IMPIANTI NAVALI B (CDL)

IMPIANTI NAVALI B (CDL)

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iten
Codice
56992
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
6 cfu al 3° anno di 8721 INGEGNERIA NAUTICA (L-9) LA SPEZIA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/02
LINGUA
Italiano
SEDE
LA SPEZIA (INGEGNERIA NAUTICA )
periodo
2° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

I più recenti orientamenti nella progettazione dei sistemi nautici di propulsione, generazione e controllo, vedono al primo posto la scelta di soluzioni che garantiscano affidabilità, potenza, ingombri ridotti, silenziosità e attenzione per l'ambiente. In questa ottica è inevitabile porre l'attenzione su macchine e dispositivi elettrici ed elettronici che, in questi ultimi anni, hanno sempre meglio risposto a tali requisiti e hanno permesso di elevare i livelli di comfort a bordo.

 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire all'allievo i criteri di scelta e di dimensionamento degli impianti elettrici e della strumentazione di automazione e di navigazione di una imbarcazione da diporto

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Enti Normatori e riferimenti normativi per i sistemi elettrici a bordo delle imbarcazioni da diporto.

Gli impianti elettrici a bordo delle navi. Sistemi elettrici per l’energia e per l’informazione.

Classificazione macchine elettriche. Aspetti progettuali e realizzativi delle diverse macchine elettriche.

Convertitori elettronici. Quadri elettrici, interruttori e dispositivi di protezione. Generatori elettrici, power plant, generazione a bordo da fonti rinnovabili. Generatori elettrochimici e accumulatori. Elementi di illuminotecnica. Elementi di telecomunicazioni.  Elementi di controllo e automazione. Redazione del bilancio elettrico in potenza ed energia, allo scopo di dimensionare la centrale di generazione e accumulo, nonche' per il dimensionamento dei conduttori e dei quadri elettrici del sistema di distribuzione di bordo.

PREREQUISITI

Analisi matematica, fisica (termodinamica ed elettromagnetismo), elettrotecnica

Modalità didattiche

Il corso è svolto dal docente mediante lezioni frontali alternate ad esercitazioni svolte in classe con il supporto del docente.

 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Argomenti trattati nella parte teorica

Principi di funzionamento delle macchine elettriche, interazione tra conduttori e campi magnetici. Gli impianti elettrici a bordo delle navi. Sistemi elettrici per l’energia e per l’informazione. Ricerche tematiche: presentazione degli argomenti per le proposte di ricerca su temi specifici del corso in oggetto, regole per la redazione degli elaborati e per la valutazione finale.

Rischio a bordo. Enti Normatori e riferimenti normativi per i sistemi elettrici a bordo delle imbarcazioni da diporto.

Classificazione macchine elettriche. Alimentazione da presa in banchina: caratteristiche e corrette procedure di collegamento.

Forze indotte e f.e.m. nei conduttori in movimento in presenza di campi magnetici. Anello di Pacinotti, dinamo e alternatori. Relazioni tra coppie polari, angoli meccanici, elettrici, numero giri e frequenze. Tipi di avvolgimento.

Tipologie di impianti elettrici di bordo: confronto tra impianti in corrente continua ed alternata , il concetto di “power plant”.

Trasformatori elettrici: principio costruttivo, lettura dei dati di targa, grado di protezione IP. Motori in CC, motore universale: principio costruttivo, classi di isolamento, lettura della curve caratteristiche e individuazione del punto di lavoro, circuiti di avviamento e controllo, applicazioni.

Rappresentazione delle grandezze elettriche nel tempo e per mezzo dei fasori. Potenza attiva e reattiva. Campi magnetici rotanti. Collegamenti a stella e a triangolo. Motore a induzione e motore sincrono: curve caratteristiche, dati di targa, circuiti di avviamento e controllo, applicazioni. Motori brushless. Analisi comparativa delle diverse tipologie di motori elettrici.

Tensioni e correnti di linea. Relazioni nei casi stella e triangolo. Dinamo: principio costruttivo, ambiti e limiti di utilizzo. Alternatore: principio costruttivo, ambiti e limiti di utilizzo. Gruppo elettrogeno. Elettrogeni aggiuntivi. Installazione degli elettrogeni. Generatore asse.

Convertitori elettronici. Gli inverter nel controllo dei motori. Schemi di distribuzione degli impianti elettrici: radiale semplice e composto. Tensioni di alimentazione tipiche per la nautica: classificazione degli impianti elettrici. Esempi. I quadri elettrici. Cavi per la trasmissione dei segnali elettrici e per il trasporto dell’energia elettrica: grado di isolamento, caratteristiche resistive e portata. Apparecchi di manovra: interruttori, pulsanti, deviatori. Codice cromatico per pulsanti ed indicatori luminosi. Arco elettrico. Relè elettromagnetici. Teleruttori. Protezioni dalle sovracorrenti e dalle dispersioni. Relè termico e elettromagnetico di massima corrente. Fusibili. L’interruttore differenziale.

Caratteristica del motore e del generatore asincrono, scorrimento. Fonti rinnovabili. Generatore eolico e ad elica trascinata. Energia solare e irraggiamento.

Diagrammi di irradiazione solare. Energia media annuale nei paesi europei. Irradiazione media in Italia a seconda dell’inclinazione dei pannelli. I pannelli solari fotovoltaici: principio di funzionamento, tipi di celle, applicazioni a bordo. Esempi di calcolo del dimensionamento degli impianti. Vantaggi e svantaggi dei pannelli fotovoltaici. Considerazioni pratiche sull’installazione a bordo.

Motori asincroni trifase e monofase. Circuiti di avviamento. Potenza elettrica, coppia e velocità di

rotazione. Reti logiche combinatorie e sequenziali. Variabili logiche, funzioni logiche e circuiti logici. Logica positiva e negativa. Sintesi delle reti logiche. Sensori, logiche di controllo, attuatori.

Generatori elettrochimici e accumulatori al piombo. Curve di carica e scarica. Altri tipi di accumulatori: batterie al FeNi, al NiCd, al NiMH ed a ioni di Litio e Litio Polimeri. Caratteristiche ed esempi. Pile a secco. Analisi comparativa delle diverse tipologie di accumulatori.

Protezione delle batterie di accumulatori. Calcolo della capacità di un accumulatore. Il rendimento in capacità ed in energia.

Elementi di illuminotecnica. La luce e il suo spettro. Sorgenti luminose. Grandezze fotometriche:  intensità luminosa, flusso luminoso, illuminamento, efficienza di una sorgente di luce. Temperatura di colore. Proprietà ottiche dei materiali. Strumenti per misure fotometriche. Tipi di lampade e loro caratteristiche. Lampade ad incandescenza e lampade alogene. Le lampade fluorescenti, schemi elettrici di innesco e mantenimento della scarica. Le lampade a vapori di mercurio e al sodio. Lampade a LED. Tabelle ISO per l’illuminazione di ambienti a seconda dell’uso cui sono destinati. Disposizione delle luci di navigazione. Fibre ottiche: teoria e principi costruttivi e di funzionamento.

Bus di campo, caratteristiche dei principali bus di campo utilizzati in ambito industriale e marittimo, con particolare riferimento a Profibus / Profinet. Cenni alla teoria della comunicazione su canali punto a punto o condivisi, problematiche del controllo in tempo reale. Alcuni esempi di dispositivi interfacciati a Profibus/Profinet.

 Bilancio elettrico in energia e dimensionamento delle batterie. Bilancio elettrico in potenza, dimensionamento dei generatori. Bilancio elettrico con indicazione della priorità e rilevanza di ciascun carico. Contenimento della richiesta di potenza garantendo i servizi di bordo. Esempio di bilancio elettrico per barca da diporto con propulsione diesel- elettrica.

 

Argomenti trattati durante le esercitazioni

Progettazione di semplici circuiti analogici e digitali di uso comune negli impianti di bordo: alimentatori lineari e switching, convertitori A/D e D/A. Progetto di massima di un impianto di distribuzione elettrica di bordo, con dimensionamento di conduttori e protezioni.

Redazione in classe di un bilancio elettrico in potenza ed energia per una imbarcazione tipo, con successivo progetto dell'impianto di generazione e accumulo di bordo.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Dispense e materiali didattici resi disponibili dal docente sul sito web del corso e proiettati a lezione [http://giglio.diten.unige.it/redmine/];

G. Carrera:  Dispense del corso di Impianti di bordo 2 ,  2008;

M.Giuffrida: Impianti elettrici e propulsione elettrica sulle navi,  2011;

Flaccavento: Elettrotecnica ed elettronica a bordo, 2014.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Il docente riceve gli studenti previo appuntamento stabilito via e-mail, sia presso il Polo Didattico di La Spezia che presso lo studio di Genova, Dipartimento DITEN, sito in via Opera Pia 11, quarto piano

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso è svolto dal docente mediante lezioni frontali alternate ad esercitazioni svolte in classe con il supporto del docente.

 

INIZIO LEZIONI

Le lezioni si svolgono nell'arco del secondo semestre nella mattina del martedì, dalle ore 9.00 alle ore 13.00.

Lezioni addizionali di recupero sono previste in caso di festività ricorrenti nella giornata di martedì o per assenze del docente.

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame e' articolato in due parti:

una prova scritta, alla quale potra' essere attribuita una valutazione fino a 20/30 (venti trentesimi); la prova scritta si ritiene superata per l'accesso alla prova orale, conseguendo una votazione maggiore o uguale a 8/30 (otto trentesimi); gli studenti che non conseguano tale votazione minima, o ritengano di volerla migliorare, potranno partecipare alla prova scritta della successiva data prevista in calendario esami;
una prova orale, alla quale potra' essere attribuita una valutazione fino a 11/30 (undici trentesimi);
la somma delle votazioni delle due prove costituira' la valutazione finale d'esame (31/30 rappresenta 30 con lode).

 

Modalità di iscrizione alla prova scritta

Per problemi di prenotazione delle aule e di stampa dei testi dello scritto, è obbligatorio iscriversi utilizzando la modalità on-line (dal portale dell’Ateneo servizi agli studenti), INDEROGABILMENTE ALMENO 3 GIORNI PRIMA del giorno della prova.

I candidati devono presentarsi allo scritto muniti di fogli protocollo a quadretti, penne, matite, gomma e e calcolatrice. E' consentito utilizzare appunti o testi e non sono ammessi palmari o telefonini.

Modalità di accertamento

La prova scritta riguardera' la compilazione o il completamento di un fac-simile di bilancio elettrico in potenza e/o energia, avendo a disposizione le caratteristiche di funzionamento di alcuni utilizzatori elettrici e i profili d'uso dell'imbarcazione.

Completato il bilancio elettrico, al candidato potra' essere richiesto di dimensionare la centrale di generazione di bordo, eventuali batterie di accumulatori e caricabatterie.

Basandosi sempre sul bilancio elettrico, al candidato potra' essere richiesto di ipotizzare una possibile configurazione semplificata dei quadri elettrici dell'impianto di distribuzione di bordo, con relativa ripartizione dei carichi, dimensionamento di cavi e conduttori, nonche' calcolo di interruttori e protezioni.

Progettazione di massima e disegno di schemi a blocchi per alcuni tra i principali dispositivi elettrici ed elettronici trattati a lezione.

La prova orale consistera' in domande su argomenti del programma svolto a lezione durante l'anno