Fondamenti di Elettrotecnica per la Transizione Energetica ed Ecologica

Il corso tratta, in una prima fase, richiami di elettromagnetismo e argomenti di base di elettrotecnica riguardanti l'analisi nel dominio del tempo ed a regime sinusoidale di circuiti elettrici elementari ampiamente utilizzati nella modellistica dei sistemi e delle apparecchiature elettriche di  uso comune.

Successivamente vengono trattati alcuni temi di grande rilevanza nel contesto della transizione ecologica per dare modo di indirizzare le scelte cruciali della generazione, utilizzo, accumulo e gestione dell'energia elettrica verso un modello rispettoso dell'ambiente e sostenibile. Saranno illustrate alcune  strategie innovative di approvvigionamento e gestione dell'energia elettrica da fonti rinnovabili con riferimento all'efficientamento energetico. La sicurezza elettrica, viene trattata in 

Conoscenza e comprensione

Alla fine del corso lo studente avrà acquisito la capacità di comprendere e valutare le problematiche di base delle principali applicazioni elettriche per una scelta consapevole delle problematiche della transizione energetica ed ecologica

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente sarà in grado di eseguire il dimensionamento di semplici sistemi elettrici

Autonomia di giudizio

Le applicazioni sono finalizzate a sviluppare capacità critiche e percorsi autonomi sulla base dei dati disponibili

Abilità comunicative

Sono forniti esempi e riferimenti per la comunicazione dei risultati

Capacità di apprendere Learning skills

Il percorso formativo predisposto consente di intraprendere eventuali approfondimenti successivi con un alto grado di autonomia.

La metodologia didattica del corso prevede lezioni frontali accompagnate da esempi di applicazione.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

In tal caso il docente è disponibile anche a incontri di ricevimento in modalità telematica, previo appuntamento

Conoscenze di base di fisica, equazioni differenziali ordinarie, algebra complessa. 

La frequenza alle lezioni, ove possibile, è fortemente consigliata in quanto coerente con il modello formativo proposto che mira a favorire l'apprendimento graduale, la partecipazione attiva dello studente in aula, il dialogo fra docente e studenti.

Richiami di elettromagnetismo

Sistema internazionale di Unità di Misura (SI). Grandezze elettriche e loro unità. La carica elettrica e la corrente elettrica: proprietà e denominazioni. Campo elettrico, campo magnetico e campo di corrente. Leggi fondamentali dei campi: leggi di Gauss, legge di Faraday Neumann Lenz, legge di Ampere Maxwell, legge di conservazione della carica, legge di Joule. Classificazione dei campi e loro proprietà locali nel vuoto e nella materia; fenomenologia, equazioni costitutive e denominazioni.
Spettro elettromagnetico e onde elettromagnetiche. Propagazione libera e propagazione guidata: antenne, linee di trasmissione  fibre ottiche.
Energetica elettrica: azioni meccaniche, energia e potenza . Conversione dell'energia elettrica, conversione elettromeccanica, conversione diretta

Elementi di elettrotecnica

Il modello circuitale. Transizione dai campi alle reti elettriche e modellizzazione circuitale; Potenziale scalare elettrico e tensione elettrica, corrente elettrica, Leggi di Kirchhoff. Elementi circuitali ideali ad una e due porte. Resistori. Generatori indipendenti. Capacitori. Induttori. Interruttore. Trasformatore ideale. Potenza ed energia. Conservazione della potenza. Circuiti semplici: collegamenti serie e parallelo, partitori di tensione e di corrente. Concetto di equivalenza: circuiti equivalenti di Thevenin e Norton, trasformazioni di rete. Circuiti RC, RL ed RLC serie e parallelo. Concetto di stato. Frequenze naturali. Risposta con ingresso zero, stato zero e risposta completa.
Analisi in regime sinusoidale:Valore efficace. Fasori. Espressione fasoriale delle leggi di Kirchhoff e delle equazioni di lato. Impedenza ed ammettenza. Soluzione di semplici reti in regime sinusoidale. Potenze in regime sinusoidale. Conservazione della potenza. Applicazioni: rifasamento, massimo trasferimento di potenza, circuiti risonanti. Sistemi trifase principali configurazioni  e metodi di analisi. Formula di Millman. Potenza nei sistemi trifase. Strutture magnetiche per le applicazioni. Energetica elettrica: azioni meccaniche, energia e potenza, conversione dell'energia elettrica, conversione elettromeccanica, conversione diretta

Sicurezza elettrica ed impianti

Il rischio elettrico: principali effetti della corrente elettrica sull'organismo umano. I componenti di un impianto elettrico: apparecchiature di interruzione e misura, protezioni, impianti di messa a terra, dispersore, interruttore differenziale. Cenni alle normative nel settore elettrico.

Cenni sul sistema elettrico di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Produzione distribuita di energia da fonti rinnovabili, impianti fotovoltaici. Smart grids.Problematiche di produzione locale, accumulo e gestione dell'energia per sistemi elettrici  connessi in rete e stand-alone.

Contributo dell’insegnamento agli obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile
Gli argomenti trattati nel corso e le conoscenze acquisite sono direttamente o indirettamente funzionali allo sviluppo di soluzioni tecnologiche sostenibili, oltre che contribuire ad una formazione di qualità, in accordo con gli obiettivi 3, 4, 7, 9, 11, 12, 13, 14 e 15 dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile.

1. R.Perfetti, Circuiti Elettrici, Zanichelli.    

2. J.A. Edminister, Circuiti Elettrici, coll. Schaum's, McGraw-Hill.

L'esame si svolge in forma orale e consiste nella discussione preliminare di un elaborato scritto, approntato in precedenza dallo studente su un tema di applicazioni elettriche, concordato con il docente, ed in un successivo colloquio orale, che prevede la risposta a tre quesiti teorici sugli argomenti del corso. Almeno uno dei quesiti verte su problematiche di sicurezza elettrica..  L'elaborato scritto sarà valutato sulla base della correttezza dell'impostazione e del livello di approfondimento, il successivo colloquio orale sarà valutato in base alla correttezza delle risposte ai quesiti e delle capacità critica dimostrati.

Il voto complessivo dell'esame risulta dalla somma dei punti attribuiti alla valutazione dell'elaborato scritto (fino ad un massimo di 10) e della parte orale (fino ad un massimo di 20)

La durata  tipica della prova d'esame è in totale di circa 30-45 minuti.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento.

Collegamenti serie e parallelo

Circuiti del primo e secondo ordine

Potenza in regime sinusoidale

Circuiti trifase

Interruttore differenziale

Impianti di messa a terra

Impianti fotovoltaici

Sicurezza elettica

Zero energy buildings