INGEGNERIA ELETTRICA (D.M. 270/04)

Conoscenza e capacità di comprensione di: a) relazioni che legano la realizzazione di impianti di produzione, trasformazione e distribuzione di energia, con particolare riguardo alle FER, e il sistema territoriale, paesaggistico e ambientale; b) fonti informative, metodi e tecniche essenziali per l’analisi del territorio e del paesaggio, la valutazione degli impatti indotti dalla realizzazione di detti impianti e la definizione di misure di prevenzione e mitigazione. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Gli/le studenti/esse dovranno sapere a) utilizzare metodi, tecniche e strumenti di analisi e valutazione nella realizzazione di impianti energetici; b) applicare le conoscenze acquisite sugli strumenti normativi e di pianificazione territoriale, cogliendone le opportunità ai fini di una migliore integrazione di detti impianti nel contesto territoriale e paesaggistico. Ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: Autonomia di giudizio: gli/le studenti/esse dovranno aver sviluppato autonomia di giudizio nella valutazione delle opportunità edei problemi che la realizzazione di impianti energetici, con particolare riguardo agli specifici caratteri socioeconomici, ambientali e paesaggistici dei contesti terrioriali interessati. Abilità comunicative: capacità di illustrare, anche mediante l’uso di sintesi non tecniche e di strumenti di comunicazioni comprensibili per il più vasto pubblico, gli impatti indotti dalla realizzazione degli impianti energetici e la definizione di misure di prevenzione e mitigazione. Capacità di apprendimento: capacità di comprendere e trattare, nelle esperienze formative e pratiche successive, i principali problemi legati alla realizzazione di impianti energetici da fonti rinnovabili e di proporre soluzioni tecniche e organizzative che consentano di affrontarli adeguatamente migliorandone l’inserimento nel territorio e nel paesaggio.

Il programma è articolato cinque blocchi di argomenti, ciascuno dei quali si conclude con una parte sperimentale o l'analisi di casi di studio esemplari, parte dei quali sono indicati al punto 6. 1. Territorio, sostenibilità ambientale e transizione ecologica. Popolazioni, attività e luoghi: fonti informative, metodi e tecniche di analisi del territorio e del paesaggio. Introduzione ai sistemi informativi territoriali: cartografia tecnica e tematica, dati spaziali e alfanumerici, componenti e funzionalità di un SIT. Esempi (1,5 CFU) 2. Le dimensioni territoriali, ambientali e paesaggistiche nei procedimenti autorizzativi degli impianti energetici (0,5). 3. Quadri di riferimento normativi di livello europeo, nazionale e regionale in materia di valutazione paesaggistica e ambientale (0,5 CFU) 4. Fondamenti teorici e principi della valutazione territoriale, paesaggistica e ambientale. Valutazione Ambientale Strategica, Valutazione di Impatto Ambientale, Valutazione d’Incidenza Ambientale, Valutazione Paesaggistica. Casi di studio (1,5) 5. Metodi di valutazione degli impatti indotti dalla realizzazione degli impianti energetici sul sistema territoriale, paesaggistico e ambientale e definizione di misure di prevenzione e mitigazione. Il processo valutativo: quadro istituzionale e partecipazione del pubblico (1 CFU) 6. Significative esperienze operative relative a: o impianti di produzione di energia elettrica da Fonti Energetiche Rinnovabili o impianti di trasmissione e distribuzione di energia elettrica o costituzione di distretti e comunità energetiche (cenni di aspetti normativi e regolamentazione) Il corso prevede attività di laboratorio sviluppate nel corso del semestre, finalizzate alla redazione di un elaborato analitico e valutativo riguardante l’inserimento di impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in un contesto territoriale comunale scelto dall’allievo.

Esame orale dei temi trattati a lezione, inclusa la discussione dell'elaborato di analisi e valutazione riguardante la localizzazione di impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. L’esame orale ha una durata compresa fra 45 e 60 minuti, che dipende dalla capacità di rispondere in maniera precisa e sintetica alle domande e di illustrare compiutamente l'elaborato di analisi e valutazione. Durante l’esame si dovrà rispondere a domande sugli argomenti previsti dal programma del corso e trattati a lezione, oltre che su aspetti salienti dell'elaborato prodotto. Per superare l’esame occorre dimostrare di possedere conoscenze di base sugli argomenti del programma e di saper applicare metodi, tecniche e strumenti di analisi e valutazione territoriale, ambientale e paesaggistica nella realizzazione di impianti energetici, nonché gli strumenti normativi e di pianificazione territoriale pertinenti. Per conseguire una buona valutazione nella verifica dell’apprendimento, occorre dimostrare, anche attraverso la discussione dell'elaborato prodotto, di avere una buona conoscenza e capacità di applicazione di metodi, tecniche e strumenti di analisi e valutazione nella realizzazione di impianti energetici, di avere padronanza degli strumenti normativi e di pianificazione territoriale e di saperne cogliere le opportunità ai fini di una migliore integrazione di detti impianti nel contesto territoriale e paesaggistico. Per conseguire un’ottima valutazione nella verifica dell’apprendimento, occorre dimostrare, oltre che le conoscenze e capacità in ultimo indicate, anche autonomia di giudizio e buona capacità comunicativa.

Testi, dispense didattiche, slides presentate nelle lezioni frontali, banche dati cartografiche e statistiche, software, documentazione su merodi di analisi e casi di studio.

Conoscenza e capacità di comprensione • Comprendere i principi di funzionamento di un sistema di controllo digitale. • Conoscere strumenti di rappresentazione di segnali e sistemi tempo-discreti e dei sistemi di controllo digitale. • Conoscere metodi di analisi di stabilità e delle prestazioni dei sistemi di controllo digitale. • Conoscere metodi di sintesi dei controllori digitali. Capacità di applicare conoscenza e comprensione • Capacità di applicare autonomamente metodi per l’analisi della stabilità e delle prestazioni di un sistema di controllo digitale. • Capacità di applicare autonomamente metodi per la sintesi di controllori dei sistemi di controllo digitale. Autonomia di giudizio • Capacità di selezionare autonomamente i metodi di analisi più appropriati per la valutazione della stabilità e delle prestazioni di sistemi di controllo digitale, in funzione delle caratteristiche del problema e delle specifiche assegnate. • Capacità di scegliere autonomamente le tecniche di progettazione più idonee per la sintesi di controllori digitali, valutandone vantaggi, limiti e impatto sulle prestazioni del sistema controllato. Abilità comunicative • Capacità di redigere relazioni tecniche strutturate, complete ed esaustive e di presentarne i contenuti con chiarezza espositiva e proprietà di linguaggio tecnico, con riferimento alla modellazione, all'analisi delle prestazioni e alla progettazione di sistemi di controllo digitale. Capacità di apprendimento • Capacità di individuare, studiare e apprendere autonomamente nuovi metodi e strumenti per la modellazione, l'analisi delle prestazioni e la progettazione di sistemi di controllo digitale.

Lezione zero su modalità di svolgimento delle lezioni, sintesi del programma e modalità di esame. Introduzione al controllo digitale. Rappresentazione di segnali e sistemi tempo-discreti: la Z-trasformata. Rappresentazione del campionamento e della ricostruzione e problematiche relative; la trasformazione esponenziale. Algebra dei diagrammi a blocchi per sistemi di controllo digitale. Stabilità dei sistemi lineari, tempo-invarianti e tempo-discreti. La funzione di risposta armonica discreta. Le specifiche nei sistemi di controllo digitale. Sintesi per discretizzazione. Sintesi dead-beat. Sintesi con il luogo delle radici. Algoritmi PID, fenomeni di bump e di windup. Casi di studio di interesse per applicazioni elettriche.

Conoscenza dei principi del controllo analogico in retroazione di sistemi dinamici. Conoscenza dei metodi principali per l’analisi di stabilità e delle prestazioni dinamiche dei sistemi di controllo in retroazione. Conoscenza delle tecniche elementari per la sintesi di controllori analogici. Corso di Controlli Automatici: indispensabile.

Le tipologie di attività didattica previste sono lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche, alle quali si aggiungono attività di verifica, analisi e progetto al calcolatore in ambiente Matlab/Simulink. Lezioni ed esercitazioni sono impartite in aula con metodo tradizionale e si avvalgono di strumenti per la videoproiezione e di software per il calcolo e la simulazione. Il tutoraggio è in forma di assistenza individuale e di gruppo negli orari di ricevimento. L’insegnamento comprende 60 ore (per 6 CFU), delle quali 36 ore di lezioni teoriche e 24 ore di esercitazioni. Lezioni frontali (teoria, esercitazioni, simulazioni al calcolatore): 60 ore. Studio individuale: 90 ore. Monte ore complessivo: 150 ore. La frequenza è fortemente consigliata. Si invitano gli studenti non frequentanti, i lavoratori, gli studenti con disabilità o DSA a contattare il docente per concordare eventuali misure specifiche. È previsto l’utilizzo della piattaforma Microsoft Teams per l’interazione con gli studenti che si possono iscrivere al Team all’inizio del corso.

La verifica dell’apprendimento avviene con una prova scritta in presenza sull’intero programma del corso o con due prove scritte parziali in presenza (a metà corso e alla fine del corso), che devono essere entrambe superate con una valutazione almeno sufficiente. Tutte le prove scritte includono esercizi numerici e quesiti a risposta libera. Questi ultimi sono orientati alla valutazione della preparazione su aspetti teorici e della capacità espositiva in maniera organica e con terminologia adeguata. La valutazione è espressa in trentesimi. Il voto minimo per superare l’esame è 18/30 corrispondente ad un livello sufficiente di conoscenza dei requisiti minimi che sono: Z-trasformate di funzioni notevoli, funzioni campionate e proprietà di trasformazione; metodi di anti-trasformazione; funzione di trasferimento discreta ed equazione alle differenze; ricostruttore di ordine zero; trasformazione da s a z; riduzione di diagrammi a blocchi; criteri per l’analisi di stabilità basati sui poli; sintesi per discretizzazione con scelta del passo di campionamento; sintesi dead-beat semplificata con specifica sul controllo; algoritmi PID ottenuti per discretizzazione. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto 18 – Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento. Voti 19-22 – Conoscenza di base degli argomenti e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti con un linguaggio tecnico adeguato. Voti 23-26 – Buona conoscenza degli argomenti e buona comprensione dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in diversi contesti. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti con un linguaggio tecnico di buon livello, chiaro e coerente. Voti 27-30 – Ottima conoscenza degli argomenti e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Elevata capacità di esprimere concetti con un linguaggio tecnico di alto livello, chiaro, coerente. Voto 30 e lode – Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti, autonomia nell’applicazione di conoscenze e competenze acquisite, capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari e diversi da quelli proposti nelle lezioni. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici, originali e approfonditi. Ottima capacità di esprimere concetti con un linguaggio tecnico di alto livello, chiaro, coerente e molto preciso. Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative previste dalla normativa.

Testo principale: C. Bonivento, C. Melchiorri, R. Zanasi, Sistemi di Controllo Digitale, Progetto Leonardo. Testi ausiliari: G.F. Franklin, J.D. Powell, M.L. Workman, Digital Control of Dynamical Systems, Addison-Wesley. C.L. Philips, H.T. Nagle, Digital Control Systems Analysis and Design, Prentice-Hall. K. Ogata, Discrete-time Control Systems, Prentice-Hall. Sono disponibili su piattaforma Microsoft Teams: dispense e materiale ausiliario; esercizi e test per la verifica dell’apprendimento; esercizi di analisi e verifica al calcolatore con il software Matlab/Simulink; tracce di prove scritte di esame. Further available material: handouts; exercises; files for computer simulation with Matlab/Simulink; exam tests.

Conoscenza e capacità di comprensione 1. Conoscenza e capacità di comprensione delle tecniche di modellazione dei sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. 2. Conoscenza e capacità di comprensione delle tecniche di analisi delle prestazioni dei sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. 3. Conoscenza e capacità di comprensione delle tecniche di simulazione delle prestazione dei sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. Capacità di applicare conoscenza e comprensione 1. Capacità di modellare autonomamente sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. 2. Capacità di applicare autonomamente metodologie di analisi delle prestazioni e/o progettazione di sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. 3. Capacità di progettare ed eseguire autonomamente test al calcolatore per la simulazione e valutazione delle prestazioni di sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: • Autonomia di giudizio: Capacità di scegliere autonomamente il metodo di calcolo adatto all'esecuzione di test di analisi delle prestazioni e/o progettazione di sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti. • Abilità comunicative: Capacità di scrivere relazioni tecniche e descriverne il contenuto sulla modellazione, l’analisi delle prestazioni e la simulazione di sistemi dinamici continui temporizzati. • Capacità di apprendimento: Capacità di studiare e comprendere autonomamente nuovi metodi di modellazione, analisi delle prestazioni e simulazione di sistemi dinamici temporizzati tempocontinui e tempodiscreti.

Lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche: Oggetto della teoria dei sistemi. Sistemi statici e dinamici. Definizione assiomatica di sistema dinamico: movimento, traiettoria, equilibrio. Sistemi tempo-discreti e tempo-continui, tempoinvarianti, regolari, a dimensioni finite, lineari. Sistemi interconnessi. Il movimento nei sistemi lineari e tempoinvarianti; rappresentazione di stato e matrice di trasferimento. L’equilibrio nei sistemi lineari e tempoinvarianti. Stabilità del movimento e dell’equilibrio. Stabilità dei sistemi lineari. Linearizzazione intorno all’equilibrio e analisi di stabilità. Stabilità in grande. Raggiungibilità e osservabilità nei sistemi lineari e tempoinvarianti e scomposizione canonica.

Nozioni fondamentali di fisica, di calcolo matriciale e spazi vettoriali. Trasformata di Laplace e rappresentazione di sistemi tempo-continui, lineari e tempoinvarianti mediante funzione di trasferimento. Z-trasformata e rappresentazione di sistemi tempo-discreti, lineari e tempoinvarianti mediante funzione di trasferimento. Stabilità di una funzione di trasferimento.

Lezioni alla lavagna supportate da slide powerpoint, esempi numerici, analisi di casi in studio anche in laboratorio con il software MATLAB.

Esame scritto o due esoneri in alternativa. È possibile richiedere un tema d’anno aggiuntivo. Il candidato deve dimostrare di aver ben compreso gli argomenti insegnati nel corso, dimostrando autonomia di scelta degli strumenti e capacità di superare le difficoltà tipiche dell’applicazione della disciplina a contesti reali. Il requisito minimo è la capacità di applicare ai sistemi dinamici le tecniche di modellazione, analisi e simulazione studiate durante il corso con il medesimo livello di dettaglio con cui gli argomenti sono stati presentati a lezione.

TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI: 1) M. Dotoli, Dispense del corso, sito web del corso http://e-learning.poliba.it/course/view.php?id=74 2) S. Rinaldi, Teoria dei sistemi, CLUP Milano. 3) E. Fornasini, G. Marchesini, Appunti di teoria dei sistemi, Edizioni Libreria Progetto, Padova. ULTERIORI TESTI SUGGERITI: 4) G. Marro, Fondamenti di teoria dei sistemi, Pàtron,Bologna. 5) A. Ruberti, A. Isidori, Teoria dei sistemi, Boringhieri, Torino.

Il corso si propone di fornire un quadro conoscitivo del tema dell’impiantistica termotecnica volta alla climatizzazione degli ambienti ossia alla realizzazione e al mantenimento delle condizioni termiche, igrometriche, di qualità e movimentazione dell’aria comprese entro i valori considerati ottimali per il benessere delle persone. Il corso affronta questo tema in maniera a partire dalle vigenti disposizioni normative, tenendo conto delle normative tecniche utilizzate dai progettisti del settore (Norme UNI, etc,) con un continuo riferimento allo stato dell'arte delle tecnologie disponibili. La conoscenza dei subsistemi di impianto e la capacità di scelta delle tecnologie impiantistiche, ivi compresi i sistemi di gestione e manutenzione degli impianti stessi, rappresenta il fulcro formativo di questo corso, con un particolare riguardo all'adozione di soluzioni compatibili con la transizione energetica. L’obiettivo del corso è quello di dotare lo studente di tutte le conoscenze propedeutiche a svolgere una progettazione impiantistica completa. A tal fine, oltre a concetti teorici, il focus del corso sarà sui criteri progettuali, supportati dalle possibilità offerte dai moderni strumenti di calcolo che saranno presentati nel corso.

• Transizione energetica e fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili. Centrali a ciclo combinato a gas e generazioni dei reattori nucleari (0,2 CFU) - Gli scambiatori di calore, liquefazione dei gas e rigassificazione (0,4 CFU) - Cicli frigoriferi a cascata e ad assorbimento (0,2 CFU) - Cogenerazione e generazioni delle reti di teleriscaldamento (0,4 CFU) - Condizionamento dell’aria: Psicrometria e trasformazioni dell’aria umida in regime invernale ed estivo (0,4 CFU) - Classificazione degli impianti di climatizzazione e principali schemi di impianto (0,4 CFU) - Caratteristiche e prestazioni di una Unità di Trattamento Aria – Ventilazione Meccanica Controllata (0,4 CFU) - Combustione e Generatori di calore, Valutazione delle prestazioni del Sottosistema di generazione, Pompe di calore, Generalità e figure di merito, Tipologie, componenti e schemi d’impianto (0,8 CFU) - Involucro degli edifici: caratteristiche e indicatori delle prestazioni, scambi di materia e di energia, calcolo delle prestazioni alla luce del quadro normativo vigente (0,2 CFU) - Progettazione degli impianti: calcolo dei carichi termici in regime estivo e invernale (0,4 CFU) - Classificazione degli impianti di climatizzazione e schemi di impianto (0,4 CFU) - Caratteristiche degli impianti aeraulici e idronici: schemi e valutazione delle prestazioni (0,2 CFU) - Sottosistema di distribuzione (0,2 CFU) - Sottosistema di emissione e valvolame (0,2 CFU) - La regolazione degli impianti di climatizzazione (0,2 CFU) - Impianti solari termici: prestazioni e dimensionamento dalla superficie captante per soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria (0,2 CFU) - Utilizzo di software per la certificazione energetica, la diagnosi energetica e la progettazione impiantistica (0,8 CFU).

Sono richieste conoscenze sui seguenti argomenti: scambio di calore; termodinamica; efficienza di una macchina; cicli diretti e inversi.

L’insegnamento contempla lezioni teoriche ed esercitazioni in aula, anche attraverso l’uso di fogli di calcolo e software dedicati per lo svolgimento di esercizi relativi alla progettazione di un impianto per il riscaldamento e il raffrescamento ambientale. Per il tema d’anno, viene assegnato agli studenti un problema relativo alla progettazione della centrale termica di un edificio, per il quale gli studenti dovranno identificare la tipologie di impianto più idoneo, considerato anche l’obiettivo di promuovere un uso efficiente dell’energia, utilizzando le tecnologie innovative presentate nelle lezioni teoriche. Lo svolgimento del problema è guidato dal docente e tende a sviluppare e rafforzare le capacità degli allievi di identificare le tecnnologie impiantische più efficienti. Vengono anche proposte le metodiche per produrre un elaborato chiaro nel procedimento ed accurato nei risultati da conseguire, nonché viene valutata la capacità comunicativa nell’esporre la propria idea progettuale. Il corso prevede utilizzo di un software per progettisti termotecnici, concesso in uso alla classe mediante licenza accademica.

L'apprendimento è verificato con una prova in itinere scritta (quesiti aperti e a risposta multipla) e un esame orale, di durata media 20-25 minuti, riguardante un progetto elaborato in gruppo con altri studenti e domande teorico/numeriche sui metodi di modellazione di reti impiantistiche termotecniche per verificare il grado di conoscenza e la capacità metodologica acquisita nei diversi argomenti, nonché nelle relative applicazioni (primo, secondo e terzo indicatore di Dublino). Durante il colloquio sarà valutata anche la qualità di esposizione con terminologia appropriata e l’organizzazione autonoma dell'esposizione (quarto indicatore di Dublino). Il risultato della valutazione è espresso in trentesimi; il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30, corrispondente ad un livello e qualità sufficienti di conoscenza dei requisiti minimi di seguito illustrati. Gli studenti che raggiungono il voto massimo di 30/30 e che dimostrino nell’eventuale colloquio orale un livello e qualità eccellenti insieme con ottima capacità di applicare autonomamente conoscenze e competenze acquisite, anche in contesti diversi da quelli proposti a lezione (quinto indicatore di Dublino) saranno meritevoli di lode. I requisiti minimi per il superamento dell’esame sono: identificazione degli schemi, dei componenti e dei diversi subsistemi di un impianto termotecnico, delle relative prestazioni e rendimenti; conoscenza dei metodi di calcolo impiegati per il dimensionamento di un generatore termico e di una macchina frigorifera; redazione di una certificazione energetica e di una diagnosi energetica. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto: 18 Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento Voti: 19-22 Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti trattati, con capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali, con un alto grado di approfondimento. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

• L. De Santoli e F. Mancini, “Progettazione degli impianti di climatizzazione”, 2017, Maggioli Editore - L. Stefanutti, “Impianti di climatizzazione”, 2011, Hoepli - G. Cammarata, "Impianti di riscaldamento e verifiche energetiche", 2023, Legislazione Tecnica. - G. Cammarata, "Impianti di condizionamento per usi civili, 2024, Legislazione Tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione Il corso si prefigge l’obiettivo di fornire ai futuri ingegneri elettrici le conoscenze di base dei principali impianti idraulici e termici per la produzione di energia elettrica e una dettagliata conoscenza dell’architettura, delle prestazioni e della regolazione delle più comuni macchine a fluido. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di applicare le conoscenze di termodinamica acquisite nei corsi di Fisica e di Fisica Tecnica per effettuare un dimensionamento di massima delle principali tipologie di macchine a fluido e di procedere alla selezione delle opportune macchine disponibili sul mercato, nell'ottica di un accoppiamento con gli opportuni motori o generati elettrici. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: • Autonomia di giudizio: Capacità di operare la scelta delle macchine a fluido adeguate per progettare un sistema energetico sulla base di valutazioni tecniche. • Abilità comunicative: Capacità di comunicare e rappresentare efficacemente, sia dal punto di vista tecnico sia dal punto di vista formale, le caratteristiche e le prestazioni di un sistema energetico e delle macchine a fluido che lo compongono. • Capacità di apprendimento: Capacità di comprendere e saper utilizzare i contenuti relativi a sistemi energetici e macchine a fluido riportati in riviste e libri specialistici.

1. Caratteristiche generali delle macchine a fluido (7.5 ORE - 0.75 CFU): Classificazione delle macchine. Richiami di termodinamica delle macchine per le macchine idrauliche e le macchine termiche. Triangoli di velocità nelle turbomacchine (Libro di testo, pp. 1-52). 2. Pompe centrifughe (17.5 ORE - 1.75 CFU): Componenti della macchina. Lavoro, potenza e rendimenti. Importanza del campo di forze centrifughe. Girante e diffusore. Lavoro delle resistenze passive. Curve caratteristiche e diagramma collinare. Punto di funzionamento. Regolazione. Cavitazione. Pompe in serie e in parallelo. Progetto di massima e scelta di una pompa (Libro di testo, pp. 53-88). 3. Compressori centrifughi (7.5 ORE - 0.75 CFU): Costituzione della macchina, numero di giri caratteristico, funzionamento del compresso centrifugo, triangoli di velocità, rendimenti isoentropici, ugello, girante, grado di reazione, diffusore (progetto e verifica), voluta, curve caratteristiche, regolazione (Libro di testo, pp. 88-108). 4. Impianti Turbine idrauliche (12.5 ORE - 1.25 CFU): Introduzione, classificazione e costituzione della macchina, parametri fondamentali di funzionamento, diagramma collinare di una turbina idraulica, similitudine fluidodinamica, numero di giri e portata specifici, scelta della turbina e numero di giri caratteristico, turbina Pelton, turbina Francis, turbina ad elica e Kaplan, diffusore (Dispense didattiche). 5. Energia eolica (15 ORE - 1.5 CFU): Caratteristiche della fonte eolica e potenziale energetico disponibile; tecnologia degli aeromotori; centrali elettriche “Wind farm” (Libro di testo).

Elementi di fisica generale, meccanica e termodinamica.

Il corso si articola in un modulo che comprende 60 ore (effettive) di lezioni teoriche e pratiche.

L'esame si articola su due prove scritte. La prima verte su aspetti teorici e la seconda su aspetti pratici. Per la parte di teoria ci sono 6 quesiti (vero/falso) a cui il candidato deve rispondere con una motivazione sintetica e 2 domande aperte da elaborare. Ciascun vero/falso vale 2 punti; ciascuna domanda aperta vale 10 punti. Si ritiene sufficiente l’esito della prova con un punteggio uguale o superiore a 18. Per la parte pratica sono previsti 3 esercizi numerici. In totale si assegnano 32 punti. La prova è ritenuta sufficiente con un punteggio uguale o superiore a 18. Si ritiene che siano stati raggiunti i requisiti minimi di apprendimento dopo aver ottenuto sia alla prova di teoria che alla prova pratica un punteggio almeno di 18. Su richiesta del candidato, è prevista anche un’integrazione orale per il miglioramento del voto.

1. Catalano L. A., Napolitano M., “Elementi di macchine operatrici a fluido”, Pitagora Editrice, (BO), 1998. 2. Dispense didattiche disponibili in formato elettronico (.pdf) sul sito http://climeg.poliba.it. 3. Pallabazzer R., “Sistemi eolici”, Rubettino Editore

Conoscenza e capacità di comprensione: - Conoscere e comprendere le principali strutture di conversione e le caratteristiche dei principali dispositivi semiconduttori di potenza. - Conoscere e comprendere le principali tecniche PWM con modulante costante e sinusoidale e le principali tecniche di controllo dei convertitori elettronici di potenza. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: - Scegliere e implementare la tecnica di modulazione PWM più adeguata al tipo di conversione. - Individuare il dispositivo elettronico di potenza adeguato alle specifiche applicative, implementare tecniche PWM su sistemi di controllo e simulare convertitori elettronici di potenza con software specifico. Autonomia di giudizio: - Analizzare e valutare con autonomia il funzionamento dei principali convertitori elettronici di potenza, individuando criticità e soluzioni progettuali coerenti con le specifiche applicative. Abilità comunicative: - Descrivere e documentare con adeguata proprietà di linguaggio tecnico il funzionamento, la modulazione, il controllo e i risultati di simulazione dei principali convertitori elettronici di potenza. Capacità di apprendimento: - Applicare in modo autonomo le tecniche di analisi, simulazione e progettazione acquisite per affrontare lo studio di convertitori elettronici di potenza più complessi non trattati durante il corso.

Argomento 1 (28 ORE – 2,8 CFU) Principali strutture di conversione e tecniche di modulazione PWM: celle base di conversione; Half Bridge con modulazione PWM costante; Full Bridge con modulazione PWM bipolare e unipolare costante; richiami sull’analisi di Fourier; Half Bridge e Full Bridge con modulazione PWM sinusoidale; inverter trifase con modulazione PWM sinusoidale, iniezione di terza armonica e Space Vector Modulation; campionamento ed effetto dei dead time. Argomento 2 (8 ORE – 0,8 CFU) Controllo di convertitori elettronici di potenza: controllo di corrente di un convertitore; controllo basato su regolatori PI; Internal Model Principle e controllori risonanti; controllo dell’inverter trifase. Argomento 3 (14 ORE – 1,4 CFU) Esercitazioni al Matlab/Simulink: implementazione dei modelli e delle tecniche di controllo per i convertitori elettronici di potenza analizzati. Argomento 4 (10 ORE – 1 CFU) Esercitazione di laboratorio: realizzazione del circuito Half Bridge; implementazione in linguaggio C di PWM Trailing Edge DC/AC e PWM Double Edge DC/AC; controllo in open loop Half Bridge DC/AC; post-processing delle grandezze elettriche misurate.

Conoscenze e competenze acquisibili attraverso i corsi di Analisi Matematica, Geometria ed Elettrotecnica.

L’insegnamento prevede 6 CFU, corrispondenti a 60 ore di attività didattica assistita e circa 90 ore di studio individuale. Le attività sono organizzate in lezioni frontali sui principi di conversione, modulazione e controllo dei convertitori elettronici di potenza, esercitazioni al calcolatore con Matlab/Simulink e attività pratiche di laboratorio. Sono previste 36 ore di didattica frontale, 14 ore di esercitazioni al Matlab/Simulink, 10 ore di laboratorio. Le esercitazioni e il laboratorio sono finalizzati all’implementazione dei modelli, delle tecniche PWM e delle tecniche di controllo analizzate durante il corso.

La verifica dell’apprendimento consiste in una prova orale unica che concorre interamente alla valutazione finale. Il colloquio è volto ad accertare la conoscenza dei principi base dei convertitori elettronici di potenza, dei collegamenti logici e matematici relativi alle principali grandezze fisiche, delle tecniche PWM e delle tecniche di controllo trattate nel corso. Sono inoltre valutate la capacità di leggere e comprendere i principali layout circuitali, di analizzare il funzionamento dei convertitori, di descrivere con proprietà di linguaggio tecnico le soluzioni adottate e di applicare le conoscenze acquisite a casi non affrontati direttamente a lezione. I requisiti minimi per il superamento dell’esame consistono nella conoscenza dei principi di funzionamento, della configurazione circuitale e delle modalità di modulazione e controllo dei principali convertitori elettronici di potenza in programma. La valutazione tiene conto della correttezza tecnica, della completezza delle risposte, della capacità di collegamento tra teoria, simulazione e laboratorio, dell’autonomia di giudizio e della chiarezza espositiva. Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative previste dalla normativa.

1. M.H. Rashid, “Elettronica di potenza. Vol. 1 - Dispositivi e circuiti”, Pearson Prentice Hall, 2007. 2. M.H. Rashid, “Elettronica di potenza. Vol. 2 - Applicazioni”, Pearson Prentice Hall, 2008.

• Conoscenza e comprensione del dimensionamento di impianti d’utente attivi e passivi • Conoscenza e comprensione delle specifiche problematiche legate alla sicurezza elettrica • Capacità di analisi delle necessità degli utenti e delle soluzioni tecnologiche per l’alimentazione elettrica • Capacità di analisi, progettazione e verifica di sistemi elettrici utilizzatori di bassa e media tensione • Capacità di redazione di documentazione tecnica • Capacità di definire i criteri per l’analisi di un impianto elettrico utilizzatore nella fase progettuale • Esaminare criticamente le informazioni, i limiti e i potenziali miglioramenti tecnico-economici. • Capacità di descrivere e documentare con adeguata proprietà di linguaggio la progettazione di impianti elettrici utilizzatori • Progettare impianti elettrici utilizzatori

1. Nozioni generali introduttive (4 ore - 0,4 CFU) - Introduzione alla progettazione, norme e strumenti di riferimento, struttura di un moderno sistema elettrico industriale, schemi di base, criteri costruttivi e requisiti di funzionamento. 2. Componenti, carichi e funzionamento degli impianti (6 ore - 0,6 CFU) - Scelta dei principali componenti elettrici, tra cui generatori, trasformatori e interruttori; analisi dei carichi mediante diagrammi, fattori di utilizzazione, curve di durata e valutazione delle potenze installate e assorbite. 3. Alimentazione, protezione e continuità del servizio (4 ore - 0,4 CFU) - Funzionamento degli impianti in condizioni ordinarie, utenze privilegiate, sorgenti autonome di energia, sistemi di protezione, controllo degli impianti, alimentazione normale, di riserva ed emergenza, gruppi elettrogeni e UPS. 4. Impianti e sistemi tecnici specifici (16 ore - 1,6 CFU) – Cabine MT/BT, impianti di rifasamento, impianti di terra, illuminazione interna ed esterna, con cenni agli impianti di illuminazione pubblica. 5. Documentazione progettuale ed esercitazioni applicative (30 ore – 3,0 CFU) – Redazione della documentazione di progetto secondo normativa CEI e legislazione vigente; relazione tecnica, schemi unifilari, planimetrie, piani di installazione, elenco prezzi, computo metrico, analisi prezzi e contabilità dei lavori pubblici. Sviluppo in gruppo del progetto di un impianto elettrico di utenza mediante software tecnici e CAD

Elementi di elettrotecnica, impianti elettrici, macchine elettriche, distribuzione ed utilizzazione dell’energia elettrica

Lezioni in aula supportate da presentazioni e dispense. Esercitazioni individuali e di gruppo in classe. Tutoraggio in forma di assistenza individuale.

Esame orale. Accertamento delle conoscenze acquisite nell’ambito della Progettazione degli impianti elettrici utilizzatori, mediante un minimo di tre domande orali di tipo teorico-applicativo sui diversi macro-argomenti del corso. L’esame si riterrà superato nel caso si risponda a tutte le domande. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare: - Conoscenza generale dei principi di dimensionamento dei conduttori e dei sistemi di protezione; - Conoscenza applicativa della selezione delle soluzioni tecnologiche per impianti utilizzatori e delle modalità di connessione; - Conoscenza generale delle problematiche di sicurezza elettrica delle persone. La capacità di illustrare con sicurezza le caratteristiche dei componenti e dei sistemi, insieme a un’analisi consapevole delle scelte progettuali e operative relative alla gestione e all’integrazione, contribuirà al conseguimento di una buona valutazione nella verifica dell’apprendimento. Una valutazione ottima sarà invece attribuita qualora lo studente dimostri approfondite capacità critiche sugli aspetti teorico-applicativi del corso e sulle relazioni trasversali tra i diversi argomenti, finalizzate allo sviluppo di documenti descrittivi degli impianti elettrici utilizzatori. Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative previste dalla normativa. / Compensatory tools and dispensatory measures will be guaranteed to students with disabilities and DSA)

• V. Carrescia, “Fondamenti di sicurezza elettrica”, TNE, 2016. • G. Conte “Manuale di Impianti Elettrici”, Biblioteca Tecnica Hoepli, 2020. Altro materiale • Norme CEI 0-21, CEI 0-16, CEI 64-8 • "Guida al sistema Bassa Tensione", 2022

Conoscere teoricamente/numericamente la caratterizzazione di elementi circuitali, reti lineari/non lineari e la classificazione di architetture di rete note · Saper identificare il comportamento di reti elettriche multiporta in regime stazionario, transitorio, alternativo sinusoidale e la caratterizzazione energetica · Conoscere i metodi di analisi di reti elettriche lineari/non lineari multiporta in forma vettoriale · Saper comprendere le soluzioni qualitative/quantitative ottenute in termini di stabilità per reti lineari e non lineari · Saper analizzare il funzionamento di una rete elettrica esistente per effettuare valutazioni di reti equivalenti nel caso lineare. · Saper risolvere una rete esistente, effettuando valutazioni di variabili elettriche sia nel caso lineare che non lineare. · Essere in grado di identificare l’architettura di una rete elettrica assegnata secondo le tipologie classificate · Saper usare strumenti informatici di simulazione circuitale e numerica per impostare una analisi di rete elettrica computerizzata · capacità di risoluzione di problemi circuitali con valutazione critica dei valori ottenuti e confronto tra soluzioni, individuando le più sostenibili dal punto di vista energetico · saper lavorare in gruppo per elaborare e presentare risultati di analisi di reti elettriche comunicando con chiarezza le · saper applicare le tecniche di analisi alla soluzione di reti elettriche classiche e architetture nuove in settori innovativi

MODULO I – Analisi di Reti Lineari/Non Lineari Topologia Circuitale e Analisi Generale – LKC e LKT e direzioni di riferimento. Dai circuiti ai grafi orientati. Maglie e insiemi di taglio fondamentali. Matrici topologiche associate ai grafi e formulazione matriciale delle LK. Teorema di Tellegen. Shifting e Splitting di generatori Proprietà di Reti Resistive Lineari/Non Lineari - Tempo-varianza/-invarianza. Connessioni circuitali. Tecniche di DPC e di approssimazione lineare a tratti. Analisi per piccoli segnali. Caratteristiche di trasferimento. Proprietà delle Reti LTI. Rappresentazione integro-differenziale Reti Biporta, Multiporta e Reciprocità - Proprietà dei biporta. Doppi bipoli, multibipoli. Rappresentazioni di biporta e loro interconnessioni: serie-serie; parallelo-parallelo; serie-parallelo; parallelo-serie; cascata. Teorema di reciprocità. Doppi bipoli terminati e interconnessi. Generatori Pilotati. Trasformatori ideali. Amplificatori operazionali. Giratori. Biporta resistivi non lineari. Punti di lavoro e doppie rette di carico. Caratterizzazione di reti multiporta. Metodi di Analisi di Reti Lineari e Non Lineari in regime stazionario - Esistenza e unicità della soluzione. Analisi Nodale, Nodale Modificata, alle Maglie, agli insiemi di Taglio. Analisi di Tableau. e scrittura per ispezione del sistema di eq. risolutive. Soluzione numerica di Reti non lineari con il metodo di Newton. Teoremi fondamentali per Reti LTI e per Reti Non Lineari Metodi di Analisi di Reti Lineari/Non Lineari con comportamento dinamico - Stato e variabili di stato. Metodo delle variabili di Stato per la soluzione di reti LTI del II ordine. Comportamento qualitativo di x ̇=Ax e di x ̇= f(x) all’equilibrio. Nodo stabile, nodo instabile, punto di sella, centro, fuoco stabile, fuoco instabile, Reti elettriche non lineari autonome e non autonome: equazione di stato non lineare. Ritratto di fase. Stati di equilibrio e punti di lavoro. Induttori accoppiati LTI e non LTI. Analisi di Tableau, di nodo modificata e di piccolo segnale. Elementi di Reti Non Lineari di altre tipologie: NNs, CNNs, Small-World Networks. MODULO II – Sintesi e modellamento di reti elettriche RETE IN UNA RAPPRESENTAZIONE INGRESSO-USCITA - Il comportamento energetico di un circuito del secondo ordine. La risposta di un circuito di ordine n-esimo: risposta con ingresso nullo; risposta con stato nullo; frequenze naturali della variabile di uscita; risposta ad un ingresso generico. Trasformata di Laplace e funzione di trasferimento H(s). RETE IN UNA RAPPRESENTAZIONE BI-PORTA - Richiami della caratterizzazione dei doppi bipoli lineari tempo-invarianti: matrici di impedenza, di ammettenza, di trasmissione, ibride. Doppi bipoli con le due porte chiuse su di un carico. Collegamento parallelo-parallelo, serie-serie, in cascata di due doppi bipoli. FONDAMENTI DI SINTESI DELLE RETI - Problema della sintesi di una rete elettrica. Classificazione dei filtri. Immettenze passive. Funzioni a parte reale positiva. Variazione di scala delle funzioni di rete. SINTESI DEI FILTRI PASSIVI - Sintesi delle reti LC ad una porta. Le forme canoniche di Foster e di Cauer. Sintesi delle reti RC ad una porta e relative realizzazioni canoniche. Sintesi delle reti a due porte a scala: la rete a scala LC; la rete a scala RC. Sintesi di biporta mediante reti a scala RC collegate in parallelo. APPROSSIMAZIONE DELLA CARATTERISTICA IDEALE DI UN FILTRO E TRASFORMAZIONI DI FREQUENZA - La risposta alla Butterworth: caratteristiche a spianamento massimo. I poli della funzione di Butterworth. La risposta alla Chebyshev: caratteristiche ad ugual ondulazione.

Modelli e proprietà dei componenti elettrici fondamentali. Elettrotecnica. Algebra matriciale; Eq. differenziali. Trasformata di Laplace. Comprensione del testo in lingua Inglese

L'apprendimento è verificato con un esame scritto, di durata media 45-60 minuti, basato su domande teorico/numeriche sui metodi di analisi di reti lineari/non lineari per verificare il grado di conoscenza e la capacità metodologica acquisita nei diversi argomenti, nonché nelle relative applicazioni (primo, secondo e terzo indicatore di Dublino). Segue un colloquio per chiarimenti relativi all’esame scritto. Durante il colloquio è valutata anche la qualità di esposizione con terminologia appropriata e l’organizzazione autonoma dell'esposizione (quarto indicatore di Dublino). Il risultato della valutazione è espresso in trentesimi; il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30 corrispondente ad un livello e qualità sufficienti di conoscenza dei requisiti minimi di seguito illustrati. Gli studenti che raggiungano il voto massimo di 30/30 e che dimostrino nell’eventuale colloquio orale un livello e qualità eccellenti insieme con ottima capacità di applicare autonomamente conoscenze e competenze acquisite, anche in contesti diversi da quelli proposti a lezione (quinto indicatore di Dublino) saranno meritevoli di lode. I requisiti minimi per il superamento dell’esame riguardano la conoscenza di: formulazione matriciale delle LK, matrici topologiche associate ad un grafo circuitale, esistenza ed unicità della soluzione di una rete, tecniche di DPC, di approssimazione lineare a tratti e percorso dinamico, definizione di biporta lineari e connessioni, applicabilità dell’analisi nodale e nodale modificata, metodo delle variabili di stato, comportamento all’equilibrio di reti del II ordine e traiettoria Costituisce un requisito minimo la capacità di scelta del metodo di analisi appropriato per la soluzione di una rete data. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto: 18 Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento Voti: 19-22 Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti trattati, con capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali, con un alto grado di approfondimento. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

L. CHUA, C. A.DESOER, E. KUH, Circuiti lineari e non lineari, ed. Jackson N. BALABANIAN, T. BICKART, S. SESHU, Electric Network Theory, ed. Wiley Materiale didattico del docente disponibile su piattaforma istituzionale per gli studenti del corso

Conoscenza e comprensione • Conoscere i criteri per progettare e realizzazione di sistemi automatici di misura minimizzando gli errori • Comprendere le tecniche di acquisizione del segnale con diverse piattaforme • Conoscere i metodi per elaborare il segnale digitale per la caratterizzazione di componenti e sistemi • Scegliere ed utilizzare strumenti di misura ed apparecchi per l’acquisizione dati; • Realizzare sistemi automatici di misura; • Utilizzare i più comuni ambienti di sviluppo per il controllo della strumentazione e l’elaborazione dei dati in ambito industriale ed accademico. Autonomia di giudizio • Comprendere i problemi di misura, definire le specifiche e selezionare le soluzioni più opportune. • Valutare prestazioni e accuratezza dei sistemi di misura con cui si lavora. • Esaminare criticamente i risultati ottenuti, i limiti e i potenziali miglioramenti da apportare ai sistemi che si realizzano. Abilità comunicative: • saper redigere report e relazioni tecniche strutturate • saper lavorare in gruppo • saper comunicare con chiarezza e linguaggio tecnico appropriato le metodologie utilizzate e i risultati ottenuti Capacità di apprendimento: • Studiare e comprendere autonomamente nuovi metodi di misura • Comprendere le specifiche di nuova strumentazione • Implementare metodi di calcolo più avanzati per l'elaborazione dei risultati delle misure.

• SYLLABUS (2 ORE – 0,2 CFU) Obiettivi formativi e di apprendimento; Contenuti di massima del corso; Scheduling e organizzazione dell’insegnamento; Modalità di valutazione; operazioni propedeutiche all’avvio del corso; contatti e distribuzione del materiale didattico. • CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE (5 ORE – 0,5 CFU) Il campionamento ideale; Il Teorema del Campionamento; L’aliasing; Esercizi. • ANALISI NEL DOMINIO DEL TEMPO E DELLA FREQUENZA (10 ORE – 1 CFU) La Trasformata Discreta di Fourier: Esempi uso della DFT; Influenza sullo spettro dei parametri di campionamento; Campionamento ETS e RIS; Campionamento non coerente e finestratura; spettro discreto, continuo e misto. L’analizzatore di spettro a spazzolamento in frequenza e digitale; Filtro AC e visualizzazione della PSD. • QUANTIZZAZIONE IDEALE (5 ORE – 0,5 CFU) Introduzione alla quantizzazione; Effetto della quantizzazione sullo spettro; Stima della PSD dell'errore di quantizzazione; Il principio del sovracampionamento; Il dithering; l’ADC Sigma-Delta. • SISTEMI AUTOMATICI DI TEST (5 ORE – 0,5 CFU) Architetture e principali bus di misura; Lo standard SCPI; Architettura VISA; Ambienti di sviluppo. • ACQUISIZIONE DATI (5 ORE – 0,5 CFU) Caratteristiche schede DAQ e schemi di principio dello stadio analogico di ingresso; Configurazione dei canali di acquisizione in base alla sorgente; Sistemi a campionamento simultaneo e multiplexato. Il tempo di assestamento; indicazioni pratiche. • BEST FIT (3 ORE - 0,3 CFU) Richiami al best-fit lineare e non-lineare con metodo dei minimi quadrati ordinario; Fitting sinusoidale a tre parametri; Stima della frequenza nel dominio del tempo mediante zero-crossing; Esempi. • LABORATORIO (25 ORE – 2.5 CFU) Realizzazione di strumenti virtuali in LabVIEW; Comunicazione con strumenti di misura e schede DAQ per la realizzazione di Sistemi Automatici di Test.

Indispensabile: Basi di analisi matematica; Importante: principali metodi per le misure elettriche; Utile: conoscenze di elettrotecnica; capacità d’uso del PC; principi di programmazione.

Lezioni frontali impartite mediante display interattivo e lavagna classica (circa 30 ore), apprendimento cooperativo mediante lavoro di gruppo in laboratorio (circa 30 ore), tutorato in forma di assistenza individuale su richiesta specifica. Occasionalmente lezioni in modalità FAD: web lesson o asincrona.

L’esame inizia con l’accertamento delle abilità relative al controllo della strumentazione: se lo studente non riesce a rispondere sufficientemente l’esame si intende NON SUPERATO! In caso di superamento della prima domanda ci saranno altre 2 domande su argomenti teorici ed esercizi numerici; l’esame si riterrà superato (con un voto compreso tra 18/30 e 23/30) se si risponde correttamente ad almeno 1 domanda oltre quella di Laboratorio. L’esame si riterrà superato con voto compreso tra 24/30 e 30/30 Lode, a seconda dei casi, nel caso si risponda a tutte le domande. Per gli studenti regolarmente frequentanti è possibile optare per un progetto di gruppo (minimo 2 - massimo 4 studenti) relativo allo sviluppo di un sistema di misura ed elaborazione automatico con consegna di relazione tecnica esplicativa e materiale di progetto e successiva discussione; le domande potranno anche vertere su argomenti teorici sviluppati durante il corso. In ogni caso la valutazione sarà individuale. Il progetto va richiesto entro fine giugno. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare di: 1) Conoscere i principali parametri di campionamento e loro influenza; 2) Conoscere le principali tecniche per evitare e/o minimizzare gli errori di acquisizione di un segnale; 3) Conoscere le basi dell’analisi in frequenza. 4) Essere in grado di costruire un banco di misura automatico con le basilari tecniche di programmazione dei sistemi ATE in LabVIEW Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative previste dalla normativa.

• Dispense fornite dal docente con Manuali di strumenti e schede DAQ, white paper e Application Notes; il materiale viene distribuito mediante cartella condivisa sul Team del corso. - A. Ferrero, D. Petri, P. Carbone, M. Catelani, “MODERN MEASUREMENTS-Fundamentals and Applications” Wiley-IEEE Press, ISBN: 978-1-118-17131-8 - F. Attivissimo, N. Giaquinto, “Data Acquisition”, Sciyo, 2010

Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza e capacità di comprensione degli strumenti modellistici e metodologici per la formalizzazione e la risoluzione di problemi di controllo, ottimizzazione e coordinamento dei sistemi energetici per e-transition e e-mobility. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di applicare autonomamente metodologie di analisi, progettazione e validazione di tecniche di controllo, ottimizzazione e coordinamento di sistemi energetici per e-transition e e-mobility Autonomia di giudizio Capacità di scegliere autonomamente la metodologia adatta alla modellazione, progettazione, analisi e simulazione di sistemi di controllo per e-transition e e-mobility. Abilità comunicative: Capacità di scrivere relazioni tecniche e descriverne il contenuto su modellazione, progettazione, analisi delle prestazioni e simulazione di sistemi di controllo per e-transition e e-mobility. Capacità di apprendimento: Capacità di studiare e comprendere autonomamente nuovi metodi di modellazione progettazione, analisi delle prestazioni e simulazione di sistemi di controllo per e-transition e e-mobility.

Introduzione (2.5 ore – 0.25 CFU) Introduzione alle tecniche di gestione dell’energia e agli strumenti di controllo dei sistemi energetici per e-transition e e-mobility. Metodologie (20 ore – 2 CFU) Architetture di controllo dei sistemi energetici: architettura centralizzata, decentralizzata, gerarchica e distribuita. Ottimizzazione e controllo decentralizzato/distribuito dei sistemi energetici: decomposizione primale e duale; consenso e sistemi multi-agente. Teoria dei giochi per il coordinamento dei sistemi energetici: giochi e connessioni con le problematiche di ottimizzazione e controllo. Controllo ottimo e controllo predittivo dei sistemi energetici. Applicazioni (30 ore – 3 CFU) Controllo ottimo di sistemi energetici con fonti rinnovabili ed accumulatori di energia. Gestione ottimale delle reti di distribuzione e delle microreti. Strategie di retroazione per il bilanciamento di potenza e la regolazione di frequenza. Controllo decentralizzato e distribuito del flusso di potenza ottimale di una rete. Tecniche di ottimizzazione e controllo per il demand side management dei sistemi energetici a larga scala. Schedulazione e gestione energetica della ricarica di flotte di veicoli elettrici. Schedulazione e gestione energetica di edifici/case e reti di edifici/case intelligenti. Esercitazioni in Laboratorio (7.5 ore – 0.75 CFU) Casi di studio: implementazione, simulazione ed analisi in ambiente numerico (Matlab) degli esempi formalizzati dal punto di vista teorico.

Nozioni fondamentali di informatica, calcolo, algebra, e controlli automatici.

Lezioni ed esercitazioni in aula supportate da presentazioni con videoproiettore, lavoro di gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale.

L’apprendimento sarà verificato tramite un esame orale, della durata media di 30-45 minuti, articolato in domande teorico/numeriche seguite dalla discussione di un elaborato progettuale e finalizzato a verificare il grado di conoscenza e la capacità metodologica acquisita nei diversi argomenti, nonché nelle relative applicazioni (primo, secondo e terzo indicatore di Dublino); durante il colloquio saranno inoltre valutate la qualità di esposizione con terminologia appropriata e l’organizzazione autonoma dell'esposizione (quarto indicatore di Dublino). Il risultato della valutazione è espresso in trentesimi; il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30 corrispondente ad un livello sufficiente di conoscenza e comprensione dei requisiti minimi di seguito illustrati. Gli studenti che conseguiranno il voto massimo di 30/30 e che dimostrino un livello di preparazione eccellente, unito a un'elevata capacità di applicare autonomamente le competenze acquisite anche in contesti diversi da quelli proposti a lezione (quinto indicatore di Dublino), potranno ottenere la lode. I requisiti minimi per il superamento dell’esame sono: identificazione dell’architetture di controllo dei sistemi energetici; definizione di tecniche di base di ottimizzazione e controllo decentralizzato/distribuito; utilizzo della teoria dei giochi per il coordinamento; definizione di tecniche di controllo ottimo e controllo predittivo; modellazione di sistemi energetici con fonti rinnovabili ed accumulatori di energia; formulazione di strategie ottimali per il bilanciamento di potenza e il calcolo del flusso di potenza ottimale di una rete; gestione ottimale di microreti, flotte di veicoli elettrici e reti di edifici/case intelligenti. È inoltre richiesto, come requisito minimo, il possesso della capacità di implementare in ambiente numerico le tecniche di modellazione, progettazione, analisi e simulazione presentate durante le lezioni, applicandole a sistemi energetici con un livello di dettaglio coerente con quello affrontato in aula. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri. Voto: 18 - Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento. Voti: 19-22 - Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 - Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 - Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

G. Magnani, G. Ferretti, P. Rocco, Tecnologie dei sistemi di controllo, seconda edizione, McGraw Hill,2007. Dispense e lucidi forniti dal docente.

1. Conoscenza e capacità di comprensione Il corso si propone di fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i principi di funzionamento di un sistema elettrico di potenza in regime permanente e perturbato e le relative metodologie di gestione e controllo. 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Al termine del corso gli allievi conosceranno a fondo le metodologie di analisi del comportamento di un sistema elettrico in regime permanente o perturbato ed i principali criteri con i quali si supervisiona e si controlla un grande sistema elettrico. 3. Autonomia di giudizio: Capacità di valutare soluzioni e analizzare risultati nella risoluzione dei problemi 4. Abilità comunicative: Capacità di comunicazione sintetica e strutturata delle conoscenze in sede d’esame 5. Capacità di apprendimento: Partecipazione alle lezioni e preparazione delle prove di verifica ed esame

1. Il sistema elettrico di potenza: cenni storici, struttura di un sistema elettrico; il settore della produzione e della trasmissione, i soggetti coinvolti nell’esercizio e nella gestione. [4L] 2. Studio del sistema elettrico in regime permanente: rappresentazione dei principali componenti del sistema, approccio nodale e ipotesi generali, formulazione del problema di load flow, classificazione dei nodi, processo di soluzione, verifiche, metodi di disaccoppiamento, load flow in corrente continua, studi di sensibilità. [10L, 8E]. 3. Costi di produzione dell’energia elettrica, metodologie di valutazione e fattori principali. Costo orario di produzione. Formulazioni del dispacciamento economico, condizioni di KKT, costo incrementale di sistema, perdite di trasmissione, soluzioni iterative, dispacciamento con vincoli sui transiti. Cenni di unit commitment [6L, 5E]. 4. Nozioni di microeconomia: teoria del consumatore, tipi di domanda, consumer surplus, teoria del produttore, massimizzazione del profitto, surplus del produttore, efficienza paretiana e equilibrio del mercato, massimizzazione del social welfare [4L,2E] 5. Mercati dell’energia elettrica: la liberalizzazione dell’industria elettrica, tipologie di mercati a termine e in tempo reale, offerte di vendita e di acquisto, borsa dell’energia, contratti bilaterali, meccanismi d’asta, modelli matematici, market clearing price, congestioni di rete, schemi di zonal pricing. [6L, 6E] 6. Modelli dinamici dei componenti del sistema elettrico. Unità generatrici: modelli generali, trasformazioni di coordinate, eq.ni in variabili dqo e in valori relativi, modelli del 8°, 6°, 4 e 2° ordine; sistemi di eccitazione e controllo della tensione; regolatori di velocità. Funzionamento in regime permanente e calcolo dei valori iniziali. Modelli dinamici e statici di carichi elementari e aggregati, dipendenza dalla tensione e/o dalla frequenza. [8L,6E] 7. La stabilità dei sistemi elettrici di potenza: analisi qualitativa, stabilità degli angoli di rotore, della tensione, della frequenza. Stati di funzionamento del sistema. Concetti di adeguatezza, affidabilità e sicurezza. L’analisi della stabilità transitoria. Approcci per la valutazione della stabilità, metodi diretti e AI. La simulazione nel tempo: metodi per l’integrazione numerica, modello algebrico-differenziale del sistema elettrico di potenza, impostazione di uno studio di stabilità, valutazione della condizione iniziale, rappresentazione di perturbazioni tipiche, soluzione con metodi espliciti e impliciti. [14L, 8E] 8. La stabilità alle piccole perturbazioni: modello linearizzato di un sistema elettrico di potenza, rappresentazione di un’area interconnessa, rappresentazione di un sistema multi-aree. Valutazione della stabilità, analisi qualitativa delle oscillazioni elettromeccaniche. [5L,3E] 9. Regolazione della frequenza: la problematica generale, il controllo di velocità di una singola unità generatrice. Regolazione primaria: Schemi a blocchi, effetti, modello semplificato, la normativa italiana, verifica e valorizzazione. Regolazione secondaria: schema a blocchi, contributo delle unità generatrici, controllo in un sistema interconnesso, criterio di autonomia delle aree. La regolazione di frequenza nei mercato dei servizi di dispacciamento. Cenni sulla normativa europea. [10, 6E] 10. Il controllo delle tensioni e delle potenze reattive: necessità, componenti principali, relazioni con la potenza reattiva, regolazione primaria di tensione. Stabilità della tensione: metodologie di analisi e strategie. L’analisi di sicurezza: organizzazione di un centro di controllo; funzioni base, sicurezza statica e sicurezza dinamica, azioni di controllo correttive e preventive. [5L,4E]

Metodi di analisi delle reti elettriche, impianti elettrici, macchine elettriche

Lezioni frontali, esercitazioni numeriche, prove di laboratorio.

Prova orale. L’esame si svolge con una prova orale, nella quale allo studente sono poste domande riguardanti argomenti teorici e applicativi trattati nel corso. Per quanto riguarda i requisiti minimi di superamento dell'esame, lo studente deve dimostrare di conoscere l'articolazione dei processi operativi collegati alla produzione (nelle centrali elettriche) e alla trasmissione dell'energia elettrica, con aspetti tecnici ed economici, nonché comprendere i principi di funzionamento di un sistema elettrico di potenza in regime permanente e perturbato e le relative metodologie di gestione e controllo.

• P. Kundur, Power System Stability and Control, EPRI Power System Engineering Series, McGraw-Hill, Inc., 1994. - R. Marconato, Electric power Systems, Vol. 1-3, CEI-Italian Electrotechnical Committee, 2003. - A. Gomez-Exposito, A. J. Conejo, C. Cañizares, Electric Energy Systems – Analysis and Operation, CRC Press, 2009 - A. J. Wood, B. F. Wollenberg, Power Generation, Operation and Control, John Wiley and Sons, Inc., 2ndEdition, 1996. Dispense e presentazioni a cura del docente. PC, software di simulazione Matlab, software specifici per l’analisi dei sistemi elettrici.

Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere la fisica della disciplina; Conoscere i criteri per progettare e realizzazione di sistemi di illuminazione; Comprendere le caratteristiche salienti dei dispositivi proposti dalle aziende produttrici. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di progettare impianti di illuminazione nonché pianificare ed eseguire verifiche su impianti esistenti; Capacità di utilizzare i più comuni software disponibile per la progettazione e verifica di impianti di illuminazione ed eventualmente sviluppare software in modo autonomo; Capacità di applicare la normativa tecnica e legislativa del settore. Autonomia di giudizio: Capacità di valutare le prestazioni di apparecchiature e sistemi di illuminazione per una più opportuna scelta; Esaminare criticamente i risultati ottenuti, i limiti e i potenziali miglioramenti da apportare ai sistemi che si realizzano. Abilità comunicative: Saper leggere documenti tecnici e redigere relazioni tecniche strutturate; Saper lavorare in gruppo e coordinarsi con professionisti di altri settori; Saper comunicare con chiarezza e linguaggio tecnico appropriato le proprie idee e considerazioni. Capacità di apprendimento: Studiare e comprendere autonomamente i principi di funzionamento dei dispositivi utilizzati nel settore; Comprendere le specifiche di nuovi dispositivi resi disponibili in un settore in continua evoluzione; Implementare metodi di calcolo e di verifica più avanzati nella realizzazione e gestione di impianti di illuminazione.

Argomento 1 (8 ORE LEZ – 0,8 CFU) Generalità: La luce e le radiazioni elettromagnetiche, grandezze fotometriche, requisiti qualitativi dell’illuminazione, sorgenti luminose, strumenti di progettazione. Argomento 2 (7 ORE LEZ – 0,7 CFU) Illuminazione di interni: Lampade ed apparecchi di illuminazione, qualità della luce, sistemi illuminazione, utilizzo della luce naturale, metodi di calcolo. Argomento 3 (6 ORE – 0,6 CFU) Illuminazione di sicurezza: Aspetti normativi e legislativi, impianti centralizzati e con apparecchi di emergenza autonomi, illuminazione vie di esodo, antipanico e attività ad alto rischio, UPS e gruppi elettrogeni. Argomento 4 (5 ORE – 0,5 CFU) Illuminazione per esterni: Lampade ed apparecchi di illuminazione, metodi di calcolo, illuminazione di luoghi di lavoro esterni, illuminazione delle facciate di fabbricati, illuminazione di parchi e giardini. Argomento 5 (5 ORE LEZ – 0,5 CFU) Illuminazione stradale: Categorie illuminotecniche, generalità sull’impianto di illuminazione, geometria dell’installazione, metodo del flusso totale e curve isolux. Argomento 6 (4 ORE LEZ – 0,4 CFU) Illuminazione sportiva: Generalità, esempi di illuminazione di campi di calcio e tennis. Argomento 7 (5 ORE LEZ - 0,5 CFU) Esercitazioni numeriche: dimensionamento illuminotecnico. Argomento 8 (10 ORE LAB – 1 CFU) Esercitazioni di laboratorio: Calcolo illuminotecnico in interni ed esterni. Argomento 9 (10 ORE LEZ – 1 CFU) Verifiche e manutenzione: Aspetti normativi e legislativi, tipi di verifiche, misure di luminanza e illuminamento in luoghi di lavoro e per l’illuminazione pubblica.

Onde elettromagnetiche e ottica, Impianti elettrici, Laboratorio di CAD elettrico, misure elettriche.

Lezioni in aula, esercitazioni al calcolatore con software specialistici, lavoro di gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale. L’insegnamento è da 6 CFU e richiede un impegno complessivo di 150 ore così ripartite: Didattica frontale: 40 ore; Esercitazioni / laboratorio: 20 ore; Studio individuale: 90 ore.

L’apprendimento è verificato con una prova orale eventualmente integrata/sostituita da una prova scritta; in particolare la prova consisterà in domande teoriche, numeriche e pratiche riguardanti il programma dell’insegnamento. lo studente deve dimostrare la padronanza degli argomenti proposti nel corso provando di saperli applicare in contesti reali Durante il colloquio sarà valutata anche la qualità di esposizione e la proprietà di linguaggio. L’apprendimento è verificato con una prova orale eventualmente integrata/sostituita da una prova scritta; in particolare la prova consisterà in domande teoriche, numeriche e pratiche riguardanti il programma dell’insegnamento. lo studente deve dimostrare la padronanza degli argomenti proposti nel corso provando di saperli applicare in contesti reali Durante il colloquio sarà valutata anche la qualità di esposizione e la proprietà di linguaggio. Il risultato della valutazione è espresso in trentesimi; il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30 corrispondente ad un livello e qualità sufficienti di conoscenza dei requisiti minimi di seguito illustrati. Gli studenti che raggiungono il voto massimo di 30/30 e che dimostrino nell’eventuale colloquio orale un livello e qualità eccellenti insieme con ottima capacità di applicare autonomamente conoscenze e competenze acquisite, anche in contesti diversi da quelli proposti a lezione saranno meritevoli di lode.

Dispense fornite dal docente, Norme tecniche vigenti Libri di testo: M. Bonomo, C. Bertolaja: “Illuminazione degli interni”, GRAFILL S.R.L., Palermo, 2015; M. Bonomo: “Teoria e tecnica dell’illuminazione d’interni”, MAGGIOLI EDITORE, 2008; AA.VV.: “Illuminazione esterna”, Ed. TNE, Torino 2025; AA. VV.: “Illuminazione di sicurezza”, Ed. TNE, Torino 2020.

1. Conoscenza e capacità di comprensione. L’insegnamento ha come scopo quello di fornire agli studenti una visione d’insieme di tutti i segmenti che compongono la catena di misura, comunicazione, computazione, controllo e attuazione, necessaria per l’automazione dei sistemi elettrici. Inoltre, sarà fornita una base teorica e pratica per lo sviluppo di applicazioni di monitoraggio e controllo per i sistemi di trasmissione SCADA/EMS e i sistemi di distribuzione SCADA/DMS. 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine del corso gli studenti avranno la capacità di sviluppare degli algoritmi di monitoraggio e di controllo delle reti elettriche, partendo dal set di misure necessarie per rappresentare il sistema, e arrivando ad applicazioni per la verifica e il controllo della sicurezza statica delle reti. Si intende sviluppare la capacità degli studenti di sviluppare in autonomia dei codici software di ottimizzazione e di utilizzare alcuni più comuni software di simulazione del comportamento delle reti. 3. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: • Autonomia di giudizio: Gli studenti sono sempre incoraggiati durante il corso a proporre delle soluzioni relativamente a problemi semplici di natura pratica. In particolare, nel corso delle esercitazioni con calcolatore si intende mostrare sempre la congruenza tra le scelte di progetto e/o i risultati ottenuti dai sistemi di calcolo con gli esiti pratici determinati sul sistema. • Capacità di apprendimento: Nel corso dello studio vengono fornite molteplici fonti di possibile approfondimento, in modo da fornire la capacità di lavoro in autonomia e di utilizzo di fonti di natura diversa (libri, ma anche documenti tecnici, in lingua italiana e in lingua inglese).

Argomento 1 (8 ORE – 1 CFU) – Sistemi SCADA per il monitoraggio e il controllo delle reti elettriche; (Introduzione alla automazione dei sistemi elettrici; Sistemi di monitoraggio e controllo SCADA; Componenti fondamentali di un sistema SCADA: RTU, IED, Merging Units, sistema di comunicazione, Master Station; Elementi di communication networking per ingegneri elettrici; Interoperabilità e protocolli di comunicazione; Configurazione topologica dei sistemi SCADA; Mezzi fisici di comunicazione). Argomento 2 (8 ORE – 1 CFU) – Stima dello stato di un sistema elettrico (Definizione dello stato di un sistema elettrico; Stima dello stato mediante minimi quadrati; Problema di osservabilità di una rete; Determinazione ed eliminazione dei bad data). Argomento 3 (12 ORE – 0,75 CFU) – Esercitazioni per lo sviluppo di codici per la stima dello stato (funzioni di misura, matrice jacobiana delle misure, algoritmo iterativo, algoritmo per l’osservabilità, test per l’individuazione dei bad-data). Progetto di un sistema di un set di misure minimo per l’osservabilità di una rete (Lettura dati da Common Data Exchange Format; Costruzione di set di dati; Determinazione del set di misure necessario per la rappresentazione della rete IEEE 14 Bus Test Grid). Argomento 4 (12 ORE – 1,5 CFU) – Applicazioni SCADA/EMS (Stati operativi del sistema; Analisi delle contingenze; Stabilità della tensione; Determinazione dei margini di stabilità di un sistema; Azioni di controllo correttive e preventive, Optimal Power Flow). Argomento 5 (8 ORE – 1 CFU) – Automazione delle reti di distribuzione dell’energia e applicazioni SCADA/DMS (Struttura dei sistemi di distribuzione; Problematiche della generazione distribuita; Distributed Energy Resources, Optimal Network Reconfiguration, controllo della tensione e Conservative Voltage Reduction). Applicazioni di automazione per altri sistemi elettrici (Applicazioni per sistemi in bassa tensione e per le microreti). Argomento 6 (12 ORE – 0,75 CFU) – Esercitazioni su applicazioni EMS e DMS. Utilizzo dei protocolli di automazione industriale. Prove di monitoraggio e controllo di una microrete.

Sistemi Elettrici di Potenza, nozioni di misure elettriche, informatica e programmazione Matlab

Lezioni frontali, esercitazioni numeriche, prove in laboratorio, tutoraggio individuale.

L’esame si svolge con una prova orale, nella quale allo studente sono poste domande riguardanti argomenti teorici e applicativi trattati nel corso. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare la conoscenza dei principali segmenti che compongono la catena di misura, comunicazione, computazione, controllo e attuazione, necessaria per l’automazione dei sistemi elettrici. In particolare: 1) deve conoscere la struttura dei sistemi di monitoraggio e controllo dei sistemi elettrici; 2) deve conoscere le principali funzioni di automazione dei sistemi elettrici di trasmissione; 3) deve conoscere le principali funzioni di automazione dei sistemi elettrici di distribuzione; 4) deve essere in grado di modellare un sistema elettrico e redigere semplici codici per l’analisi dello stesso.

Mini S. Thomas, John Douglas McDonald, "Power System SCADA and Smart Grids", CRC Press Ali Abur, Antonio Gomez Exposito, "Power System State Estimation", Marcel Dekker Inc. Kenneth C. Budka et al, "Communication Networks for Smart Grids", Springer P. Kundur, "Power System Stability and Control", McGraw-Hill Altri testi: J. Northcote-Green, R. Wilson, "Control and Automation of Electrical Power Distribution Systems", CRC Press Paolo Pinceti, "SCADA per Sistemi Elettrici", Assoautomazione-ANIE.

Conoscenza e capacità di comprensione 1. Conoscenza relativa alle principali tematiche economiche e gestionali di rilievo per il settore energetico. 2. Comprensione de: le relazioni tra il sistema economico, l’energia e l’ambiente; le politiche energetiche, le azioni e le strategie più rilevanti; i processi di regolamentazione e liberalizzazione; gli aspetti chiave dei mercati dell’energia e dell’ambiente; le dinamiche del cambiamento tecnologico nel settore energetico e gli incentivi correlati. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Utilizzo degli strumenti inquadrati nella teoria economica per: 1. identificare e analizzare le evoluzioni e problematiche legate al settore energetico, nonché i principali strumenti di policy 2. spiegare e simulare il funzionamento delle filiere energetiche e dei mercati energetici e ambientali, 3. descrivere i costi e i benefici delle fonti rinnovabili di energia e gestire il cambiamento tecnologico in ambito energetico valutandone i vantaggi economico-ambientali. Ulteriori risultati di apprendimento attesi: • Autonomia di giudizio: Lo studente acquisirà autonomia di valutazione sui complessi aspetti caratterizzanti il settore energetico, nonché il suo legame con il sistema economico e l’ambiente. • Abilità comunicative: Lo studente acquisirà una corretta terminologia e una adeguata capacità di comunicazione, orale e scritta, circa le tematiche energetiche. Lo sviluppo di tali abilità sarà stimolato attraverso la discussione in aula e l’analisi di casi studio da svolgersi in modo indipendente e da presentarsi durante le lezioni in forma orale, grafica e/o testuale. • Capacità di apprendimento: La capacità di apprendimento sarà stimolata anche attraverso l’intervento di esperti del settore circa i temi del corso.

Economia, energia e ambiente (4 h - 0,5 CFU) Concetti base e classificazioni delle fonti energetiche. Mix energetico. Prospettiva multilivello per le transizioni socio-tecniche. Bilancio energetico nazionale e principali indicatori. Rapporto tra energia, sviluppo economico, popolazione e ambiente. Trilemma energetico (12 h - 1,5 CFU) Povertà ed equità energetica. Sicurezza energetica. Questioni energetico-ambientali—inquinamento e curve di Kuznet; fallimenti dei mercati (beni pubblici ed esternalità) e problematiche ambientali; politiche e strategie energetiche (es. pacchetti energia, protocollo di Kyoto, PNIEC, FIT for 55); internalizzazione delle esternalità (es. tasse, sussidi, permessi negoziabili, standard, sistemi deposito-rimborsi). Cenni sul cambiamento climatico. Filiere e mercati energetici (12 h - 1,5 CFU) Definizioni e trend di sviluppo della filiera dell’idrogeno. Fonti fossili (esplorazione ed estrazione; cenni sul mercato del petrolio). Industrie a rete. Regolazione e liberalizzazione del settore elettrico e del gas. Mercato all’ingrosso di energia elettrica e gas naturale. Cenni sul mercato retail. Cambiamento tecnologico e Fonti Energetiche Rinnovabili (FER) (8 ORE – 1 CFU) Gestione del cambiamento tecnologico. Impianti FER (scenari e driver di sviluppo; legislazioni e incentivi—es. FER2, FERX—, autorizzazioni, permitting, collegamento presso TERNA; cenni su Power Purchase Agreement e autoconsumo collettivo). Esercitazioni (12 h - 1,5 CFU) Possono includere: progettazione di una strategia energetica nazionale; analisi di impatto di una politica ambientale; negoziazione e trading nei mercati energetici; analisi bolletta energetica; valutazione di tecnologie emergenti. NOTA: Tutte le ore di lezione saranno svolte in presenza.

Economia e organizzazione aziendale

Il corso prevede lezioni frontali, discussioni guidate e l’analisi di casi studio per favorire l’apprendimento attivo e critico. Sono altresì previsti interventi di esperti esterni provenienti dal mondo accademico, istituzionale e industriale, al fine di offrire agli studenti una prospettiva concreta e multidisciplinare sui temi trattati.

L’esame consiste in una prova orale, di durata media 30-45 minuti, finalizzata a verificare le conoscenze acquisite dallo studente, con particolare attenzione alla capacità di sintetizzare, integrare e attualizzare gli argomenti trattati durante il corso (primo, secondo e terzo indicatore di Dublino). Durante il colloquio sarà valutata anche la qualità di esposizione con terminologia appropriata e l’organizzazione autonoma dell'esposizione (quarto indicatore di Dublino). La valutazione, pertanto, terrà conto della completezza della preparazione, della profondità di comprensione delle tematiche analizzate e delle relazioni tra di esse, nonché della capacità di applicare i concetti teorici a casi pratici e reali nel settore energetico. Sarà attribuito un adeguato peso anche alla qualità del linguaggio utilizzato e alle abilità espositive del candidato. A supporto della valutazione, lo studente avrà la possibilità di svolgere, su base facoltativa, un lavoro di approfondimento su tematiche di particolare rilevanza, anche non trattate durante le lezioni, da presentare prima dell’esame orale o durante lo stesso. Il risultato della valutazione è espresso in trentesimi; il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30 corrispondente ad un livello e qualità sufficienti di conoscenza dei requisiti minimi di seguito illustrati. Gli studenti che raggiungono il voto massimo di 30/30 e che dimostrino nell’eventuale colloquio orale un livello e qualità eccellenti insieme con ottima capacità di applicare autonomamente conoscenze e competenze acquisite, anche in contesti diversi da quelli proposti a lezione (quinto indicatore di Dublino) saranno meritevoli di lode. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto: 18 Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento Voti: 19-22 Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti trattati, con capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali, con un alto grado di approfondimento. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

1. Dispense e materiale didattico disponibili nel canale MS Teams del corso. 2. Bhattacharyya S.C., “Energy Economics - Concepts, Issues, Markets and Governance,” Springer, 2nd ed. 2019. 3. Fazioli, R., “Obiettivo Sostenibilità,” TAB Edizioni, 2021. 4. Ranci, P., “Economia dell’energia,” il Mulino, 2011. 5. Cambini, C. et al., “Economia e diritto della regolazione-Reti, piattaforme e servizi di pubblica utilità,” il Mulino, 2024.

Nel primo modulo si approfondisce lo studio delle macchine elettriche. In particolare, si ricavano i diagrammi a blocchi dei modelli dinamici dei motori elettrici in coordinate d-q. Nel secondo modulo si approfondisce lo studio degli azionamenti elettrici industriali ad alta dinamica. Si illustrano le tecniche di progetto dei controllori. Si illustrano, inoltre, gli osservatori più utilizzati per la stima del flusso e della velocità.

I Modulo: Modelli dinamici di macchine elettriche CFU: 6 Per le seguenti tipologie di macchine elettriche saranno esposti alcuni elementi costruttivi, il modello matematico in coordinate di fase, α−β e d-q ed i diagramma a blocchi in regime stazionario e transitorio. Motori sincroni brushless sinusoidali (1.5 CFU, 12 ore lez.). Motori sincroni brushless trapezoidali (0.5 CFU, 4 ore lez.). Motori sincroni a riluttanza (0.5 CFU, 4 ore lez.). Motori asincroni (1.5 CFU, 16 ore lez). Esercitazioni al calcolatore: simulazioni al calcolatore delle macchine elettriche con il metodo degli elementi finiti (1 CFU 16 ore) e modelli dinamici con Matlab/Simulink (1 CFU 16 ore) II Modulo: Controllo di azionamenti elettrici CFU: 6 PROGRAMMA: Azionamenti con motori brushless sinusoidali e trapezoidali. (1 CFU, 8 ore lez.) Controllo vettoriale di una macchina sincrona a magneti permanenti. Controllo delle componenti d-q della corrente di statore. Controllo in cascata di coppia, velocità e di posizione. Equivalente tempo-continuo di un azionamento digitale. Tipi di carico, elementi meccanici di trasmissione e limiti della regolazione nel caso di sistemi meccanici oscillanti. (0.75 CFU, 6 ore lez.) Traiettorie per azionamenti elettrici, vincoli sui profili di velocità ed accelerazione, applicazione di filtri per l’attenuazione delle oscillazioni meccaniche. (0,75 CFU, 6 ore lez) Azionamenti con motori asincroni. (1 CFU, 8 ore lez.) Controllo scalare. Principio del controllo vettoriale degli azionamenti con motori asincroni: comando delle componenti di coppia e di flusso rotorico della corrente di statore. Controllo in cascata di coppia, velocità e di posizione, controllo in cascata della componente di corrente generante il flusso di rotore e del flusso stesso. Funzionamento alle alte velocità, indebolimento del campo, limitazioni dovute alla tensione dell’inverter. Azionamenti con motori sincroni a riluttanza, controllo a massima coppia per unità di corrente, per unità di flusso o massimo fattore di potenza. (0,25 CFU, 2 ore lez.) Controllo sensorless di motori sincroni ed asincroni. (0,25 CFU, 2 ore lez.) Sistemi di protezione degli azionamenti elettrici. (0,25 CFU, 2 ore lez.). Compatibilità elettromagnetica per azionamenti elettrici (0,5 CFU, 4 ore lez.) Esercitazioni di laboratorio: Prototipizzazione rapida di sistemi di controllo di azionamenti di motori elettrici ad induzione e brushless sinusoidali (0,25 CFU, 6 ore es.). Esercitazioni al calcolatore: Simulazione al calcolatore di azionamenti sincroni ed asincroni (1 CFU, 16 ore es.)

Circuiti monofase e trifase in regime sinusoidale e transitorio. Trasformata di Laplace. Funzioni di trasferimento. Diagrammi di Bode. Luogo delle radici. Uso di Matlab e Simulink. Principio di funzionamento delle macchine elettriche rotanti.

Lezioni in aula, esercitazioni al calcolatore con software Matlab/Simulink, lavoro di gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale.

L’esame consiste in un colloquio sugli argomenti del corso. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare di aver compreso i principi fondamentali del controllo delle macchine elettriche in corrente alternata e saper contestualizzare le diverse tecniche di controllo nelle applicazioni industriali.

TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI: H. Grob, J. Hamann, G. Wiegartner: “Azionamenti elettrici di avanzamento nell’automazione industriale”, Tecniche Nuove, 2002. L. Bonometti: “Convertitori di potenza e servomotori brushless”, UTET, 2001. ULTERIORI TESTI SUGGERITI: R. Krishnan: “Electric Motor Drives: Modeling, Analysis, and Control”, Prentice Hall, 2001. G. Legnani, M. Tiboni, R. Adamini: “Meccanica degli azionamenti”, Editrice Esculapio, 2002. C. Melchiorri: “Traiettorie per Azionamenti Elettrici”, Editrice Esculapio, 2001. Dispense fornite dal docente.

Conoscenza e capacità di comprensione (max 4 righi, Times New Roman 10) • Conoscere i principali requisiti relativi all’integrazione in rete delle FER in combinazione con sistemi di accumulo. • Conoscere le principali relative norme di gestione per l’autoconsumatore di energia rinnovabile e comunità energetiche. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (max 4 righi, Times New Roman 10) • Capacità di valutare la producibilità dei sistemi di generazione a FER e i relativi criteri di integrazione. • Capacità di fare l’analisi di fattibilità tecnico economico di una comunità energetica. Autonomia di giudizio • Capacità di definire i criteri per l’integrazione delle fonti rinnovabili e sistemi di accumulo in rete. • Esaminare criticamente i risultati ottenuti, i limiti e i potenziali miglioramenti da apportare ai sistemi che si progettano. Abilità comunicative • Capacità di descrivere e documentare con adeguata proprietà di linguaggio il funzionamento di impianti elettrici che integrino risorse distribuite. Capacità di apprendimento • Pianificare e gestire il sistema elettrico che integri risorse distribuite di produzione e accumulo, in base a caratteristiche meccaniche e infrastrutturali • Valutare modalità applicative e di interazione con la rete elettrica e specifici aspetti di sicurezza

1. Introduzione (5 ore – 0,5 CFU): Definizione Fonti energetiche rinnovabili, generazione distribuita. Definizioni di Microgrid e energy community. 2. Descrizione degli impianti di generazione distribuita (20 ore – 20 CFU): Cenni su Impianti Idroelettrici, eolici, fotovoltaici, solare termodinamico, celle a combustibile, biomasse, microturbine. 3. Integrazione della Fonti energetiche Rinnovabili (10 ore – 1 CFU): Sistemi di accumulo. Domanda attiva. Elettrificazione degli usi finali. Sistemi di comunicazione e controllo. Integrazione di più fonti rinnovabili. Funzionamento in isola e controllo dell’interconnessione. Principi di iniezione di potenza. 4. Microreti e energy community (5 ore – 0,5 CFU): La gestione delle risorse nelle microreti. La gestione delle risorse nelle comunità energetiche. 5. Esercitazioni (10 ore- 1 CFU): Esempi numerici di valutazione e progettazione di impianti a FER Analisi e pianificazione di una microrete e di una comunità energetica tramite Matlab e/o software di gestione dati.

Meccanica applicata: Utile Impianti Elettrici: Importante Macchine Elettriche: Utile Sistemi energetici: Utile

Lezioni in aula, esercitazioni al calcolatore con software specialistici, lavoro di gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale. Didattica frontale: 47 ore Laboratori/esercitazioni: 10 ore Seminari: 3 ore Studio individuale: 90 ore, a completamento delle 150 ore previste per un insegnamento di 6 CFU

L’esame si svolge con una singola prova orale al termine del corso. La prova orale è volta ad accertare le conoscenze acquisite nell’ambito dell’Integrazione delle fonti rinnovabili e energy community, mediante un minimo di tre domande orali di tipo teorico-applicativo sui diversi macro-argomenti del corso. L’esame si riterrà superato nel caso si risponda a tutte le domande. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento (da 18/30 fino a 24/30), lo studente deve dimostrare: - Conoscenza generale dei principi di funzionamento delle tecnologie di produzione da fonti rinnovabili; - Conoscenza generale dei requisiti richiesti per l’integrazione delle risorse distribuite nei sistemi elettrici di potenza; - Conoscenza generale delle modalità di integrazione di componenti all’interno di una comunità energetica. Una capacità di analisi sintetica dei componenti e delle implicazioni di gestione e integrazione sarà legata ad una valutazione discreta nella verifica di apprendimento (fino a 24/30). Una capacità di esposizione sicura delle caratteristiche dei componenti e dei sistemi e una analisi ponderata delle decisioni progettuali e operative in relazione alla gestione e all’integrazione implicherà una buona valutazione nella verifica di apprendimento (fino a 27/30). La dimostrazione di approfondite valutazioni critiche degli argomenti teorico-applicativi e delle relazioni trasversali tra i diversi sistemi di trasporto elettrico e le loro modalità di integrazione e gestione comporterà una valutazione ottima dei risultati dell’apprendimento (oltre 28/30). Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative previste dalla normativa.

1. F. A. Farret, M. G. Simoes, “Integration of Alternative sources of energy”, IEEE Press, Wiley-Inter., 2006. 2. G.M. Masters, «Renewable and Efficient Electric Power System» Wiley- Interscience 2004. ULTERIORI TESTI SUGGERITI: 3. S. Borlase, “Smart Grids- Infrastructure, Technology and Solutions” CRC Press 2013 4. L. T. Berger and K. Iniewski, “Smart Grid- Applications, Communications and Security” John Wiley 2012 5. Graditi G., Di Somma ML, Distributed Energy Resources in Local Integrated Energy Systems,Optimal Operation and Planning, Elsevier, 2021 6. Dispense fornite dal docente

Il corso approfondisce le proprietà e le applicazioni dei materiali impiegati nelle tecnologie per la produzione, la conversione e l’accumulo dell’energia elettrica. Particolare attenzione è dedicata ai criteri di selezione dei materiali e alla loro influenza sulle prestazioni, sull’affidabilità e sulla sostenibilità dei dispositivi energetici. Accedi al Team del corso: https://teams.microsoft.com/l/team/19%3A9BdYBQEV3Xc1NlNnVP9DVR9M_EqA3Fx6Ais2iklB-Hk1%40thread.tacv2/conversations?groupId=169128f4-116c-4d1b-b7c1-ae15b17cbf14&tenantId=5b406aab-a1f1-4f13-a7aa-dd573da3d332

Tipo esame: Orale - Valutazione: Voto Finale - Frequenza: Non obbligatoria

· Comprendere le esigenze di misura in ambito industriale, definire o interpretare le specifiche · Conoscere i principali bus di comunicazione industriale e i meccanismi di trasduzione elettrica · Conoscere i metodi per caratterizzare componenti e sistemi elettrici · Realizzare sistemi automatici di misura e valutare prestazioni e accuratezza. · Gestione e manutenzione di componenti e sistemi per misure in impianti industriali · Utilizzo avanzato di ambienti di sviluppo per il controllo di processi industriali. · Scegliere ed utilizzare sensori e strumenti di misura (compresi i PLC) a seconda del contesto applicativo; · Valutare prestazioni e accuratezza dei sistemi di misura con cui si lavora. · Esaminare criticamente i risultati ottenuti, i limiti e i potenziali miglioramenti da apportare ai sistemi che si progettano. · saper redigere report e relazioni tecniche strutturate · saper lavorare in gruppo · saper comunicare con chiarezza e linguaggio tecnico appropriato le metodologie utilizzate e i risultati ottenuti · Studiare e comprendere autonomamente nuove normative tecniche · Comprendere le specifiche di nuovi dispositivi · Implementare metodi di monitoraggio in ambito industriale.

• Metrologia industriale: Gestione in qualità di strumenti, relazione fra tolleranza e incertezza di misura, la conformità alle specifiche. - Sistemi di misura e controllo distribuiti: Architetture, segnali normalizzati, tipi di collegamento, topologie di rete, protocolli di trasmissione, bus di campo - Sensori e trasduttori: Generalità, campi di applicazione, blocchi di condizionamento, interferenza e rumore nella catena di misura, principali tipi di sensori industriali. - Misure di corrente e tensione in regime deformato: Pinze amperometriche, convertitori a effetto Hall, bobina di Rogowsky. Smart metering, Sistemi avanzati di misura dell’energia e wide area measurements. - Laboratorio: prove con motore passo-passo, misure di temperatura e caratterizzazione di sensori in diverse tecnologie, sensoridi luce, misure di velocità angolare con tachimetro e stroboscopio, estensimetria elettrica, tecniche riflettometriche,condizionamento di segnali, controllori ON-OFF e PID, programmazione di sistemi embedded ed esempi di supervisione di un processo industriale con LabVIEW usando il protocollo OPC UA.

Basi di fisica; principali metodi per le misure elettriche; conoscenze di elettrotecnica; capacità d’uso del PC e dei principi di programmazione.

Accertamento delle abilità relative all’uso di sensori e condizionamento del segnale: Se lo studente non riesce a rispondere sufficientemente l’esame si intende NON SUPERATO! In caso di superamento della prima domanda ci saranno altre 2 domande su argomenti teorici ed esercizi numerici; l’esame si riterrà superato (con un voto compreso tra 18/30 e 23/30) se si risponde correttamente ad almeno 1 domanda oltre quella di Laboratorio. L’esame si riterrà superato con voto compreso tra 24/30 e 30/30 Lode, a seconda dei casi, nel caso si risponda a tutte le domande. Alternativamente è possibile optare per un progetto di gruppo (max 4 studenti) relativo allo sviluppo di un sistema automatico di misura con consegna di relazione tecnica esplicativa e materiale di progetto e successiva discussione; le domande potranno anche vertere su argomenti teorici sviluppati durante il corso. In ogni caso la valutazione sarà individuale Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare di: 1) Conoscere i principali sensori e le tecniche di condizionamento del segnale; 2) Saper leggere e interpretare specifiche di sensori e strumenti per applicazioni industriali o di monitoraggio di energia elettrica; 3) Essere in grado di progettare un banco di prova o un sistema di controllo automatico in LabVIEW o altro ambiente di sviluppo.

• Dispense fornite dal docente con Manuali di strumenti e sensori, white paper e Application Notes - A. Brunelli, “Manuale di strumentazione, Misura e controllo dei processi industriale – Volume I: Introduzione e misura”, II edizione, Editoriale Delfino, Milano, 2018. - Schneider Electric, Guida alle soluzioni di automazione

Conoscenza e capacità di comprensione: 1. Conoscenza delle esternalità ambientali dei sistemi di trasporto. 2. Conoscenza delle principali strategie di intervento per la mobilità sostenibile. 3. Conoscenza teorica dei sistemi tradizionali e innovativi di propulsione. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: 1. Capacità di descrivere le principali caratteristiche ambientali dei sistemi di trasporto di persone e merci. 2. Capacità di formalizzare problemi legati alla progettazione e analisi dei sistemi condivisi di veicoli. 3. Capacità di individuare il sistema di trasporto più appropriato al caso in esame perseguendo i concetti di condivisione dei veicoli e di sostenibilità ambientale. Autonomia di giudizio: Sviluppo della capacità di giudizio ingegneristico circa i problemi riguardanti la mobilità sostenibile. Abilità comunicative: Capacità di argomentazione sulle tematiche ambientali connesse ai sistemi di trasporto tramite un opportuno linguaggio tecnico. Capacità di apprendimento: La preparazione acquisita rende lo studente capace di affrontare problemi generici inerenti alla mobilità sostenibile.

Le rivoluzioni dei trasporti e l’ambiente (8 ORE – 1 CFU). Generalità; le rivoluzioni e le evoluzioni dei trasporti: dalla trazione animale alla logistica del container; i consumi energetici e le emissioni inquinanti: sicurezza degli approvvigionamenti, effetto serra, inquinamento atmosferico; la rivoluzione dei trasporti in atto e le sue principali direttrici. Sistemi di propulsione tradizionali ed esternalità ambientali (8 ORE – 1 CFU). Introduzione: le resistenze al moto dei veicoli. Veicoli con motore a combustione interna: motori, caratteristiche e prestazioni. Le emissioni inquinanti dei motori e delle auto a benzina e diesel. Cicli di prova degli autoveicoli e limiti UE delle emissioni. Impatti locali: inquinamento atmosferico dei flussi veicolari, modelli di emissione inquinanti, modelli di dispersione, le emissioni non di scarico. Sistemi di propulsione innovativi (8 ORE – 1 CFU). La decarbonizzazione dei trasporti: i combustibili tradizionali e alternativi; i veicoli elettrici (motori, caratteristiche e prestazioni); le batterie per i veicoli elettrici (tipologie, tecniche di ricarica); i veicoli ibridi (tipologie e configurazioni); idrogeno e veicoli a celle a combustibile (tipologie e configurazioni). Le emissioni non di scarico dei veicoli elettrici e a idrogeno. Impatti complessivi per un confronto tra le tipologie di veicoli: valutazione del ciclo di vita (LCA). Strategie di intervento per la mobilità sostenibile (12 ORE – 1.5 CFU). Efficienza energetica nei trasporti. Politiche per la mobilità sostenibile: sistemi di trasporto collettivo; misure per la logistica sostenibile; il mobility manager; i piani urbani della mobilità sostenibile. I veicoli autonomi e connessi. I nuovi servizi di mobilità: sistemi condivisi di autoveicoli (car-sharing, car-pooling, ridesharing); sistemi condivisi per la micromobilità (bike-sharing, e-scooter-sharing); il concetto di Mobility as a Service (MaaS). Esercitazioni (24 ORE – 1.5 CFU). Moto di un veicolo e resistenze. Consumi energetici complessivi e specifici per modalità, riempimento, dimensione e peso. Esempi di LCA. I nuovi mezzi di trasporto: treni a levitazione magnetica (Hyperloop) e droni. Potenza richiesta ed efficienza energetica nei trasporti. Nuovi servizi di mobilità, sistemi di bike-sharing e casi di studio relativi.

Per seguire il corso con profitto, gli studenti dovranno conoscere gli aspetti teorico-scientifici dell'analisi matematica e della fisica, nonché essere capaci di utilizzare tali conoscenze per identificare, formulare e risolvere problemi.

Il corso prevede un numero di CFU totali pari a 6 per un monte ore complessivo pari a 150 di cui: •36 ore di lezioni teoriche frontali in presenza (di cui, eventualmente, fino ad un massimo del 20% del totale, di didattica digitale a distanza) •24 ore di esercitazioni in presenza (con Project Work per lo sviluppo di competenze trasversali) •90 ore di studio individuale La frequenza è fortemente consigliata. Sia per gli studenti e le studentesse frequentanti che, soprattutto, per i non frequentanti è previsto l’utilizzo della piattaforma MS Teams di interazione (LMS - Learning Management System) all’interno della quale saranno presenti risorse digitali utili all’apprendimento (come, ad esempio, le slide del corso), nonché la possibilità di contattare il docente direttamente dalla chat di gruppo. Sarà possibile accedere al gruppo MS Teams del corso tramite un apposito link pubblicato sul sito https://www.poliba.it/. Il gruppo Teams sarà quotidianamente aggiornato dal docente durante tutto il semestre. Si invitano lavoratori e studenti con disabilità o DSA a contattare il docente per concordare eventuali ulteriori misure specifiche.

L’esame si articola in una prova scritta, generalmente propedeutica, seguita contestualmente da una prova orale per una durata complessiva dell’intero esame di massimo 30 minuti. La prova scritta (esercizi da svolgere) è finalizzata ad accertare la comprensione dei contenuti trattati nel corso e la capacità di applicarli. La prova orale consiste in un colloquio volto ad approfondire il livello di preparazione dello studente, con particolare attenzione alla chiarezza espositiva, all’uso del linguaggio disciplinare, alla capacità di ragionamento critico e di collegamento tra i diversi argomenti del programma. La valutazione finale tiene conto dell’esito complessivo delle due prove, secondo la media ponderata, nel rispetto degli obiettivi formativi del corso. I requisiti minimi richiesti per il superamento dell'esame (fascia di voto 18/30 – 20/30) sono riferiti alla conoscenza dei fondamenti teorici e tecnici della disciplina ovvero del moto di un veicolo, dei sistemi di propulsione tradizionali e innovativi e le loro esternalità ambientali. Una soddisfacente valutazione (fascia di voto 21/30 – 24/30) è riferita alla conoscenza dei fondamenti della disciplina accompagnata da una soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità di applicare le conoscenze teoriche della mobilità sostenibile a casi concreti. Una buona valutazione (fascia di voto 25/30 – 28/30) nella verifica di apprendimento è riferita ad una buona conoscenza di tutti i temi trattati e ad una buona capacità di individuare gli interventi più appropriati per la mobilità sostenibile. Un’ottima valutazione nella verifica di apprendimento (fascia di voto 29/30 – 30/30 e lode) è riferita ad una conoscenza approfondita dei temi trattati, ovvero una piena padronanza dei contenuti teorico-metodologici della disciplina, capacità, chiarezza di esposizione e proprietà di linguaggio, e un’ottima capacità di individuare gli interventi più appropriati per la mobilità sostenibile. La gradazione specifica del voto all’interno delle diverse fasce seguirà la capacità dello studente di affrontare problemi e quesiti teorici che richiedano di richiamare, sintetizzandoli, i diversi aspetti legati alle esternalità ambientali dei sistemi di trasporto e alle strategie di intervento e ai sistemi di propulsione per la mobilità sostenibile. Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative individuate, in base alle specifiche esigenze e in attuazione della normativa vigente.

• Appunti dal corso e materiale collettaneo fornito dal docente (disponibili su piattaforma MS Teams nel gruppo del corso). - Trasporti terrestri ed energia. Tecnologie, metodi ed applicazioni. A cura di B. Dalla Chiara e G. Pede – EGAF. - Tecnologie per la Mobilità Sostenibile. Veicoli elettrici, ibridi e a fuel cell, Paolo Giulio Iora, Società Editrice Esculapio. - Le sei rivoluzioni dei trasporti e le loro evoluzioni. Una breve storia dalle origini ai giorni nostri. E. Cascetta, I. Henke, M. I. Di Bartolomeo. Ingegneria Ferroviaria, 5, 2021. - La settima rivoluzione dei trasporti. Le innovazioni in corso e i possibili scenari futuri. E. Cascetta, I. Henke, M. I. Di Bartolomeo. Ingegneria Ferroviaria, 6, 2021.

Conoscenza e capacità di comprensione: 1) Conoscere e comprendere il principio di funzionamento delle strutture di conversione considerate. 2) Conoscere e comprendere le tecniche di modulazione dei convertitori elettronici di potenza considerati. 3) Conoscere e comprendere le tecniche di controllo dei convertitori elettronici di potenza considerati. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: 1) Dimensionare convertitori elettronici di potenza. 2) Scegliere e implementare la tecnica di modulazione più adeguata per i convertitori elettronici di potenza considerati. 3) Scegliere e implementare la tecnica di controllo più adeguata per i convertitori elettronici di potenza considerati, anche tramite attività Matlab/Simulink e laboratorio. Autonomia di giudizio: 1) Individuare e valutare criticamente la struttura di conversione più adeguata alla specifica applicazione. Abilità comunicative: 1) Descrivere, discutere e documentare con adeguata proprietà di linguaggio tecnico il funzionamento dei convertitori elettronici di potenza considerati. Capacità di apprendimento: 1) Analizzare e valutare in autonomia il funzionamento di ulteriori convertitori elettronici di potenza utilizzabili nei campi applicativi considerati.

• Argomento 1 (1 ORA – 0,1 CFU) Presentazione del corso: metodologia, obiettivi formativi e sintesi dei contenuti. - Argomento 2 (4 ORE – 0,4 CFU) Componenti a semiconduttore di potenza: struttura, tipologie e caratteristiche statiche e dinamiche di diodo, tiristore, MOSFET e IGBT. - Argomento 3 (8 ORE – 0,8 CFU) Convertitori elettronici di potenza 2L grid following: architettura, tecniche di controllo e sincronizzazione con la rete elettrica. - Argomento 4 (6 ORE – 0,6 CFU) Convertitori elettronici di potenza 2L grid forming: architettura e tecniche di controllo. - Argomento 5 (4 ORE – 0,4 CFU) Convertitori elettronici di potenza 2L grid supporting: architettura e tecniche di controllo. - Argomento 6 (10 ORE – 1,0 CFU) HVDC e MVDC: architettura MMC, tecniche di modulazione e controllo. - Argomento 7 (3 ORE – 0,3 CFU) Convertitori elettronici di potenza per STATCOM: architettura CHB, tecniche di modulazione e controllo. - Argomento 8 (20 ORE – 2,0 CFU) Esercitazioni al Matlab/Simulink: implementazione dei modelli e delle tecniche di controllo per i convertitori elettronici di potenza analizzati. - Argomento 9 (4 ORE – 0,4 CFU) Esercitazione di laboratorio: implementazione in linguaggio C su microcontrollore del controllo di corrente in anello chiuso di un Half Bridge.

Conoscenze e competenze acquisibili attraverso i corsi di Analisi Matematica, Geometria e Elettrotecnica.

L’insegnamento prevede 6 CFU, pari a 60 ore di attività didattica organizzate in lezioni teoriche, esempi applicativi, esercitazioni numeriche e attività di laboratorio. Sono previste 36 ore di didattica frontale, 20 ore di esercitazioni Matlab/Simulink e 4 ore di attività pratica di laboratorio. Il carico di studio individuale stimato è pari a 90 ore. Le esercitazioni sono finalizzate all’implementazione dei modelli e delle tecniche di controllo dei convertitori analizzati e alla verifica sperimentale del controllo di corrente su microcontrollore.

La verifica dell’apprendimento consiste in un’unica prova orale finale, volta ad accertare le conoscenze e le abilità relative all’analisi, alla progettazione e al controllo dei convertitori elettronici di potenza. Non sono previste prove intermedie. La prova valuta la conoscenza delle configurazioni circuitali, dei principi di funzionamento, delle tecniche di modulazione e controllo e la capacità di applicare tali conoscenze al dimensionamento e alla scelta della soluzione più adeguata. Il voto è espresso in trentesimi. Requisiti minimi: la sufficienza richiede la conoscenza della configurazione circuitale e del principio di funzionamento dei convertitori in programma; valutazioni superiori sono attribuite in funzione della completezza, correttezza tecnica, autonomia di analisi e proprietà di linguaggio. Per gli studenti con disabilità e DSA saranno garantiti gli strumenti compensativi e le misure dispensative previste dalla normativa.

1. M.H.RASHID: "Elettronica di potenza. Vol.1 - Dispositivi e circuiti " – Pearson Prentice Hall 2007 2. M.H.RASHID: "Elettronica di potenza. Vol.2 - Applicazioni. " – Pearson Prentice Hall 2008

Prova finale

Tipo esame: Orale - Valutazione: Voto Finale - Frequenza: Non obbligatoria

Conoscenza e capacità di comprensione (max 4 righi, Times New Roman 10) Il corso fornisce le conoscenze necessarie per comprendere i principali fenomeni di degrado della qualità della tensione, della corrente e del servizio elettrico. Gli studenti saranno in grado di comprendere quali siano le origini dei principali disturbi della qualità del servizio, quali siano gli effetti sugli utilizzatori e le possibili contromisure. Avranno inoltre una visione del quadro normativo e regolatorio in materia di power quality. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (max 4 righi, Times New Roman 10) Al termine del corso gli studenti saranno in grado di effettuare i calcoli necessari per determinare quali siano gli effetti in termini di interruzione del servizio o disturbo della qualità a seguito dei principali eventi di guasto, e valutare quale sia l’impatto atteso legato a scelte impiantistiche e uso delle tecnologie. Gli studenti saranno anche in grado di determinare sulla base di dati raccolti dal campo quali possono essere le cause, gli effetti e i rimedi per i disturbi condotti di qualità del servizio. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: Autonomia di giudizio Lo studente acquisirà la capacità di progettare sistemi che integrino diverse tecnologie, sarà in grado di condurre indagini analitiche utilizzando modelli pertinenti e predisponendo sistemi di monitoraggio e controllo anche complessi. Saprà valutare criticamente i risultati ottenuti ed elaborarli per ottenere indici e informazioni esaustive a supporto delle decisioni, presentare delle conclusioni oggettive e formulare previsioni. Lo studente avrà la capacità di analizzare le scelte impiantistiche e selezionare nuove tecnologie presenti sul mercato. Acquisirà inoltre la capacità di integrare le informazioni provenienti sia dal contesto lavorativo che da fonti esterne. Abilità comunicative: Lo studente saprà comunicare in maniera efficace risultati, ipotesi, problemi e soluzioni scegliendo gli strumenti più idonei. Avrà la capacità di comunicare, comprendere e redigere testi e relazioni in italiano e inglese, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato. Sarà favorito lo sviluppo di competenze comunicative e di gestione delle informazioni, grazie a specifiche attività: esercitazioni, lavori di gruppo, discussione collettiva dei casi di studio. I lavori di gruppo e le attività laboratoriali mirano a fornire anche competenze di concertazione stimolando atteggiamenti collaborativi e lavoro di gruppo. Il bagaglio di competenze comunicative è arricchito dalla conoscenza della terminologia tecnica anche in lingua inglese, per poter affrontare attività lavorative con partner internazionali. Capacità di apprendimento: Il corso è finalizzato a sviluppare la capacità di apprendimento che consenta agli studenti di affrontare in modo efficace le mutevoli problematiche connesse con l’innovazione tecnologica (anche con riferimento alla transizione energetica e alla digitalizzazione dell’industria e dei servizi) e con i mutamenti del sistema economico e produttivo legati ai concetti di sostenibilità e sicurezza. Lo studente sarà in grado di utilizzare in maniera adeguata, gli strumenti, le fonti di informazione e i metodi appresi, e avrà la capacità di adattare le competenze acquisite al diverso contesto applicativo e lavorativo in cui si troverà adoperare. Nel corso dello studio saranno fornite molteplici fonti di possibile apprendimento, facendo anche riferimento a normative e standard nazionali e internazionali, in modo da sviluppare la capacità di lavoro in autonomia e di utilizzo di fonti di natura diversa (libri, manuali tecnici, in lingua italiana e inglese).

(0,5 CFU) Classificazione dei principali disturbi alla power quality: interruzioni, buchi di tensione, transitori, armoniche, flicker, notching. (1,5 CFU) Disturbi transitori della tensione e buchi di tensione. Cause ed effetti su dispositivi e sistemi elettrici. Misura di intensità e durata di un buco di tensione. (1 CFU) Interruzioni lunghe e valutazione di affidabilità. Tecniche base di valutazione della affidabilità. (1 CFU) Analisi delle principali disposizioni normative e regolatorie che si occupano di qualità (delibere ARERA, norme tecniche, etc). Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione. Indici di performance di sito e di sistema. Classi di immunità. Immunizzazione e interventi per la regolazione della qualità dei sistemi elettrici. (0,5 CFU) Condizioni di funzionamento alle armoniche di un sistema elettrico in presenza di carichi non lineari. Sorgenti armoniche e modelli dei componenti. (1,5 CFU) Esercitazioni numeriche e attività di laboratorio.

Conoscenze di base di impianti elettrici

Lezioni frontali, esercitazioni numeriche, prove in laboratorio, tutoraggio individuale.

L’esame si svolge con una prova orale, nella quale allo studente sono poste domande riguardanti argomenti teorici e applicativi trattati nel corso. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare 1) di conoscere e saper classificare i principali fenomeni di disturbo della qualità del servizio elettrico; 2) di saper analizzare un sistema elettrico semplice e determinare analiticamente gli effetti di un disturbo sulla qualità della tensione; 3) di conoscere i principali riferimenti normativi relativi alla power quality; 4) di conoscere le principali tecniche di mitigazione dei disturbi. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto: 18 Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento Voti: 19-22 Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti trattati, con capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali, con un alto grado di approfondimento. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

Bollen, “Understanding Power Quality Problems”, Wiley-IEEE Press Kusko and Thompson, “Power Quality in Electrical Systems”, McGraw-Hill Singh, Jirutitijaroen, Mitra, “Electric Power Grid Reliability Evaluation”, IEEE Press Altre fonti, norme e standard tra cui IEEE Std. 493-2007, 519-2014, 1159-2019, 1564-2014

• comprendere la modellazione di sistemi energetici multienergetici e alle mutue interazioni tra i diversi vettori energetici, al fine di analizzare e applicare azioni utili per la Transizione energetica e la “Clean Electrification” • acquisire conoscenze e competenze su sistemi di trasporto o distribuzione dell’energia elettrica, gas e teleriscaldamento • valutare l’emissione di anidride carbonica per unità di energia prodotta in un sistema multienergetico • usare applicativi e sviluppare codici in ambiente Python per analisi di “Multicarrier Energy System Optimal Power Flow” e “Natural Gas and Electricity Optimal Power Flow” • modellare l’interazione tra reti di trasporto gas e di trasmissione elettrica • saper riconoscere e definire le caratteristiche di sistemi P2X

1. Multi-Carrier Energy System (MCES) ed Energy Hub (2,5 CFU): concetti base (sostenibilità, decarbonizzazione, transizione energetica ed elettrificazione). “Sector Coupling” e l’interazione tra le diverse fonti energetiche. Modellazione standard degli Energy Hub e dei suoi componenti (sistemi di conversione, accumulo) tramite l’approccio matriciale “Black Box” e tecniche di linearizzazione di dispositivi non lineari. Descrizione e modellazione delle reti elettriche, gas e teleriscaldamento e generalità dei sistemi Power-to-Gas (P2G) Power-to-Hydrogen (P2H2) e relative applicazioni. 2. Ottimizzazione di MCES (1,5 CFU): modelli e metodologie per dimensionare i componenti di un Energy Hub o per gestire il suo esercizio considerando obiettivi economici (minimizzazione dei costi) o ambientali (minimizzazione CO2). Descrizione del modello di “Carbon Emission Flow” per tracciare l’emissione di anidride carbonica nella filiera multienergetica. 3. Implementazione tramite linguaggio di programmazione (2 CFU): esercitazioni per la conoscenza e lo sviluppo di codici e l’utilizzo di specifiche librerie open-source per modellare i MCES ed implementare problemi di ottimizzazione descritti durante il corso.

Conoscenze e competenze nell’ambito dei sistemi elettrici ed energetici

Lezioni frontali sui concetti teorici degli argomenti d'interesse, sulla costruzione dei problemi di ottimizazzione e sulla loro implementazione in ambiente Python.

L’esame prevede una prova orale che intende verificare le conoscenze e la comprensione dello studente in merito agli argomenti trattati nel corso, la sua capacità ad individuare soluzioni metodologiche opportune nell’uso di applicativi e codici specifici per la risoluzione di problemi inerenti alle ottimizzazioni multienergetiche e nella modellazione dell’interazione tra reti multienergetiche e, infine, la sua capacità di utilizzo della terminologia appropriata tramite un tema d’anno che prevede lo sviluppo di un problema di ottimizzazione in ambiente Python e la stesura di una relazione per discutere dei risultati ottenuti. Una conoscenza generale degli argomenti di studio e una capacità di impostare possibili soluzioni appropriate ai problemi di ottimizzazione e modellazione argomentando con l’utilizzo di terminologia appropriata rappresentano i requisiti minimi per il superamento dell’esame. Una conoscenza più approfondita degli argomenti di studio e un utilizzo critico e più appropriato delle metodologie di risoluzione dei problemi e degli strumenti di modellazione costituiscono un livello di apprendimento buono. La conoscenza avanzata degli argomenti e delle metodologie di ottimizzazione e di modellazione, la capacità di saper applicare queste ultime con padronanza cercando le soluzioni più appropriate e innovative rappresentano un livello di apprendimento elevato. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto: 18 Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento Voti: 19-22 Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti trattati, con capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali, con un alto grado di approfondimento. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

Testi di riferimento, appunti di lezione, software e codici per l’analisi e la simulazione di MCES

· Saper valutare le caratteristiche, le prestazioni e l'accuratezza di misura dei sistemi con cui si lavora. · Capacità di progettare sistemi automatici per la misura e il controllo di grandezze fisiche industriali · Capacità di interpretare le specifiche di strumenti, di sensori e di dispositivi elettronici · capacità di selezionare sensori e componenti di un impianto industriale con riferimento a specifici casi applicativi · capacità di utilizzare un corretto linguaggio tecnico-scientifico, di illustrare e argomentare le scelte tecniche in un progetto · capacità di applicare le conoscenze acquisite per gestire problematiche nuove o non specificatamente trattate nel corso

• Lezioni teoriche (3.6 CFU): Mercato dell’automazione e fondamenti sui sensori (0.2 CFU) Processi casuali e rumore (0.5 CFU) Classificazione e caratterizzazione dei sensori (0.5 CFU). Analisi e interpretazione delle specifiche dei sensori (0.5 CFU). Principi di trasduzione (0.5 CFU). Sensori di temperatura, pressione, accelerazione, di forza e di spostamento, ottici (1.4 CFU). - Parte sperimentale (2.4 CFU): Creazione di sistemi automatici di test e misura per sensori commerciali (0.3 CFU). Sensori integrati di temperatura e loro caratterizzazione con camera climatica industriale (0.6 CFU). Acquisizione di segnali da sensori analogici tramite schede di Acquisizione dati (Data Acquisition - DAQ) (0.3 CFU). Misure di sforzo e deformazione tramite estensimetri (0.3 CFU). Riflettometria nel dominio del tempo (TDR) per la localizzazione di guasti / perdite d’acqua in linee di trasmissione (0.6 CFU). Banco di test e misura per batterie LiPo (0.3 CFU)

Fondamenti di scienza delle misure, strumentazione analogica e digitale, fondamenti di fisica e chimica

Tutti i concetti spiegati a lezione saranno seguiti da una relativa esercitazione di laboratorio o affiancati da una dimostrazione pratica per consolidare l'apprendimento sfruttando il concetto del "learning by doing". Tutte le esercitazioni di laboratorio prevedono l'utilizzo del software LabVIEW, ampiamente utilizzato in ambito industriale, e MATLAB per l’elaborazione dei dati. In tutte le esercitazioni lo studente potrà mettere mano su strumentazione e sensoristica presenti in laboratorio, affiancato dal docente per supporto e supervisione

L’esame mirerà a verificare i seguenti aspetti: 1. capacità di interpretazione delle specifiche di dispositivi e sensori 2. capacità di interpretare i parametri caratteristici del rumore e di usare le schede di acquisizione dati 3. saper usare i blocchi di condizionamento e realizzare banchi di prova per sensori

Materiale didattico fornito dal docente e manuali di sensori e strumenti di misura J. Fraden, “AIP Handbook of modern sensors: Physics, design and applications”, Wiley, 2010 R. S. Figliolia, D. E. Beasley,“Theory and Design for Mechanical Measurements”, Wiley, 2011 E. Kreyszing, “Advanced Engineering Mathematics”, Wiley, 2011

Conoscenza delle principali architetture di reti di telecomunicazioni Conoscenza della pila protocollare TCP/IP Conoscenza dei principali standard e delle principali tecnologie di comunicazione per l’energia Capacità di analisi degli elementi di una rete Capacità di progettare una rete a supporto di sistemi di generazione e distribuzione dell’energia Capacità di usare un corretto linguaggio tecnico scientifico

Introduzione a sistemi e protocolli di comunicazione per l'energia (0,25 CFU) Principi di base delle reti di telecomunicazioni, architettura e protocolli Internet (3,75 CFU): -Tassonomia e Topologia delle reti, Tecniche di commutazione (reti a commutazione di circuito, reti a commutazione di pacchetto), Tecniche di multiplazione (TDM, FDM) -Il modello ISO-OSI e le sue funzionalità -Il modello TCP/IP -Livello di applicazione (nascita del Web, architettura client-server, protocollo HTTP, URI e URL, cookie, DNS) -Livello di trasporto e protocolli del livello di trasporto: TCP e UDP, Porte, Socket -Livello di rete e protocolli del livello di rete: IP, DHCP, NAT -Livello datalink, IEEE 802, LLC, MAC Principali tecnologie/standard relativi alle reti wired e wireless applicabili in ambienti industriali per la generazione e la distribuzione dell’energia (2 CFU): -Architettura generale di reti LAN e Standard IEEE in area locale e personale: IEEE 802.3, IEEE 802.11 -Cenni ad Architetture di rete basate su IEEE 802.15.4: ZigBee e 6TiSCH; CoAP, IPv6, RPL, LR-WPAN: BLE, LP-WAN: LoRaWAN, NB-IoT 5G -Tecnologia CAN e sistemi CAN-bus -Smart grid e Standard di comunicazione per l’energia: IEC 61850 -Cenni a IEC 60870 e Standard per la sicurezza IEC 62351, OSGP, Wi-SUN -Architetture di telecomunicazioni a supporto di sistemi di generazione e distribuzione dell’energia

Lezioni frontali e laboratoriali

Metodo di valutazione La verifica dell’apprendimento è stabilita tramite una prova orale finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma. La prova orale consente, inoltre, di verificare la capacità di comunicazione dello studente con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione. Contenuti minimi Pila TCP/IP Principali protocolli di comunicazione Criteri per la valutazione finale Voto 18: Raggiungimento dei requisiti minimi di apprendimento previsti. Lo studente dimostra una comprensione basilare dei contenuti essenziali del corso. Voti 19-22: Lo studente possiede una conoscenza elementare degli argomenti trattati e una comprensione adeguata dei concetti fondamentali. Utilizza un linguaggio tecnico generalmente corretto. Voti 23-26: Lo studente evidenzia una buona padronanza dei contenuti del corso e una comprensione approfondita dei concetti affrontati. Si esprime con un linguaggio tecnico appropriato, chiaro e coerente. Voti 27-30: Lo studente dimostra un’eccellente conoscenza degli argomenti trattati e una comprensione piena e approfondita dei concetti. La comunicazione dei concetti avviene mediante un linguaggio tecnico di alto livello, in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode: Lo studente possiede una conoscenza eccezionalmente completa e approfondita degli argomenti trattati, con la capacità di stabilire connessioni originali e innovative tra i concetti. L’esposizione risulta estremamente chiara, precisa e articolata, con utilizzo accurato e rigoroso del linguaggio tecnico.

J. F. Kurose, K. W. Ross, Computer Networking: A Top-Down Approach, VIII ed., Pearson, 2020 (Versione italiana: J. F. Kurose, K. W. Ross, A. Capone, S. Gaito, Reti di calcolatori e Internet. Un approccio top-down, VIII ed., Pearson, 2022) Ulteriori testi di approfondimento: -Achille Pattavina, Reti di Telecomunicazione, II ed., McGraw-Hill, 2007 -Behrouz A. Forouzan, Reti di Calcolatori – Un approccio top-down, McGraw-Hill, 2013

Conoscenza e capacità di comprensione - Conoscenza e comprensione del funzionamento dei sistemi di trasporto - Conoscenza e comprensione delle specifiche problematiche elettriche e meccaniche del trasporto - Conoscenza e comprensione del funzionamento dei sistemi di trazione Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Capacità di analisi di sistemi di alimentazione di circuiti di trazione - Capacità di analisi e progettazione del sistema elettrico di bordo - Capacità di analizzare gli effetti dell’integrazione dei sistemi di trasporto nel sistema di potenza Autonomia di giudizio: - Capacità di definire i criteri per l’analisi di un impianto elettrico per sistemi di trasporto e definizione delle condizioni operative ottimali. Abilità comunicative: - Capacità di descrivere e documentare con adeguata proprietà di linguaggio il funzionamento di impianti elettrici per i trasporti e la loro gestione. Capacità di apprendimento: - La conoscenza acquisita durante il corso permetterà allo studente: di pianificare e gestire il sistema elettrico necessario per i diversi sistemi di trasporto, sulla base delle specifiche caratteristiche meccaniche e infrastrutturali, e di valutare modalità applicative e di interazione con la rete elettrica e gli specifici aspetti di sicurezza.

1. Introduzione (2,5 ore – 0,25 CFU) Sostenibilità e obiettivi ambientali nei sistemi di trasporto. Scenari energetici e politiche di sviluppo 2. Principi di meccanica nel moto dei veicoli e sistemi di bordo (7,5 ore – 0,75 CFU) Classificazione dei mezzi di trasporto. Il moto dei veicoli terrestri. Il moto dei veicoli navali. Il moto degli aeromobili. Il sistema elettrico di bordo e organi di captazione. Sistemi di trasporto a fune: classificazione, principi di funzionamento, impianti elettrici. 3. Il sistema ferroviario (20 ore – 2 CFU) Caratteristiche dei veicoli e dell’infrastruttura ferroviaria. Linee elettriche ferroviarie e caratteristiche costruttive. Tipologie di alimentazione. I sistemi in corrente continua. Sistemi in corrente alternata monofase – frequenza ferroviaria, frequenza industriale. Interoperabilità tra reti e veicoli. Sicurezza e segnalamento ferroviario. I sistemi di supporto alla condotta e di controllo della marcia. Problemi di compatibilità elettromagnetica. 4. Veicoli elettrici (15 ore – 1,5 CFU) La necessità di mobilità elettrica. Storia dei veicoli elettrici. Lo stato attuale della tecnologia dei veicoli a basso contenuto di carbone. Veicoli elettrici a batteria (BEV). Veicoli ibridi (HEV): serie, parallelo, serie-parallelo. Veicoli a celle a combustibile (FCEV). Integrazione dei veicoli elettrici nelle reti. 5. Sistemi elettrici navali (10 ore- 1 CFU) Principi generali. Enti normatori e norme generali. Sistemi di propulsione. Bilancio elettrico. Architettura del sistema elettrico di bordo. Installazioni elettriche: cavi e sistema di protezione. La protezione catodica. Banchine elettrificate. Sistemi per imbarcazioni da diporto. Esempi. 6. Impianti elettrici per i velivoli (5 ore- 0,5 CFU) Propulsori aeronautici. Generatori elettrici e sistemi di emergenza. Livelli di tensione e frequenza. Architetture di distribuzione elettrica. Utenze elettriche e organi di manovra e protezione. Esempi.

Elementi di meccanica, impianti elettrici e sistemi energetici. Programmazione in Matlab e software di simulazione.

Lezioni in aula, esercitazioni al calcolatore con software specialistici, lavoro di gruppo in laboratorio, tutoraggio in forma di assistenza individuale.

L’esame consiste in una prova orale. Per quanto riguarda i requisiti minimi di apprendimento, lo studente deve dimostrare la conoscenza dei principi di funzionamento dei sistemi di trasporto e delle tecnologie elettriche applicabili e delle caratteristiche degli impianti di bordo e di alimentazione. Una capacità di esposizione sicura delle caratteristiche dei componenti e dei sistemi e una analisi ponderata delle decisioni progettuali e operative in relazione alla gestione e all’integrazione implicherà una buona valutazione nella verifica di apprendimento. La dimostrazione di approfondite valutazioni critiche degli argomenti teorico-applicativi e delle relazioni trasversali tra i diversi sistemi di trasporto elettrico e le loro modalità di integrazione e gestione comporterà una valutazione ottima dei risultati dell’apprendimento.

F. Perticaroli, "Sistemi elettrici per i trasporti", Ed. Ambrosiana, 2001 F. Marignetti, "La Trazione Ferroviaria. I Sistemi a Guida Vincolata", Ed. Escluapio Ingegneria, 2018. ABB, "Quaderni di applicazione tecnica N.12 - Generalità sui sistemi navali e sulle installazioni di bordo" M. Brenna, F. Foiadelli, D. Zaninelli, "Electrical Railway Transportation Systems", Wiley-IEEE Press, 2018 L. Mayer (ried. P.G. Guida), “Impianti ferroviari – tecnica ed esercizio”, CIFI, 2003 John G. Hayes, G. Abas Goodarzi, "Electric Powertrain Energy Systems, power electronics and drives for Hybrid, electric and fuel cell vehicles", Wiley, 2018 Ali Ahmadian • Behnam Mohammadi-ivatloo Ali Elkamel “Electric Vehicles in Energy Systems: Modelling, Integration, Analysis, and Optimization” Springer 2020

Il corso si prefigge di fornire conoscenze sui sistemi fotovoltaici e sulle metodologie di diagnostica di sistemi in esercizio. Si forniscono conoscenze, che spaziano dalla singola cella fotovoltaica a sistemi complessi, dotati di accumulo elettrico. I concetti teorici sono affiancati da criteri di progettazione, applicazioni e simulazioni in ambiente Simulink. Al termine del corso gli allievi saranno in grado di applicare i principali criteri di progettazione di un sistema fotovoltaico, di effettuare un’analisi di producibilità energetica, e di supervisionare un sistema fotovoltaico in esercizio. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: Autonomia di giudizio: Lo studente acquisirà autonomia di giudizio sulla progettazione e scelta della tecnologia più idonea di un sistema fotovoltaico, le cui specifiche siano fissate da un committente. Sarà in grado di scegliere tra i diversi approcci di manutenzione e diagnostica. Abilità comunicative: Lo studente acquisirà una corretta terminologia tecnica ed una adeguata capacità di comunicazione. Lo sviluppo di abilità comunicative, orali e scritte, sarà anche stimolata attraverso la discussione in aula e lo svolgimento di temi finalizzati a sviluppare le capacità descrittive sia in forma testuale che grafica. Capacità di apprendimento: Le capacità di apprendimento sarà stimolata attraverso discussioni in aula relative ad applicazioni e simulazioni durante le lezioni.

1. CONTESTO ENERGETICO DI RIFERIMENTO (5h, 0.5 CFU): Situazione energetica italiana ed europea. Solare fotovoltaico in Italia e trend di sviluppo. Strumenti normativi di riferimento: PNIEC e PNRR. Radiazione solare, costante solare, air mass, sfera celeste, equatore celeste, eclittica, declinazione terrestre, posizione reciproca Sole-Terra, mappa solare italiana. 2. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA (10h, 1 CFU): Effetto fotoelettrico ed effetto fotovoltaico in una giunzione p-n. Cella, modulo, pannello, stringa e campo fotovoltaico. Modello circuitale a un diodo e a due diodi della cella fotovoltaica. Curve caratteristiche I-V e P-V di una cella fotovoltaica. Dipendenza dalle condizioni ambientali. STC, NOCT e NMOT. 3. DALLA CELLA FOTOVOLTAICA AL SISTEMA FOTOVOLTAICO (20h, 2 CFU): Connessione tra le celle, tra i moduli, tra le stringhe, e corrispondenti curve I-V e P-V. Impianto connesso alla rete o in isola. Diodi, sistema di conversione CC/CA centralizzato/distribuito, trasformatore di potenza, quadri di parallelo/campo/protezione/interfaccia. Sistema di accumulo di energia. Sistema fotovoltaico fisso, ad inseguimento solare mono-assiale o bi-assiale. Inter-distanza tra le stringhe. Tecnologie per il modulo: mono- e poli-cristallino, film sottile, polimeri, a singola/doppia/tripla giunzione, mono- o bi-facciale. Criteri di progettazione. Esempi applicativi e simulazione di sistemi FV in ambiente Matlab/Simulink. 4. PRESTAZIONI ENERGETICA E DIAGNOSTICA (20h, 2 CFU): Analisi di producibilità e indici di prestazione: efficienza, Yr, Yf, PR. Tipologie di perdite. Concetti di monitoraggio e supervisione di un sistema fotovoltaico. Costellazione di impianti supervisionati. Guasti e difetti tipici di usura o invecchiamento. Statistica per la diagnostica predittiva dei guasti. Analisi all'infrarosso per la diagnostica di difettosità di moduli FV, secondo standard internazionali. Droni per la diagnostica di impianti fotovoltaici estesi. Repowering e revamping. 5. NUOVE FRONTIERE PER IL FOTOVOLTAICO (5h, 0.5 CFU): Vetro fotovoltaico trasparente e semitrasparente, pellicole fotovoltaiche. Fotovoltaico per gli edifici: BIPV e BAPV. Fotovoltaico per l'aerospazio. Materiali innovativi.

Elettrotecnica, Analisi matematica, Fisica, Chimica.

L’esame prevede una prova orale che intende verificare le conoscenze dello studente in relazione alla capacità di sintetizzare ed integrare gli argomenti trattati nel corso verificando il livello di comprensione dell’argomento e l’utilizzo della terminologia appropriata.

•Conoscenze e comprensione delle architetturedi sistema per l'automazione dei processi produttivi e dei sistemi elettrici in contesti industriali. •Conoscenza e comprensione degli strumenti necessari per dimensionare/progettare sistemi di protezione, misura, controllo e supervisione di processi produttivi e dei sistemi elettrici in contesti industriali. •Conoscenza e comprensione ditecniche di programmazione di PLC •Conoscenze specifiche sugli argomenti relativi al funzionamento dei sistemi di generazione distribuita, modalità di integrazione della generazione distribuita in una smartgrid, dei sistemi di accumulo e relativa integrazione nelle smartgrid •Conoscenze e competenze comunicative nell'ambito della lingua inglese •Analizzare un processo industriale •Validare i dati acquisiti •Definire la soluzione tecnica economica ottimale •Progettare un sistema elettrico nel campo dell’automazione industriale •Programmare un PLC •Valutare la producibilità dei sistemi di generazione a FER non programmabileprogettare le protezioni e i sistemi di interfaccia degli impianti di generazioni distribuita; fare un’analisi difattibilità tecnico economico di una smartgrid composta da generazione distribuita, carichi e sistemi di accumulo. •Sviluppare funzioni per il controllo di una smart gridEventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a:Autonomia di giudizio •capacità di progettare e condurre indagini analitiche, attraverso l'uso di modelli e sperimentazioni anche complesse, sapendo valutare criticamente i dati ottenuti e trarre conclusioni •Autonomia di giudizio sulle tecniche più idonee per lo studio e la progettazione di un sistema elettrico automatico e di una smartgrid. •Lo studente acquisirà una corretta terminologia tecnica ed una adeguata capacità di comunicazione. Lo sviluppo di abilità comunicative, orali e scritte, sarà anche stimolata attraverso la discussione in aula e lo svolgimento di temi finalizzati a sviluppare le capacità descrittive sia in forma testuale che grafica.Capacità di apprendimento •Have the ability to independently study and evaluate a problem and its possible solutions •Have the ability to learn the problems of new application sectors •Learning skills will be stimulated through classroom discussions related to small experiments conducted live during the lessons.

MODULOILe apparecchiature di automazione. Le architetture di automazione. Scelte delle apparecchiature di automazione. Schemi funzionali. L’alimentazione elettrica dei motori e dei dispositivi elettrici. L’alimentazione del circuito di controllo. La normativa applicabile. Rilevamento ed acquisizione dati.Tecnologie delle reti informative: Ethernet, TCP/IP, servizi WEB, bus AS Interface (AS-I). Sistemi di cablaggio. Motori e carichi elettrici. Introduzione ai PLC. Programmazione, configurazione e linguaggi. Funzioni di protezione, protezione e misura, controllo e comando. Diagnostica e gestione dei carichi. Gestione della manutenzione. Gestione dell’energia e dei costi. Sistemi di analisi, teleoperazione, telegestione ed ottimizzazione dei consumi energetici di reti locali e remote. Il concetto di funzionamento misuro (safe operation). Le funzioni sicurezza. La sicurezzadelle reti.Esercitazioni di automazione industriale con l’impiego del PLC (differenziatiper gruppi). MODULO IIIntroduzione. Definizione di generazione distribuita. Definizioni di Micro-Grid e Smart-Grid. Descrizione degli impianti di generazione distribuita. Cenni su Impianti Idroelettrici, eolici, fotovoltaici, solare termodinamico, elettrolizzatori, celle a combustibile, biomasse, microturbine.Integrazione della generazione distribuita tramite Smart Grid. Sistemi di accumulo. Domanda attiva. Sistemi di comunicazione e controllo. Integrazione di più fonti rinnovabili. Funzionamento in isola e controllo dell’interconnessione. Principi di iniezione di potenza. Controllo della potenza attiva e reattiva istantanea. Cenni su SCADASistemi di SCADA Economia delle fonti rinnovabili. Incentivazione delle FER nel mercato elettrico italiano. Progettazione di un sistema di SCADA per smart grid. Comunicazione fra i sistemi. Definizione delle principali funzioni di SCADA per le smart grid.Esercitazioni. Esempi numerici di valutazione e progettazione di impianti GD. Analisi e pianificazione di una micro-rete sperimentale tramite Matlab e/o software di gestione. Implementazione di funzioni di SCADA su smart grid in scala reale.

Conoscenze di impianti elettrici e di distribuzione ed utilizzazionedell’energia elettricaElementi di termodinamica e sistemi energetici. Modelli circuitali ed analisi di load flow. Elementi di microeconomia. Programmazione in matlab software di simulazione

L’esame prevede una prova orale che intende verificare le conoscenze dello studente in relazione alla capacità di sintetizzare ed integrare gli argomenti trattati nel corso,verificando il livello di comprensione dell’argomento e l’utilizzo della terminologia appropriata.

A. Lucchini, Integrazione e automazione delle funzioni impiantistiche, SAIE –Il sole 24 ore.L. Bergamaschi, Manuale di programmazione dei PLC, Hoepli.Manuali e guide dei maggiori produttoriF. A. Farret, M. G. Simoes, “Integration of Alternative sources of energy”, IEEE Press, Wiley-Inter., 2006.G.M. Masters, «Renewable and Efficient Electric Power System» Wiley-Interscience 2004.ULTERIORI TESTI SUGGERITI:S. Borlase, “Smart Grids-Infrastructure, Technology and Solutions” CRC Press 2013L. T. Berger and K. Iniewski, “Smart Grid-Applications, Communications and Security” John Wiley 2012M.S. Thomas, J. D. McDonald, “Power System SCADA and Smart Grids” CRC Press 2015

Stage interno

Tipo esame: Orale - Valutazione: Giudizio Finale - Frequenza: Non obbligatoria

Conoscenza e capacità di comprensione di: a) relazioni che legano la realizzazione di impianti di produzione, trasformazione e distribuzione di energia, con particolare riguardo alle FER, e il sistema territoriale, paesaggistico e ambientale; b) fonti informative, metodi e tecniche essenziali per l’analisi del territorio e del paesaggio, la valutazione degli impatti indotti dalla realizzazione di detti impianti e la definizione di misure di prevenzione e mitigazione. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Gli/le studenti/esse dovranno sapere a) utilizzare metodi, tecniche e strumenti di analisi e valutazione nella realizzazione di impianti energetici; b) applicare le conoscenze acquisite sugli strumenti normativi e di pianificazione territoriale, cogliendone le opportunità ai fini di una migliore integrazione di detti impianti nel contesto territoriale e paesaggistico. Ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: Autonomia di giudizio: gli/le studenti/esse dovranno aver sviluppato autonomia di giudizio nella valutazione delle opportunità edei problemi che la realizzazione di impianti energetici, con particolare riguardo agli specifici caratteri socioeconomici, ambientali e paesaggistici dei contesti terrioriali interessati. Abilità comunicative: capacità di illustrare, anche mediante l’uso di sintesi non tecniche e di strumenti di comunicazioni comprensibili per il più vasto pubblico, gli impatti indotti dalla realizzazione degli impianti energetici e la definizione di misure di prevenzione e mitigazione. Capacità di apprendimento: capacità di comprendere e trattare, nelle esperienze formative e pratiche successive, i principali problemi legati alla realizzazione di impianti energetici da fonti rinnovabili e di proporre soluzioni tecniche e organizzative che consentano di affrontarli adeguatamente migliorandone l’inserimento nel territorio e nel paesaggio.

Il programma è articolato cinque blocchi di argomenti, ciascuno dei quali si conclude con una parte sperimentale o l'analisi di casi di studio esemplari, parte dei quali sono indicati al punto 6. 1. Territorio, sostenibilità ambientale e transizione ecologica. Popolazioni, attività e luoghi: fonti informative, metodi e tecniche di analisi del territorio e del paesaggio. Introduzione ai sistemi informativi territoriali: cartografia tecnica e tematica, dati spaziali e alfanumerici, componenti e funzionalità di un SIT. Esempi (1,5 CFU) 2. Le dimensioni territoriali, ambientali e paesaggistiche nei procedimenti autorizzativi degli impianti energetici (0,5). 3. Quadri di riferimento normativi di livello europeo, nazionale e regionale in materia di valutazione paesaggistica e ambientale (0,5 CFU) 4. Fondamenti teorici e principi della valutazione territoriale, paesaggistica e ambientale. Valutazione Ambientale Strategica, Valutazione di Impatto Ambientale, Valutazione d’Incidenza Ambientale, Valutazione Paesaggistica. Casi di studio (1,5) 5. Metodi di valutazione degli impatti indotti dalla realizzazione degli impianti energetici sul sistema territoriale, paesaggistico e ambientale e definizione di misure di prevenzione e mitigazione. Il processo valutativo: quadro istituzionale e partecipazione del pubblico (1 CFU) 6. Significative esperienze operative relative a: o impianti di produzione di energia elettrica da Fonti Energetiche Rinnovabili o impianti di trasmissione e distribuzione di energia elettrica o costituzione di distretti e comunità energetiche (cenni di aspetti normativi e regolamentazione) Il corso prevede attività di laboratorio sviluppate nel corso del semestre, finalizzate alla redazione di un elaborato analitico e valutativo riguardante l’inserimento di impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in un contesto territoriale comunale scelto dall’allievo.

Esame orale dei temi trattati a lezione, inclusa la discussione dell'elaborato di analisi e valutazione riguardante la localizzazione di impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. L’esame orale ha una durata compresa fra 45 e 60 minuti, che dipende dalla capacità di rispondere in maniera precisa e sintetica alle domande e di illustrare compiutamente l'elaborato di analisi e valutazione. Durante l’esame si dovrà rispondere a domande sugli argomenti previsti dal programma del corso e trattati a lezione, oltre che su aspetti salienti dell'elaborato prodotto. Per superare l’esame occorre dimostrare di possedere conoscenze di base sugli argomenti del programma e di saper applicare metodi, tecniche e strumenti di analisi e valutazione territoriale, ambientale e paesaggistica nella realizzazione di impianti energetici, nonché gli strumenti normativi e di pianificazione territoriale pertinenti. Per conseguire una buona valutazione nella verifica dell’apprendimento, occorre dimostrare, anche attraverso la discussione dell'elaborato prodotto, di avere una buona conoscenza e capacità di applicazione di metodi, tecniche e strumenti di analisi e valutazione nella realizzazione di impianti energetici, di avere padronanza degli strumenti normativi e di pianificazione territoriale e di saperne cogliere le opportunità ai fini di una migliore integrazione di detti impianti nel contesto territoriale e paesaggistico. Per conseguire un’ottima valutazione nella verifica dell’apprendimento, occorre dimostrare, oltre che le conoscenze e capacità in ultimo indicate, anche autonomia di giudizio e buona capacità comunicativa.

Testi, dispense didattiche, slides presentate nelle lezioni frontali, banche dati cartografiche e statistiche, software, documentazione su merodi di analisi e casi di studio.

Il corso si propone di fornire un quadro conoscitivo delle complesso tema della climatizzazione, cioè la realizzazione e il mantenimento delle condizioni termiche, igrometriche, di qualità e movimentazione dell’aria comprese entro i valori ottimali per le persone. Il corso affronta questo complesso tema in maniera olistica a partire dalle disposizioni normative, per comprendere le modalità che permettano il raggiungimento del benessere individuale con il minore consumo di energia. Le scelte delle tecnologie impiantistiche, ivi compresi i sistemi di gestione e manutenzione degli impianti stessi, rappresentano il fulcro formativo di questo corso. L’obiettivo è quello di dotare lo studente di tutte le conoscenze necessarie a svolgere una progettazione impiantistica civile e/o industriale completa. A tal fine, oltre a concetti teorici, il focus del corso sarà sui criteri progettuali, e verra’ realizzando anche con il supporto delle possibilità offerte dai moderni strumenti di calcolo che saranno presentati nel corso Il corso assicura una: 1. Competenza nel calcolo della richiesta energetica di un ambiente e, in generale, di un edificio; 2. Competenza nella capacità di definire strategie progettuali volte a garantire elevati standard di qualità dell’aria interna e di calcolare le richieste di ventilazione ambientale; 3. Capacità di effettuare una progettazione impiantistica di massima, selezionando il sistema di climatizzazione piu’ idoneo al caso in esame; 4. Capacità di redigere un elaborato progettuale tramite l’ausilio di software di calcolo; 5. Capacita di verificare il rispetto della legislazione vigente. Lo studente acquisirà competenze per individuare l’impianto termotecnico piu’ adatto al caso in esame. Tale competenza sarà completata dalla capacità di redigere un predimensionamento di massima di un impianto o di utilizzare strumenti di calcolo per redigere un progetto completo di un impianto termotecnico al servizio di un edificio ad energia zero. 1. Autonomia di giudizio: sviluppo della capacità di analisi critica delle differenti modalità di climatizzazione ambientale di un edificio, con specifica attenzione per impianti a supporto di edifici che mirano ad un consumo minimo di energia non rinnovabile, ossia che ambiscono al target di edifici ad energia zero; 2. Capacità di apprendimento: la preparazione acquisita rende lo studente capace di affrontare un generico problema di definizione impiantistica in ambito civile e industriale e consequenziale progettazione delle macchine e delle condotte impiantistiche. Lo studente sarà quindi in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, approfondendo gli argomenti trattati usando materiali didattici diversi da quelli proposti; 3. Abilità comunicativa: sviluppo della capacità di inquadramento del problema e restituzione in modo efficace e sintetico del quadro risolutivo dello stesso, con proprietà di linguaggio e di analisi.

1. Qualità ambientale (2 CFU) Psicometria. Benessere termoigrometrico. Qualità dell’aria interna. Carichi termici di un edificio. Requisti di ventilazione negli edifici. Controllo di patogeni e virus. 2. La climatizzazione dell’ambiente (2 CFU) Macchine per la produzione dell’energia termica e frigorigera. Macchine per il trattamento dell’aria. Rendimento di una macchina. Scambiatore di calore. Accumulo dell’energia trmica e frigorifera. Distribuzione dell’enegia termica. 3. Progettazione impiantistica in edilizia sostenibile (2 CFU) Diagnosi energetica di un edificio. Reti di distribuzione di un fluido termovettore. Rete di distribuzione di acqua. Canalizzazioni per la distribuzione di aria. Dimensionamento di una canalizzazione e di una tubazione. Integrazioni di fonti energetici rinnovabili in impianti ibridi. Dimensionamento di un impianto solare termico. Recenti sviluppi delle pompe di calore. Elettrificazione dell’impiantistica civile.

Sono richieste conoscenze sui seguenti argomenti: scambio di calore; igrometria; termodinamica; efficienza di una macchina; cicli diretti e indiretti; sistemi di produzione di “calore”, di “freddo” e di energia elettrica.

L’insegnamento contempla lezioni teoriche ed esercitazioni in aula, anche attraverso l’uso di fogli di calcolo e software dedicati per lo svolgimento di esercizi relativi alla progettazione di un impianto per il riscaldamento e il raffrescamento ambientale. Per il tema d’anno, viene assegnato agli studenti un problema relativo alla progettazione della centrale termica di un edificio di medie dimensioni per il quale gli studenti dovranno identificare la tipologie di impianto piu’ idoneo, considerato anche l’obiettivo di promuovere un uso efficiente dell’energia, utilizzando le tecnologie innovative presentate nelle lezioni teoriche. Lo svolgimento del problema è guidato dal docente e tende a sviluppare e rafforzare le capacità degli allievi di identificare le tecnonologie impiantische più efficienti. Vengono anche proposte le metodiche per produrre un elaborato chiaro nel procedimento ed accurato nei risultati da conseguire, nonché viene valutata la capcità comunicativa nell’esporre la propria idea progettuale.

La valutazione del raggiungimento degli obiettivi di apprendimento avviene mediante lo svolgimento di un elaborato progettuale scritto consistente nella progettazione impiantistica a servizio di un edificio e di una successiva prova orale. L’elaborato scritto verrà sviluppato con il supporto del docente durante l’intero corso. La prova orale verte sulla discussione delle soluzioni riportare nella sezione scritta e quindi è tesa ad approfondire il livello delle conoscenze, la autonomia di analisi e giudizio, nonché le capacità espositive dell’allievo. La valutazione finale (espressa in trentesimi) tiene conto in modo armonico dei risultati complessivamente conseguiti nelle prove (scritta ed orale) tenendo conto della correttezza ed efficienza raggiunta in tutte le prove ai fini del calcolo della soluzione dei problemi proposti, dei metodi utilizzati, della completezza ed esattezza delle risposte, nonché della chiarezza nella presentazione Sono requisiti minimi richiesti per il superamento dell’esame 1. Conoscenza dei concetti basilari delle normative sull’impiantistica in ambito civile e industriale; 2. Conoscenza delle modalità di predimensiomento di una centrale termica e di un sistema di ventilazione; 3. Capacità applicativa di redigere una diagnosi energetica; 4. Capacità di definire e progettare il sistema di distribuzione ed erogazione dell’energia termica e della ventilazione.

• L. De Santoli e F. Mancini, “Progettazione degli impaini di climatizzazione”, 2017, Maggioli Editore • P. Savoia, “Impianti termici negli edifici residenziali ad elevate prestazioni energetiche”, 2021, Maggioli Editore • L. Stefanutti, “Impianti di climatizzazione”, 2019, Hoepli • R. Wang, X. Zhai, “Handbook of Energy Systems in Green Buildings”, 2018, Springer.

Il corso si prefigge di fornire conoscenze specifiche sugli argomenti relativi al funzionamento dei sistemi di generazione da fonte rinnovabile, la relativa integrazione in combinazione con sistemi di accumulo in microreti, o aggregati di microreti a formare le energy community. Il corso si prefigge di fornire conoscenze specifiche sugli argomenti relativi al funzionamento dei sistemi di generazione da fonte rinnovabile, la relativa integrazione in combinazione con sistemi di accumulo in microreti, o aggregati di microreti a formare le energy community. Al termine del corso gli allievi saranno in grado di valutare la producibilità dei sistemi di generazione a FER non programmabile progettare le protezioni e i sistemi di interfaccia degli impianti di generazioni distribuita; fare un’analisi di fattibilità tecnico economico di una microrete e di una comunità energetica composta da generazione a fonti rinnovabili, carichi e sistemi di accumulo. Al termine del corso gli allievi saranno in grado di valutare la producibilità dei sistemi di generazione a FER non programmabile progettare le protezioni e i sistemi di interfaccia degli impianti di generazioni distribuita; fare un’analisi di fattibilità tecnico economico di una microrete e di una comunità energetica composta da generazione a fonti rinnovabili, carichi e sistemi di accumulo. Autonomia di giudizio: Lo studente acquisirà autonomia di giudizio sulle tecniche più idonee per lo studio e la progettazione di una microrete. Abilità comunicative: Lo studente acquisirà una corretta terminologia tecnica ed una adeguata capacità di comunicazione. Lo sviluppo di abilità comunicative, orali e scritte, sarà anche stimolata attraverso la discussione in aula e lo svolgimento di temi finalizzati a sviluppare le capacità descrittive sia in forma testuale che grafica. Capacità di apprendimento: Le capacità di apprendimento sarà stimolata attraverso discussioni in aula relative ai temi del corso.

1. Introduzione (4 ore – 0,5 CFU): Definizione Fonti energetiche rinnovabili, generazione distribuita. Definizioni di Microgrid e energy community. 2. Descrizione degli impianti di generazione distribuita (12 ore – 1,5 CFU): Cenni su Impianti Idroelettrici, eolici, fotovoltaici, solare termodinamico, celle a combustibile, biomasse, microturbine. 3. Integrazione della Fonti energetiche Rinnovabili (12 ore – 1,5 CFU): Sistemi di accumulo. Domanda attiva. Elettrificazione degli usi finali. Sistemi di comunicazione e controllo. Integrazione di più fonti rinnovabili. Funzionamento in isola e controllo dell’interconnessione. Principi di iniezione di potenza 4. Microreti e energy community (8 ore – 1 CFU): La gestione delle risorse nelle microreti. La gestione delle risorse nelle comunità energetiche. 5. Esercitazioni (24 ore- 1,5 CFU): Esempi numerici di valutazione e progettazione di impianti a FER Analisi e pianificazione di una microrete e di una comunità energetica tramite Matlab e/o software di gestione.

Elementi di termodinamica e sistemi energetici. Modelli circuitali ed analisi di load flow. Elementi di microeconomia. Programmazione con software di simulazione (es. Matlab).

Lezioni in aula, esercitazioni al calcolatore con software di ottimizzazione (Matlab), utilizzo di fogli elettronici per gestire e analizzare dati (MS Excel), lavoro di gruppo, tutoraggio in forma di assistenza individuale.

L'apprendimento è verificato con un esame orale, di durata media 30 minuti, basato sulla discussione della relazione e su domande relative alle tecnologie di produzione da fonti rinnovabili, sistemi di accumulo e la loro integrazione in smart grid e sulle principali caratteristiche delle comunità energetiche al fine di verificare il grado di conoscenza e la capacità metodologica acquisita nei diversi argomenti, nonché nelle relative applicazioni (primo, secondo e terzo indicatore di Dublino). Durante il colloquio sarà valutata anche la qualità di esposizione con terminologia appropriata e l’organizzazione autonoma dell'esposizione (quarto indicatore di Dublino). Il risultato della valutazione è espresso in trentesimi; il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30 corrispondente ad un livello e qualità sufficienti di conoscenza dei requisiti minimi di seguito illustrati. Gli studenti che raggiungono il voto massimo di 30/30 e che dimostrino nell’eventuale colloquio orale un livello e qualità eccellenti insieme con ottima capacità di applicare autonomamente conoscenze e competenze acquisite, anche in contesti diversi da quelli proposti a lezione (quinto indicatore di Dublino) saranno meritevoli di lode. I requisiti minimi per il superamento dell’esame sono: identificazione dei principi di funzionamento delle principali tecnologie di produzione a fonte rinnovabile, accumulo dell’energia, definizioni delle principali caratteristiche delle smart grid e delle comunità energetiche. Per la valutazione finale si applicano i seguenti criteri: Voto: 18 Soddisfacimento dei requisiti minimi di apprendimento Voti: 19-22 Conoscenza di base degli argomenti trattati e comprensione sufficiente dei concetti fondamentali. Capacità di risolvere problemi semplici e di applicare le conoscenze acquisite in contesti noti. Capacità di formulare giudizi autonomi su argomenti semplici. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico adeguato. Voti: 23-26 Buona conoscenza degli argomenti trattati e comprensione approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi complessi e di applicare le conoscenze in contesti nuovi. Capacità di formulare giudizi autonomi e critici su argomenti complessi. Capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di buon livello ed in modo chiaro e coerente. Voti: 27-30 Ottima conoscenza degli argomenti trattati e comprensione completa e approfondita dei concetti. Capacità di risolvere problemi molto complessi e di applicare le conoscenze in contesti innovativi. Ottima capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali. Ottima capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello ed in modo chiaro, coerente e persuasivo. Voto 30 e lode Conoscenza eccezionale e completa degli argomenti trattati, con capacità di collegare i concetti in modo innovativo. Capacità di risolvere problemi estremamente complessi e di applicare le conoscenze in contesti interdisciplinari. Eccellente capacità di formulare giudizi autonomi, critici e originali, con un alto grado di approfondimento. Elevata capacità di esprimere concetti utilizzando un linguaggio tecnico di alto livello in modo chiaro, coerente e con un alto livello di precisione.

1. F. A. Farret, M. G. Simoes, “Integration of Alternative sources of energy”, IEEE Press, Wiley-Inter., 2006. 2. G.M. Masters, «Renewable and Efficient Electric Power System» Wiley- Interscience 2004. ULTERIORI TESTI SUGGERITI: 3. S. Borlase, “Smart Grids- Infrastructure, Technology and Solutions” CRC Press 2013 4. L. T. Berger and K. Iniewski, “Smart Grid- Applications, Communications and Security” John Wiley 2012 5. Graditi G., Di Somma ML, Distributed Energy Resources in Local Integrated Energy Systems,Optimal Operation and Planning, Elsevier, 2021 6. Dispense fornite dal docente

Il corso affronta tematiche legate alla mobilità sostenibile con particolare riguardo alle strategie di intervento necessarie alla mitigazione delle esternalità ambientali dei trasporti. L’obiettivo formativo principale consiste nell’acquisizione della conoscenza di base e tecnico-scientifica sulle caratteristiche peculiari delle diverse modalità di trasporto sostenibile e sugli impatti ambientali locali e globali delle tipologie di propulsione tradizionali e innovative. I risultati di apprendimento attesi possono così riassumersi: Conoscenza e capacità di comprensione 1. Conoscenza delle esternalità ambientali dei sistemi di trasporto. 2. Conoscenza delle principali strategie di intervento per la mobilità sostenibile. 3. Conoscenza teorica dei sistemi tradizionali e innovativi di propulsione. Capacità di applicare conoscenza e comprensione 1. Capacità di descrivere le principali caratteristiche ambientali dei sistemi di trasporto persone e merci. 2. Capacità di formalizzare problemi legati alla progettazione e analisi dei sistemi condivisi di veicoli. 3. Capacità di individuare il sistema di trasporto più appropriato al caso in esame perseguendo i concetti di condivisione dei veicoli e di sostenibilità ambientale. Ulteriori risultati di apprendimento attesi: • Autonomia di giudizio: sviluppo della capacità di giudizio ingegneristico circa i problemi riguardanti la mobilità sostenibile. • Abilità comunicative: capacità di argomentazione sulle tematiche ambientali connesse ai sistemi di trasporto tramite un opportuno linguaggio tecnico. • Capacità di apprendimento: la preparazione acquisita rende lo studente capace di affrontare problemi generici inerenti alla mobilità sostenibile.

Le rivoluzioni dei trasporti e l’ambiente (8 ORE – 1 CFU). Generalità; le rivoluzioni e le evoluzioni dei trasporti: dalla trazione animale alla logistica del container; i consumi energetici e le emissioni inquinanti: sicurezza degli approvvigionamenti, effetto serra, inquinamento atmosferico; la rivoluzione dei trasporti in atto e le sue principali direttrici. Sistemi di propulsione tradizionali ed esternalità ambientali (8 ORE – 1 CFU). Introduzione: le resistenze al moto dei veicoli. Veicoli con motore a combustione interna: motori, caratteristiche e prestazioni. Le emissioni inquinanti dei motori e delle auto a benzina e diesel. Cicli di prova degli autoveicoli e limiti UE delle emissioni. Impatti locali: inquinamento atmosferico dei flussi veicolari, modelli di emissione inquinanti, modelli di dispersione, le emissioni non di scarico. Sistemi di propulsione innovativi (8 ORE – 1 CFU). La decarbonizzazione dei trasporti: i combustibili tradizionali e alternativi; i veicoli elettrici (motori, caratteristiche e prestazioni); le batterie per i veicoli elettrici (tipologie, tecniche di ricarica); i veicoli ibridi (tipologie e configurazioni); idrogeno e veicoli a celle a combustibile (tipologie e configurazioni). Le emissioni non di scarico dei veicoli elettrici e ad idrogeno. Impatti complessivi per un confronto tra le tipologie dei veicoli: valutazione del ciclo di vita (LCA). Strategie di intervento per la mobilità sostenibile (12 ORE – 1.5 CFU). Efficienza energetica nei trasporti. Politiche per la mobilità sostenibile: sistemi di trasporto collettivo; misure per la logistica sostenibile; il mobility manager; i piani urbani della mobilità sostenibile. I veicoli autonomi e connessi. I nuovi servizi di mobilità: sistemi condivisi di autoveicoli (car-sharing, car-pooling, ridesharing); sistemi condivisi per la micromobilità (bike-sharing, e-scooter-sharing); il concetto di Mobility as a Service (MaaS). Esercitazioni (24 ORE – 1.5 CFU). Moto di un veicolo e resistenze. Consumi energetici complessivi e specifici per modalità, riempimento, dimensione e peso. Esempi di LCA. I nuovi mezzi di trasporto: treni a levitazione magnetica (Hyperloop) e droni. Potenza richiesta ed efficienza energetica nei trasporti. Nuovi servizi di mobilità, sistemi di bike-sharing e casi di studio relativi.

Per seguire il corso con profitto, gli studenti dovranno conoscere gli aspetti teorico/scientifici della matematica e della fisica, nonché essere capaci di utilizzare tali conoscenze per identificare, formulare e risolvere problemi.

Lezioni frontali ed esercitazioni.

L’esame consiste in uno scritto (es. esercizi da svolgere), superato il quale, segue contestualmente una prova orale della durata complessiva di circa 30 minuti, concernente gli argomenti trattati durante le lezioni teoriche, sia gli approfondimenti sviluppati durante le esercitazioni. I requisiti minimi richiesti per il superamento dell'esame (fascia di voto 18/30 – 20/30) sono riferiti alla conoscenza dei fondamenti teorici e tecnici della disciplina ovvero del moto di un veicolo, dei sistemi di propulsione tradizionali e innovativi e le loro esternalità ambientali. Una soddisfacente valutazione (fascia di voto 21/30 – 24/30) è riferita alla conoscenza dei fondamenti della disciplina accompagnata da una soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità di applicare le conoscenze teoriche della mobilità sostenibile a casi concreti. Una buona valutazione (fascia di voto 25/30 – 28/30) nella verifica di apprendimento è riferita ad una buona conoscenza di tutti i temi trattati e ad una buona capacità di individuare gli interventi più appropriati per la mobilità sostenibile. Una ottima valutazione nella verifica di apprendimento (fascia di voto 29/30 – 30/30 e lode) è riferita ad una conoscenza approfondita dei temi trattati, ovvero una piena padronanza dei contenuti teorico-metodologici della disciplina, capacità, chiarezza di esposizione e proprietà di linguaggio, e un’ottima capacità di individuare gli interventi più appropriati per la mobilità sostenibile. La gradazione specifica del voto all’interno delle diverse fasce seguirà la capacità dello studente di affrontare problemi e quesiti teorici che richiedano di richiamare, sintetizzandoli, i diversi aspetti legati alle esternalità ambientali dei sistemi di trasporto e alle strategie di intervento e ai sistemi di propulsione per la mobilità sostenibile.

• Appunti dal corso e materiale collettaneo fornito dal docente. - Trasporti terrestri ed energia. Tecnologie, metodi ed applicazioni. A cura di B. Dalla Chiara e G. Pede – EGAF. - Tecnologie per la Mobilità Sostenibile. Veicoli elettrici, ibridi e a fuel cell, Paolo Giulio Iora, Società Editrice Esculapio. - Le sei rivoluzioni dei trasporti e le loro evoluzioni. Una breve storia dalle origini ai giorni nostri. E. Cascetta, I. Henke, M. I. Di Bartolomeo. Ingegneria Ferroviaria, 5, 2021. - La settima rivoluzione dei trasporti. Le innovazioni in corso e i possibili scenari futuri. E. Cascetta, I. Henke, M. I. Di Bartolomeo. Ingegneria Ferroviaria, 6, 2021. - Elliot Fishman, Bike Share, Routledge, 2019.