Sono richieste conoscenze di base di Macchine a fluido e Meccanica Teorica e Applicata. E' consigliabile aver sostenuto l'esame di Macchine ed Energetica.

Normative sulle emissioni inquinanti in ambito automotive.  Cicli di guida. Modelli di traffico.

Sistemi di propulsione tradizionale e innovativi per la trazione stradale. Cenni sulle  applicazioni navali e aeronautiche. 

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi.  Richiami sui motori a combustione interna.  Modellazione control-oriented. Motori elettrici. Prestazioni ed efficienza. Modellazione control-oriented. Celle a combustibile.  Principi di funzionamento, parametri di scelta e modellazione. Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie. Principi di funzionamento, parametri di scelta e modelli.

Autonomia e prestazioni di veicoli ibridi ed elettrici.  Strategie di energy management. Ottimizzazione singolo e multi-obiettivo di powertrain ibridi.

Obiettivi formativi

Fornire conoscenze specifiche sulle problematiche di impatto ambientale da veicoli stradali e sul relativo contesto normativo nonché competenze metodologiche, tecnologiche e modellistiche sui sistemi avanzati di propulsione.

Introdurre gli idonei paradigmi di modellazione dei convertitori di energia di powertrain avanzati (motori termici, motori/generatori elettrici, celle a combustibile, ecc.) nonché dei sistemi di accumulo meccanici, elettrici, pneumatici ed idraulici e presentare gli strumenti software in cui tali modelli sono implementabili. 

Illustrare  le moderne tecniche di gestione energetica e ottimizzazione di tali powertrain  finalizzate alla minimizzazione del consumo e alla massimizzazione delle prestazioni.

Competenze 

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di dimensionare, analizzare ed ottimizzare un sistema propulsivo di tipo innovativo (es. elettrico o ibrido) e di confrontarne prestazioni e impatto ambientale rispetto ai sistemi convenzionali.

Per quanto riguarda le competenze linguistiche e informatiche, lo studente apprenderà la terminologia specialistica in lingua madre e in inglese e sarà  in grado di presentare i risultati sia in forma scritta (report tecnico) sia in forma orale (presentazione) con correttezza formale e rigore metodologico. 

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche con l'ausilio di software di simulazione. Lezioni e seminari preregistrati su piattaforma Panopto

- Una prova orale in cui si valuteranno le conoscenze acquisite in merito alle tecnologie avanzate per la propulsione stradale.

- Lo svolgimento e la presentazione di un progetto individuale (strutturato in più task)  riguardante  il dimensionamento, la modellazione e l’analisi/ottimizzazione di un sistema avanzato di propulsione stradale. In questa prova si valuteranno le abilità di modellazione e ottimizzazione nonché le competenze tecniche e linguistiche acquisite dallo studente sulla base di quanto descritto nella sezione "obiettivi formativi". 

Il voto finale sarà la media tra il voto della parte orale e quello del progetto.

Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono accedere con le proprie credenziali studente. 

Emissioni inquinanti da motori a combustione interna per il trasporto stradale: meccanismi di formazione, sistemi di abbattimento, influenza delle condizioni reali di guida. Normative sulle emissioni inquinanti da veicoli stradali.  Portable Emission Measurement Systems. Impatto ambientale dei veicoli elettrici. Approcci tank-to-wheel, well-to-wheel e Life Cycle Assessment. 

Sistemi innovativi di propulsione: veicoli elettrici ed ibridi, veicoli alimentati a combustibile gassoso e biocarburanti. Veicoli elettrici solari. Schemi di ibridizzazione di diverse tipologie di veicoli (passenger cars, macchine movimento terra, ecc.).  Cenni sulle applicazioni della propulsione ibrida nell’ambito aeronautico e navale. Infrastrutture e tecnologie di ricarica dei veicoli Plug-in.  Città intelligenti e mobilità sostenibile.

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi. Introduzione ai software Advisor e AVL Cruise. Modelli di traffico di tipo microscopico e macroscopico. Modellazione control-oriented dei singoli convertitori di energia: motori a combustione interna, macchine elettriche, celle a combustibile. Tecniche di scaling dei convertitori di energia.  

Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie, supercondensatori, volani. Sistemi di accumulo idraulico  Principi di funzionamento, parametri di scelta, modalità di ricarica e modelli elettrici equivalenti. Recupero termico.

Dimensionamento ed energy management di veicoli ibridi serie e parallelo. Autonomia elettrica ed effetto degli ausiliari.  Tecniche di controllo ottimo. Ottimizzazione a più obiettivi: algoritmi genetici. Tecniche di Multi-criteria Decision Making applicate ai veicoli ibridi. Applicazione delle metodologie in ambiente Esteco-Modefrontier.

 - Pinamonti P. “Motori, traffico e ambiente: emissioni inquinanti da Motori a Combustione Interna per autotrazione”, International Centre for Mechanical Sciences.

- Iora P. G. “Tecnologie per la mobilità sostenibile: Veicoli elettrici, ibridi e fuel cell”, Società Editrice Esculapio.

- Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer.

- Larminie J., Dicks A., “Fuel Cell Systems Explained” , Wiley.

- James Larminie, John Lowry, “Electric vehicle technology explained”, Wiley, 2012.

- Donateo, T, “Hybrid Electric Vehicles”, Intech (open access).

- Dispense del corso (Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente).

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Fonti e vettori energetici. Combustione

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Conoscenza e comprensione:

- conoscenza delle principali fonti e vettori energetici e loro utilizzo negli impianti energetici

- principi di combustione

- leggi della termodinamica e della fluidodinamica applicate a sistemi zero-dimensionali e 1D.

- principi di funzionamento delle macchine a fluido all'interno dei sistemi energetici 

- tipologie di pompe, ventilatori e compressori e relative modalità di regolazione

- principi di funzionamento e modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

-  cicli di riferimento,  bilanci energetici e calcolo delle prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Capacità di applicare conoscenze e comprensione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- saper modellare i condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- stimare le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione

Autonomia di giudizio

- capacità di affrontare criticamente l'analisi di sistemi energetici reali

Abilità comunicative

- capacità di descrivere, anche mediante disegni schematici e mappe concettuali, il funzionamento delle principali macchine e dei sistemi energetici

- padroneggiare il linguaggio della comunita' scientifica italiana  e internazionale

Capacità di apprendimento

- Gli studenti devono acquisire la capacità critica di rapportarsi, con originalità e autonomia, alle problematiche tipiche della conversione dell'energia.

- Devono essere in grado di rielaborare, e di applicare autonomamente le conoscenze e i metodi appresi in vista di un’eventuale prosecuzione degli studi a livello superiore (laurea magistrale) o nella più ampia prospettiva di auto-aggiornamento culturale e professionale dell'apprendimento permanente.

Lezioni frontali alla lavagna precedute da video esplicativi relativi all'unità didattica (i video sono disponibili sia sulla piattaforma e-learning sia sul canale Youtube del corso https://www.youtube.com/playlist?list=PLpWqeD2Lr98hF8tvcg6o1zm4cnPInUP-s)

Risoluzione di esercizi e prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Sfide con Kahoot per riassumere i concetti principali dell'unità di didattica.

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame  su piattaforma Microsoft Teams 

Lezioni preregistrate su piattaforma Panopto

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere nel tempo massimo di 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare gli aspetti teorici affrontati a lezione a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Per gli studenti frequentanti è proposta una valutazione in itinere mediante prove intermedie e compiti da svolgere durante il corso nonché esercitazioni fisiche e virtuali di laboratorio didattico.

Per ogni altra informazione consultare la pagina del corso sulla piattaforma e-learning  (https://elearning.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Presentazione del corso e introduzione al problema della trasformazione e dell'accumulo dell'energia. Problematiche ambientali. Classificazione delle macchine.

UNITA' DIDATTICA 1: Termofluidodinamica. introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e contro-recupero .Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

UNITA' DIDATTICA 2: Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori. Funzionamento fuori progetto di un ugello convergente e convergente/divergente. Applicazioni ingegneristiche della teoria degli ugelli.  Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati .

UNITA' DIDATTICA 3: Introduzione alle macchine dinamiche.  Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Stadio elementare di turbine e compressori dinamici. Scambi di lavoro e potenza nelle turbomacchine.  Perdite nelle turbomacchine e rendimenti. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

UNITA' DIDATTICA 4: Macchine volumetriche Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione. Sistemi per la compressione dell'aria. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

UNITA' DIDATTICA 5: Macchine idrauliche operatrici. Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori. Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Problematiche di cavitazione, pompaggio e stallo.

UNITA' DIDATTICA 6: Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

UNITA' DIDATTICA 7:Definizioni, classificazioni e specifiche delle fonti e dei vettori energetici. Problematiche di impatto ambientale. La combustione.  I combustibili fossili. Bilanci di massa ed energia nei processi di combustione . 

UNITA' DIDATTICA 8 :Impianti motore. Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati .

UNITA' DIDATTICA 9: Motori alternativi a combustione interna. Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale.  Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Esercitazioni di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore 

Mappatura e calibrazione di un motore ad accensione per compressione

1. T. Donateo, "Macchine e sistemi energetici: guida allo studio e introduzione al calcolo", Libreriauniversitaria.it , 2020 (https://www.libreriauniversitaria.it/macchine-sistemi-energia-guida-studio/libro/9788833592220) 
2. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
3. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
5. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
6. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
7. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
8. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
9. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
10. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
11. Dispense e slide disponibili sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Sono richieste conoscenze di base di Macchine a fluido e Meccanica Teorica e Applicata. E' consigliabile aver sostenuto l'esame di Macchine ed Energetica.

Normative sulle emissioni inquinanti in ambito automotive.  Cicli di guida. Modelli di traffico.

Sistemi di propulsione tradizionale e innovativi per la trazione stradale. Cenni sulle  applicazioni navali e aeronautiche. 

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi.  Richiami sui motori a combustione interna.  Modellazione control-oriented. Motori elettrici. Prestazioni ed efficienza. Modellazione control-oriented. Celle a combustibile.  Principi di funzionamento, parametri di scelta e modellazione. Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie. Principi di funzionamento, parametri di scelta e modelli.

Autonomia e prestazioni di veicoli ibridi ed elettrici.  Strategie di energy management. Ottimizzazione singolo e multi-obiettivo di powertrain ibridi.

Obiettivi formativi

Fornire conoscenze specifiche sulle problematiche di impatto ambientale da veicoli stradali e sul relativo contesto normativo nonché competenze metodologiche, tecnologiche e modellistiche sui sistemi avanzati di propulsione.

Introdurre gli idonei paradigmi di modellazione dei convertitori di energia di powertrain avanzati (motori termici, motori/generatori elettrici, celle a combustibile, ecc.) nonché dei sistemi di accumulo meccanici, elettrici, pneumatici ed idraulici e presentare gli strumenti software in cui tali modelli sono implementabili. 

Illustrare  le moderne tecniche di gestione energetica e ottimizzazione di tali powertrain  finalizzate alla minimizzazione del consumo e alla massimizzazione delle prestazioni.

Competenze 

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di dimensionare, analizzare ed ottimizzare un sistema propulsivo di tipo innovativo (es. elettrico o ibrido) e di confrontarne prestazioni e impatto ambientale rispetto ai sistemi convenzionali.

Per quanto riguarda le competenze linguistiche e informatiche, lo studente apprenderà la terminologia specialistica in lingua madre e in inglese e sarà  in grado di presentare i risultati sia in forma scritta (report tecnico) sia in forma orale (presentazione) con correttezza formale e rigore metodologico. 

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche con l'ausilio di software di simulazione. Lezioni e seminari preregistrati su piattaforma Panopto

- Una prova orale in cui si valuteranno le conoscenze acquisite in merito alle tecnologie avanzate per la propulsione stradale.

- Lo svolgimento e la presentazione di un progetto individuale (strutturato in più task)  riguardante  il dimensionamento, la modellazione e l’analisi/ottimizzazione di un sistema avanzato di propulsione stradale. In questa prova si valuteranno le abilità di modellazione e ottimizzazione nonché le competenze tecniche e linguistiche acquisite dallo studente sulla base di quanto descritto nella sezione "obiettivi formativi". 

Il voto finale sarà la media tra il voto della parte orale e quello del progetto.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite agli studenti. Il codice di accesso all'esame orale e il calendario delle convocazioni saranno resi disponibile agli studenti come avviso su "formazioneonline" e utilizzando lo strumento "comunicazione agli iscritti" di Esse3.

Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono accedere con le proprie credenziali studente. 

Emissioni inquinanti da motori a combustione interna per il trasporto stradale: meccanismi di formazione, sistemi di abbattimento, influenza delle condizioni reali di guida. Normative sulle emissioni inquinanti da veicoli stradali.  Portable Emission Measurement Systems. Impatto ambientale dei veicoli elettrici. Approcci tank-to-wheel, well-to-wheel e Life Cycle Assessment. 

Sistemi innovativi di propulsione: veicoli elettrici ed ibridi, veicoli alimentati a combustibile gassoso e biocarburanti. Veicoli elettrici solari. Schemi di ibridizzazione di diverse tipologie di veicoli (passenger cars, macchine movimento terra, ecc.).  Cenni sulle applicazioni della propulsione ibrida nell’ambito aeronautico e navale. Infrastrutture e tecnologie di ricarica dei veicoli Plug-in.  Città intelligenti e mobilità sostenibile.

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi. Introduzione ai software Advisor e AVL Cruise. Modelli di traffico di tipo microscopico e macroscopico. Modellazione control-oriented dei singoli convertitori di energia: motori a combustione interna, macchine elettriche, celle a combustibile. Tecniche di scaling dei convertitori di energia.  

Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie, supercondensatori, volani. Sistemi di accumulo idraulico  Principi di funzionamento, parametri di scelta, modalità di ricarica e modelli elettrici equivalenti. Recupero termico.

Dimensionamento ed energy management di veicoli ibridi serie e parallelo. Autonomia elettrica ed effetto degli ausiliari.  Tecniche di controllo ottimo. Ottimizzazione a più obiettivi: algoritmi genetici. Tecniche di Multi-criteria Decision Making applicate ai veicoli ibridi. Applicazione delle metodologie in ambiente Esteco-Modefrontier.

 - Pinamonti P. “Motori, traffico e ambiente: emissioni inquinanti da Motori a Combustione Interna per autotrazione”, International Centre for Mechanical Sciences.

- Iora P. G. “Tecnologie per la mobilità sostenibile: Veicoli elettrici, ibridi e fuel cell”, Società Editrice Esculapio.

- Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer.

- Larminie J., Dicks A., “Fuel Cell Systems Explained” , Wiley.

- James Larminie, John Lowry, “Electric vehicle technology explained”, Wiley, 2012.

- Donateo, T, “Hybrid Electric Vehicles”, Intech (open access).

- Dispense del corso (Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente).

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Fonti e vettori energetici

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Conoscenza e comprensione:

- conoscenza delle principali fonti e vettori energetici e loro utilizzo negli impianti energetici

- principi di combustione

- leggi della termodinamica e della fluidodinamica applicate a sistemi zero-dimensionali e 1D.

- principi di funzionamento delle macchine a fluido all'interno dei sistemi energetici 

- tipologie di pompe, ventilatori e compressori e relative modalità di regolazione

- principi di funzionamento e modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

-  cicli di riferimento,  bilanci energetici e calcolo delle prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Capacità di applicare conoscenze e comprensione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- saper modellare i condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- stimare le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione

Autonomia di giudizio

- capacità di affrontare criticamente l'analisi di sistemi energetici reali

Abilità comunicative

- capacità di descrivere, anche mediante disegni schematici e mappe concettuali, il funzionamento delle principali macchine e dei sistemi energetici

- padroneggiare il linguaggio della comunita' scientifica italiana  e internazionale

Capacità di apprendimento

- Gli studenti devono acquisire la capacità critica di rapportarsi, con originalità e autonomia, alle problematiche tipiche della conversione dell'energia.

- Devono essere in grado di rielaborare, e di applicare autonomamente le conoscenze e i metodi appresi in vista di un’eventuale prosecuzione degli studi a livello superiore (laurea magistrale) o nella più ampia prospettiva di auto-aggiornamento culturale e professionale dell'apprendimento permanente.

Lezioni frontali alla lavagna precedute da video esplicativi relativi all'unità didattica (i video sono disponibili sia sulla piattaforma e-learning sia sul canale Youtube del corso https://www.youtube.com/playlist?list=PLpWqeD2Lr98hF8tvcg6o1zm4cnPInUP-s)

Risoluzione di esercizi e prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Sfide con Kahoot per riassumere i concetti principali dell'unità di didattica.

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame  su piattaforma Microsoft Teams 

Lezioni preregistrate su piattaforma Panopto

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere nel tempo massimo di 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare gli aspetti teorici affrontati a lezione a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Per gli studenti frequentanti è proposta una valutazione in itinere mediante prove intermedie e compiti da svolgere durante il corso nonché esercitazioni fisiche e virtuali di laboratorio didattico.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove scritte e orali potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite agli studenti. Il codice di accesso per gli esami scritti e orali è  "7go8kdo".

Per ogni altra informazione consultare la pagina del corso sulla piattaforma e-learning  (https://elearning.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Energetica

Definizioni, classificazioni e specifiche delle fonti e dei vettori energetici. La combustione.  I combustibili fossili. Bilanci di massa ed energia nei processi di combustione . 

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori . Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati .

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Problematiche di cavitazione, pompaggio e stallo. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati .

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale.

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore 

1. T. Donateo, "Macchine e sistemi energetici: guida allo studio e introduzione al calcolo", Libreriauniversitaria.it , 2020 (https://www.libreriauniversitaria.it/macchine-sistemi-energia-guida-studio/libro/9788833592220) 
2. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
3. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
5. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
6. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
7. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
8. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
9. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
10. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
11. Dispense e slide disponibili sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Sono richieste conoscenze di base di Macchine a fluido e Meccanica Teorica e Applicata. E' consigliabile aver sostenuto l'esame di Macchine ed Energetica.

Normative sulle emissioni inquinanti in ambito automotive.  Cicli di guida. Modelli di traffico.

Sistemi di propulsione tradizionale e innovativi per la trazione stradale. Cenni sulle  applicazioni navali e aeronautiche. 

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi.  Richiami sui motori a combustione interna.  Modellazione control-oriented. Motori elettrici. Prestazioni ed efficienza. Modellazione control-oriented. Celle a combustibile.  Principi di funzionamento, parametri di scelta e modellazione. Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie. Principi di funzionamento, parametri di scelta e modelli.

Autonomia e prestazioni di veicoli ibridi ed elettrici.  Strategie di energy management. Ottimizzazione singolo e multi-obiettivo di powertrain ibridi.

Obiettivi formativi

Fornire conoscenze specifiche sulle problematiche di impatto ambientale da veicoli stradali e sul relativo contesto normativo nonché competenze metodologiche, tecnologiche e modellistiche sui sistemi avanzati di propulsione.

Introdurre gli idonei paradigmi di modellazione dei convertitori di energia di powertrain avanzati (motori termici, motori/generatori elettrici, celle a combustibile, ecc.) nonché dei sistemi di accumulo meccanici, elettrici, pneumatici ed idraulici e presentare gli strumenti software in cui tali modelli sono implementabili. 

Illustrare  le moderne tecniche di gestione energetica e ottimizzazione di tali powertrain  finalizzate alla minimizzazione del consumo e alla massimizzazione delle prestazioni.

Competenze 

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di dimensionare, analizzare ed ottimizzare un sistema propulsivo di tipo innovativo (es. elettrico o ibrido) e di confrontarne prestazioni e impatto ambientale rispetto ai sistemi convenzionali.

Per quanto riguarda le competenze linguistiche e informatiche, lo studente apprenderà la terminologia specialistica in lingua madre e in inglese e sarà  in grado di presentare i risultati sia in forma scritta (report tecnico) sia in forma orale (presentazione) con correttezza formale e rigore metodologico. 

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche con l'ausilio di software di simulazione.

- Una prova orale in cui si valuteranno le conoscenze acquisite in merito alle tecnologie avanzate per la propulsione stradale.

- Lo svolgimento e la presentazione di un progetto individuale (strutturato in più task)  riguardante  il dimensionamento, la modellazione e l’analisi/ottimizzazione di un sistema avanzato di propulsione stradale. In questa prova si valuteranno le abilità di modellazione e ottimizzazione nonché le competenze tecniche e linguistiche acquisite dallo studente sulla base di quanto descritto nella sezione "obiettivi formativi". 

Il voto finale sarà la media tra il voto della parte orale e quello del progetto.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite agli studenti. Il codice di accesso all'esame orale e il calendario delle convocazioni saranno resi disponibile agli studenti come avviso su "formazioneonline" e utilizzando lo strumento "comunicazione agli iscritti" di Esse3.

Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono accedere con le proprie credenziali studente. 

Emissioni inquinanti da motori a combustione interna per il trasporto stradale: meccanismi di formazione, sistemi di abbattimento, influenza delle condizioni reali di guida. Normative sulle emissioni inquinanti da veicoli stradali.  Portable Emission Measurement Systems. Impatto ambientale dei veicoli elettrici. Approcci tank-to-wheel, well-to-wheel e Life Cycle Assessment. 

Sistemi innovativi di propulsione: veicoli elettrici ed ibridi, veicoli alimentati a combustibile gassoso e biocarburanti. Veicoli elettrici solari. Schemi di ibridizzazione di diverse tipologie di veicoli (passenger cars, macchine movimento terra, ecc.).  Cenni sulle applicazioni della propulsione ibrida nell’ambito aeronautico e navale. Infrastrutture e tecnologie di ricarica dei veicoli Plug-in.  Città intelligenti e mobilità sostenibile.

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi. Introduzione ai software Advisor e AVL Cruise. Modelli di traffico di tipo microscopico e macroscopico. Modellazione control-oriented dei singoli convertitori di energia: motori a combustione interna, macchine elettriche, celle a combustibile. Tecniche di scaling dei convertitori di energia.  

Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie, supercondensatori, volani. Sistemi di accumulo idraulico  Principi di funzionamento, parametri di scelta, modalità di ricarica e modelli elettrici equivalenti. Recupero termico.

Dimensionamento ed energy management di veicoli ibridi serie e parallelo. Autonomia elettrica ed effetto degli ausiliari.  Tecniche di controllo ottimo. Ottimizzazione a più obiettivi: algoritmi genetici. Tecniche di Multi-criteria Decision Making applicate ai veicoli ibridi. Applicazione delle metodologie in ambiente Esteco-Modefrontier.

 - Pinamonti P. “Motori, traffico e ambiente: emissioni inquinanti da Motori a Combustione Interna per autotrazione”, International Centre for Mechanical Sciences.

- Iora P. G. “Tecnologie per la mobilità sostenibile: Veicoli elettrici, ibridi e fuel cell”, Società Editrice Esculapio.

- Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer.

- Larminie J., Dicks A., “Fuel Cell Systems Explained” , Wiley.

- James Larminie, John Lowry, “Electric vehicle technology explained”, Wiley, 2012.

- Donateo, T, “Hybrid Electric Vehicles”, Intech (open access).

- Dispense del corso (Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente).

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Fonti e vettori energetici

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Conoscenza e comprensione:

- conoscenza delle principali fonti e vettori energetici e loro utilizzo negli impianti energetici

- principi di combustione

- leggi della termodinamica e della fluidodinamica applicate a sistemi zero-dimensionali e 1D.

- principi di funzionamento delle macchine a fluido all'interno dei sistemi energetici 

- tipologie di pompe, ventilatori e compressori e relative modalità di regolazione

- principi di funzionamento e modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

-  cicli di riferimento,  bilanci energetici e calcolo delle prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Capacità di applicare conoscenze e comprensione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- saper modellare i condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- stimare le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione

Autonomia di giudizio

- capacità di affrontare criticamente l'analisi di sistemi energetici reali

Abilità comunicative

- capacità di descrivere, anche mediante disegni schematici e mappe concettuali, il funzionamento delle principali macchine e dei sistemi energetici

- padroneggiare il linguaggio della comunita' scientifica italiana  e internazionale

Capacità di apprendimento

- Gli studenti devono acquisire la capacità critica di rapportarsi, con originalità e autonomia, alle problematiche tipiche della conversione dell'energia.

- Devono essere in grado di rielaborare, e di applicare autonomamente le conoscenze e i metodi appresi in vista di un’eventuale prosecuzione degli studi a livello superiore (laurea magistrale) o nella più ampia prospettiva di auto-aggiornamento culturale e professionale dell'apprendimento permanente.

Lezioni frontali alla lavagna precedute da video esplicativi relativi all'unità didattica (i video sono disponibili sia sulla piattaforma e-learning sia sul canale Youtube del corso https://www.youtube.com/playlist?list=PLpWqeD2Lr98hF8tvcg6o1zm4cnPInUP-s)

Risoluzione di esercizi e prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Sfide con Kahoot per riassumere i concetti principali dell'unità di didattica.

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame  su piattaforma Microsoft Teams 

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere nel tempo massimo di 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare gli aspetti teorici affrontati a lezione a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Per gli studenti frequentanti è proposta una valutazione in itinere mediante prove intermedie e compiti da svolgere durante il corso nonché esercitazioni fisiche e virtuali di laboratorio didattico.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove scritte e orali potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite agli studenti. Il codice di accesso per gli esami scritti e orali è  "7go8kdo".

Per ogni altra informazione consultare la pagina del corso su formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Energetica

Definizioni, classificazioni e specifiche delle fonti e dei vettori energetici. La combustione.  I combustibili fossili. Bilanci di massa ed energia nei processi di combustione . 

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori . Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati .

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Problematiche di cavitazione, pompaggio e stallo. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati .

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale.

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore 

1. T. Donateo, "Macchine e sistemi energetici: guida allo studio e introduzione al calcolo", Libreriauniversitaria.it , 2020 (https://www.libreriauniversitaria.it/macchine-sistemi-energia-guida-studio/libro/9788833592220) 
2. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
3. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
5. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
6. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
7. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
8. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
9. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
10. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
11. Dispense e slide disponibili sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Sono richieste conoscenze di base di Macchine a fluido e Meccanica Teorica e Applicata. E' consigliabile aver sostenuto l'esame di Macchine ed Energetica.

Normative sulle emissioni inquinanti in ambito automotive.  Cicli di guida. Modelli di traffico.

Sistemi di propulsione tradizionale e innovativi per la trazione stradale. Cenni sulle  applicazioni navali e aeronautiche. 

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi.  Richiami sui motori a combustione interna.  Modellazione control-oriented. Motori elettrici. Prestazioni ed efficienza. Modellazione control-oriented. Celle a combustibile.  Principi di funzionamento, parametri di scelta e modellazione. Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie. Principi di funzionamento, parametri di scelta e modelli.

Autonomia e prestazioni di veicoli ibridi ed elettrici.  Strategie di energy management. Ottimizzazione singolo e multi-obiettivo di powertrain ibridi.

Obiettivi formativi

Fornire conoscenze specifiche sulle problematiche di impatto ambientale da veicoli stradali e sul relativo contesto normativo nonché competenze metodologiche, tecnologiche e modellistiche sui sistemi avanzati di propulsione.

Introdurre gli idonei paradigmi di modellazione dei convertitori di energia di powertrain avanzati (motori termici, motori/generatori elettrici, celle a combustibile, ecc.) nonché dei sistemi di accumulo meccanici, elettrici, pneumatici ed idraulici e presentare gli strumenti software in cui tali modelli sono implementabili. 

Illustrare  le moderne tecniche di gestione energetica e ottimizzazione di tali powertrain  finalizzate alla minimizzazione del consumo e alla massimizzazione delle prestazioni.

Competenze 

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di dimensionare, analizzare ed ottimizzare un sistema propulsivo di tipo innovativo (es. elettrico o ibrido) e di confrontarne prestazioni e impatto ambientale rispetto ai sistemi convenzionali.

Per quanto riguarda le competenze linguistiche e informatiche, lo studente apprenderà la terminologia specialistica in lingua madre e in inglese e sarà  in grado di presentare i risultati sia in forma scritta (report tecnico) sia in forma orale (presentazione) con correttezza formale e rigore metodologico. 

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche con l'ausilio di software di simulazione.

- Una prova orale (o in alternativa scritta con domande aperte) in cui si valuteranno le conoscenze acquisite in merito alle tecnologie avanzate per la propulsione stradale.

- Lo svolgimento e la presentazione di un progetto individuale (strutturato in più task)  riguardante  il dimensionamento, la modellazione e l’analisi/ottimizzazione di un sistema avanzato di propulsione stradale. In questa prova si valuteranno le abilità di modellazione e ottimizzazione nonché le competenze tecniche e linguistiche acquisite dallo studente sulla base di quanto descritto nella sezione "obiettivi formativi". 

Il voto finale sarà la media tra il voto della parte orale e quello del progetto.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite dal dipartimento. Il codice di accesso all'esame orale e il calendario delle convocazioni saranno resi disponibile agli studenti come avviso su "formazioneonline" e utilizzando lo strumento "comunicazione agli iscritti" di Esse3.

Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono accedere con le proprie credenziali studente. 

Emissioni inquinanti da motori a combustione interna per il trasporto stradale: meccanismi di formazione, sistemi di abbattimento, influenza delle condizioni reali di guida. Normative sulle emissioni inquinanti da veicoli stradali.  Portable Emission Measurement Systems. Impatto ambientale dei veicoli elettrici. Approcci tank-to-wheel, well-to-wheel e Life Cycle Assessment. 

Sistemi innovativi di propulsione: veicoli elettrici ed ibridi, veicoli alimentati a combustibile gassoso e biocarburanti. Veicoli elettrici solari. Schemi di ibridizzazione di diverse tipologie di veicoli (passenger cars, macchine movimento terra, ecc.).  Cenni sulle applicazioni della propulsione ibrida nell’ambito aeronautico e navale. Infrastrutture e tecnologie di ricarica dei veicoli Plug-in.  Città intelligenti e mobilità sostenibile.

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi. Introduzione ai software Advisor e AVL Cruise. Modelli di traffico di tipo microscopico e macroscopico. Modellazione control-oriented dei singoli convertitori di energia: motori a combustione interna, macchine elettriche, celle a combustibile. Tecniche di scaling dei convertitori di energia.  

Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie, supercondensatori, volani. Sistemi di accumulo idraulico  Principi di funzionamento, parametri di scelta, modalità di ricarica e modelli elettrici equivalenti. Recupero termico.

Dimensionamento ed energy management di veicoli ibridi serie e parallelo. Autonomia elettrica ed effetto degli ausiliari.  Tecniche di controllo ottimo. Ottimizzazione a più obiettivi: algoritmi genetici. Tecniche di Multi-criteria Decision Making applicate ai veicoli ibridi. Applicazione delle metodologie in ambiente Esteco-Modefrontier.

 - Pinamonti P. “Motori, traffico e ambiente: emissioni inquinanti da Motori a Combustione Interna per autotrazione”, International Centre for Mechanical Sciences.

- Iora P. G. “Tecnologie per la mobilità sostenibile: Veicoli elettrici, ibridi e fuel cell”, Società Editrice Esculapio.

- Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer.

- Larminie J., Dicks A., “Fuel Cell Systems Explained” , Wiley.

- James Larminie, John Lowry, “Electric vehicle technology explained”, Wiley, 2012.

- Donateo, T, “Hybrid Electric Vehicles”, Intech (open access).

- Dispense del corso (Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente).

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Fonti e vettori energetici

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Conoscenza e comprensione:

- conoscenza delle principali fonti e vettori energetici e loro utilizzo negli impianti energetici

- principi di combustione

- leggi della termodinamica e della fluidodinamica applicate a sistemi zero-dimensionali e 1D.

- principi di funzionamento delle macchine a fluido all'interno dei sistemi energetici 

- tipologie di pompe, ventilatori e compressori e relative modalità di regolazione

- principi di funzionamento e modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

-  cicli di riferimento,  bilanci energetici e calcolo delle prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Capacità di applicare conoscenze e comprensione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- saper modellare i condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- stimare le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione

Autonomia di giudizio

- capacità di affrontare criticamente l'analisi di sistemi energetici reali

Abilità comunicative

- capacità di descrivere, anche mediante disegni schematici e mappe concettuali, il funzionamento delle principali macchine e dei sistemi energetici

- padroneggiare il linguaggio della comunita' scientifica italiana  e internazionale

Capacità di apprendimento

- Gli studenti devono acquisire la capacità critica di rapportarsi, con originalità e autonomia, alle problematiche tipiche della conversione dell'energia.

- Devono essere in grado di rielaborare, e di applicare autonomamente le conoscenze e i metodi appresi in vista di un’eventuale prosecuzione degli studi a livello superiore (laurea magistrale) o nella più ampia prospettiva di auto-aggiornamento culturale e professionale dell'apprendimento permanente.

Lezioni frontali alla lavagna;

Risoluzione di prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Materiale multimediale;

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame  sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484) o sulla piattaforma Microsoft Teams

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere nel tempo massimo di 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare gli aspetti teorici affrontati a lezione a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove scritte e orali potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite dal Dipartimento. Il codice di accesso all'esame orale e il calendario delle convocazioni saranno resi disponibile agli studenti come avviso su "formazioneonline" e utilizzando lo strumento "comunicazione agli iscritti" di Esse3.

Per ogni altra informazione consultare la pagina del corso su formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Energetica

Definizioni, classificazioni e specifiche delle fonti e dei vettori energetici. La combustione.  I combustibili fossili. Bilanci di massa ed energia nei processi di combustione . 

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori . Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati .

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Problematiche di cavitazione, pompaggio e stallo. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati .

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale.

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore 

1. T. Donateo, "Macchine e sistemi energetici: guida allo studio e introduzione al calcolo", Libreriauniversitaria.it , 2020 (https://www.libreriauniversitaria.it/macchine-sistemi-energia-guida-studio/libro/9788833592220) 
2. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
3. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
5. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
6. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
7. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
8. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
9. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
10. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
11. Dispense e slide disponibili sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Sono richieste conoscenze di base di Macchine a fluido e Meccanica Teorica e Applicata. E' consigliabile aver sostenuto l'esame di Macchine ed Energetica.

Normative sulle emissioni inquinanti in ambito automotive.  Cicli di guida. Modelli di traffico.

Sistemi di propulsione tradizionale e innovativi per la trazione stradale. Cenni sulle  applicazioni navali e aeronautiche. 

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi.  Richiami sui motori a combustione interna.  Modellazione control-oriented. Motori elettrici. Prestazioni ed efficienza. Modellazione control-oriented. Celle a combustibile.  Principi di funzionamento, parametri di scelta e modellazione. Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie. Principi di funzionamento, parametri di scelta e modelli.

Autonomia e prestazioni di veicoli ibridi ed elettrici.  Strategie di energy management. Ottimizzazione singolo e multi-obiettivo di powertrain ibridi.

Obiettivi formativi

Fornire conoscenze specifiche sulle problematiche di impatto ambientale da veicoli stradali e sul relativo contesto normativo nonché competenze metodologiche, tecnologiche e modellistiche sui sistemi avanzati di propulsione.

Introdurre gli idonei paradigmi di modellazione dei convertitori di energia di powertrain avanzati (motori termici, motori/generatori elettrici, celle a combustibile, ecc.) nonché dei sistemi di accumulo meccanici, elettrici, pneumatici ed idraulici e presentare gli strumenti software in cui tali modelli sono implementabili. 

Illustrare  le moderne tecniche di gestione energetica e ottimizzazione di tali powertrain  finalizzate alla minimizzazione del consumo e alla massimizzazione delle prestazioni.

Competenze 

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di dimensionare, analizzare ed ottimizzare un sistema propulsivo di tipo innovativo (es. elettrico o ibrido) e di confrontarne prestazioni e impatto ambientale rispetto ai sistemi convenzionali.

Per quanto riguarda le competenze linguistiche e informatiche, lo studente apprenderà la terminologia specialistica in lingua madre e in inglese e sarà  in grado di presentare i risultati sia in forma scritta (report tecnico) sia in forma orale (presentazione) con correttezza formale e rigore metodologico. 

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche con l'ausilio di software di simulazione.

- Una prova orale (o in alternativa scritta con domande aperte) in cui si valuteranno le conoscenze acquisite in merito alle tecnologie avanzate per la propulsione stradale.

- Lo svolgimento e la presentazione di un progetto individuale (strutturato in più task)  riguardante  il dimensionamento, la modellazione e l’analisi/ottimizzazione di un sistema avanzato di propulsione stradale. In questa prova si valuteranno le abilità di modellazione e ottimizzazione nonché le competenze tecniche e linguistiche acquisite dallo studente sulla base di quanto descritto nella sezione "obiettivi formativi". 

Il voto finale sarà la media tra il voto della parte orale e quello del progetto.

Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono accedere con le proprie credenziali studente. 

Emissioni inquinanti da motori a combustione interna per il trasporto stradale: meccanismi di formazione, sistemi di abbattimento, influenza delle condizioni reali di guida. Normative sulle emissioni inquinanti da veicoli stradali.  Portable Emission Measurement Systems. Impatto ambientale dei veicoli elettrici. Approcci tank-to-wheel, well-to-wheel e Life Cycle Assessment. (2CFU)

Sistemi innovativi di propulsione: veicoli elettrici ed ibridi, veicoli alimentati a combustibile gassoso e biocarburanti. Veicoli elettrici solari. Schemi di ibridizzazione di diverse tipologie di veicoli (passenger cars, macchine movimento terra, ecc.).  Cenni sulle applicazioni della propulsione ibrida nell’ambito aeronautico e navale. Infrastrutture e tecnologie di ricarica dei veicoli Plug-in.  Città intelligenti e mobilità sostenibile. (2CFU)

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi. Introduzione ai software Advisor e AVL Cruise. Modelli di traffico di tipo microscopico e macroscopico. Modellazione control-oriented dei singoli convertitori di energia: motori a combustione interna, macchine elettriche, celle a combustibile. Tecniche di scaling dei convertitori di energia.  (2CFU)

Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie, supercondensatori, volani. Sistemi di accumulo idraulico  Principi di funzionamento, parametri di scelta, modalità di ricarica e modelli elettrici equivalenti. (1CFU)

Dimensionamento ed energy management di veicoli ibridi serie e parallelo. Autonomia elettrica ed effetto degli ausiliari.  Tecniche di controllo ottimo. Ottimizzazione a più obiettivi: algoritmi genetici. Tecniche di Multi-criteria Decision Making applicate ai veicoli ibridi. Applicazione delle metodologie in ambiente Esteco-Modefrontier (2CFU)

 - Pinamonti P. “Motori, traffico e ambiente: emissioni inquinanti da Motori a Combustione Interna per autotrazione”, International Centre for Mechanical Sciences.

- Iora P. G. “Tecnologie per la mobilità sostenibile: Veicoli elettrici, ibridi e fuel cell”, Società Editrice Esculapio.

- Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer.

- Larminie J., Dicks A., “Fuel Cell Systems Explained” , Wiley.

- James Larminie, John Lowry, “Electric vehicle technology explained”, Wiley, 2012.

- Donateo, T, “Hybrid Electric Vehicles”, Intech (open access).

- Dispense del corso (Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente).

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Fonti e vettori energetici

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Conoscenza e comprensione:

- conoscenza delle principali fonti e vettori energetici e loro utilizzo negli impianti energetici

- principi di combustione

- leggi della termodinamica e della fluidodinamica applicate a sistemi zero-dimensionali e 1D.

- principi di funzionamento delle macchine a fluido all'interno dei sistemi energetici 

- tipologie di pompe, ventilatori e compressori e relative modalità di regolazione

- principi di funzionamento e modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

-  cicli di riferimento,  bilanci energetici e calcolo delle prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Capacità di applicare conoscenze e comprensione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- saper modellare i condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- stimare le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione

Autonomia di giudizio

- capacità di affrontare criticamente l'analisi di sistemi energetici reali

Abilità comunicative

- capacità di descrivere, anche mediante disegni schematici e mappe concettuali, il funzionamento delle principali macchine e dei sistemi energetici

- padroneggiare il linguaggio della comunita' scientifica italiana  e internazionale

Capacità di apprendimento

- Gli studenti devono acquisire la capacità critica di rapportarsi, con originalità e autonomia, alle problematiche tipiche della conversione dell'energia.

- Devono essere in grado di rielaborare, e di applicare autonomamente le conoscenze e i metodi appresi in vista di un’eventuale prosecuzione degli studi a livello superiore (laurea magistrale) o nella più ampia prospettiva di auto-aggiornamento culturale e professionale dell'apprendimento permanente.

Lezioni frontali alla lavagna;

Risoluzione di prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Materiale multimediale;

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame  sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere in 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare le leggi della termodinamica a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite dal dipartimento.

Per ogni altra informazione consultare la pagina del corso su formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Energetica

Definizioni, classificazioni e specifiche delle fonti e dei vettori energetici. La combustione.  I combustibili fossili. Bilanci di massa ed energia nei processi di combustione . 

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori . Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati .

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Problematiche di cavitazione, pompaggio e stallo. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione. Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia.

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati .

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale.

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati.

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore 

1. T. Donateo, "Macchine e sistemi energetici: guida allo studio e introduzione al calcolo", Libreriauniversitaria.it , 2020 (https://www.libreriauniversitaria.it/macchine-sistemi-energia-guida-studio/libro/9788833592220) 
2. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
3. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
5. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
6. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
7. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
8. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
9. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
10. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
11. Dispense e slide disponibili sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Conoscenze di base della termodinamica

Il corso presenta le principali tecnologie per la conversione dell'energia in ambito industriale, propulsivo e per la produzione di energia elettrica e ne analizza i criteri di scelta e l'impatto ambientale.

Fornire agli studenti conoscenze  tecnologiche sulle principali macchine operatrici e motrici e sulla loro applicazione in ambito industriale, propulsivo e per la produzione di energia elettrica. Gli studenti svilupperanno le competenze necessarie ad effettuare la scelta della macchina più idonea per le diverse applicazioni nonché acquisiranno gli strumenti per una valutazione di massima dell'impatto ambientale associato all'utilizzo delle tecnologie energetiche.

Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche anche mediante applicativi on-line e semplici software di calcolo.

Le conoscenze e le competenze acquisite saranno verificate mediante una prova scritta contenente esercizi e domande a risposta aperta.

Alla luce della situazione di emergenza COVID-19 le prove potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite dal dipartimento.

Fonti energetiche, vettori e combustibili. Impatto ambientale dei sistemi energetici.

Caldaie e generatori di vapore. Combustibili convenzionali, alternativi e biocombustibili.

Classificazione delle macchine e dei sistemi energetici.

Macchine operatrici e loro applicazioni. Criteri di scelta e cenni sulla regolazione. Impianti di pompaggio, ventilazione e compressione. 

Impianti motori e motori alternativi: prestazioni e applicazioni. 

Impianti per lo sfruttamento dell'energia geotermica, solare ed eolica.

Tecnologie per la propulsione e relativo impatto ambientale.

Problematiche di generazione dell'energia elettrica.

1. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
2. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
3. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
4. Dispense a cura del docente

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Conoscenza e comprensione:

- leggi della termodinamica e della fluidodinamica applicate a sistemi zero-dimensionali e 1D.

- principi di funzionamento delle macchine a fluido e la relativa classificazione

- tipologie di pompe, ventilatori e compressori e relative modalità di regolazione

- principi di funzionamento e modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

-  cicli di riferimento,  bilanci energetici e calcolo delle prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Capacità di applicare conoscenze e comprensione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- saper modellare i condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- stimare le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione

Autonomia di giudizio

- capacità di affrontare criticamente l'analisi di sistemi energetici reali

Abilità comunicative

- capacità di descrivere, anche mediante disegni schematici e mappe concettuali, il funzionamento delle principali macchine

- padroneggiare il linguaggio della comunita' scientifica italiana  e internazionale

Capacità di apprendimento

- Gli studenti devono acquisire la capacità critica di rapportarsi, con originalità e autonomia, alle problematiche tipiche della conversione dell'energia.

- Devono essere in grado di rielaborare, e di applicare autonomamente le conoscenze e i metodi appresi in vista di un’eventuale prosecuzione degli studi a livello superiore (laurea magistrale) o nella più ampia prospettiva di auto-aggiornamento culturale e professionale dell'apprendimento permanente.

Lezioni frontali alla lavagna;

Risoluzione di prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Materiale multimediale;

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame  sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere in 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare le leggi della termodinamica a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

ATTENZIONE: in relazione alle procedure previste per l'emergenza COVID-19, gli esami delle sessioni coinvolte (sessione fuori corso marzo 2020) si svolgeranno in remoto mediante piattaforma Microsoft teams. Gli studenti svolgeranno contestualmente la prova scritta e orale nella data prevista per l'orale. Per maggiori dettagli contattare la docente via email oppure iscriversi al team con il seguente codice: fhpxowh

Le prove relative alla sessione estiva 2010 potranno essere sostenute in presenza oppure tramite la piattaforma digitale Microsoft Teams sulla base delle indicazioni che di volta in volta verranno fornite dal dipartimento.

Per informazioni sull'uso della piattaforma, consultare la pagina https://www.unisalento.it/lezioni-online

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori (9 ore). Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati (4 ore).

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Problematiche di cavitazione, pompaggio e stallo. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione (9 ore). Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (6 ore).

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale (9 ore).

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore (2 ore)

1. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
2. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
3. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
5. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
6. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
7. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
8. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
9. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
10. Dispense e slide disponibili sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=484)

Sono richieste conoscenze di base di Meccanica Teorica e Applicata, Meccanica delle Vibrazioni e Meccatronica. E' consigliabile aver sostenuto l'esame di Macchine ed Energetica.

Normative sulle emissioni inquinanti in ambito automotive.  Cicli di guida. Modelli di traffico.

Sistemi di propulsione tradizionale e innovativi per la trazione stradale. Cenni sulle  applicazioni navali e aeronautiche. 

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi.  Richiami sui motori a combustione interna.  Modellazione control-oriented. Motori elettrici. Prestazioni ed efficienza. Modellazione control-oriented. Celle a combustibile.  Principi di funzionamento, parametri di scelta e modellazione. Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie. Principi di funzionamento, parametri di scelta e modelli.

Autonomia e prestazioni di veicoli ibridi ed elettrici.  Strategie di energy management. Ottimizzazione singolo e multi-obiettivo di powertrain ibridi.

Lo studente acquisirà conoscenze specifiche sulle problematiche di impatto ambientale da veicoli stradali e sul relativo contesto normativo nonché competenze metodologiche, tecnologiche e modellistiche sui sistemi avanzati di propulsione. Verranno fornite, inoltre, conoscenze sui criteri di scelta e sui paradigmi di modellazione dei convertitori di energia di powertrain avanzati (motori termici, motori/generatori elettrici, celle a combustibile, ecc.) nonché dei sistemi di accumulo meccanici, elettrici, pneumatici ed idraulici.  Si presenteranno le moderne tecniche di gestione energetica e ottimizzazione di tali powertrain  finalizzate alla minimizzazione del consumo e alla massimizzazione delle prestazioni.

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche con l'ausilio di software di simulazione.

La modalità di esame consiste in due prove:

- una prova scritta a risposte aperte  finalizzata a valutare le conoscenze acquisite sui contenuti del corso.

- lo svolgimento di un progetto individuale relativo al dimensionamento e/o alla modellazione e/o al controllo dei flussi energetici di un sistema avanzato di propulsione stradale. In questa prova si valuteranno le competenze acquisite dello studente e la sua capacità di applicarle ad un test case.

Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente. 

Emissioni inquinanti da motori a combustione interna per il trasporto stradale: meccanismi di formazione, sistemi di abbattimento, influenza delle condizioni reali di guida. Normative sulle emissioni inquinanti da veicoli stradali.  Portable Emission Measurement Systems. Impatto ambientale dei veicoli elettrici. Approcci tank-to-wheel, well-to-wheel e Life Cycle Assessment. (2CFU)

Sistemi innovativi di propulsione: veicoli elettrici ed ibridi, veicoli alimentati a combustibile gassoso e biocarburanti. Veicoli elettrici solari. Schemi di ibridizzazione di diverse tipologie di veicoli (passenger cars, macchine movimento terra, ecc.).  Cenni sulle applicazioni della propulsione ibrida nell’ambito aeronautico e navale. Infrastrutture e tecnologie di ricarica dei veicoli Plug-in.  Città intelligenti e mobilità sostenibile. (2CFU)

Paradigmi di modellazione dei powertrain di veicoli elettrici ed ibridi. Introduzione ai software Advisor e AVL Cruise. Modelli di traffico di tipo microscopico e macroscopico. Modellazione control-oriented dei singoli convertitori di energia: motori a combustione interna, macchine elettriche, celle a combustibile. Tecniche di scaling dei convertitori di energia.  (2CFU)

Sistemi di accumulo dell'energia. Batterie, supercondensatori, volani. Sistemi di accumulo idraulico  Principi di funzionamento, parametri di scelta, modalità di ricarica e modelli elettrici equivalenti. (1CFU)

Dimensionamento ed energy management di veicoli ibridi serie e parallelo. Autonomia elettrica ed effetto degli ausiliari.  Tecniche di controllo ottimo. Ottimizzazione a più obiettivi: algoritmi genetici. Tecniche di Multi-criteria Decision Making applicate ai veicoli ibridi. Applicazione delle metodologie in ambiente Esteco-Modefrontier (2CFU)

 - Pinamonti P. “Motori, traffico e ambiente: emissioni inquinanti da Motori a Combustione Interna per autotrazione”, International Centre for Mechanical Sciences.

- Iora P. G. “Tecnologie per la mobilità sostenibile: Veicoli elettrici, ibridi e fuel cell”, Società Editrice Esculapio.

- Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer.

- Larminie J., Dicks A., “Fuel Cell Systems Explained” , Wiley.

- James Larminie, John Lowry, “Electric vehicle technology explained”, Wiley, 2012.

- Donateo, T, “Hybrid Electric Vehicles”, Intech (open access).

- Dispense del corso (Il materiale didattico sarà reso disponibile sul portale formazione on line (https://formazioneonline.unisalento.it/course/view.php?id=481) al quale gli studenti interessati possono già accedere con le proprie credenziali studente).

Sufficiency in flight mechanics and aerospace propulsion. Knowledge of working principles and thermo-fluidodynamic processes of Fluid Machinery and Energy Systems

Conventional and advanced propulsion systems for aircraft

Overview

The objectives of the course is to present a unified modeling approach for conventional and advanced aircraft powertrains that takes into account the specifications and the performance of their main components (energy converters, energy storage systems, energy transformes) and the flight mechanic of the aircraft

Learning Outcomes; after the course the student should be able to

*Describe the working principle of propellers and internal combustion engines;

*Compare performance and fuel consumption of piston, Wankel and turbine engines in flight and at part load;

*Describe and compare conventional and advanced supercharging systems;

*Describe the advantages and disadvantages of more electric aircraft, more electric engines, hybrid electric aircraft;

* Describe the working principle and compare different technologies of electric machines and electri storage systems;

* Simulate and optimize the energy flows in advanced aircraft powertrains.

 written, project work

The exam consists of two parts  

the first part is a written test; the student is asked to illustrate one theoretical topic; it is aimed to verify to what extent the student has gained knowledge and understanding of the selected topic of the course and is able to communicate about his/her understanding;

the second part: a project works regarding the simulation and/or optimization of an advanced powertrain; it is aimed to determine to what extent the student has problem solving abilities and the capacity to integrate different concepts and tools.

Conventional and advanced propulsion systems for aircraft:  

Turboprop and piston-prop systems. Propeller theory and modeling. More Electric Aircraft. Hybrid electric aircraft. Electric flight: fuel cell systems versus battery-based powertrains (6 hours);

      Engines for aircraft:    

Theory and modeling of piston, wankel and gas turbine engines. Effect of load and altitude on the performance of internal combustion engines. Conventional and advanced turbocharging systems. Performance maps of engines and propellers. Willan’s line scaling model. (21 hours). Solution to assigned problems with computer based techniques (10 hours).

Electric machines:

Classifications, performance maps, simplified models. (6 hours)

      Secondary storage systems:

Battery and supercapacitor. Energy and power densities, nominal capacity, life cycles. Simplified models. Other storage systems. (6 hours)

      Energy management strategies:

Charge depleting and charge sustaining. Supervisory controllers for series and parallel hybrid electric power systems.  (6 hours)

      Modeling and optimization of advanced powetrains

Backward and forward paradigms. Optimization methods and tools. Evolutionary algorithms for single-objective, multi-objective and many-objective optimization (9 hours). Homework (18 hours).

[1] Handouts (intranet.unisalento.it).

[2] Saeed Farokhi, "Aircraft Propulsion", Wiley

 [3] Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer

[4] Heywood, "Internal Combustion Engines Fundamentals", McGraw-Hill

[5] Pilot’s Handbook of Aeronautical knowledge, chapter 7 (Aircraft Systems)

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di:

- conoscere i principi di funzionamento delle macchine a fluido e la relativa classificazione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- conoscere le applicazioni dei condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- conoscere le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti;

- conoscere le diverse tipologie di pompe, ventilatori e compressori e le relative modalità di regolazione

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione.

- conoscere i principi di funzionamento e le modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

- conoscere i cicli di riferimento, effettuare bilanci energetici e calcolare le prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Lezioni frontali alla lavagna;

Risoluzione di prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Materiale multimediale;

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame mediante il servizio Forum dell'area Intranet.

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere in 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare le leggi della termodinamica a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori.(9 ore). Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati (4 ore).

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione (9 ore). Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (6 ore).

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale (9 ore).

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore (2 ore)

1. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
2. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
3. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
5. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
6. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
7. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
8. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
9. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
10. Dispense e slide disponibili nell’area intranet ( https://intranet.unisalento.it)

Sufficiency in flight mechanics and aerospace propulsion. Knowledge of working principles and thermo-fluidodynamic processes of Fluid Machinery and Energy Systems

Conventional and advanced propulsion systems for aircraft

Overview

The objectives of the course is to present a unified modeling approach for conventional and advanced aircraft powertrains that takes into account the specifications and the performance of their main components (energy converters, energy storage systems, energy transformes) and the flight mechanic of the aircraft

Learning Outcomes; after the course the student should be able to

*Describe the working principle of propellers and internal combustion engines;

*Compare performance and fuel consumption of piston, Wankel and turbine engines in flight and at part load;

*Describe and compare conventional and advanced supercharging systems;

*Describe the advantages and disadvantages of more electric aircraft, more electric engines, hybrid electric aircraft;

* Describe the working principle and compare different technologies of electric machines and electri storage systems;

* Simulate and optimize the energy flows in advanced aircraft powertrains.

 written, project work

The exam consists of two parts  

the first part is a written test; the student is asked to illustrate one theoretical topic; it is aimed to verify to what extent the student has gained knowledge and understanding of the selected topic of the course and is able to communicate about his/her understanding;

the second part: a project works regarding the simulation and/or optimization of an advanced powertrain; it is aimed to determine to what extent the student has problem solving abilities and the capacity to integrate different concepts and tools.

Conventional and advanced propulsion systems for aircraft:  

Turboprop and piston-prop systems. Propeller theory and modeling. More Electric Aircraft. Hybrid electric aircraft. Electric flight: fuel cell systems versus battery-based powertrains (6 hours);

      Engines for aircraft:    

Theory and modeling of piston, wankel and gas turbine engines. Effect of load and altitude on the performance of internal combustion engines. Conventional and advanced turbocharging systems. Performance maps of engines and propellers. Willan’s line scaling model. (21 hours). Solution to assigned problems with computer based techniques (10 hours).

Electric machines:

Classifications, performance maps, simplified models. (6 hours)

      Secondary storage systems:

Battery and supercapacitor. Energy and power densities, nominal capacity, life cycles. Simplified models. Other storage systems. (6 hours)

      Energy management strategies:

Charge depleting and charge sustaining. Supervisory controllers for series and parallel hybrid electric power systems.  (6 hours)

      Modeling and optimization of advanced powetrains

Backward and forward paradigms. Optimization methods and tools. Evolutionary algorithms for single-objective, multi-objective and many-objective optimization (9 hours). Homework (18 hours).

[1] Handouts (intranet.unisalento.it).

[2] Saeed Farokhi, "Aircraft Propulsion", Wiley

 [3] Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer

[4] Heywood, "Internal Combustion Engines Fundamentals", McGraw-Hill

[5] Pilot’s Handbook of Aeronautical knowledge, chapter 7 (Aircraft Systems)

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di:

- conoscere i principi di funzionamento delle macchine a fluido e la relativa classificazione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- conoscere le applicazioni dei condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- conoscere le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti;

- conoscere le diverse tipologie di pompe, ventilatori e compressori e le relative modalità di regolazione

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione.

- conoscere i principi di funzionamento e le modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

- conoscere i cicli di riferimento, effettuare bilanci energetici e calcolare le prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Lezioni frontali alla lavagna;

Risoluzione di prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Materiale multimediale;

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame mediante il servizio Forum dell'area Intranet.

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere in 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare le leggi della termodinamica a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori.(9 ore). Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati (4 ore).

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione (9 ore). Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (6 ore).

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale (9 ore).

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore (2 ore)

1. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
2. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
3. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
5. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
6. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
7. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
8. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
9. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
10. Dispense e slide disponibili nell’area intranet ( https://intranet.unisalento.it)

Sufficiency in flight mechanics and aerospace propulsion. Knowledge of working principles and thermo-fluidodynamic processes of Fluid Machinery and Energy Systems

Conventional and advanced propulsion systems for aircraft

Overview

The objectives of the course is to present a unified modeling approach for conventional and advanced aircraft powertrains that takes into account the specifications and the performance of their main components (energy converters, energy storage systems, energy transformes) and the flight mechanic of the aircraft

Learning Outcomes; after the course the student should be able to

*Describe the working principle of propellers and internal combustion engines;

*Compare performance and fuel consumption of piston, Wankel and turbine engines in flight and at part load;

*Describe and compare conventional and advanced supercharging systems;

*Describe the advantages and disadvantages of more electric aircraft, more electric engines, hybrid electric aircraft;

* Describe the working principle and compare different technologies of electric machines and electri storage systems;

* Simulate and optimize the energy flows in advanced aircraft powertrains.

 written, project work

The exam consists of two parts  

the first part is a written test; the student is asked to illustrate one theoretical topic; it is aimed to verify to what extent the student has gained knowledge and understanding of the selected topic of the course and is able to communicate about his/her understanding;

the second part: a project works regarding the simulation and/or optimization of an advanced powertrain; it is aimed to determine to what extent the student has problem solving abilities and the capacity to integrate different concepts and tools.

Conventional and advanced propulsion systems for aircraft:  

Turboprop and piston-prop systems. Propeller theory and modeling. More Electric Aircraft. Hybrid electric aircraft. Electric flight: fuel cell systems versus battery-based powertrains (6 hours);

      Engines for aircraft:    

Theory and modeling of piston, wankel and gas turbine engines. Effect of load and altitude on the performance of internal combustion engines. Conventional and advanced turbocharging systems. Performance maps of engines and propellers. Willan’s line scaling model. (21 hours). Solution to assigned problems with computer based techniques (10 hours).

Electric machines:

Classifications, performance maps, simplified models. (6 hours)

      Secondary storage systems:

Battery and supercapacitor. Energy and power densities, nominal capacity, life cycles. Simplified models. Other storage systems. (6 hours)

      Energy management strategies:

Charge depleting and charge sustaining. Supervisory controllers for series and parallel hybrid electric power systems.  (6 hours)

      Modeling and optimization of advanced powetrains

Backward and forward paradigms. Optimization methods and tools. Evolutionary algorithms for single-objective, multi-objective and many-objective optimization (9 hours). Homework (18 hours).

[1] Handouts (intranet.unisalento.it).

[2] Saeed Farokhi, "Aircraft Propulsion", Wiley

 [3] Guzzella, Sciarretta, "Vehicle Propulsion Systems", Springer

[4] Heywood, "Internal Combustion Engines Fundamentals", McGraw-Hill

[5] Pilot’s Handbook of Aeronautical knowledge, chapter 7 (Aircraft Systems)

È propedeutico l’esame di Fisica Tecnica

Termofluidodinamica;

Introduzione alle macchine a fluido;

Macchine idrauliche operatrici;

Sistemi per la compressione dei gas;

Impianti motore;

Motori alternativi a combustione interna.

OBIETTIVI DEL CORSO: Fornire agli studenti del corso di laurea triennale in Ingegneria Industriale conoscenze di base sui sistemi per la conversione dell'energia e i relativi componenti con particolare riferimento alle problematiche di scelta, installazione e regolazione delle macchine a fluido e alla valutazione del rendimento di conversione dei principali impianti motore.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO:

Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di:

- conoscere i principi di funzionamento delle macchine a fluido e la relativa classificazione

- calcolare le proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nei sistemi energetici

- modellare il comportamento dei sistemi energetici mediante le leggi della termodinamica, le trasformazioni politropiche dei gas perfetti e la teoria degli ugelli

- conoscere le applicazioni dei condotti a sezione variabile (diffusori, effusori, eiettori e iniettori) e valutarne il funzionamento fuori progetto

- conoscere le perdite fluidodinamiche, termiche e meccaniche nelle macchine a fluidi e quantificarle attraverso opportuni rendimenti;

- conoscere le diverse tipologie di pompe, ventilatori e compressori e le relative modalità di regolazione

- scegliere le macchine più opportune per un impianto di pompaggio, ventilazione o compressione.

- conoscere i principi di funzionamento e le modalità di regolazione delle trasmissioni idrostatiche

- conoscere i cicli di riferimento, effettuare bilanci energetici e calcolare le prestazioni dei principali impianti motori (motori alternativi, impianti a vapore, impianti con turbina a gas)

Lezioni frontali alla lavagna;

Risoluzione di prove d'esame anche con l'ausilio di strumenti informatici (Excel, Matlab)

Materiale multimediale;

Discussione del materiale didattico e delle prove d'esame mediante il servizio Forum dell'area Intranet.

Scritto e orale

Nella prova scritta, consistente in tre o quattro esercizi numerici da svolgere in 3 ore, si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, la capacità di svolgere i calcoli e la capacità di applicare le leggi della termodinamica a sistemi reali.

Nell'esame orale si valuterà la conoscenza degli argomenti del corso, il grado di approfondimento e la capacità critica del candidato.

Termofluidodinamica:  

introduzione e richiami di termodinamica. Equazione di stato dei gas perfetti. Trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti. Trasformazioni di espansione e compressione con scambio di lavoro. Recupero e controrecupero. Elementi di meccanica dei fluidi. Flusso negli ugelli. Tubo di Venturi, ugello de Laval, prese dinamiche, eiettori ed iniettori.(9 ore). Svolgimento di esercizi sugli argomenti trattati (4 ore).

Introduzione alle macchine a fluido:

Classificazione delle macchine. Scambi di lavoro nelle turbomacchine. Equazione di Eulero. Cenni sui triangoli di velocità. Cicli di lavoro delle macchine volumetriche. Perdite nelle macchine e rendimenti (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Macchine idrauliche operatrici:

Impianti di pompaggio e di ventilazione. Criteri di scelta e installazione delle turbopompe e dei ventilatori.Curve caratteristiche. Metodi di regolazione. Funzionamento e regolazione delle pompe volumetriche. Attuatori lineari e rotativi. Trasmissioni idrostatiche (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Sistemi per la compressione dei gas:

Criteri di scelta e installazione dei compressori. Curve caratteristiche e cenni ai fenomeni di instabilità dei turbocompressori. Studio dettagliato dei compressori volumetrici alternativi e rotativi. Metodi di regolazione (9 ore). Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

Impianti motore:

Cicli di riferimento. Perdite e rendimenti. Studio dettagliato degli impianti a vapore. Analisi termodinamica ed exergetica. Cenni sul gruppo turbina. Impianti con turbina a gas, cicli combinati e cogenerativi. Parametri progettuali e di regolazione. Panoramica sui sistemi energetici innovativi per la produzione dell'energia (9 ore).

Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (6 ore).

Motori alternativi a combustione interna:

Cicli di riferimento. Classificazione e schemi costruttivi. Parametri di prestazione e curve caratteristiche. Criteri di scelta e campi di applicazione. Regolazione della potenza. Panoramica sui sistemi energetici per la propulsione e la trazione. Cenni sulle problematiche di impatto ambientale (9 ore).

 Svolgimento di esercizi e prove d’esame sugli argomenti trattati (4 ore).

 Esercitazione di laboratorio:

Rilievo della curva caratteristica di una turbopompa o di un ventilatore (2 ore)

1. Catalano, Napolitano, "Elementi di Macchine operatrici a fluido", Pitagora editrice, Bologna
2. Cornetti, Millo, "Macchine idrauliche-1", Il capitello
3. Cornetti, Millo, "Scienze termiche e macchine a vapore-2A", Il capitello
4. Cornetti, Millo, "Macchine a gas-2B", Il capitello
5. Dadone, "Macchine idrauliche", CLUT
6. Della Volpe, "Macchine", Liguori editore
7. Ferrari, "Motori a combustione interna", Il capitello, Torino
8. Lozza, "Turbine a gas e cicli combinati", Progetto Leonardo, Bologna
9. V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, "Macchine a fluido",CittàStudi Edizioni
10. Dispense e slide disponibili nell’area intranet ( https://intranet.unisalento.it)