Sistemi per l'Energia Rinnovabile e l'Ambiente

Il corso introduce le diverse fonti di energia e le relative conversioni e trasformazioni attraverso lezioni frontali ed esercitazioni numeriche. In particolare verranno fornite le nozioni base di termodinamica applicata ai sistemi di conversione energetica mediante approfondimenti sulle Macchine a Fluido Motrici ed Operatrici e ai sistemi di generazione di energia elettrica. Verranno affrontate approfonditamente le tematiche dei Sistemi Energetici finalizzate alla defossilizzazione ed alla sostenibilità ambientale, ovvero legate alle energie rinnovabili quali eolico, solare, geotermico, marino  ecc. Si accennerà inoltre ai concetti legati all'idrogeno come vettore energetico e ai combustibili sostenibili e sintetici quali i bio-combustibili e gli e-fuels. Gli obiettivi del corso sono altresì rivolti al trasferimento delle conoscenze specifiche che l’allievo deve dimostrare di aver conseguito, con l’obiettivo di ricoprire ruoli industriali nella progettazione, manutenzione e direzione aziendale nel settore dei Sistemi per l’Energia e l’Ambiente.

Le competenze acquisite sono spendibili nell’ambito dell’industria e dello sviluppo sostenibile, in accordo con gli obiettivi 9 e 11 dell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite.

Descrittori di Dublino:

Lo studente acquisirà autonomia di giudizio nella comprensione delle soluzioni progettuali del settore, capacità di individuare ed utilizzare codici di calcolo necessari per la soluzione dei problemi, essere propenso all’aggiornamento delle conoscenze tecniche del settore ed essere capace di proporre, valutare e confrontare soluzioni tecniche in contesti industriali. Sarà inoltre capace di relazionarsi con gruppi di lavoro per il conseguimento di obiettivi di progetto, di trasferire i risultati della propria attività mediante relazioni e note tecniche e sarà in grado di relazionarsi anche con maestranze ed interlocutori meno specializzati. Infine, acquisirà la capacità di adattarsi all’evoluzione tecnologica nel settore meccanico legato all’ingegneria elettrica, di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze nell’ambito della progettazione con particolare attenzione alla sostenibilità

Lezioni frontali (28 ore) ed esercitazioni numeriche (65 ore)

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

• Introduzione al corso

o Classificazione dei Sistemi Energetici

o Classificazione delle Macchine a Fluido

o Fonti di energia rinnovabili

• Primo principio della Termodinamica

o Equazione dell’energia

o Applicazioni primo principio

o Applicazioni eq. dell’energia

• Trasformazioni termodinamiche

o Applicazioni trasformazioni termodinamiche

• Lavoro di compressione ed espansione

o Applicazioni lavori

• Equazioni cardinali dell’efflusso
• Equazione di De Saint Venant
• Equazioni di Hugoniot
• Gasdinamica degli ugelli

o Esercitazioni su gasdinamica degli ugelli

• Equazione di Eulero e corollario
• Turbine a gas e a vapore

o Esercitazioni su turbine a vapore

• Impianti Idroelettrici

o Turbine idrauliche

o Accumulo e ripompaggio

o Esercitazioni su impianti idroelettrici e turbine idrauliche

• Macchine operatrici

o Compressori centrifughi e assiali

o Pompe centrifughe

o Compressori volumetrici alternativi

o Esercitazioni su macchine operatrici

• Energia solare

o Impianti solari termici, termodinamici e fotovoltaici

o Applicazioni su energia solare

• Energia eolica

o Applicazioni su energia eolica

• Energia dal mare

o Applicazioni su energia dal mare

• Energia geotermica
• Biocombustibili
• Idrogeno verde

o Celle elettrolitiche e celle a combustibile

o E-fuels

[4] Mézian Boudellal - Power to gas - De Gruyter

La prova d'esame consiste in una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta consiste nello svolgimento di applicazioni numeriche analoghe a quelle svolte durante il corso ed è propedeutica alla prova orale.

Durante lo svolgimento delle lezioni vengono svolte esercitazioni applicative dei contenuti del corso, che hanno lo scopo di focalizzare l’attenzione degli allievi su problemi di interesse ingegneristico. Le esercitazioni applicative dei contenuti del corso e gli argomenti trattati durante le lezioni frontali sono oggetto di discussione durante la prova orale. La valutazione in sede di colloquio orale si baserà: sulla conoscenza dei contenuti, la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, la proprietà di linguaggio tecnico, la capacita di fare collegamenti tra i contenuti del programma.

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(https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

• Equazione dell'energia per sistemi aperti e chiusi
• Lavoro di compressione ed espansione, recupero e contro-recupero
• Ugello semplicemente convergente e convergente-divergente
• Equazione di Eulero
• Turbine a vapore ad azione e a reazione
• Turbine idrauliche e sistemi di ripompaggio
• Turbocompressori centrifughi
• Dimensionamento di un impianto fotovoltaico
• Dimensionamento di una turbina eolica
• L'energia dal mare ed i sistemi energetici correlati
• Descrizione delle metodologie di produzione di idrogeno verde