Obiettivi formativi
Obiettivo del Modulo è lo studio delle interazioni tra l'ambiente ed i sistemi per la conversione dell’energia, con particolare riferimento ai fenomeni di inquinamento (chimico e termico) ed all'impatto ambientale relativo ai sistemi energetici.
Conoscenze e capacità di comprendere:
lo studente sarà in grado di conoscere i principali problemi e le principali soluzioni oggi adottate per ridurre l'impatto ambientale derivante dai processi di generazione ed utilizzo dell'energia. Avrà inoltre acquisito le conoscenze relative alla valutazione delle emissioni inquinanti degli impianti motori primi attraverso i parametri e le relative unità di misura impiegati per quantificare tali aspetti. Conoscerà quindi i problemi, i limiti, i vantaggi e gli svantaggi legati alle soluzioni attuali per ridurre gli impatti a parità di risultato, ovvero con riferimento alla quantità di energia generata.
Competenze: Lo studente sarà essere in grado di valutare in maniera qualitativa e quantitativa le principali cause di impatto sull'ambiente derivante dai processi di generazione dell'energia tenendo conto dell'effetto utile finale, ovvero della quantità di energia generata ed utilizzata.
Autonomia di giudizio:
Lo studente possederà gli strumenti e le conoscenze necessarie per valutare e confrontare in maniera critica soluzioni diverse per la generazione di energia, con particolare riferimento agli impianti a combustibili fossili ed alle alternative attualmente possibili.
Capacità comunicative:
Lo studente disporrà degli strumenti necessari per presentare in maniera efficace valutazioni e confronti di sistemi diversi per la generazione e l'utilizzo dell'energia con particolare riferimento agli impatti da essi causati sull'ambiente.
Capacità di apprendimento:
Lo studente sarà in grado, attraverso l'acquisizione di informazioni e dati tecnici sui sistemi oggetto di studio, di mantenere aggiornate le proprie conoscenze e competenze in merito alle soluzioni proposte e/o applicate per la generazione di energia ed ai relativi impatti sull'ambiente.
Prerequisiti
La frequenza al corso richiede le conoscenze fornite dai corsi di Fisica Tecnica e di Macchine e/o Sistemi Energetici.
Contenuti dell'insegnamento
Aspetti generali. Richiami sulle macchine e sugli impianti e sulle fonti energetiche. Processi di conversione dell'energia. Trasformazioni energetiche negli impianti motori primi.
Generalità sui fenomeni di inquinamento chimico e termico. Misura delle concentrazioni inquinanti. Cenni al sistema ambiente ed ai suoi comparti. Cenni di meteorologia.
Processi di combustione. Combustibili e loro caratteristiche. Impianti a vapore: sistemi di combustione, sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Turbine a gas: sistemi di combustione, sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Motori a combustione Interna: processi di combustione, emissioni inquinanti dei motori ad accensione comandata e Diesel e soluzioni per ridurle. Impianti per lo sfruttamento di altre fonti energetiche e relativo impatto ambientale: energia eolica, solare e da biomasse. Strumenti e metodologie di misura delle emissioni. Normativa nazionale ed internazionale.
Programma esteso
Aspetti generali. Richiami sulle macchine e sugli impianti. Richiami sulle fonti energetiche. Processi di conversione dell'energia. Trasformazioni energetiche negli impianti motori primi: rendimenti, consumo specifico di combustibile ed emissioni specifiche.
Generalità sui fenomeni di inquinamento chimico e termico. Misura delle concentrazioni inquinanti. Cenni al sistema ambiente ed ai suoi comparti (idrosfera, atmosfera, geosfera). Cenni di meteorologia.
Processi di combustione. Combustibili e loro caratteristiche. Impianti a vapore: combustibili, sistemi di combustione, soluzioni per ridurre la formazione delle emissioni. Sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Turbine a gas: combustibili, sistemi di combustione, soluzioni per ridurre la formazione delle emissioni. Sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Motori a combustione Interna: processi di combustione nei MCI ad accensione comandata e Diesel, sistemi e dispositivi per il controllo della carica e del processo di combustione. Emissioni inquinanti dei motori ad accensione comandata e Diesel: soluzioni per ridurre la formazione delle emissioni e sistemi di post-trattamento dei gas di scarico.
Impianti per lo sfruttamento di altre fonti energetiche e relativo impatto ambientale. Energia solare ed eolica. Biomasse: vantaggi e svantaggi, biomasse solide, liquide, gassose. Combustione diretta e processi di conversione biochimica e termochimica (gassificazione e pirolisi).
Strumenti e metodologie di misura delle emissioni. Normativa nazionale ed internazionale.
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, 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
M.L.Davis, D.A.Cornwell, A.H.Lefebvre, "Gas Turbine Combustion", McGraw-Hill, 1983
I.Glassman, "Combustion", Academic Press, 1977
J.B.Edwards, "Combustion: the formation and emission of trace species", Ann Arbor Science, 1974.
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 nella forma di lezioni frontali in aula (ovvero online nel caso la situazione sanitaria relativa al COVID lo imponga) nel corso delle quali gli argomenti del corso vengono affrontati sia da un punto di vista teorico, al fine di favorire la comprensione delle tematiche presentate (collegandole ove opportuno con le conoscenze già acquisite dallo studente), sia pratico (attraverso valutazioni quantitative delle emissioni e delle cause di impatto derivanti dai processi di conversione 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 (in presenza se la situazione sanitaria relativa al COVID lo consentirà, altrimenti online tramite 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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