La richiesta di una sempre maggiore sostenibilità dei processi produttivi e industriali richiede, all’ingegnere gestionale, la padronanza dei concetti base relativi all’elettrificazione e ai problemi/sfide ad essa correlati. Per approfondire tali aspetti, l’insegnamento “Sistemi elettrici industriali” (attività formativa affine o integrativa – A11) offre agli studenti una visione completa dei sistemi elettrici, partendo dai fondamenti del calcolo dei circuiti elettrici e dagli aspetti essenziali delle applicazioni elettriche in ambito industriale, fino a trattare, con particolare riguardo, i problemi relativi alla progettazione e gestione dei sistemi elettrici. Il programma prevede perciò una prima parte dedicata all’analisi dei circuiti elettrici in regime stazionario e sinusoidale monofase e allo studio dei sistemi trifase. La seconda parte, dopo una sezione dedicata al trasformatore, tratta i principi della produzione e trasmissione dell’energia elettrica e considera poi gli impianti elettrici in bassa tensione, soffermandosi sugli aspetti progettuali, normativi ed economici.

1) Capacità di risolvere semplici circuiti in regime stazionario e sinusoidale monofase. 2) Capacità di risolvere semplici circuiti trifase simmetrici ed equilibrati. 3) Conoscenza dei concetti base di: collegamento dei circuiti, regime sinusoidale, rifasamento, perdite e cadute di tensione nelle linee. 4) Conoscenza dei concetti base sul sistema elettrico e le fonti energetiche tradizionali e rinnovabili. 5) Capacità di progettare un semplice impianto elettrico di distribuzione. 6) Conoscenza dei concetti base di sicurezza elettrica. 7) Conoscenza degli aspetti economici e tariffari dell’energia elettrica.

1) Nozioni base di algebra, geometria e analisi matematica. 2) Numeri complessi (forma polare e cartesiana). 3) Nozioni base di elettromagnetismo.

Circuiti elettrici in regime stazionario. Circuiti elettrici in regime periodico sinusoidale monofase. Sistemi trifase. Nozioni sul trasformatore. Impianti elettrici: produzione e trasmissione dell’energia elettrica, fonti energetiche, componenti elettrici e protezione contro le sovracorrenti, sicurezza elettrica, progettazione elettrica e valutazioni economiche. Programma dettagliato PARTE I a) Circuiti elettrici in regime stazionario Circuito elettrico elementare. Regime stazionario. Definizione delle grandezze fondamentali. Concetto di bipolo. Convenzioni di segno. Principi di Kirchhoff. Connessioni di bipoli: serie, parallelo, stella, triangolo. Partitore di tensione e di corrente. Scrittura delle equazioni di Kirchhoff di una rete. Principio di sovrapposizione degli effetti. Teoremi di Thévenin e Norton. Teorema di Millman. Trasformazione stella-triangolo. Potenze in regime stazionario. b) Circuiti elettrici in regime periodico sinusoidale Generalità sul regime variabile. Regime periodico sinusoidale. Energie nei campi elettrico e magnetico. Bipoli conservativi: induttore e condensatore ideale. Valori caratteristici delle funzioni periodiche. Corrispondenza tra sinusoidi e fasori. Metodo simbolico. Soluzione di una rete con il metodo simbolico. Impedenza e ammettenza. Impedenza equivalente. Potenze in regime sinusoidale. Triangolo delle potenze e potenza complessa. Teorema di Boucherot. Rifasamento. c) Sistemi trifase Tensioni stellate e concatenate. Correnti di linea e di lato. Carichi equilibrati. Sistemi simmetrici. Circuito monofase equivalente. Carichi squilibrati. Potenze nei sistemi trifase. Relazioni generali per sistemi a tre e a quattro fili. Misura della potenza. Inserzione Aron. Rifasamento nei sistemi trifase. PARTE II a) Generalità sulle macchine elettriche e nozioni sul trasformatore Richiami sui campi magnetici. Trasformatore e sue applicazioni. Cenni sulle macchine rotanti. b) Produzione e trasmissione dell’energia elettrica Generalità sul sistema di produzione e trasmissione dell'energia elettrica. Fonti convenzionali e rinnovabili. Sistemi di accumulo. Generazione distribuita. Struttura delle reti di distribuzione. Smart grid. c) Componenti del sistema elettrico Linee elettriche (rendimento linea, caduta di tensione linee trifase e monofase) Sistemi di protezione contro le sovracorrenti: Fenomeno dell'arco elettrico. Apparecchiatura di manovra e protezione. Sganciatori (relè): tipi e impieghi. Relè magnetico, termico e differenziale. Condutture elettriche. d) Progettazione di sistemi di distribuzione in Bassa Tensione (BT) Coordinamento tra protezioni e condutture. Cenni sulla progettazione dei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica negli stabilimenti industriali. Valutazione del fabbisogno elettrico. Cabine di trasformazione e quadri elettrici. Impianti di rifasamento industriale. e) Sicurezza elettrica Generalità. Principali definizioni. Sistemi di distribuzione TT, TN e IT. Impianti di terra. Protezione contro i contatti diretti. Protezione contro i contatti indiretti. f) Tariffazione dell’energia elettrica. Mercato elettrico. Esercitazione sul dimensionamento di un impianto fotovoltaico per l’autoproduzione di una quota del fabbisogno elettrico, per un utente commerciale, con la relativa analisi economica dei flussi di cassa.

Come studiare Il lavoro di comprensione è basilare in questo insegnamento mentre quello di memorizzazione è piuttosto limitato, soprattutto nella prima parte (teoria dei circuiti). L’esperienza insegna che sono necessari: - Lo studio personale tra una lezione e l’altra, o al massimo entro due lezioni. Chi trascura questa pratica riduce drasticamente la possibilità di superare l’esame in tempi brevi. - La partecipazione attiva alle lezioni e alle esercitazioni. Le domande sono sempre benvenute. - I docenti sono sempre disponibili alla consulenza. I servizi di consulenza in ufficio e online (via email) sono un valido aiuto alla preparazione dell’esame.

Lezioni in aula (60h) Esercizi di calcolo e applicazione degli argomenti trattati nelle lezioni (12h) Esperienze di laboratorio (8h).

1) F. Piglione, G. Chicco, Sistemi Elettrici Industriali – Parte I – Teoria ed esercizi, Politeko, Torino 2) F. Piglione, G. Chicco, Sistemi Elettrici Industriali – Parte II – Teoria ed esercizi, Politeko, Torino 3) Materiale scaricabile dal portale della didattica Per approfondimenti: 1) G. Conte, Manuale di impianti elettrici, Hoepli, Milano, 2020. 2) F.M. Gatta, Impianti elettrici (Vol. I), Società Editrice Esculapio, 2020. 3) R. Caldon, F. Bignucolo, Impianti Elettrici di Produzione dell’Energia Elettrica, Società Editrice Esculapio, 2018.

Libro di testo; Esercizi; Esercizi risolti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento (descritte nel campo Risultati di apprendimento attesi) tramite una prova scritta in aula che comprende esercizi e domande di teoria (a risposta aperta o chiusa) e verte su tutto il programma dell'insegnamento. Il tempo a disposizione è un’ora e mezza. È necessario presentarsi allo scritto muniti di un documento di riconoscimento. Durante la prova non è ammessa la consultazione di libri o appunti, salvo il formulario scaricabile dal portale della didattica. Chi contravviene a questa norma oppure è sorpreso a copiare è automaticamente respinto. Non è ammesso l’uso di smartphone, notebook o similari, mentre è necessaria una calcolatrice non programmabile. Durante la prova non è consentito uscire dall’aula. L’esito della prova scritta può essere registrato come voto finale dell’esame. In alternativa alla registrazione diretta, chi ha ottenuto almeno 26/30 nella prova scritta può accedere alla prova orale. La prova orale verte sullo stesso programma di quella scritta e prevede domande di teoria. In caso si sostenga la prova orale, il voto dell’esame sarà dato dalla media aritmetica (con arrotondamento) del voto della prova scritta e del voto della prova orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.