Teoria potenziale in 3D. Secondo teorema di Green e fuzione di Green. Sorgenti e vortici. Il Metodo dei Pannelli.
Fondamenti di Turbolenza: fenomenologia e teoria di Kolmogorov. Decomposizione di Reynolds, modelli di turbolenza e metodi RANS.
Fondamenti di Fluidodinamica Numerica, metodi alle differenze finite ed ai volumi finiti. Problemi stazionari e non stazionari (metodi implici ed espliciti).

Dispense fornite dal docente.

Richiami di fluidodinamica: equazioni di governo per flussi viscosi e potenziali, forme adimensionali delle equazioni della fluidodinamica, gruppi adimensionali e problemi di similitudine, equazioni nella forma conservativa.
Metodi numerici basati sulla teoria potenziale: secondo teorema di Green, funzione di Green di spazio libero, potenziale di sorgente, velocità indotta da un vortice, elementi integrali di contorno, metodo dei pannelli.
Cenni sulla generazione della portanza su corpi aerodinamici. Profili alari e loro polari. Il caso di corpi 3D, la resistenza indotta, cenni alla teoria del filetto portante.
Elementi di analisi dei segnali: serie e trasformate di Fourier. Elementi di probabilità e statistica: densità di probabilità, momenti statistici, processi stocastici, spettri e correlazioni di segnali non deterministici, formule di Wiener.
Elementi di turbolenza: fenomenologia della turbolenza, cascata dell’energia e teoria di Kolmogorov. Approccio RANS: equazioni generali e principali modelli. Cenni alle tecniche LES.
Strato limite, metodi integrali e soluzioni simili (soluzioni di Blasius e Falkner-Skan). Strato limite turbolento.
Tecniche di discretizzazione e di integrazione: consistenza, accuratezza, convergenza e stabilità, metodi alle differenze finite, volumi finiti, cenni a metodi spettrali ed Elementi Finiti, schemi espliciti, impliciti, Crank-Nicholson, ADI. Esercitazioni pratiche mediante l’utilizzo di un codice industriale.

Il principale materiale didattico dell'insegnamento è costituito dalle dispense realizzate dal docente ed utilizzate durante le lezioni, reperibili dal sito del docente (link comunicato all’inizio del corso).

1-Introduzione al problema dello studio di un corpo galleggiante.
2-Introduzione ai metodi di calcolo opensource per la soluzione di un problema di tale problema.
3-Introduzione ai metodi a potenziale per lo stesso problema.
4-Analisi dei risultati

Durante il corso verrà fornito del materiale didattico

Descrizione, classificazione ed impieghi delle strutture offshore. Carichi agenti sulle strutture offshore verticali fisse (su palificazioni o tralicci) o vincolate cedevolmente, e sulle strutture offshore orizzontali (tunnel e condotte). Criteri di analisi e progetto di strutture offshore fisse (a traliccio, a colonna, cedevoli ecc.) e galleggianti. Progettazione secondo norme API. Fondamenti dell’analisi dinamica di strutture offshore e risposta strutturale a carichi random. Cenni di geotecnica marina e analisi delle fondazioni di strutture offshore.

• Renato Giannini – Teoria e Tecnica delle costruzioni civili – Edizioni Hoepli, 2011
• Claudio Bernuzzi, Progetto e Verifica delle strutture in Acciaio. Seconda Edizione, Ed. Hoepli
• Ioannis Vayas , John Ermopoulos. George Ioannidis, Design of Steel Structures to Eurocodes, Springer, 2019
• API RP 2A - Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design, American Petroleum Institute, 2002.
• Clauss G., Lehmann E., Ostergaard C., Offshore structures, Vol 1 Conceptual design and hydromechanics, Springer, 1992.
• Clauss G., Lehmann E., Ostergaard C., Offshore structures, Vol 2 Strength and safety for structural design, Springer, 1992.
• Chandrasekaran S., Dynamic analysis and design of offshore structures, Springer, 2018.
• Holand I., Gudmestad O.T., Design of offshore concrete structures, Spoon Press (Taylor & Francis), 2003.
• Reddy D.V., Swamidass A.S.J., Essentials of offshore structures, CRC Press, 2014.
• Chakrabarti S., Handbook of offshore engineering, Vol 1 and 2, Elsevier, 2006.

Classificazione delle macchine, principi di funzionamento delle macchine e degli impianti sede di processi di conversione energetica. Richiami di termodinamica e fluidodinamica applicate alle macchine. Energia e lavoro. Conversioni e trasformazioni energetiche. Equazioni di governo per lo studio delle macchine: conservazione della massa, della energia, della quantità di moto.
Macchine volumetriche alternative motrici e operatrici: diagrammi indicati limite e reali. Calcolo della portata e della potenza in relazione alle pressioni di aspirazione e mandata. Cenni sulla regolazione.
Turbomacchine: efflusso nei condotti delle turbomacchine, scambi di lavoro tra fluido e palettatura, triangoli delle velocità, grado di reazione.
Turbomacchine operatrici: pompe e compressori centrifughi e assiali, limiti imposti dalla cavitazione e dalla velocità del suono, curve caratteristiche, accoppiamento tra macchina e circuito. Operazioni con fluidi di interesse per applicazioni marine. Cenni sulla regolazione.
Turbine idrauliche: potenza e rendimento, tipologie per l’impiego in ambito marino, applicazioni per produzione di potenza da fonti rinnovabili marine.
Aeromotori: tipologie, scambio di lavoro tra fluido e palettatura, prestazioni, curve caratteristiche, applicazioni in ambito marino.
Turbine a fluido comprimibile: stadi assiali ad azione e reazione, rendimento di palettatura, condizioni ottimali, rendimento di stadio. Limiti di potenza, cenni sulla regolazione.
Impianti per produzione di potenza basati su turbina a gas. Analisi del ciclo base di riferimento, influenza dei parametri operativi del ciclo. Caratteristiche degli impianti reali. Impianti Combinati Gas-Vapore. Configurazioni impiantistiche, influenza dei parametri operativi del ciclo, prestazioni. Applicazioni per produzione di potenza in contesti marini.
Impianti per produzione di potenza basati su motori alternativi a combustione interna. Cicli termodinamici di riferimento, influenza dei parametri operativi del ciclo. Prestazioni impianti reali, applicazioni in ambito marino.
Impianti a fluido organico operanti secondo il ciclo di Rankine (ORC). Caratteristiche dei fluidi organici impiegati. Schema elementare di impianto, parametri che ne influenzano le prestazioni, surriscaldamento del vapore, rigenerazione termica. Macchine e apparecchiature impiegate nell’impianto, stato dell’arte, prospettive e linee di sviluppo.

CAPUTO C., “Gli impianti convertitori di energia”, ed. Masson, Milano, 1997,
CAPUTO C., “Le turbomacchine”, ed. Masson, Milano, 1994;
CAPUTO C., “Le macchine volumetriche”, ed. Masson, Milano, 1997.

Gli azionamenti elettrici nelle applicazioni marine: definizioni, schemi a blocchi funzionali; tipologie di motori elettrici e di convertitori elettronici di potenza; quadranti di lavoro; considerazioni sul comportamento termico e sui sistemi di raffreddamento della macchina e del convertitore.
Dinamica del sistema motore elettrico - carico e del sistema motore primo - generatore elettrico, funzione di trasferimento e diagramma a blocchi del sistema.
Convertitori statici per azionamenti elettrici: tipologie e caratteristiche generali; convertitori dc-dc, dc-ac, ac-dc.
Azionamenti con macchina in corrente continua: struttura, schema elementare, modello dinamico, espressione della coppia e caratteristiche meccaniche di una macchina in corrente continua; controllo di corrente e velocità.
Azionamenti con macchina sincrona: richiami su struttura e principio di funzionamento di una macchina sincrona; modello dinamico della macchina in variabili d-q-0; analisi del funzionamento in regime sinusoidale; strategie di controllo negli azionamenti elettrici con macchina sincrona.
Azionamenti con motore ad induzione trifase: richiami su struttura e principio di funzionamento di una macchina asincrona trifase; modello dinamico della macchina in variabili d-q-0; analisi del funzionamento in regime sinusoidale; strategie di controllo negli azionamenti elettrici con macchina asincrona.

Control of Electric Machine Drive Systems - Seung-Ki Sul - WILEY
https://ieeexplore.ieee.org/book/5675908
Testo disponibile tramite sistema SBA di Ateneo

Il corso si propone di fornire i criteri per la progettazione delle strutture meccaniche in presenza di carichi affaticanti e del dimensionamento e dei riferimenti normativi legati a vari elementi meccanici frequentemente utilizzati in installazioni off-shore.
Il programma del corso affronta le seguenti tematiche:
• Progettazione a fatica delle strutture meccaniche
• Dimensionamento dei recipienti in pressione
• La trasmissione attraverso l’utilizzo di ruotismi e di organi flessibili (cinghie e catene)
• Gli organi flessibili per il sollevamento
• Gli apparecchi di sollevamento

G.Nerli, M. Pierini, Costruzione di Macchine, Esculapio Editore, 2015
J.E. Shigley, Progetto e costruzione di macchine. McGraw-Hill Education; 2020
A. De Paulis, P. Forte, F. Frendo, E. Manfredi. Costruzione di macchine. Criteri di base e applicazioni principali, Pearson, 2019

SCOPO DEL CORSO: Il Corso di Tecnologia Meccanica fornisce allo studente le conoscenze di base delle principali tecnologie di lavorazione meccanica. Nello specifico, il corso si propone di illustrare, trasversalmente, i tradizionali processi di trasformazione e lavorazione meccanica, partendo dallo studio delle proprietà dei materiali e delle relative tecniche di caratterizzazione e arrivando ad un’analisi dettagliata delle tecnologie e dei relativi parametri di lavorazione, nonché del contesto produttivo in cui esse si inseriscono. Il corso vuole quindi fornire allo studente tutti gli strumenti per definire il ciclo di lavorazione di un componente e evidenziare i legami tra i parametri del processo, le proprietà del materiale grezzo e le proprietà finali del semilavorato/prodotto finito. I contenuti del corso verseranno, in una prima parte introduttiva, sullo studio e sulla comprensione delle proprietà micro/macroscopiche dei materiali e delle relative tecniche di analisi. Successivamente verranno prese in esame le principali tecnologie di lavorazione, quali i processi di fabbricazione per fusione, le lavorazioni per deformazione plastica e le tecnologie di giunzione. Ogni singola tecnologia di lavorazione verrà analizzata in termini di principio di funzionamento, tipologia di contesto produttivo e criticità tecnologica.

PROGRAMMA DETTAGLIATO DEL CORSO: Introduzione al corso. Panoramica dei processi produttivi e delle tecnologie di trasformazione. Metrologia e controllo dimensionale. Accuratezza e tolleranza dimensionale, tolleranza geometrica. Principali proprietà dei materiali di interesse tecnologico. Prove per la determinazione e la misura delle proprietà meccaniche dei materiali: Trazione, Compressione, Flessione, Fatica. Le lavorazioni per fusione. La fusione e la solidificazione dei getti. I difetti di fonderia. Processi di colata in forma transitoria. Processi di colata in forma permanente. Formatura in terra, in conchiglia, sottovuoto, pressofusione, centrifuga e cera persa. Cenni sulla progettazione di anime e modelli. Cenni sul dimensionamento del sistema di alimentazione. Raffreddatori. Sovrametalli. Aspetti tecnico economici dei processi di fonderia. Le lavorazioni per deformazione plastica. La teoria della plasticità. I processi di deformazione massiva. Forgiatura e stampaggio. Metodo dello slab. Ciclo di stampaggio. Difetti di forgiatura. Progetto degli stampi. Presse e magli. Laminazione. La meccanica del processo di laminazione piana. I difetti dei prodotti laminati. Estrusione: generalità e attrezzature. Trafilatura: generalità e attrezzature. Processi di collegamento. Caratteristiche dei giunti saldati. Saldatura autogena ed eterogena. Saldatura a gas. Saldature ad Arco. Saldature per resistenza. Saldature allo stato solido. Saldatura laser. Saldatura plasma. Saldatura con fascio elettronico. Altre tecniche di saldatura. Incollaggio. Rivettatura e chiodatura. Processi di collegamento in ambiente marino.

Testo: Tecnologia meccanica. Ediz. mylab. Con e-text. Con espansione online di Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid
Editore: Pearson
Collana: Ingegneria
Edizione: 2
Data di Pubblicazione: settembre 2014
EAN: 9788865183748
ISBN: 8865183748
Pagine: XIV-872
Formato: prodotto in più parti di diverso formato

Processi di Collegamento. Caratteristiche dei giunti saldati. Saldatura autogena ed eterogena. Saldatura a
gas. Saldature ad Arco. Saldature per resistenza. Saldature allo stato solido. Saldatura laser. Saldatura
plasma. Saldatura con fascio elettronico. Altre tecniche di saldatura. Incollaggio. Rivettatura e chiodatura.
Processi di collegamento in ambiente marino.

Dispense del corso

Analisi dei sistemi lineari
Sistemi dinamici lineari e stazionari. Rappresentazioni ingresso-uscita e ingresso-stato-uscita. Evoluzione libera: matrice di transizione dello stato, modi naturali. Stabilità asintotica. Evoluzione forzata: risposta impulsiva, funzione di trasferimento. Relazioni tra autovalori e poli. Regime permanente e risposta armonica. Sistemi in retroazione.
Sintesi di controlli automatici per sistemi lineari
Il controllo automatico a retroazione: esempi, struttura e proprietà fondamentali. Precisione di risposta: tipo del sistema e relative condizioni. Limitazioni sull'errore a regime permanente. Reiezione dei disturbi: astatismo e relative condizioni. Attenuazione dei disturbi. Specifiche sulla risposta transitoria e legami con la risposta armonica ad anello aperto.
Progetto nel dominio della frequenza: funzioni compensatrici elementari; sintesi delle funzioni compensatrici mediante rappresentazioni grafiche della risposta in frequenza. Progetto nel dominio del tempo: proprietà strutturali (raggiungibilità e osservabilità); assegnazione degli autovalori e stabilizzazione mediante retroazione dallo stato; osservatore asintotico o rilevatore dello stato; assegnazione degli autovalori e stabilizzazione mediante retroazione dall'uscita.
Regolatori industriali PID
Studio e applicazioni delle tecniche di sintesi studiate al controllo di strutture offshore. Progettazione e simulazione di controllori mediante MATLAB/Control System Toolbox e Simulink.

Paolo Bolzern, Riccardo Scattolini, Nicola Schiavoni, "FONDAMENTI DI CONTROLLI AUTOMATICI 4/ED", Mc Graw Hill

Fondamenti di Ingegneria Oil & Gas: cenni all’ingegneria dei giacimenti ed ai processi di perforazione ed estrazione, il ciclo di vita di una iniziativa nel settore estrattivo, impianti sottomarini e di superficie per l’estrazione, pretrattamento e trasporto di idrocarburi (classificazione e descrizione e operazioni di processo realizzate). Costi industriali: analisi e classificazione. Elementi costitutivi (layout, schemi di processo e componenti) e criteri di progetto di impianti di processo per applicazioni offshore.

Dispense distribuite dal docente caricate sul sito Moodle.

Fondamenti di Ingegneria Oil & Gas: cenni all’ingegneria dei giacimenti ed ai processi di perforazione ed estrazione, il ciclo di vita di una iniziativa nel settore estrattivo, impianti sottomarini e di superficie per l’estrazione, pretrattamento e trasporto di idrocarburi (classificazione e descrizione e operazioni di processo realizzate). Costi industriali: analisi e classificazione. Elementi costitutivi (layout, schemi di processo e componenti) e criteri di progetto di impianti di processo per applicazioni offshore.

Dispense distribuite dal docente caricate sul sito Moodle.

Elementi di metereologia: natura del vento, variabilità, turbolenza, eventi estremi
Aerodinamica delle turbine eoliche ad asse orizzontale: disco attuatore, teoria del disco rotorico, BEMT, geometria di pala, effetti del numero finito di pale, curve di prestazione
Progettazione delle turbine ad asse eolico orizzontale: normativa, progettazione di base, carichi estremi, fatica, dinamica del rotore, dimensionamento di navicella e torre, progettazione concettuale, effetto della gravità, trasmissione, modelli economici, progettazione delle pale e della trasmissione.
Controllo: strategie di controllo di potenza, controllo di vibrazioni
Installazione e realizzazione di farm, turbine offshore a fondazione fissa e galleggianti

Jenkins, N., Burton, T. L., Bossanyi, E., Sharpe, D., & Graham, M. (2021). Wind energy handbook. John Wiley & Sons.

Analisi delle diverse fonti energetiche di interesse nell’ambito dell’ambiente marino: valutazione della disponibilità delle fonti, descrizione ed analisi dei diversi sistemi di captazione e relativi impianti.

Energia eolica: stima della disponibilità della risorsa, tipologie di macchine disponibili, principio di estrazione del lavoro, prestazioni, problemi tecnologici e di installazione, impatto ambientale.

Energia dal moto ondoso. sistemi a colonna d’acqua oscillante, sistemi a corpo oscillante, sistemi overtopping. Macchine e dispositivi per la produzione di potenza: stato dell’arte e linee di sviluppo.

Energia dalle maree: sistemi a sbarramento: impianti a singolo bacino e a doppio bacino, caratteristiche del macchinario utilizzato, stato dell’arte e sviluppi futuri. Turbine per correnti di marea: tipologie sviluppate, stato dell’arte, linee di sviluppo.

Energia termica (OTEC): sistemi a ciclo chiuso, aperto ed ibrido. Cicli termodinamici di riferimento e fluidi di lavoro. Stato dell’arte e linee di sviluppo.

Energia osmotica: sistemi basati su processi PRO (Pressure-Retarded Osmosis), stato dell’arte e prospettive future.

Biomasse: biocombustibili dal mare.

Domenico Coiro; Tonio Sant, “Renewable Energy from the Oceans: From wave, tidal and gradient systems to offshore wind and solar”, IET Digital Library, 2019

Simon Neill, M Reza Hashem, “Fundamentals of Ocean Renewable Energy”, Elsevier Academic Press, 2018

Bernard Multon, “Marine Renewable Energy Handbook”, Wiley-ISTE, 2013

Daniele Cocco, Pierpaolo Puddu, “Tecnologie delle energie rinnovabili”, S.G.E., 2016

Concetto di misura e catena di misura. Grandezze fisiche, loro dimensioni e sistemi di unità di misura. Classificazione degli strumenti e caratteristiche metrologiche statiche e dinamiche. Caratterizzazione del comportamento dinamico degli strumenti di misura: sistemi del I ordine, sistemi del II ordine.
Elementi di statistica applicata alle misure: errori ed incertezza di misura, valutazione e propagazione degli errori. Normativa nazionale ed internazionale sulla stima dell’incertezza di misura.
Qualità e riferibilità delle misure. Taratura degli strumenti e metodi di interpolazione.
Strumenti terminali analogici e digitali. Oscilloscopio. Multimetro.
Ponte di Wheatstone e circuiti volt-amperometrici. Adattamento di impedenza. Amplificatori e filtri.
Cenni di analisi dei segnali e risposta in frequenza dei sistemi. Sistemi automatici di acquisizione dati e strumentazione virtuale: Campionamento, Aliasing, Cenni alla programmazione e all’uso di strumentazione virtuale.
Sensori e trasduttori. Misure di lunghezza e spostamento: strumenti meccanici, ottici ed elettrici; LVDT e trasduttori senza contatto.
Misure di Livello. Cenni sui sistemi ad ultrasuoni per misure di distanze e profili.
Cenni sulle misure di conduttività elettrica e salinità.
Misure di deformazione: estensimetri meccanici, elettrici a resistenza ed ottico-meccanici. determinazione di sollecitazioni semplici.
Misure di massa e forza. Torsiometri. Cenni sulle misure di potenza.
Misure di pressione: manometri a liquido e metallici e loro taratura. Cenni sulle misure di profondità.
Misure di velocità. Misure di velocità di fluidi: tubo di pitot, trasduttore a ventolina, anemometro a filo caldo.
Misure di velocità per mezzo di sistemi ad ultrasuoni: elementi di velocimetria doppler.
Misure di portata.
Misure di Temperatura: temperatura termodinamica; ITS 90; termometri primari. Termometro a gas, a liquido, termometri metallici e a vapor saturo. Termometri elettrici a resistenza e relativi circuiti di utilizzo. Termocoppie. Cenni sui pirometri.
Misure di vibrazione e accelerazione. Trasduttori piezoelettrici, relative catene di misura e taratura.
Cenni alle misure dello stato del mare.

• Francesco Paolo Branca "Misure Meccaniche" E.S.A. Editrice, 1980.
• Marc Le Menn, Instrumentation and Metrology in Oceanography, ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc. 2012.
• Rinaldo Vallascas "Fondamenti di Misure Meccaniche e Termiche. Grandezze statiche e sistemi" Hoepli 2008.
• Rinaldo Vallascas e Federico Patané "Misure Meccaniche e Termiche. Grandezze tempo-varianti" Hoepli 2007.
• W. Navidi, Probabilità e statistica per l'ingegneria e le scienze, Mc Graw Hill,2006.
• Beckwith T.G., Marangoni R.D. & Lienhard J.H, Mechanical Measurements, Pearson Prentice Hall, 2007.
• R. S. Figliola, D. E. Beasley, Theory and Design for Mechanical Measurements, 6th Edition, Wiley, 2015.

Stima dei costi, analisi economica e di redditività dei sistemi di produzione marini. Studio di fattibilità di iniziative industriali nel settore marino. Tecniche decisionali per la pianificazione di iniziative industriali in regime deterministico ed aleatorio. Cenni di cantieristica, metodologie e processi di fabbricazione di strutture marine. Criteri di pianificazione e gestione dei progetti e di gestione delle commesse di fabbricazione di strutture marine. Analisi affidabilistica e di disponibilità di sistemi, impianti e strutture marine. Metodologie di pianificazione e gestione della manutenzione dei sistemi marini. Analisi del rischio di impianti offshore e sicurezza di processo con enfasi sugli incidenti rilevanti.

Dispense distribuite dal docente caricate sul sito Moodle.

Fondamenti di Ingegneria Oil & Gas: cenni all’ingegneria dei giacimenti ed ai processi di perforazione ed estrazione, il ciclo di vita di una iniziativa nel settore estrattivo, impianti sottomarini e di superficie per l’estrazione, pretrattamento e trasporto di idrocarburi (classificazione e descrizione e operazioni di processo realizzate). Costi industriali: analisi e classificazione. Elementi costitutivi (layout, schemi di processo e componenti) e criteri di progetto di impianti di processo per applicazioni offshore.

Dispense distribuite dal docente caricate sul sito Moodle.

Architetture per la conversione della potenza elettrica nella generazione da fonti rinnovabili marine e relative strategie di regolazione:
• eolico off-shore
• fotovoltaico off-shore
• correnti marine e moto ondoso
• maree
Classificazione e analisi in funzione della potenza generata e dei livelli della tensione elettrica.
Trasporto della potenza elettrica da off-shore a on-shore, in corrente alternata e in corrente continua.
Modalità di funzionamento in isola e grid-connected.

Testi disponibili gratuitamente tramite sistema SBA di Ateneo a complemento del materiale fornito dal docente.

https://ingegneria.el.uniroma3.it/

https://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?bknumber=6047595

https://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?bknumber=6381785