SISTEMI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE

Il corso di Sistemi per l'Energia e l'Ambiente è suddiviso in tre parti:

1. Nella prima parte il corso si propone di fornire agli allievi ingegneri gli strumenti formativi relativi ai concetti base dei Sistemi Energetici e alla problematica connessa dell'impatto ambientale. Vengono poi trattate le fonti rinnovabili di energia quale alternativa di sostenibilità, in particolare il solare (con specifico riferimento al fotovoltaico, al solare termico e termodinamico), l'eolico e l'energia dal mare. Il corso fornisce inoltre le basi per la comprensione delle problematiche legate all'accumulo di energia e alla generazione di idrogeno come vettore energetico. Nell'ottica della defossilizzazione dei combustibili per l'autotrazione, il corso offre una panoramica sulle tecnologie di produzione di bio-combustibili, e-fuels ed ammoniaca, nonché all'utilizzo dell'idrogeno in celle a combustibile per la produzione di energia elettrica. Gli allievi acquisiranno la capacità di analisi e sintesi attraverso approfondite analisi bibliografiche sugli argomenti trattati opportunamente rielaborate in presentazioni power point;
2. Nella seconda parte il corso affronta la tematica dei sistemi di propulsione innovativi, quali elettrico, ibrido e fuel cell. In particolare si approfondiscono le architetture ibride serie, parallelo, serie-parallelo con i relativi vantaggi e svantaggi. Vengono forniti agli allievi gli strumenti per la modellizzazione di veicoli ibridi finalizzati all'implementazione di modelli di simulazione in ambiente Matlab/Simulink/Simscape, attraverso esercitazioni svolte in aula sviluppate dagli allievi. Infine sono presentati dei cenni agli algoritmi di gestione dei flussi energetici ed ai relativi metodi di ottimizzazione.
3. Nella terza parte il corso fornisce agli allievi i concetti fondamentali di fluidodinamica numerica applicata (CFD). In particolare, attraverso un approccio sia teorico che pratico applicativo, gli allievi impareranno ad utilizzare il software di simulazione CFD Ansys Fluent e ad applicarlo proficuamente a problematiche ingegneristiche, con specifica attenzione ai Sistemi Energetici studiati nella prima parte. A conclusione del corso gli allievi potranno ottenere la certificazione professionale rilasciata da Ansys.

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, implementare 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.

Macchine a Fluido (Culturale) (Importante)

• Introduzione ai Sistemi Energetici e al loro impatto ambientale
• Le fonti di Energia Rinnovabile
• Energia Solare: fotovoltaico, termico e termodinamico
• Energia Eolica
• Energia Marina
• I sistemi di accumulo dell'energia
• L'Idrogeno come vettore energetico
• Metodi per la generazione di Idrogeno
• Bio-combustibili, e-fuels ed ammoniaca
• Celle a combustibile
• Sistemi di propulsione innovativi: elettrico, ibrido e fuel cells
• Fluidodinamica computazionale applicata (CFD)

1) Bianchi, Melillo, Peretto – Sistemi Energetici. Complementi – PITAGORA EDITRICE BOLOGNA

2) Bianchi, De Pascale, Gambarotta, Peretto - Sistemi Energetici. Impatto ambientale - PITAGORA EDITRICE BOLOGNA

3) Islam, Roy, Rahman, Saifur - Renewable Energy and the Environment –SPRINGER

4) Bent Sørensen Renewable Energy, Academic Press

5) Mézian Boudellal - Power to gas - De Gruyter

6) L. Guzzella, A. Sciarretta: Vehicle Propulsion Systems, Introduction to Modeling and Optimization. Springer

7) Ansys Fluent getting started training

8) Ferziger J.H., Peric M., Street R.L., Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer

9) Dispense del corso

L'esame consiste in una prova orale per la quale è richiesta la preparazione di presentazioni in power point relative alle tre parti del corso.

Durante lo svolgimento delle lezioni vengono svolte esercitazioni applicative dei contenuti del corso mediante software di simulazione quali Matlab/Simulink/Simscape per la modellizzazione di veicoli ibridi e Ansys Fluent per la fluidodinamica computazionale. Queste hanno lo scopo di focalizzare l’attenzione degli allievi su problemi pratici di interesse ingegneristico, in particolare sui veicoli ibridi e sulla Fluidodinamica Computazionale (CFD).

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).

Presentazione relazione tecnica Sistemi Energetici

Presentazione relazione tecnica Propulsione Ibrida Matlab/Simulink/Simscape

Presentazione relazione tecnica simulazioni CFD Ansys Fluent

Dimensionamento e analisi impianti solari

Dimensionamento impianti eolici

Dimensionamento impianti ad energia marina

Idrogeno: generazione, integrazione fonti rinnovabili, celle elettrolitiche, sistemi di accumulo

Tecniche di produzione di biocombustibili, e-fuels e ammoniaca e utilizzo in ambito automotive

Tecniche di simulazione CFD in Ansys Fluent