Obiettivi Formativi

Il corso intende affrontare in modo complessivo le tecnologie utilizzate nei processi di conversione dell'energia con particolare attenzione al loro impatto sullambiente. Vengono analizzate ed affrontate le problematiche della sostenibilità energetica e dell'uso di fonti di energia rinnovabile a confronto con l'utilizzazione delle fonti convenzionali al fine di far acquisire allo studente la capacità di conoscere e comprendere le metodologie generali di approccio. Inoltre, vengono definiti i criteri di progettazione e danalisi delle macchine per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili con lo scopo di fornire: - la capacità di progettare sistemi energetici di media ed elevata complessità e di essere in grado di raccogliere e interpretare i dati utili alla fase di progettazione preliminare e definitiva; - un'adeguata padronanza nell'utilizzo dei moderni sistemi di calcolo per lo studio e la progettazione dei sistemi energetici da fonti rinnovabili in campo stazionario e automotive. - la capacità di effettuare scelte progettuali in maniera autonoma e consapevole; - la capacità di presentare i risultati ottenuti utilizzando un linguaggio tecnico appropriato; - la capacità di applicare una metodologia di lavoro ordinata e adatta a portare a termine unattività progettuale in team working.

Learning Goals

The course is addressed toward the study of technologies used in energy conversion processes with particular attention to their impact on the environment. Issues on energy sustainability and the use of renewable energy sources in comparison with the conventional ones are analyzed. Furthermore, the design criteria and analysis of machines are defined for the exploitation of renewable sources with the aims to provide knowledge on: - the technologies used in energy conversion processes with particular attention to their impact on the environment; - aspects relating to energy sustainability and the use of renewable energy sources compared to the use of conventional sources; - design and analysis criteria definition of the machines for the exploitation of renewable sources; This allows students to acquire: - the ability to design energy systems of medium and high complexity and to be able to collect and interpret the data useful to the preliminary and the final design stage; - the adequate mastery in the use of modern computing systems for renewable energy systems study and design in stationary and automotive field; - the ability to know and understand general approach methodologies; - developing the ability to independently elaborate the concepts learned and to present results; - producing calculation and project reports expressed in appropriate technical language; - the ability to apply an orderly work methodology to complete a team working project activity.

Metodi didattici

Lezioni frontali, esercitazioni e realizzazione di un progetto da effettuare in gruppi.

Teaching Methods

Lectures, exercises and progect work

Prerequisiti

Sono necessarie le conoscenze di nozioni di chimica, fisica, della termodinamica, nonché dei principi di funzionamento delle macchine a fluido.

Prerequisites

Knowledge of chemistry, physics, thermodynamics, as well as the operating principles of fluid machines are required.

Verifiche dell'apprendimento

Le modalità di verifica dell’apprendimento saranno effettuate mediante colloquio che verterà su una presentazione e discussione del progetto realizzato e sugli argomenti trattati durante il corso. Ciò consentirà di valutate le capacità di apprendimento e di riflessione critica.

Assessment

The learning assessment procedures will be carried out through an interview that will focus on the presentation and discussion of the project and on the topics covered during the course. This will allow the assessment of learning and critical reflection skills.

Programma del Corso

INTRODUZIONE - Classificazione delle fonti di energia convenzionali e rinnovabile. Vettori energetici; esigenze di mobilità; necessità di generazione di caldo/freddo. Tipologie di impianti. Ricerca tecnologica: stato dell’arte e prospettive. IMPIANTI DA FONTI CONVENZIONALI - Impianti motori a vapore e, a gas ed idraulici - Architetture e principi di funzionamento degli impianti di potenza per la produzione dell’energia elettrica. - Impianti a ciclo combinato e cogenerativi - Architetture e principi di funzionamento degli impianti combinati e cogenerativi per la produzione di energia elettrica e calore - Criteri di dimensionamento dei sistemi cogenerativi e bilancio dei cogeneratori - Sistemi ad adsorbimento per la produzione di energia frigorifera IMPIANTI DA FONTI RINNOVABILI - Impianti di generazione da Biomassa: definizione e classificazione; caratterizzazione delle biomasse; classificazione dei processi; biocombustibili; processi termochimici; gassificazione e architetture di processo; syngas upgrade; gassificazione e poligenerazione. Efficienza dei processi di conversione e utilizzo delle biomasse. Casi studio. - Utilizzo del syngas e sistemi di produzione di energia: classificazione delle applicazioni; produzione di energia dal syngas; architetture di processo; efficienze di processo; cogenerazione combinata con gassificazione; schemi e bilanci di processo; celle a combustibile; sistemi di produzione a celle a combustibile; - Sostenibilità dei processi: indici energetici; indici di rinnovabilità; fattori di emissione; indici ambientali; introduzione all’exergia; indici exergetici; applicazione degli indici energetici ed ambientali, caso studio ed interpretazione dei dati. MOBILITÀ SOSTENIBILE - Biocombustibili: Richiami sui motori a combustione interna; Biogasolio; Bioetanolo/Biometanolo; Biogas; Cenni sui sistemi di propulsione convenzionali; Architetture di sistemi di propulsione ibridi; Architetture di sistemi di propulsione innovativi. - Studio di sistemi di simulazione di autoveicolo in configurazione convenzionale ed ibrida al fine della valutazione delle variazioni di consumi di combustibile e di emissioni di inquinanti in atmosfera in funzione del grado di ibridizzazione.

Course Syllabus

INTRODUCTION: Conventional and renewable energy sources classification. Energy carriers; hot and cold generation. Types of systems. Technological research: current status and prospects. PLANTS FROM CONVENTIONAL SOURCES: - Vapor, gas and hydraulic engine systems - Types and working principles of power systems for electric power production. - Combined heat and power systems - Types and working principles of this systems for electric power and heat production. PLANTS FROM RENEWABLE ENERGY: - Biomass generation plants: definition and classification; biomass characterization; classification of processes; biofuels; thermochemical processes; gasification and process architectures; syngas upgrade; gasification and polygeneration. Efficiency of biomass conversion and use processes. Case studies. - Use of syngas and energy production systems: classification of applications; energy production from syngas; process architectures; process efficiencies; gasification coupled with cogeneration; process plans and balances; fuel cells; fuel cell production systems; - Sustainability of processes: energy indicators; renewability indicators; emission factors; environmental indicators; introduction to exergy; exergetic indexes; application of energy and environmental indices, case study and interpretation of data. SUSTAINABLE MOBILITY: - Biofuels: Hints on internal combustion engines; Biodiesel; Bioethanol / Biomethanol; Biogas; Conventional propulsion systems; Hybrid propulsion systems; Innovative propulsion systems. Mathematical model implementation of a conventional and hybrid vehicle to evaluate fuel consumption and emissions depending on the hybridization degree.