Obiettivi formativi
Il corso intende affrontare in modo complessivo la problematica delle trasformazioni di energia da una forma all’altra e del loro impatto sull’ambiente. In particolare vengono trattate le problematiche della sostenibilità energetica nei suoi due aspetti: razionalizzazione energetica e uso di fonti rinnovabili di energia, trasformazioni di energia, utilizzazione di combustibili fossili nei processi di combustione che avvengono negli impianti termici motori.
Prerequisiti
La frequenza al corso richiede le conoscenze fornite dai corsi di Fisica, Chimica e Matematica.
Contenuti dell'insegnamento
Aspetti generali.
Il bilancio energetico del pianeta. Consumi di energia nel mondo e fonti energetiche primarie. Caratteristiche delle fonti energetiche primarie. Tecnologie per l’utilizzazione delle fonti rinnovabili. Fonte solare primaria. Cella solare FotoVoltaica. Fonti solari secondarie. Biomasse. Risorsa idraulica. Risorsa eolica.
Cicli termodinamici diretti e inversi; produzione di energia elettrica e cogenerazione; pompe di calore a compressione e ad assorbimento e loro applicazioni; trigenerazione. Processi di combustione. Combustibili e loro caratteristiche. Cenni agli impianti a vapore, alle turbine a gas ed ai motori a combustione interna (MCI): principali emissioni degli impianti fissi e mobili, e tecniche per la loro riduzione.
Programma esteso
Aspetti generali. Il bilancio energetico del pianeta: contributi naturali ed antropici. Sostenibilità energetica: razionalizzazione ed uso di Fonti di Energia Rinnovabili. Consumi di energia nel mondo e fonti energetiche primarie. Caratteristiche delle fonti energetiche primarie: combustibili fossili e fonti rinnovabili. Tecnologie per l’utilizzazione delle fonti rinnovabili. Fonti rinnovabili e tecnologie per la loro utilizzazione. Fonte solare primaria: disponibilità di radiazione solare; collettore solare termico piano senza concentrazione: tecnologia di base ed efficienza; impianti per ACS; problemi di accumulo termico a breve e lungo termine; collettore solare termico sotto vuoto; cenni alla problematica dei collettori a concentrazione a media ed alta temperatura per calore di processo e per generazione elettrica. Cella solare FotoVoltaica: generalità sulla tecnologia e sulle sue caratteristiche; analisi dei vari tipi di moduli FV e delle loro caratteristiche; i moduli FV come elementi costruttivi; considerazioni sugli impianti stand-alone e grid-connected; problemi non tecnici legati agli impianti solari: costi, normative edilizie ed urbanistiche, incentivazioni.
Fonti solari secondarie. Biomasse: disponibilità e caratteristiche delle biomasse legnose da gestione di boschi; impianti per la combustione diretta, loro caratteristiche e loro gestione; impianti per la fermentazione anaerobica di biomasse animali e vegetali;caratteristiche e utilizzazione del biogas. Risorsa idraulica: disponibilità della risorsa; caratteristiche tecnologiche degli impianti e problemi di gestione, compatibilità ambientale. Risorsa eolica: disponibilità della risorsa, caratteristiche tecnologiche degli impianti, compatibilità ambientale. Cicli termodinamici diretti e inversi; produzione di energia elettrica e cogenerazione; pompe di calore a compressione e ad assorbimento e loro applicazioni; trigenerazione. Processi di combustione: reazioni, meccanismi di formazione dei composti inquinanti, metodologia per la stima delle emissioni. Combustibili e loro caratteristiche. Cenni agli impianti a vapore, alle turbine a gas ed ai motori a combustione interna (MCI): principali emissioni degli impianti fissi e mobili, e tecniche per la loro riduzione.
Bibliografia
M.Bianchi, A.De Pascale, A.Gambarotta, A.Peretto – “Sistemi energetici - Impatto ambientale” - vol.3, pp.1-544, ISBN 88-371-1754-X, Pitagora Editrice, Bologna, 11/2008.
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M.L.Davis, D.A.Cornwell, "Introduction to Environmental Engineering", McGraw-Hill Int.Ed., 1991
P.A.Vesilind, J.J.Peirce, R.Weiner, "Environmental Engineering", Butterworth Publishers, 1988
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G.Paccani, "L'inquinamento da autoveicoli", ESA editrice, 1979
R.Wilson, W.J.Jones, "Energia, Ecologia ed Ambiente", Casa Editrice Ambrosiana, 1978
I.Glassman, "Combustion", Academic Press, 1977
J.B.Edwards, "Combustion: the formation and emission of trace species", Ann Arbor Science, 1974
Vengono inoltre messi a disposizione degli studenti i testi delle lezioni. Si consiglia la consultazione di riviste e di siti Web indicati di volta in volta.
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche su argomenti del corso. Visite tecniche presso impianti ed installazioni di sistemi energetici e di sistemi di abbattimento delle emissioni.
