SUSTAINABLE ENERGY SYSTEMS

Conoscenza e comprensione

Il corso fornisce agli studenti conoscenze avanzate sui principi della termodinamica applicata ai sistemi energetici sostenibili, con particolare riferimento alla prima e alla seconda legge della termodinamica, ai diagrammi di stato, ai processi di combustione, alle caldaie, alle centrali termoelettriche a vapore e a gas, ai motori a combustione interna, ai cicli inversi e criogenici, alle pompe di calore, al trasferimento di calore, agli scambiatori di calore, alla cogenerazione, ai sistemi energetici avanzati e ai sistemi di energia rinnovabile. Il corso consente inoltre di comprendere l'impatto ambientale dei sistemi energetici e il loro ruolo nei processi di sostenibilità industriale.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine del corso lo studente sarà in grado di analizzare e confrontare differenti sistemi energetici, interpretare diagrammi e trasformazioni termodinamiche, valutare il funzionamento dei principali componenti e cicli energetici, stimare le prestazioni energetiche e ambientali di un sistema e individuare possibili soluzioni per migliorarne l'efficienza e la sostenibilità.

Autonomia di giudizio

Lo studente svilupperà la capacità di formulare valutazioni tecniche autonome sulla scelta e sull'impiego delle diverse tecnologie energetiche, considerando prestazioni, vincoli applicativi, consumi, emissioni e integrazione con fonti rinnovabili.

Abilità comunicative

Lo studente sarà in grado di descrivere con linguaggio tecnico appropriato principi, componenti, cicli e prestazioni dei sistemi energetici, argomentando in modo chiaro e rigoroso le proprie valutazioni.

Capacità di apprendimento

Lo studente acquisirà gli strumenti metodologici necessari per approfondire in autonomia temi avanzati dell'energetica sostenibile, consultando testi specialistici, documentazione tecnica e letteratura scientifica.

L'insegnamento si svolge attraverso lezioni frontali ed esercitazioni pratiche, in coerenza con la natura teorico-applicativa della disciplina. La didattica erogativa è finalizzata alla presentazione sistematica dei fondamenti teorici della termodinamica e dei principali sistemi di conversione dell'energia. La didattica interattiva è orientata alla discussione di casi applicativi, all'interpretazione di diagrammi e cicli termodinamici, al confronto tra diverse tecnologie energetiche e alla risoluzione guidata di problemi relativi a componenti e impianti. Il materiale didattico di supporto potrà includere dispense, slide e riferimenti bibliografici utili per l'approfondimento individuale. 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.

Sono considerate importanti conoscenze di base di termodinamica, bilanci di massa ed energia, trasferimento di calore, fondamenti di fluidodinamica, principi di combustione e uso dei principali diagrammi termodinamici. Eventuali propedeuticità formali restano quelle previste dal Regolamento didattico del Corso di Studio.

La frequenza alle lezioni è obbligatoria, in conformità con l'art. 24 del Regolamento Didattico dell'Università di Catania.

1.     Prima legge della termodinamica e applicazioni.

2.     Gas ideale ed equazione adiabatica.

3.     Seconda legge della termodinamica.

4.     Diagrammi di stato.

5.     Combustione.

6.     Caldaie.

7.     Centrali termoelettriche a vapore.

8.     Centrali termoelettriche a gas.

9.     Motori a combustione interna.

10.  Cicli inversi.

11.  Cicli criogenici.

12.  Pompe di calore.

13.  Impatto ambientale dei sistemi energetici.

14.  Trasferimento di calore.

15.  Scambiatori di calore.

16.  Sistemi energetici avanzati.

17.  Cogenerazione.

18.  Sistemi di energie rinnovabili.

1.     Dispense del docente / Lecture notes provided by the lecturer: Sustainable Energy Systems.

2.     Mehmet Kanoglu, Yunus A. Cengel, Fundamentals and Applications of Renewable Energy, McGraw-Hill, 2019.

3.     Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill, 2019.

4.     Ibrahim Dincer, Marc A. Rosen, Sustainable Energy Systems and Applications, Springer, 2011.

5.     Kanoglu, Cengel, Dincer, Efficiency Evaluation of Energy Systems, Springer, 2012.

6.     Alireza Bahadori, Pollution Control in Oil, Gas and Chemical Plants, Springer, 2014.

L'esame consiste in una prova scritta con domande a risposta multipla, relativa all'intero programma del corso, finalizzata a verificare la conoscenza dei contenuti teorici, la comprensione dei principi di funzionamento dei sistemi energetici, la capacità di collegamento tra i diversi argomenti e l'uso appropriato del linguaggio tecnico. La valutazione terrà conto della correttezza delle risposte, della pertinenza rispetto ai quesiti proposti, della padronanza dei concetti fondamentali e della capacità di inquadrare i sistemi energetici anche sotto il profilo prestazionale e ambientale. Il voto è espresso in trentesimi.

·       18-21: conoscenza essenziale dei contenuti principali e comprensione di base dei temi trattati;

·       22-25: discreta conoscenza degli argomenti e sufficiente capacità di collegamento tra i temi del corso;

·       26-28: buona conoscenza dei contenuti, appropriata capacità di analisi e linguaggio tecnico adeguato;

·       29-30 e lode: conoscenza approfondita, piena padronanza degli argomenti, elevata capacità di collegamento e interpretazione critica.

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 norme vigenti, gli studenti interessati possono richiedere un colloquio personale per programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in relazione agli obiettivi didattici e alle specifiche esigenze, anche avvalendosi del supporto del referente CInAP del Dipartimento.

1.     Enunciare e discutere la prima legge della termodinamica per sistemi chiusi e aperti.

2.     Spiegare il significato fisico della seconda legge della termodinamica e il ruolo dell'entropia.

3.     Descrivere il funzionamento e i principali componenti di una centrale termoelettrica a vapore.

4.     Confrontare un ciclo a gas e un ciclo a vapore in termini di funzionamento e applicazioni.

5.     Illustrare i principi di funzionamento di una pompa di calore e i principali indicatori di prestazione.

6.     Descrivere il ruolo degli scambiatori di calore nei sistemi energetici.

7.     Discutere vantaggi e limiti della cogenerazione.

8.     Analizzare gli aspetti energetici e ambientali dell'integrazione delle fonti rinnovabili nei sistemi industriali.