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Fabrizio PALTRINIERI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: AUTOMAZIONE A FLUIDO
Tecnologie per l'industria intelligente (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso intende fornire le conoscenze e le competenze di base per la comprensione delle principali caratteristiche costruttive e modalità di funzionamento dei componenti e dei sistemi comunemente impiegati nelle applicazioni tipiche del settore fluid power.
Al termine dell'insegnamento di “Automazione a Fluido” lo studente dovrebbe essere in grado di:
- conoscere e comprendere le principali caratteristiche tecniche e funzionali dei circuiti oleoidraulici comunemente impiegati nei sistemi di automazione a fluido e dei loro componenti fondamentali (macchine volumetriche operatrici e motrici, attuatori lineari e semi-rotativi, valvole direzionali e di controllo della pressione e della portata);
- applicare le conoscenze e le capacità di comprensione acquisite per identificare, descrivere, analizzare e valutare le caratteristiche funzionali e i parametri prestazionali relativi alle diverse configurazioni dei suddetti circuiti oleoidraulici e dei loro componenti;
- comunicare efficacemente nozioni, concetti e modelli relativi alle principali tipologie di macchine, componenti di regolazione e circuiti oleoidraulici per applicazioni nel settore dell’automazione a fluido.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Conoscenze di base relative alle nozioni e ai concetti fondamentali della Fisica Tecnica, della Fluidodinamica Industriale, del Disegno Meccanico e della Meccanica Applicata alle Macchine.
Più in dettaglio, gli studenti dovranno conoscere le definizioni delle principali grandezze fisiche e dei raggruppamenti adimensionali impiegati in fluidodinamica (pressione, velocità, densità, portata massica e volumetrica, tensione tangenziale, numero di Reynolds e di Froude), con le relative unità di misura, e le caratteristiche fondamentali delle diverse tipologie di moto dei fluidi (laminare, turbolento e transizionale).
Inoltre, dovranno essere in grado di leggere e di interpretare correttamente il disegno tecnico di un assieme o di un componente meccanico e di saperne identificare e comprendere le caratteristiche costruttive e funzionali.
Programma del corso
Il numero delle ore di lezione dedicate ai singoli argomenti dell’insegnamento è da intendersi come puramente indicativo. Infatti, durante lo svolgimento delle lezioni del corso, ci potranno essere delle variazioni sulla base delle interazioni con gli studenti.
- I fluidi oleoidraulici (6 ore): classificazione delle principali tipologie di fluidi utilizzati nei sistemi di automazione a fluido (oli minerali, fluidi resistenti alla fiamma e sintetici) e delle loro caratteristiche e proprietà fondamentali (viscosità dinamica e cinematica, densità, temperature caratteristiche e modulo di comprimibilità).
- La simbologia oleoidraulica (4 ore): principi per l'impiego dei simboli fondamentali e regole per la loro disposizione funzionale, da utilizzare per la corretta rappresentazione degli schemi relativi ai circuiti oleoidraulici e pneumatici (normative tecniche di riferimento: UNI ISO 1219-1:1994 e UNI ISO 1219-2:1998).
- Circuiti oleoidraulici (4 ore): classificazione delle principali tipologie di circuiti oleoidraulici (gruppi generatori, gruppi attuatori lineari e rotativi). Presentazione, lettura e comprensione di alcuni esempi di circuiti oleoidraulici elementari e complessi.
- Macchine volumetriche operatrici (8 ore): simbologia di rappresentazione, classificazione generale, nomenclatura e formule teoriche per lo studio del funzionamento delle macchine volumetriche operatrici. Relazioni fondamentali per la definizione dei rendimenti (volumetrico, idro-meccanico e totale) e loro andamento al variare delle condizioni operative della macchina. Presentazione e descrizione dettagliata di alcuni esempi significativi di architetture costruttive relative a pompe volumetriche rotative (a palette e ad ingranaggi esterni) e alternative (monocilindriche, a semplice e a doppio effetto, e pluricilindriche, a pistoni assiali e radiali).
- Attuatori lineari e semi-rotativi (8 ore): simbologia di rappresentazione, classificazione generale, nomenclatura e formule teoriche per lo studio del funzionamento degli attuatori lineari e semi-rotativi. Relazioni fondamentali per la definizione dei rendimenti (volumetrico, meccanico e totale) e loro andamento al variare delle condizioni operative dell’attuatore. Presentazione e descrizione dettagliata di alcuni esempi significativi di architetture costruttive di cilindri oleoidraulici a semplice e a doppio effetto (standard, a stelo passante e differenziali) e semi-rotativi.
- Macchine volumetriche motrici (6 ore): simbologia di rappresentazione, classificazione generale, nomenclatura e formule teoriche per lo studio del funzionamento delle macchine volumetriche motrici. Relazioni fondamentali per la definizione dei rendimenti (volumetrico, idro-meccanico e totale) e loro andamento al variare delle condizioni operative della macchina. Presentazione e descrizione dettagliata di alcuni esempi significativi di architetture costruttive relative a motori volumetrici rotativi (ad ingranaggi esterni, a palette e orbitali) e alternativi (a pistoni assiali, a corpo e a piastra inclinata, e a pistoni radiali).
- Valvole oleodinamiche (6 ore): simbologia di rappresentazione, classificazione generale, architettura costruttiva, modalità di funzionamento e curve caratteristiche delle principali tipologie di valvole oleodinamiche di controllo della pressione, della portata e direzionali.
- Esercitazioni in laboratorio (12 ore): esercitazioni pratiche al computer, finalizzate allo sviluppo di fogli di calcolo per la stima e la valutazione delle proprietà dei fluidi oleoidraulici e per l’analisi del funzionamento e la previsione delle prestazioni di macchine, componenti di regolazione e circuiti oleoidraulici elementari, comunemente impiegati nei sistemi di automazione a fluido.
Metodi didattici
L'insegnamento si svolge in presenza ed è erogato in lingua italiana. I metodi didattici comprendono:
- lezioni frontali, aventi per oggetto i contenuti teorici del corso, che vengono svolte mediante l’ausilio di mezzi audiovisivi (principalmente presentazioni con slides dotate di animazioni);
- esercitazioni pratiche al computer, svolte presso i laboratori informatici del DISMI, finalizzate allo sviluppo di fogli di calcolo per la stima e la valutazione delle proprietà dei fluidi oleoidraulici e per l’analisi del funzionamento e la previsione delle prestazioni di macchine, componenti di regolazione e circuiti oleoidraulici elementari, comunemente impiegati nei sistemi di automazione a fluido.
La frequenza alle lezioni frontali teoriche e alle esercitazioni pratiche in laboratorio è facoltativa.
Inoltre, previo appuntamento concordato tramite e-mail, il docente del corso riceve gli studenti per fornire chiarimenti e tutoraggio personalizzato.
Testi di riferimento
Testi di riferimento:
1) G. Cantore - “Macchine” - Casa editrice: Esculapio, Bologna - 1999.
2) N. Nervegna - “Oleodinamica e Pneumatica” - Vol. 1, 2, 3 - Casa editrice: Politeko, Torino - 2003.
3) G.L. Zarotti, R. Paoluzzi - “Oleodinamica” - Casa editrice: Imamoter - C.N.R., Ferrara - 2004.
4) G. Forneris - “L’oleoidraulica nell’ambito Industriale e Mobile” - Casa editrice: Assofluid, Milano - 2004.
5) A. Bucciarelli, H. Speich - “Manuale di Oleodinamica” - Casa editrice: Tecniche Nuove Edizioni, Milano - 2018.
Inoltre, durante lo svolgimento del corso e nel rispetto dei diritti d’autore, il docente metterà a disposizione degli studenti presentazioni, appunti e dispense che costituiranno parte integrante del programma di esame. Questo ulteriore materiale didattico sarà caricato sulla piattaforma integrata di Ateneo per la didattica, Teams-Moodle (https://moodle.unimore.it).
Testi di consultazione:
1) J.F. Blackburn, G. Reethof, J.L. Shearer - “Fluid Power Control” - Casa editrice: The Technology Press of M.I.T., New York (USA), 1960.
2) H.E. Merritt - “Hydraulic Control Systems” - Casa editrice: John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey (USA) - 1991.
3) J. Ivantysyn, M. Ivantysynova - “Hydrostatic Pumps and Motors: Principles, Design, Performance, Modelling, Analysis, Control and Testing” - Casa editrice: Tech Books International, Gautam Buddh Nagar (India) - 2003.
4) N.D. Manring, R.C. Fales - “Hydraulic Control Systems” - Casa editrice: John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey (USA) - 2019.
Verifica dell'apprendimento
L'esame si svolgerà al termine dell’insegnamento, secondo il calendario ufficiale degli appelli d’esame che, con congruo anticipo, sarà pubblicato dal docente del corso sul sito Esse3 (https://www.esse3.unimore.it). La prova finale unica dovrà essere svolta dai candidati in forma scritta, utilizzando esclusivamente i fogli protocollo a quadretti messi a disposizione dal docente, e, normalmente, sarà caratterizzata da una durata massima di due ore.
La prova d’esame sarà costituita da tre quesiti teorici, volti a verificare il conseguimento, da parte dello studente, dei risultati di apprendimento attesi al termine del corso. Il candidato dovrà fornire risposte aperte in forma di testo, eventualmente corredato anche da disegni, tabelle, schemi e relazioni analitiche. Durante l'esecuzione della prova, al candidato non sarà permesso l’utilizzo di dispositivi elettronici e/o informatici di nessuna tipologia, nonché di appunti, libri, dispense e/o manuali. Sul testo della prova d'esame saranno indicati i punteggi massimi che potranno essere ottenuti, rispondendo correttamente a ciascuno dei suddetti tre quesiti.
Gli indicatori di valutazione della prova sono costituiti da:
- capacità di utilizzare e di collegare le conoscenze;
- capacità di discutere e di approfondire gli argomenti;
- padronanza della terminologia tecnica del settore;
- capacità di sintesi, ordine e chiarezza espositiva.
Il voto conseguito al termine dell’esame sarà dato dalla somma dei punteggi ottenuti per i tre quesiti teorici con risposta aperta (un punteggio uguale o superiore a 31 comporta l’ottenimento del voto: 30 e lode). I risultati finali della prova saranno comunicati dal docente entro e non oltre una settimana a partire dalla sua data di esecuzione e la loro pubblicazione avverrà tramite il sito Esse3.
Risultati attesi
1) Conoscenza e capacità di comprensione
- Conoscere, elencare e descrivere la classificazione delle diverse tipologie di fluido operatore comunemente impiegate nelle applicazioni oleoidrauliche e la definizione delle loro principali proprietà fisico-chimiche e delle relative unità di misura.
- Leggere lo schema di un circuito oleoidraulico, rappresentato seguendo le indicazioni proprie della normativa UNI ISO 1219, identificandone i principali componenti.
- Leggere il disegno costruttivo di una macchina o di un componente per applicazioni nel settore oleoidraulico, sapendone identificare l’architettura costruttiva, gli elementi costitutivi e le loro funzioni fondamentali.
- Conoscere le relazioni analitiche utili per studiare il funzionamento delle macchine volumetriche operatrici e motrici, degli attuatori lineari e semi-rotativi, delle valvole direzionali e di controllo della pressione e della portata.
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate
- Riconoscere e identificare chiaramente la struttura generale e le funzioni fondamentali delle principali tipologie di circuito oleoidraulico per applicazioni nel settore dell’automazione a fluido.
- Selezionare le tipologie di fluido oleoidraulico, delle macchine e dei componenti di regolazione più idonei da impiegare all’interno di un circuito oleoidraulico in funzione delle specifiche tecniche di progetto e delle normative tecniche di riferimento del settore di applicazione.
- Applicare semplici relazioni analitiche per studiare il funzionamento e per stimare le prestazioni, in condizioni stazionarie, delle macchine volumetriche operatrici e motrici, degli attuatori lineari e semi-rotativi, delle valvole direzionali e di controllo della pressione e della portata.
3) Autonomia di giudizio
- Analizzare e valutare le soluzioni progettuali più idonee al fine di ottimizzare le prestazioni delle macchine volumetriche operatrici e motrici, degli attuatori lineari e semi-rotativi, delle valvole direzionali e di controllo della pressione e della portata.
- Esprimere un giudizio critico sui fattori fondamentali che possono causare le principali problematiche di funzionamento tipiche di una macchina o di un componente per applicazioni nel settore oleoidraulico.
4) Abilità comunicative
- Conoscere la terminologia tecnica più idonea per descrivere in modo corretto e appropriato: la struttura di un circuito oleoidraulico e le caratteristiche tecniche e funzionali dei componenti dei quali è composto; l’architettura costruttiva e le modalità di funzionamento delle principali tipologie di macchine e di componenti oleoidraulici.
- Esprimere in modo corretto e logico le proprie conoscenze, riconoscendo l’argomento richiesto e rispondendo in modo puntuale e completo alle domande d’esame.
5) Capacità di apprendere
- Applicare le conoscenze e le capacità di comprensione apprese per analizzare e valutare criticamente le caratteristiche tecniche, le modalità e le problematiche di funzionamento, i parametri prestazionali tipici di altri sistemi e componenti di natura oleoidraulica, non trattati nell’ambito del corso, ma collegati a quelli oggetto dell’insegnamento (es.: circuiti e componenti oleoidraulici specifici per applicazioni in ambito automobilistico e aerospaziale).
- Aggiornare in autonomia le conoscenze e le capacità di comprensione relative all’architettura costruttiva, alle caratteristiche tecniche, alle modalità di funzionamento e ai parametri prestazionali dei circuiti e dei componenti oleoidraulici, alla luce delle evoluzioni in atto e dei cambiamenti che si verificheranno in ambito scientifico, tecnologico e delle normative tecniche del settore.