Obiettivi Formativi

Il corso intende fornire le conoscenze sui seguenti punti: OF_1 (Conoscenza e comprensione) - le tecnologie utilizzate nei processi di conversione dell'energia con particolare attenzione al loro impatto sull’ambiente; - gli aspetti relativi alla sostenibilità energetica e all'uso di fonti di energia rinnovabile a confronto con l'utilizzazione delle fonti convenzionali; - la definizione dei criteri di progettazione e di analisi delle macchine per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili; OF_2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione) Lo studente quindi acquisisce: - la capacità di progettare sistemi energetici di media ed elevata complessità e di essere in grado di raccogliere e interpretare i dati utili alle fasi 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 conoscere e comprendere le metodologie generali di approccio. OF_3 (Autonomia di giudizio) - la capacità di effettuare scelte progettuali in maniera autonoma e consapevole; OF_4 (Abilità comunicative) - la capacità di presentare i risultati ottenuti utilizzando un linguaggio tecnico appropriato; OF_5 (Capacità di apprendimento) - la capacità di applicare una metodologia di lavoro ordinata e adatta a portare a termine un’attività progettuale in team working.

Learning Goals

The course aims to provide knowledge on: OF_1 (Knowledge and understanding) - 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; OF_2 (Ability to apply knowledge and understanding) 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. OF_3 (Autonomy of judgment) - developing the ability to independently elaborate the learned concepts and to present results. OF_4 (Communication skills) - producing calculation and project reports expressed in appropriate technical language. OF_5 (Learning skills) - 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 gruppo.

Teaching Methods

Lectures, exercises and progect in team working

Prerequisiti

è richiesta la conoscenza di nozioni di chimica, fisica, della termodinamica, nonché dei principi di funzionamento delle macchine a fluido.

Prerequisites

Knowledge of notions of chemistry, physics, thermodynamics, as well as the operating principles of fluid machines is 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 valutare le capacità di apprendimento e di riflessione critica. La discussione del progetto avrà peso pari al 50% del voto finale, mentre il colloquio sugli argomenti trattati durante il corso sarà commisurato al raggiungimento da parte dello studente degli obiettivi formativi prefissati dal corso (conoscenza dei concetti, autonomia di giudizio, proprietà di linguaggio, etc.) e avrà peso 50%.

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. Project discussion will have a weight equal to 50% of the final mark, while the remaining 50% will be proportional to the achievement of the training objectives set by the course (knowledge of the topics, autonomy of judgment, proper language, etc.).

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. IMPIANTI DA FONTI RINNOVABILI - Impianti di generazione da Biomassa: definizione e classificazione; 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 di combustibili gassosi alternativi: classificazione; syngas e idrogeno; impianti a celle a combustibile; architetture e principi di funzionamento degli impianti a celle a combustibile; criteri di progettazione. 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. Realizzazione di un modello matematico di un veicolo a trazione convenzionale tramite l’implementazione matlab/simulink delle equazioni del moto per la determinazione dei consumi di combustibile e delle emissioni di inquinanti in atmosfera dl propulsore termico. Implementazione di un modello matematico dello stesso veicolo dotato di propulsione ibrida, con particolare riferimento allo studio delle strategie di controllo dei propulsori in funzione delle condizioni di funzionamento e delle condizioni del percorso, per la determinazione delle variazioni di consumi ed emissioni.

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; classification of processes; biofuels; thermochemical processes; gasification and process architectures; syngas upgrade; gasification and polygeneration. Process efficiency of biomass conversion and use. Case studies. - Use of alternative gaseous fuels: classification; syngas and hydrogen; fuel cell systems; architectures and operating principles of fuel cell systems; design criteria. 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.