Obiettivi formativi
Il corso intende affrontare in modo complessivo le problematiche delle trasformazioni di energia da una forma all’altra e del loro impatto sull’ambiente. In particolare vengono trattati gli aspetti relativi alla sostenibilità energetica in termini di razionalizzazione energetica e uso di fonti rinnovabili di energia, trasformazioni di energia, utilizzazione di combustibili fossili nei processi di combustione che avvengono negli impianti termici motori.
Conoscenze e capacità di comprendere: lo studente sarà essere in grado di conoscere gli aspetti e le problematiche legate ai consumi di energia nel mondo nonché le principali filiere dell'energia intese come la successione dei processi di generazione ed utilizzazione dell'energia a partire dalle fonti energetiche (rinnovabili e non), agli impianti motori, all'utilizzazione dell'energia. Disporrà inoltre delle nozioni di base relative ai cicli termodinamici ed alla loro efficienza con riferimento agli impianti motori termici più diffusi. Conoscerà i problemi, i limiti, i vantaggi e gli svantaggi delle diverse soluzioni oggi utilizzate e/o proposte per la generazione e l'utilizzo dell'energia.
Competenze: Lo studente sarà in grado di effettuare valutazioni di massima sulle caratteristiche operative, sulle prestazioni e sulle emissioni inquinanti degli impianti utilizzati per la generazione di energia a partire dalle fonti primarie. sarà inoltre essere in grado di confrontare qualitativamente e quantitativamente (seppure con valutazioni di massima) soluzioni diverse per la generazione di energia a partire dalle fonti primarie.
Autonomia di giudizio: Lo studente possederà gli strumenti e le conoscenze necessarie per effettuare in maniera critica valutazioni di massima e confronti di filiere e soluzioni per la generazione e l'utilizzo dell'energia tenendo conto delle alternative eventualmente possibili. Capacità comunicative: Lo studente possederà gli strumenti necessari per presentare in maniera efficace valutazioni e confronti di soluzioni diverse per la realizzazione di specifici processi di generazione dell'energia attraverso rappresentazioni sia grafiche che numeriche relative alla caratterizzazione energetica ed ambientale delle alternative possibili. Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado, sulla base delle conoscenze di base fornite nel corso, di acquisire autonomamente le informazioni, le caratteristiche, i dati diversi che possano essere utili per conoscere le principali caratteristiche dei sistemi e delle soluzioni utilizzate e/o proposte per la generazione e l'utilizzo dell'energia.
Prerequisiti
La frequenza al corso richiede le conoscenze fornite dai corsi di Fisica, Chimica e Matematica.
Contenuti dell'insegnamento
Aspetti generali. Il bilancio energetico del pianeta: contributi naturali ed antropici. Sostenibilità energetica: razionalizzazione ed uso di Fonti di Energia Rinnovabili. Consumi di energia nel mondo e fonti energetiche primarie. Caratteristiche delle fonti energetiche primarie: combustibili fossili e fonti rinnovabili. Tecnologie per l’utilizzazione delle fonti rinnovabili.
Fonte solare: disponibilità della radiazione solare. Solare termico: tecnologie principali ed efficienza; impianti per ACS; il problema dell’accumulo termico. Solare Fotovoltaico: generalità sulle celle, sulle tipologie di moduli FV e sulle loro caratteristiche; considerazioni sugli impianti stand-alone e grid-connected.
Biomasse: vantaggi e svantaggi; biomasse solide, liquide, gassose; disponibilità e caratteristiche delle biomasse legnose; impianti per la conversione biochimica e termochimica (gassificazione e pirolisi). Energia idraulica: disponibilità della risorsa; caratteristiche tecnologiche degli impianti e problemi di gestione, compatibilità ambientale.
Energia eolica: disponibilità della risorsa, caratteristiche tecnologiche degli impianti, compatibilità ambientale.
Impiego dei combustibili per la generazione di energia. Cicli termodinamici diretti e inversi; produzione di energia elettrica e cogenerazione; pompe di calore a compressione e ad assorbimento e loro applicazioni; trigenerazione. Processi di combustione: reazioni, meccanismi di formazione dei composti inquinanti, metodologia per la stima delle emissioni. Combustibili e loro caratteristiche. Cenni agli impianti a vapore, alle turbine a gas ed ai motori a combustione interna alternativi (MCI): principali emissioni degli impianti fissi e mobili e tecniche per la loro riduzione.
Programma esteso
Aspetti generali. Il bilancio energetico del pianeta: contributi naturali ed antropici. Sostenibilità energetica: razionalizzazione ed uso di Fonti di Energia Rinnovabili. Consumi di energia nel mondo e fonti energetiche primarie. Caratteristiche delle fonti energetiche primarie: combustibili fossili e fonti rinnovabili. Tecnologie per l’utilizzazione delle fonti rinnovabili.
Fonte solare primaria: disponibilità della radiazione solare. Sistemi solari termici: tecnologie principali ed efficienza; collettore solare termico piano senza concentrazione; impianti per ACS; problemi di accumulo termico; collettore solare termico sotto vuoto; cenni alla problematica dei collettori a concentrazione a media ed alta temperatura per calore di processo e per generazione elettrica. Sistemi solari fotovoltaici: generalità sulle principali tecnologie e sulle loro caratteristiche (costi ed efficienza); moduli FV; considerazioni sugli impianti stand-alone e grid-connected. Biomasse: vantaggi e svantaggi, ciclo del carbonio, biomasse solide, liquide, gassose. Utilizzazione delle biomasse: combustione diretta, conversione biochimica (fermentazione anaerobica) e termochimica (gassificazione e pirolisi); disponibilità e caratteristiche delle biomasse legnose da gestione di boschi; caratteristiche e utilizzazione del biogas e del syngas.
Energia idraulica: disponibilità della risorsa; caratteristiche tecnologiche degli impianti e problemi di gestione, compatibilità ambientale.
Energia eolica: disponibilità della risorsa, caratteristiche tecnologiche degli impianti, impatti sull’ambiente; metodologie per la valutazione della produzione di energia da impianti eolici.
Cicli termodinamici diretti e inversi; produzione di energia elettrica e cogenerazione; pompe di calore a compressione e ad assorbimento e loro applicazioni; trigenerazione. Processi di combustione: reazioni, meccanismi di formazione dei composti inquinanti, metodologia per la stima delle emissioni. Combustibili e loro caratteristiche. Combustione interna ed esterna, combustione premiscelata e diffusiva.
Generalità sui principali impianti per l generazione di energia mediante combustione: impianti a vapore, turbine a gas e motori a combustione interna alternativi (MCI). Principali emissioni degli impianti fissi e mobili, stima del consumo specifico e delle emissioni specifiche degli impianti motori. Generalità sulle metodologie per la riduzione delle emissioni inquinanti: interventi sulla combustione, sistemi di post-trattamento (problematiche ed efficienze).
Bibliografia
Gli argomenti affrontati durante il corso sono presentati con analogo approccio e con identica simbologia nel testo seguente:
M.Bianchi, A.De Pascale, A.Gambarotta, A.Peretto – “Sistemi energetici - Impatto ambientale” - vol.3, pp.1-544, ISBN 88-371-1754-X, Pitagora
Editrice, Bologna, 11/2008.
Per ulteriori approfondimenti lo studente può inoltre consultare i testi seguenti:
S.Turns, “An introduction to Combustion. Concepts and Applications”, McGraw-Hill, New York, 1996
R.Vismara, "Ecologia Applicata", Hoepli, 1992
Le slides proiettate durante il corso in formato PDF e tutto il materiale impiegato durante le lezioni e le esercitazioni (lucidi, schemi impiantistici, fogli Excel) verranno caricate sulla piattaforma Elly: per scaricare tale materiale da Elly è necessaria l’iscrizione al corso on line. Si ricorda agli studenti non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dal docente tramite la piattaforma Elly.
Metodi didattici
Le attività didattiche saranno condotte in parte nella forma di lezioni online ed in parte in presenza (nelle ore previste nell'orario): in entrambi i casi le lezioni saranno registrate sulla piattaforma Teams e rese disponibili su Elly (elly2020.scvsa.unipr.it). Nel corso delle lezioni verranno approfondite le nozioni fondamentali per lo studio di massima dei processi di conversione ed utilizzazione dell'energia a partire dalle fonti energetiche primarie. Nell'ambito del corso saranno presentati anche alcuni esempi numerici finalizzate a consentire allo Studente di acquisire la necessaria dimestichezza con le unità di misura e con la valutazione di massima delle caratteristiche operative dei sistemi impiegati per la generazione e l'utilizzo dell'energia.
A complemento dei metodi didattici finora esposti, se le condizioni lo consentiranno, verranno organizzate visite tecniche presso impianti e seminari su temi specifici trattati da specialisti del settore.
Il docente è disponibile durante l’orario di ricevimento ed anche su appuntamento (e-mail) per chiarimenti sulle lezioni per incontri online utilizzando la piattaforma Teams.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento si realizza attraverso il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità (ossia l‘acquisizione dei risultati di apprendimento) attraverso un colloquio orale che sarà svolto online tramite la piattaforma Teams.
A scelta dello studente esso può consistere in alternativa in:
(1) due domande teoriche sugli argomenti svolti nel corso e sull'applicazione della teoria a problemi anche originali: ciascuna delle due domande viene valutata su una scala da 0 a 30. Per superare l’esame è necessario che per entrambe le domande la votazione sia almeno pari a 18/30.
(2) la presentazione da parte dello Studente (per mezzo degli strumenti informatici che ritiene, ad es.Powerpoint) di un approfondimento costituito da uno studio originale relativo ad una specifica filiera, soluzione, processo utilizzato, proposto od utilizzabile per la generazione e l'uso dell'energia. Lo studio dovrà contenere anche valutazioni quantitative (anche se di massima) sviluppate autonomamente e criticamente dallo Studente sul tema scelto. Nel corso della presentazione verranno poste domande di chiarimento sull'argomento affrontato: saranno valutate in particolare la capacità critica, la proprietà di esposizione e la capacità di correlare gli argomenti trattati
Il voto finale viene comunicato al termine dell’appello d’esame.
Si ricorda che l'iscrizione on line all'appello è OBBLIGATORIA per sostenere l’esame finale.
Altre informazioni
E' vivamente consigliato l'ascolto di tutte le lezioni del corso.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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