche integrate. Ordine e molecolarità di una reazione. Equazione di Arrhenius. Energia di attivazione. Meccanismo cinetico delle reazioni. Teoria delle collisioni e teoria del complesso attivato. Catalisi.

Elettrochimica
Potenziale di un semielemento ed equazione di Nernst. Potenziali standard di riduzione. Pile chimiche e pile a concentrazione. Elettrolisi e leggi di Faraday. Applicazioni: accumulatori e corrosione.

Stechiometria: Mole. Formule minime e molecolari. Nomenclatura dei principali composti inorganici. Equazioni chimiche e rapporti ponderali. Reattivo limitante. Legge dei gas e specie gassose nelle reazioni chimiche. Analisi indiretta. Soluzioni e analisi volumetrica. Equilibri chimici gassosi, omogenei ed eterogenei. Termochimica e termodinamica delle reazioni. Proprietà colligative delle soluzioni di non elettroliti e di elettroliti. Calcolo del pH di soluzioni di acidi, basi e sali. Soluzioni tampone.

1) M. Casarin, L. Casella, R. D'Agostino, A. Filippi, F. Grandinetti, R. Purrello, N. Re, M. Speranza, "Chimica Generale e Inorganica", Edi Ermes
2) P. Silvestroni "Fondamenti di Chimica", Ed. CEA-Zanichelli
3) P. Atkins, L. Jones "Principi di Chimica", Ed. Zanichelli

Unita’ di misura fondamentali e derivate. Sistema Internazionale.. Moto in una dimensione: posizione, spostamento, velocita’ media ed istantanea. Modo rettilineo uniforme. Accelerazione media edistantanea. Moto uniformemente accelerato: equazioni del moto. Caduta di un grave. Vettori e operazioni.. Componenti di un
vettore. Versori. Moto in due dimensioni: vettore posizione, spostamento, velocita’ media ed istantanea, accelerazione media ed istantanea. Moto del proiettile. Cinematica del moto circolare: accelerazione centripeta e tangenziale. Esempi. Velocita’ relativa.
Leggi della dinamica, sistemi di riferimento inerziali. Forza gravitazionale. Massa inerziale e massa gravitazionale. Reazione normale. Forza elastica. Tensione. Piano Inclinato. Attrito: attrito statico, dinamico, cenni all'attrito volvente. Moto in fluido: resistenza e velocita’ limite. Dinamica del moto circolare: forza centripeta.
Lavoro. Prodotto scalare tra due vettori, proprieta’ del prodotto scalare. Teorema dell'energia cinetica. Lavoro della forza elastica. Potenza. Forze conservative. Energia potenziale. Principio di conservazione dell'energia meccanica. Lavoro della forza di attrito.
Sistemi di punti materiali: definizione di centro di massa. Determinazione del centro di massa per sistemi discreti e continui. Moto del centro di massa. Equilibrio stabile, instabile e indifferente. Quantita’ di moto di un punto materiale e di un sistema di punti materiali. Prima equazione cardinale della dinamica. Conservazione della quantita’ di moto. Energia cinetica di un sistema di punti materiali: Teorema di Konig.
Impulso. Urti in una dimensione: urto elastico, urto completamente anelastico. Coefficiente di restituzione. Esempi. Urti obliqui. Moto rotatorio: variabili angolari e loro relazione con quelle lineari.
Energia cinetica di un corpo in rotazione. Momento di inerzia per sistemi discreti di punti materiali e sistemi continui. Teorema di Huygens-Steiner. Rotolamento. La seconda legge di Newton per le rotazioni. Momento di una forza.
Prodotto vettoriale. Esempi e applicazioni. Momento di una forza e momento angolare. Seconda equazione cardinale della dinamica. Conservazione del momento angolare.

Oscillazioni. Periodo, frequenza. Oscillatore armonico semplice: soluzione generale. Esempi. Moto armonico semplice e moto circolare. Energia nel moto armonico semplice. Esempi di sistemi oscillanti: oscillatore armonico verticale, pendolo semplice, pendolo di torsione, pendolo composto. Oscillazioni smorzate: smorzamento critico e oscillazioni sovrasmorzate. Energia nell'oscillatore armonico smorzato. Fattore di merito. Oscillatore forzato e risonanza.
Equilibrio dei corpi: centro di gravita’ e condizioni di equilibrio.
Sforzi e deformazioni: modulo di Young, modulo di torsione, carico di rottura.
I fluidi: densita’, forze di volume di superficie, pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal, martinetto idraulico. Il barometro di Torricelli per la misura della pressione atmosferica. Il manometro. Principio di Archimede. Dinamica dei fluidi: portato di massa, portata volumica, equazione di continuita’. Teorema di Bernoulli. Casi particolari del Teorema di Bernoulli. Fluidi reali: viscosita’, legge di Poiseuille. Moto laminare e turbolento: numero di Reynolds. Tensione superficiale, coefficiente di adesione, menisco concavo e convesso, angolo di contatto.
Onde elastiche. Onde trasversali e longitudinali. Equazione d'onda. Velocita’ di propagazione di un'onda su una corda. Velocita’ di propagazione di un'onda sonora. Onde periodiche. Onde sinusoidali trasversali: lunghezza d'onda, frequenza, periodo, numero d'onda, pulsazione. Energia trasportata da un'onda. Onde sonore longitudinali. Energia di un'onda sonora. Onde in tre dimensioni. Intensita’. Riflessione, trasmissione e rifrazione. Effetto Doppler. Battimenti. Sovrapposizione di onde. Sovrapposizione ed equazione d'onda. Interferenza di onde sinusoidali. Onde stazionarie.
Equilibrio termico e temperatura: principio zero della termodinamica. Scala termometrica centigrada, termometri a gas e temperatura assoluta. Equazione di stato dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas: interpretazione microscopica della temperatura, teorema di equipartizione dell’energia.
Capacita’ termica e calore specifico. Cambiamenti di stato e calore latente. Primo principio della termodinamica. Energia interna di un gas perfetto. Trasformazioni termodinamiche. Calori specifici dei gas perfetti e teorema di equipartizione dell'energia.
Macchine termiche e secondo principio della termodinamica. Macchine refrigeranti. Macchina di Carnot. Scala di temperatura assoluta. Irreversibilita’, disordine ed entropia. Entropia di un gas perfetto. Variazioni di entropia per alcune trasformazioni. Entropia e secondo principio della termodinamica. Cenni al significato microscopico di entropia.

Statistica e teoria degli errori.
Gli errori sperimentali. La stima degli errori nella lettura delle scale e nelle misure ripetibili. Rappresentazione degli errori. Cifre significative. Discrepanza. Confronto tra valori misurati e valori accettati. Confronto di due misure. Verifica della proporzionalita’ tra due grandezze tramite l’uso di un grafico. Errore relativo. Incertezze nelle misure dirette. Incertezza su una grandezza funzione arbitraria di una variabile. Errori casuali e sistematici. La media e la deviazione standard della media. Istogrammi e distribuzioni limite. La distribuzione normale. Interpretazione della deviazione standard in termini di confidenza del 68. Giustificazione della media come miglior stima. Deviazione standard della media. Metodo dei minimi quadrati. Calcolo delle costanti A e B. Incertezze nelle misure di y. Incertezze sulle costanti A e B. Adattamento ad altre curve del metodo dei minimi quadrati. Coefficiente di correlazione lineare. Chi quadro.
Sono inoltre previste le seguenti esercitazioni (obbligatorie) di Laboratorio di Fisica I:
-misura della costante elastica di una molla;
-misura del periodo di oscillazione di un pendolo semplice;
-misura della densita’ di un corpo;
-misura del calore specifico di un corpo.

P.A. Tipler, G. Mosca, “Corso di Fisica: Meccanica, Onde, Termodinamica”, ed Zanichelli.
J.R. Taylor, “Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche”, ed Zanichelli.

Argomenti teorici raggruppati:
- Classi di materiali di interesse tecnologico e loro proprietà caratterizzanti (proprietà meccaniche, termiche, elettriche e relative misure).
- Relazioni tra microstruttura e proprietà (difetti nei cristalli, soluzioni solide).
- Richiami su equilibri eterogenei e diagrammi di stato.
- Materiali leganti: calce aerea e gesso; calci idrauliche naturali e artificiali; cementi silico-basici (Portland, di miscela: pozzolanico e d'alto forno, Portland speciali: ferrico e bianco): principi produttivi, meccanismi di presa ed indurimento; cemento alluminoso; saggi tecnici sui cementi.
- Conglomerati cementizi: inerti; malte e calcestruzzi: proprietà e prove sul calcestruzzo fresco (lavorabilità, bleeding). Reoplasticità. Additivi per calcestruzzo. Calcestruzzi leggeri: porosi e cellulari. Conglomerati fibrorinforzati, conglomerati con fly-ash, silica fume, e polimero impregnati. Proprietà del calcestruzzo indurito: ritiro, scorrimento viscoso (fluage), resistenza meccanica. Proporzionamento del calcestruzzo o mix-design. Trattamenti igro-termici dei conglomerati cementizi. Degradazione dei conglomerati cementizi.
- Materiali ceramici: ceramici per l'edilizia (laterizi, grés e porcellane).
- Materie plastiche: polimerizzazione e struttura del polimeri (polietilene, polipropilene, PVC, PMMA, resine poliestere, fenoliche, poliammidiche, epossidiche, poliuretani, siliconi, elastomeri); proprietà; lavorazione; applicazioni nell'edilizia moderna. Meccanismi di degrado.
- Materiali compositi: classificazione. Matrici e rinforzi. Compatibilizzanti. Fibre di vetro. Fibre di carbonio . Fibre aramidiche. Produzione e proprietà. Processi di fabbricazione. Compositi a matrice metallica, a matrice ceramica e a matrice polimerica. Strutture a sandwich. Strutture metalliche placcate. Cenni su proprietà meccaniche e meccanismi di rinforzo. Legno: struttura e proprietà.
produzione, proprietà e utilizzi nell'ingegneria.
- Materiali metallici. Leghe ferrose: ghise, acciai semplici e legati (da carpenteria, inossidabili, da utensili). Diagramma di stato ferro-carbonio. Trattamenti termici dell'acciaio (tempra,ricottura, normalizzazione).
- Fenomeni di corrosione nei metalli. Metodi protettivi contro la corrosione.
-Materiali per l’elettronica. Conduzione elettrica nei metalli. Semiconduttori intrinseci. Semiconduttori estrinseci. Drogaggio. Dispositivi
semiconduttori. Microelettronica. Composti semiconduttori. Proprietà elettriche dei materiali ceramici. Proprietà dei dielettrici.
Materiali ceramici per condensatori. Semiconduttori ceramici. Ceramici ferroelettrici. Piezoelettricità.
-Materiali Vetrosi: Vetri. Fattori che influenzano la formazione di un vetro. Elettronegatività e tipo di legame. Viscosità. Termodinamica di formazione dei vetri. Temperatura di transizione vetrosa. Cinetica di cristallizzazione e formazione del vetro. Strutture e classificazioni dei vetri. Vetri metallici. Vetro-ceramici.

Argomenti specifici del corso:
Introduzione al corso. Introduzione ai materiali oggetto di studio ed alla necessità di valutarne le proprietà. Proprietà dei materiali metallici, polimerici, ceramici in relazione alla struttura ed ai tipi di legame. Cenni sui materiali compositi. Legame ionico e covalente. Legame metallico. Legami secondari. Proprietà dei materiali alla luce della natura dei legami. Struttura dei metalli. Reticolo spaziale e celle unitarie. Sistemi cristallini e reticoli di Bravais. Reticoli cubici ed esagonale. Fattori di impaccamento atomico. Indici di Miller. Confronto tra reticolo CFC e EC. Polimorfismo ed allotropia. Cenni di diffrazione a raggi X. Materiali amorfi. Solidificazione ed imperfezioni. Solidificazione omogenea ed eterogenea. Energie coinvolte nella solidificazione omogenea. Crescita dei cristalli. Grani. Soluzioni solide sostituzionali ed interstiziali. DIfetti di punto: vacanze ed atomi interstiziali. Il C nel reticolo del Fe: ruolo di APF e forme dei vuoti. Difetti di linea: dislocazioni. Vettore di Burgers. Moto delle dislocazioni nella deformazione plastica. Moto delle dislocazioni: analogie. Deformazione plastica e ruolo delle dislocazioni. Incrudimento. Bordi di grano. Bordi di geminati. Dimensione del grano. Proprietà meccaniche. Reazione meccanica di un materiale alla sollecitazione: deformazione plastica, elastica e rottura.Forze statiche e dinamiche. Prove di resistenza meccanica: prova a trazione; sforzi e deformazioni nominal; grafico sforzo/deformazione; modulo elastico, di taglio e di Poisson; duttilità e sue misure; sforzo a rottura e strizione. Sforzo e deformazioni reali. Esempi di prove di trazione per diversi materiali. Comportamento a frattura. Frattura duttile e fragile. Tenacità. Frattura in presenza di difetti. Prova di resilienza. Temperatura di transizione duttile/fragile. Durezza e prove di durezza. Comportamento a fatica. Prove di fatica. Creep dei metalli e prove di creep. Proprieta termiche: conducibilità, capacità termica, dilatazione lineare e volumica; temperature di transizione. Conducibilità elettrica: legge di Ohm. Metallurgia primaria e secondaria. Produzione della ghisa e dell'acciaio. Altoforno. Siderurgia primaria e secondaria. Lavorazioni dei materiali metallici. Meccanismi di rafforzamento. Incrudimento ed effetto della temperatura. Controllo della dimensione del grano. Rafforzamento per soluzione solida. Effetto degli elementi di lega. Cenni sulla corrosione umida e secca. Potenziali di riduzione. Passività. Forme di corrosione: assotigliamento, pitting, tensocorrosione e corrosione selettiva. Corrosione del ferro in ambiente umido. Diagrammi di Pourbaix. Cenno sulle curve di polarizzazione. Metodi di protezione dalla corrosione: verniciatura; zincatura; anodizzazione; protezione catodica. Cenni sulla progettazione e modifica dell'ambiente per ridurre la corrosione. Diagrammi di stato: microstrutture di equilibrio. Diagrammi di stato binari: miscibilità completa allo stato liquido e solido. Determinazione del numero delle fasi, della loro composizione ed abbondanza relativa. Diagramma di stato Cu/Ni. Diagramma di stato di completa miscibilità allo stato liquido e completa o parziale immiscibilità allo stato solido. Trasformazioni eutettica e peritettica. Esempi di lettura dei diagrammi. Cenni sui diagrammi di stato ternari. Introduzione al diagramma di stato Fe/C. Diagramma di equilibrio. Diagramma di stato Fe/Fe3C. Punti notevoli. Perlite e ledeburite. Punti critici.Ae, Ac ed Ar. Diagramma semplificato. Trasformazioni durante il raffreddamento per acciai eutettoidico, ipo- ed iper-eutettoidico. Acciai ed influenza degli elementi di lega sull'eutettoide.
Ghise. Ghise bianche e grigie. Ghise malleabili e speciali.Microstrutture non di equilibrio. Trattamenti termici e proprietà meccaniche. Martensite. Curve TTT e CCT. Tempra, rinvenimento, ricottura e ricristallizzazione.Classificazione degli acciai. Designazione degli acciai secondo UNI EN 10027 ed AISI.

W.D. CALLISTER “Scienza e ingegneria dei materiali. Una introduzione”, EdiSES.
BERTOLINI: 'Materiali da costruzione. Volume I ' Citta'Studi Edizioni
M. LUCCO BORLERA, C. BRISI: 'Tecnologia dei materiali e Chimica Applicata' Levrotto e Bella
W.F. SMITH, J.HASHEMI: 'Scienza e tecnologia dei materiali' McGraw-Hill,
V. ALUNNO ROSSETTI: 'Il calcestruzzo: Materiali e Tecnologia' McGraw-Hill,
A. R. WEST “Solid state Chemistry and its Applications”, John Wiley & Sons
W.F. SMITH & J. HASHEMI “Scienza e tecnologia dei materiali”, McGraw-Hill.
Dispense del docente

1. Introduzione al corso, definizioni di base;
2. Principio di conservazione della massa;
3. Primo principio della Termodinamica;
4. Secondo principio della termodinamica;
5. Equazioni di Gibbs, lavoro di variazione di volume, equazione dell'energia meccanica, piani p-v e T-s, irreversibilità termica;
6. Termodinamica degli stati: diagrammi p-T, p-v, T-s, h-s, p-h, gas ideale, liquido incomprimibile;
7. Trasformazione adiabatica internamente reversibile, trasformazione politropica, vapore surriscaldato, miscela bifasica liquido aeriforme;
8. Cicli termodinamici diretti: Carnot, Otto, Diesel, Joule, Rankine;
9. Cicli termodinamici inversi: Carnot, Rankine;
10. Aria umida: entalpia, volume specifico, umidità specifica e relativa, temperatura di rugiada, temperature di bulbo asciutto e bagnato, temperatura di saturazione adiabatica;
11. Aria umida: diagramma psicrometrico, semplice raffreddamento e riscaldamento, mescolamento adiabatico, raffreddamento e deumidificazione, riscaldamento e umidificazione, umidificazione adiabatica.

Testi di riferimento:
A. Cesarano, P. Mazzei, Elementi di Termodinamica Applicata, Liguori
L. Bellia, P. Mazzei, F. Minichiello, Aria umida. Climatizzazione ed involucro edilizio. Teoria, applicazione e software, Liguori
Altri testi consigliati:
P. Mazzei, R. Vanoli, R. Mastrullo, Termodinamica degli Stati, Liguori
Y. Cengel, Termodinamica e Trasmissione del Calore, McGraw-Hill
R. Mastrullo, P. Mazzei, V. Naso, R. Vanoli, Fondamenti di trasmissione del calore, Volume secondo, Liguori
R. Mastrullo, P. Mazzei, V. Naso, R. Vanoli, Fondamenti di trasmissione del calore, Volume primo, Liguori
P. Mazzei, R. Vanoli, R. Mastrullo, Termodinamica per ingegneri, Liguori
P. Brunello, Lezioni di Fisica Tecnica, EdiSES
P. Mazzei, R. Vanoli, Fondamenti di Termodinamica, Liguori
M.A. Cucumo, V. Marinelli, Termodinamica applicata, Pitagora
G. Moncada Lo Giudice, Termodinamica applicata, Casa Editrice Ambrosiana

- Sistemi di forze applicate e condizioni di equilibrio. Campo di spostamento rigido infinitesimo. Teorema dei lavori virtuali per corpi rigidi liberi. Definizione, aspetti statici e cinematici e molteplicità dei vincoli.
Meccanica delle strutture: Elementi di Meccanica delle Strutture Rigide
Introduzione alle strutture piane e impostazione del problema statico.
Problema di compatibilità delle strutture.
Centri dello spostamento assoluti e relativi: definizione, relazione centri-vincoli, teoremi di allineamento.
La relazione fondamentale tra labilità, iperstaticità, molteplicità vincolare e numero di corpi rigidi.
Teoremi degli spostamenti e delle forze virtuali per strutture rigide.
Le caratteristiche della sollecitazione nelle strutture ed equazioni indefinite di equilibrio.
Elementi di statica grafica.
Le strutture reticolari: definizione e metodi di analisi statica.
Meccanica delle strutture: Elementi di Meccanica delle Strutture Deformabili
Teoria tecnica della trave: i modelli di Eulero-Bernoulli e Timoshenko. Equazioni della linea elastica.
Effetti anelatici e distorsioni termiche sulle strutture.
Analisi delle strutture iperstatiche: il metodo delle forze.
Il teorema dei lavori virtuali per l'analisi delle strutture deformabili.
La verifica di sicurezza delle strutture.
Geometria delle aree.

- Corradi Dell'Acqua - Meccanica delle strutture 1 - McGraw-Hill
- D'Acunto - Massarotti - Meccanica razionale per ingegneria - Maggioli Editore

Le proprietà fisiche dei fluidi: generalità su solidi, liquidi, e gas - ipotesi del continuo - forze di volume e di superficie - termodinamica classica - fenomeno del trasporto - proprietà dei liquidi - viscosità e sforzi - tensione di vapore - tensione superficiale - capillarità

Richiami di algebra tensoriale: vettori e tensori - operazioni tra tensori - operatori di Kronecker e Ricci - proprietà dei tensori - autovalori e autovettori - teoremi di Green e Stokes

Cinematica dei fluidi: tensore gradiente di velocità - derivata materiale - descrizione lagrangiana ed euleriana - traiettorie, linee di corrente, e linee di flusso - classificazione dei moti

Equazioni della meccanica dei fluidi: teorema di Reynolds - conservazione della massa - bilancio della quantità di moto - tensore delle tensioni - tetraedro di Cauchy - bilancio del momento della quantità di moto - equazioni costitutive - equazioni di Navier-Stokes - equazione dell’energia meccanica - primo principio della termodinamica - bilancio dell’energia termica - relazione di Fourier - teorema di Bernoulli (tubo di Pitot, tubo di Venturi) - bilancio dell’entropia

Meccanica dei fluidi avanzata: dinamica della vorticità - soluzioni esatte delle equazioni di Navier-Stokes - strato limite e turbolenza - cenni sulle forze aerodinamiche e i flussi comprimibili

Equazioni della meccanica dei fluidi: formulazione delle equazioni della meccanica dei fluidi per i sistemi idraulici

Idrostatica: distribuzione delle pressioni - spinte – manometri

"Meccanica dei Fluidi", Y. A. Çengel e J. M. Cimbala, McGraw-Hill, 2011.
"Meccanica dei Fluidi - principi e applicazioni idrauliche", E. Marchi e A. Rubatta, UTET, Torino 1981.
"Idraulica", D. Citrini e G. Noseda, Casa editrice Ambrosiana, Milano 1987.

Consultare periodicamente il sito moodle del corso per dispense, esercizi, ed approfondimenti consigliati ed aggiornati dal docente.

PROGRAMMA:
Scambiatori di calore. Trasformazioni di compressione ed espansione.
Introduzione e classificazione delle macchine. Fonti, fabbisogno e produzione di energia.
Impianti con turbina a gas - Circuito elementare e ciclo Joule. Rendimento e lavoro nei cicli ideale e limite. Il ciclo reale. Regolazione della potenza. Gli impianti a circuito chiuso. La rigenerazione termica. Interrefrigerazione e Post-combustione. Applicazioni aeronautiche delle turbine a gas.
Impianti motori a vapor d'acqua - Circuito elementare e ciclo Hirn. Generatori di vapore e apparecchiature di scambio termico. Condizioni al condensatore. Condizioni al generatore di vapore. Risurriscaldamiti. La rigenerazione termica. Tipi di rigeneratori.
Impianti combinati: combinazione di diverse macchine nello stesso impianto; combinazione di macchine diverse; impianti combinati gas-vapore.
Macchine frigorifere a compressione: ciclo Rankine inverso, schema di funzionamento, parametri di lavoro, il frigorifero domestico, fluidi refrigeranti, le pompe di calore
Macchine frigorifere ad assorbimento: principi di funzionamento e schema funzionale, diagrammi P-T-x delle soluzioni, pompe di calore ad assorbimento.
Turbine a flusso incomprimibile: Classificazione, criteri di similitudine e campi di applicazione. Turbina Pelton, Turbina Kaplan, Turbina Francis. Regolazione della potenza. Cavitazione.
Turbine a flusso comprimibile: Classificazione, criteri di similitudine e campi di applicazione. Tubine ad azione. Turbine a reazione, ed a grado di reazione variabile (svergolamento delle palettature). Struttura delle turbine multistadio. Calcolo delle tenute nelle turbine a flusso comprimibile. Regolazione della potenza.

C. Caputo, Gli Impianti Convertitori d'Energia, Volume 1, Casa Editrice Ambrosiana
Le turbomacchine, Caputo, Casa Editrice Ambrosiana
Macchine a Fluido, Dossena, Ferrari, Gaetani, Montenegro, Onorati, Persico Edizioni Città Studi
R. DELLA VOLPE, Macchine, Liguori Editore, Napoli, 1994

Il materiale didattico viene fornito attraverso la piattaforma Moodle.

Gli studenti non frequentanti possono far riferimento ai libri consigliati, al materiale didattico fornito sulla piattaforma Moodle e possono anche chiedere appuntamento per consultazioni scrivendo una mail a stefano.ubertini@unitus.it

Richiami sui materiali metallici. Caratterizzazione Meccanica e Tecnologica in funzione della lavorabilità dei materiali metallici.
Processi di fabbricazione mediante fusione. Processi di formatura: in terra, in conchiglia, sotto vuoto, pressofusione, centrifuga, a cera persa. Colata: in lingottiera e continua. Solidificazione e struttura finale delle leghe. Il ritiro. La solidificazione direzionale. Dimensionamento dei sistemi di alimentazione. Raggio d'azione delle materozze. Raffreddatori. Tensioni termiche di ritiro e residue. Tolleranze di processo. Sovrametalli. Aspetti tecnico-economici dei processi di fonderia.
Lavorazione per deformazione plastica. Comportamento plastico dei metalli. Criteri di plasticità. Deformazione permanente. Lavoro di deformazione. Fucinatura e stampaggio: generalità, forze, lavoro, macchine. Laminazione: generalità, elementi di calcolo sulla laminazione, lunghezza di laminazione, condizioni di imbocco, velocità di laminazione, sezione neutra, forze di laminazione, momento torcente e potenza, pressione di laminazione, allargamento dei laminati piatti, laminazione di profilati, struttura delle macchine. Estrusione: generalità, matrici per estrusione, forze di estrusione. Trafilatura: generalità, forze di trafilatura, lavoro, trafile.
Lavorazioni per asportazione di truciolo. Angoli di taglio e rappresentazione unificata degli utensili. Formatura del truciolo. Meccanica del taglio. Forze e potenze di lavorazione. Parametri di lavorazione. Temperatura di taglio. Usura degli utensili: criteri di usura, durata degli utensili, legge di Taylor. Ottimizzazione dei parametri di taglio. Classificazione delle lavorazioni per asportazione di truciolo. La tornitura: struttura delle macchine, tipi di lavorazione, attrezzature, sezione del truciolo, forze e potenze di taglio, rugosità. La foratura: struttura delle macchine, tipi di punte, angoli di spoglia reali.
Saldature. Saldature autogene ed eterogenee, saldatura a fiamma ossiacetilenica, saldatura ad arco, atmosfera controllata, resistenza. Saldature con tecniche non convenzionali. Difettosità e frattura dei giunti saldati. Caratteristiche meccaniche dei giunti saldati.

F. Gabrielli, R. Ippolito, F. Micari, Analisi e tecnologia delle lavorazioni meccaniche, editore McGraw-Hill Companies.

F. Giusti, M. Santochi, Tecnologia Meccanica e studi di Fabbricazione, editore Ambrosiana Milano.

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

Appunti dalle lezioni.

Il problema del De Saint Venant. Impostazione e soluzione. Sollecitazioni semplici: sforzo normale, flessione retta, flessione deviata, presso flessione, torsione, taglio. I criteri di resistenza per materiali fragili e duttili: il limite elastico. Metodi di progettazione.
Pre-dimensionamento di componenti strutturali. Verifiche statiche, di deformabilità, di fatica, di instabilità. Sollecitazioni: Calcolo a sollecitazione di elementi monodimensionali. Trazione, flessione e torsione negli elementi monodimensionali. Coefficiente di concentrazione delle tensioni Kt.
Proprietà strutturali materiali: Caratterizzazione meccanica dei materiali, resistenza di un organo meccanico senza difetti.
Calcolo a fatica: Resistenza a fatica in assenza di difetti, meccanismi di innesco e propagazione. Parametri che influenzano la resistenza a fatica. Molle. Trasmissioni a catena e cinghia. Freni, frizioni e giunti.
Trasmissioni: Classificazione delle trasmissioni per ingranaggi. Caratteristiche dei profili ad evolvente. Il proporzionamento modulare. Linea d'ingranamento ed arco d'azione. Calcolo dello spessore del dente. L'interferenza e metodi per la sua eliminazione. Funzione di una trasmissione meccanica di potenza. Relazioni fondamentali: rapporto di trasmissione, potenza, coppia, rendimento, ecc. Generalità sulla progettazione degli ingranaggi. Dentature ad evolvente corrette. Spinte sugli alberi di calettamento di ruote cilindriche a denti dritti. Calcolo di resistenza degli ingranaggi: flessione dei denti. Generalità sul calcolo di resistenza degli ingranaggi e ripartizione del carico sulle coppie di denti in presa.

- Juvinall, Marshek - Fondamenti di costruzione di macchine - Editore: CittàStudi
- Giovannozzi, Costruzione di macchine, Patron

Programma dettagliato:
Gli argomenti trattati nelle otto unità didattiche e le correlate esperienze di laboratorio sono di seguito riportati:
1. Metrologia (12 ore): Processo di misurazione, Sistemi di unità di misura, Trasduttore, Caratteristiche metrologiche statiche, Grandezze di influenza, Criteri di progetto delle catene di misura, Caratteristiche metrologiche dinamiche; Esercitazione sistemi I ordine, Esercitazione sistemi II ordine.
2. Taratura e richiami di statistica (12 ore): Curva di Gauss e deviazione standard del valor medio, Distribuzione t di Student, Test statistici, Intervallo di confidenza, Incertezza di tipo A, Incertezza di tipo B, Propagazione delle incertezze, Propagazione delle distribuzioni (metodo Montecarlo); Esercitazione Taratura potenziometri.
3. Amplificatori Operazionali e Filtri (10 ore): Configurazione invertente, Configurazione non invertente, Amplificatore reale, Amplificatore per strumentazione, Filtri passa basso del primo ordine, Filtri passa alto del primo ordine, Filtri a banda passante ampia, Filtri a reiezione di banda; Esercitazione amplificatori operazionali.
4. Misure Elettriche (6 ore): Galvanometro, Amperometro, Pinza amperometrica, Voltmetro, Ponte di Wheatstone, Misure a due, tre e quattro fili.
5. Misure di Temperatura (10 ore): Scale termometriche, Termometri metallici, Termistori, Termocoppie, Termometri a circuito integrato, Termometri chimici, Termometri ad ultrasuoni, Taratura termometri, Termometro a liquido; Esercitazione termometri superficiali;
6. Misure di Deformazione, Forza e Pressione (10 ore): Estensimetro, Criteri di progetto di una cella di carico, Cella di carico a trazione, Cella di carico a flessione, Cella di carico a taglio, Torsiometro, Cella di carico multicomponente, Taratura celle di carico, Manometro a colonna di liquido, Manometro Bourdon, Manometro a diaframma, Vacuometro di Mc Leod, Vacuometro a conducibilità termica, Taratura sensori di pressione; Esercitazione celle di carico;
7. Misure di Dimensione, Spostamento e Velocità (6 ore): Righe, Tamponi, Calibro, Micrometro, Comparatore, Blocchetti pianparalleli, Macchine di misura CMM, Potenziometro, LVDT, Encoder, Laser a triangolazione, Tachimetro;
8. Misure di viscosità e portata (6 ore): Viscosimetri a capillare, Viscosimetri a sfera, Viscosimetri rotazionali, Misuratori di portata a pressione differenziale, Rotametri, Misuratori a turbina, Anemometro a filo caldo;

VALLASCAS Fondamenti di misure meccaniche e termiche, Hoepli
VALLASCAS, PATANÈ Misure meccaniche e termiche, Hoepli
E. O. DOEBELIN Strumenti e metodi di misura, Mac Graw Hill (alcuni capitoli)
Documentazione integrativa redatta dal docente e scaricabile da MOODLE (https://moodle.unitus.it/moodle/)

- Introduzione al disegno di macchine
- Normazione ed unificazione
- Metodi di rappresentazione
- Proiezioni ortogonali
- Sezioni
- Quotatura
- Rugosità, Tolleranze Dimensionali e Geometriche
- Filettature e organi filettati
- Collegamenti
- Guide ed articolazioni
- Trasmissioni meccaniche

- Chirone E., Tornincasa S., 2014, “Disegno Tecnico Industriale”, Vol. 1 e 2, Edizioni il capitello

Introduzione ai Sistemi Produttivi. Classificazione di sistemi produttivi. Politiche di produzione push, pull e sistemi misti. Processi industriali e studio di plant layout. Confronto tecnico-economico tra differenti processi/layout. Dimensionamento degli Impianti Industriali. Capacità produttiva, tempo di attraversamento e WIP. Rendimento composto di un sistema produttivo e principali cause di riduzione dell'efficienza (OEE). Criteri di dimensionamento di un sistema produttivo.
Sistemi di movimentazione e stoccaggio dei materiali. Generalità sul material handling. Classificazione e panoramica sui sistemi di movimentazione interna: rulli, nastri, paranchi, carrelli, AGV, AEM. Classificazione e panoramica sui sistemi di stoccaggio dei materiali: magazzini a catasta, magazzini a scaffalature tradizionali, magazzini automatizzati. Criteri di scelta e principi di progettazione dei sistemi di Material Handling. Principi di dimensionamento sistemi di trasporto: rulli, nastri e paranchi, carrelli e AGV. Principi di dimensionamento sistemi di immagazzinamento: magazzino servito da carrelli elevatori, magazzino automatico servito da trasloelevatore.
Generalizzazione degli impianti di servizio. Schema di funzionamento generale di un impianto di servizio. Principi generali di gestione della produzione. Analisi dei tempi di una linea, bilanciamento e studio del rendimento di impianto (OEE). Tempo ciclo e Abbinamento. Disponibilità a guasto e al setup: politiche di gestione della manutenzione e production planning.

A.Monte, ''Elementi di Impianti Industriali'', voll 1 e 2, Ed. Cortina, 1994
F.Turco, ''Principi generali di progettazione degli impianti industriali'', Ed. Città Studi, 1993
Appunti dalle lezioni.