Ingegneria Meccanica per L'energia e L'ambiente

Il corso si propone di fornire conoscenze approfondite sulla bioeconomia circolare e sulle strategie di transizione ecologica per superare l’attuale modello di economia lineare e garantire in modo sostenibile la produzione di energia, chemicals, mangimi, alimenti e altri prodotti. Inoltre, il corso intende descrivere le principali fonti di inquinamento e le implicazioni antropiche sui cicli biogeochimici naturali fondamentali del carbonio, dell’azoto e del fosforo, che costituiscono la base della bioeconomia. Verranno presentati i principali programmi e direttive nazionali e internazionali che coinvolgono la bioeconomia circolare e la transizione ecologica. Saranno illustrate le principali piattaforme innovative di bioraffineria (ad esempio, digestione/fermentazione anaerobica, conversione aerobica biologica, bioraffinerie a microalghe, processi termochimici) per il trattamento e la valorizzazione dei rifiuti e residui biologici in bioenergia, biocarburanti e altre bio-commodities ad alto valore.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Durante il corso, lo studente sarà in grado di comprendere i principi della bioeconomia circolare e le cause antropiche dei cambiamenti climatici e dell’inquinamento ambientale, che spingono la società moderna verso una transizione ecologica. Lo studente acquisirà inoltre consapevolezza sugli impatti antropici sulle diverse matrici ambientali e sarà informato sulle più recenti normative e iniziative volte alla promozione di strategie circolari sostenibili e virtuose nel contesto della mitigazione dei cambiamenti climatici e della transizione ecologica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente svilupperà la capacità di valutare e proporre tecnologie innovative per promuovere strategie di bioeconomia circolare (ad esempio, piattaforme di cattura e utilizzo del carbonio, trattamento e valorizzazione di rifiuti e residui biologici), attraverso un percorso formativo che combina didattica tradizionale e project work.

Introduzione alla bioeconomia circolare e alla transizione ecologica. La teoria dei limiti planetari sostenibili. I cicli biogeochimici del carbonio, dell’azoto e del fosforo. Principali cause e problematiche legate all’agricoltura industriale. Il modello a farfalla e i principi d’azione dell’economia circolare. La strategia europea per la bioeconomia e il Green Deal dell’UE. La bioeconomia circolare e il suo motore: la bioraffineria. Le diverse generazioni di matrici e bioraffinerie. Bioraffinerie multi-matrice e multi-prodotto: la piramide del valore bio-based. Tecnologie per la cattura e l'utilizzo del carbonio. Tecnologie per il recupero di azoto e fosforo. Caratterizzazione qualitativa e quantitativa delle biomasse. Principi dei processi biologici. Biovalorizzazione dei materiali lignocellulosici. La bioraffineria della digestione anaerobica: bioenergia e biocarburanti. Bioraffinerie anaerobiche: fermentazione del syngas, solventogenesi e allungamento della catena. Bioraffinerie fotosintetiche: processi a base di microalghe per la cattura del carbonio, il recupero di nutrienti, la produzione di biocarburanti e composti ad alto valore aggiunto. Bioraffinerie aerobiche: upcycling di carbonio e azoto in proteine microbiche e altri bioprodotti. Casi studio.

In generale, lo studente dovrà essere in grado di discutere l’attuale situazione climatica e ambientale e proporre strategie per l’implementazione di piattaforme di bioeconomia circolare orientate alla transizione ecologica. In particolare, l’esame orale sarà incentrato su un elaborato pratico in cui lo studente, individualmente o in gruppo, avrà proposto uno schema di bioraffineria per l’attuazione di pratiche di bioeconomia circolare, finalizzate al trattamento e alla valorizzazione di diverse matrici di rifiuti biologici in bioenergia, biocarburanti o bioprodotti ad alto valore aggiunto.

Appunti didattici del corso e articoli scientifici caricati dal docente.

Il corso si propone di fornire gli strumenti metodologici e le conoscenze per inquadrare i processi di combustione nell’ambito delle applicazioni propulsive e di generazione di potenza per valutare il loro potenziale sviluppo sotto i vincoli di nuovi combustibili, di nuovi limiti di emissione di inquinanti e di nuove categorie di prestazioni. Inoltre il corso definisce nelle configurazioni prototipali più rilevanti e le equazioni che descrivono i processi di combustione che evolvono sotto fissate condizioni al contorno/iniziali, analizzandone i parametri più significativi e le variazioni più sensibili. Infine il corso ha lo scopo di fornire allo studente conoscenze relative ai meccanismi di formazione dei maggiori inquinanti in combustione e delle relative tecniche di riduzione di questi ultimi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei sistemi di combustione e delle principali applicazioni con riferimento alla mobilità e generazione di potenza. Inoltre è richiesta la conoscenza dei principali meccanismi di formazione dei principali inquinanti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper analizzare i processi elementari che compongono i moderni sistemi di combustione e guidarne le scelte progettuali anche in funzione della minimizzazione dell’impatto ambientale.

[0.5 CFU] Introduzione al Corso di Combustione. Equazioni di bilancio di mezzi gassosi multicomponenti reattivi. [1 CFU] Principi di Termodinamica, Temperatura adiabatica di fiamma e di equilibrio. Combustibili. Tipologie e proprietà. Cenni a comb. alternativi. Biofuels, E-Fuels. Teoria Cinetica dei Gas. [1 CFU]. Leggi del trasporto diffusivo. Cammino libero medio molecolare. Maxwell-Boltzmann. Reazioni unimolecolari, bi e termolecolari. Teoria collisionale e velocità di reazione / Reazioni a catena [1 CFU] Combustione omogenea. Esplosione Radicalica. Cinetica sistema H2/O2. Meccanismo cinetico del metano (CxHy). Combustione omogenea in flusso/regimi stazionari ed instazionari. [1 CFU] Schema cinetico generale per sistema paraffina/aria. Modellazione cinetico-chimica dei processi di combustione/ Chemkin. Combustione con propagazione. Detonazione. Rankine- Hugoniot [1 CFU] Combustione con propagazione. Deflagrazione laminare. Turbolenza. Diagramma di Borghi. Combustione con Diffusione. Fiamme diffusive laminari e turbolente. [0.5 CFU] Ignizione diffusiva. Modellazione di processi diffusivi 1D stirati. [1 CFU] Aerodinamica della combustione. Atomizzazione e vaporizzazione di combustibili liquidi. CFD per flussi reattivi turbolenti. Esempi pratici ed esercitazione tramite software Fluent. [2 CFU] Processi di combustione innovativi a basse emissioni (MILD). Combustione in turbine a gas. Sistemi di combustione per caldaie e forni di trattamento. Processi di trattamento delle biomasse, rifiuti e incenerimento.

Il risultato della valutazione sarà basato sul livello di apprendimento dell’allievo e sulla sua capacità di applicare le nozioni acquisite a problemi anche diversi da quelli presentati durante il corso.

Appunti e slides del corso.
Video-registrazione delle lezioni riportate in https://www.docenti.unina.it/downloadPub.do?tipoFile=md&id=593616
Slides del corso riportate in http://www.federica.unina.it/corsi/combustione/
Libri di testo: “Lezioni di Combustione” di Antonio Cavaliere, Ed Enzo Albano, 2001 e riportato in http://wpage.unina.it/antcaval
Lezioni di Combustione pubblicate sul sito della sezione Italiana del Combustion Institute: http://www.combustioninstitute.it/

L’insegnamento si propone di fornire i concetti e gli strumenti analitici fondamentali per comprendere il funzionamento di un sistema economico da due prospettive differenti, quella micro e macroeconomica.
Dal punto di vista microeconomico, si analizzeranno i modelli che descrivono il comportamento e i meccanismi decisionali di allocazione delle risorse dei singoli attori economici, tipicamente dei consumatori e delle imprese. Inoltre, si analizzerà come tali attori interagiscono in un’economia di mercato e come si determinano gli equilibri, in termini di prezzi e quantità scambiate.
Dal punto di vista macroeconomico, si introdurranno i principali indicatori utilizzati per descrivere lo stato di salute di un sistema economico nazionale (es., prodotto interno lordo, inflazione, occupazione) ed i metodi utilizzati per determinare le principali variabili macroeconomiche.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i concetti fondamentali della teoria del consumatore e del produttore; di comprendere gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare il comportamento dei singoli attori economici e descrivere i rispettivi processi decisionali di allocazione delle risorse (limitate). A partire da tali conoscenze, lo studente dovrà dimostrare di comprendere le connessioni causali tra i risultati di tali scelte e la determinazione delle funzioni di domanda e di offerta. Inoltre dovrà dimostrare di comprendere come interagiscono gli attori nei mercati e come si determinano gli equilibri. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i principali indicatori utilizzati per descrivere i sistemi economici da un punto di vista aggregato ed aver compreso i metodi utilizzati per la determinazione dei più rilevanti aggregati economici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Sulla base delle conoscenze acquisite lo studente dovrà essere in grado di interpretare il comportamento degli attori economici e prevedere gli effetti determinati dalla loro interazione nei singoli mercati. Lo studente dovrà dimostrare di comprendere le logiche alla base del funzionamento dei mercati e il ruolo che può esercitare lo Stato nelle dinamiche di determinazione dei prezzi e di controllo delle quantità scambiate. Inoltre, dovrà dimostrare di saper utilizzare le conoscenze acquisite per interpretare fenomeni reali, in termini di andamento di mercati in settori di interesse. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di analizzare in maniera critica gli indicatori macroeconomici e saper interpretare le indicazioni connesse da molteplici prospettive.

MICROECONOMIA
Introduzione all’economia: l’economia ed i sistemi economici. Approccio Costi Benefici alle decisioni, Costi Opportunità, Costi non recuperabili, Costi Medi e Costi Marginali.
La domanda e l’offerta: le curve della domanda e dell’offerta, equilibrio di mercato e il processo di aggiustamento verso l’equilibrio, determinanti della domanda e dell’offerta, l’influenza dell’imposizione fiscale sull’equilibrio di mercato.
Teoria del Consumatore: le preferenze del consumatore, utilità ordinale (proprietà assiomatiche) e utilità cardinale (funzione di utilità), curve di indifferenza (beni complementari, beni
perfettamente sostituibili, beni non sostituibili), saggio marginale di sostituzione, il problema di scelta del paniere ottimo: formalizzazione e risoluzione, curva di domanda individuale e curva di mercato, beni normali, beni inferiori e beni di Giffen, elasticità della domanda al prezzo.
Teoria della Produzione e Costi: la funzione di produzione di breve periodo, produttività dei fattori produttivi, la funzione di produzione di lungo periodo, saggio marginale di sostituzione tecnica (fattori produttivi complementari, perfettamente sostituibili, non sostituibili), rendimenti di scala, i costi nel breve e nel lungo periodo.
Mercati: concorrenza perfetta, monopolio, oligopolio (modello di Cournot, modello di Bertrand, modello di Stackelberg, accordo Collusivo).
MACROECONOMIA
Introduzione alla macroeconomia, i principali indicatori macroeconomici (prodotto interno lordo, inflazione, disoccupazione). I principali modelli per la previsione di breve periodo dell’attività economica.

Prova scritta e orale. La prova scritta prevede quesiti in forma di esercizi numerici. L’esito della prova scritta è vincolante ai fini dell'accesso alla prova orale. In caso di superamento, le valutazioni delle due prove saranno pesate in maniera equivalente.

• Varian H.R., Microeconomia Ed: Cafoscarina
• Blanchard O., Amighini A., Giavazzi F. Macroeconomia Ed: Il Mulino
• Dispense e slide a cura del docente

Il corso intende fornire agli allievi le conoscenze e le competenze specialistiche necessarie per affrontare e risolvere i problemi di tipo tecnico-ingegneristico caratteristici del settore dell'energia, con particolare riferimento a quelli concernenti le tecnologie e le soluzioni per l'efficienza energetica e le fonti rinnovabili negli edifici e in applicazioni industriali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche tecnico-ingegneristiche relative a: i) analisi dei fabbisogni energetici di utenze civili e industriali; ii) misura e analisi delle prestazioni di sistemi energetici; iii) individuazione e analisi tecnico-economica di tecnologie e soluzioni per l’efficienza energetica, per l’impiego di fonti rinnovabili di energia e per la riduzione dell’impatto ambientale delle attività riconducibili all’uso dell’energia (con particolare riferimento al problema delle emissioni di gas serra).
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso lo studente deve essere in grado di costruire un bilancio energetico semplificato di edificio o sito industriale; stimare carichi e fabbisogni su base oraria/stagionale; confrontare caldaie, pompe di calore, frigoriferi, recuperi termici, CHP e rinnovabili; fare un pre-dimensionamento di FV, solare termico, eolico, accumulo termico/elettrico e recuperi industriali; calcolare KPI energetici, economici ed emissivi; redigere una pre-fattibilità tecnico-economica con sensitività essenziali.

[1 CFU] Introduzione.

• Classificazione, disponibilità ed impatto ambientale delle fonti e dei sistemi di conversione dell'energia: fonti primarie e secondarie, fonti rinnovabili; effetto serra, fattori di emissione per combustibili e consumi elettrici; politiche internazionali e nazionali per il contrasto ai cambiamenti climatici, lo sviluppo delle fonti rinnovabili e l’efficienza energetica.
• Metodologie per l’analisi energetica, economica e di impatto ambientale di sistemi e soluzione per l’efficienza energetica e l’uso di fonti energetiche rinnovabili. Esempi di applicazione.
• Quadro normativo e tariffario. Introduzione ai mercati dell’energia elettrica, del gas naturale e dell’efficienza energetica: struttura del mercato, componenti delle tariffe dell’energia elettrica e del gas naturale, esempi di calcolo e verifica delle fatture; cenni ai mercati ambientali (titoli di efficienza energetica, permessi di emissione di gas serra).
  [2 CFU] Usi finali dell’energia in utenze civili e industriali.
• Concetti introduttivi: Classificazione dei fabbisogni termici, frigoriferi, elettrici. Analisi dei carichi termici ed elettrici in edifici e processi industriali. (0,5 CFU).
• Valutazione dei fabbisogni energetici: condizioni nominali, condizioni di carico parziale, analisi energetica su intervalli temporali orari, giornalieri, settimanali, stagionali. Profili di carico e curve di durata del carico. (0,25 CFU).
• Tecnologie tradizionali per la copertura dei carichi e dei fabbisogni energetici: principi di funzionamento e campi di applicazione delle caldaie per la produzione di energia termica; Pompe di calore e macchine frigorifere a compressione di vapore ad azionamento elettrico: aspetti funzionali, prestazioni energetiche (COP, EER, SEER, SCOP), criteri di scelta in funzione dei carichi termici e frigoriferi. (0,5 CFU).
• Metodologie di valutazione: Bilanci energetici secondo metodi stazionari e quasi-stazionari, Cenni ai metodi dinamici (cenni), Utilizzo di dati climatici e profili di utilizzo. Fonti dei dati e principali riferimenti normativi. (0,25 CFU).
• Applicazioni e uso di software di supporto: Analisi di edifici residenziali e terziari e di utenze industriali. Individuazione delle principali voci di consumo. Valutazione dei carichi di progetto e dei fabbisogni energetici. Dimensionamento degli impianti. Valutazione delle prestazioni energetiche. (0,5 CFU).
  [3 CFU] Tecnologie e soluzioni per l’efficienza energetica e l’uso razionale dell’energia.
• Principi generali: caratteristiche tecniche e funzionali, criteri per il dimensionamento e la progettazione di massima e per l’analisi di fattibilità tecnico-economica di sistemi, tecnologie e interventi per l’efficienza energetica negli usi finali.
• Macchine frigorifere e pompe di calore avanzate: sistemi polivalenti, pompe di calore geotermiche, pompe di calore ad alta temperatura, frigoriferi/pompe di calore con motore endotermico (GHP) e ad assorbimento. (0,5 CFU).
• Evaporatori: Evaporatori multi-effetto (MEE) e sistemi con ricompressione meccanica o termica del vapore (MVR, TVR). (0,5 CFU).
• Interventi di “heat integration”: reti di scambiatori di calore, Pinch Technology. (0,5 CFU).
• Azionamenti a velocità variabile e motori elettrici ad alta efficienza. (0,5 CFU).
• Sistemi di cogenerazione e trigenerazione: classificazione; tecnologie; schemi funzionali; scelta della taglia e della tecnologia in relazione al profilo dell’utenza; esempi di analisi tecnicoeconomica; qualifica come Cogenerazione ad Alto Rendimento. (1 CFU).
  [3 CFU] Tecnologie per le fonti energetiche rinnovabili.
• Principi generali: caratteristiche funzionali, criteri per il dimensionamento e la progettazione di massima e per l’analisi di fattibilità tecnico-economica di impianti alimentati da fonte rinnovabile.
• Energia solare: disponibilità, richiami di geometria solare. (0,5 CFU).
• Sistemi solari termici: collettori piani tradizionali, sottovuoto, a concentrazione; impianti solari per la produzione di acqua calda sanitaria, per il riscaldamento, per il “solar cooling” e relativi componenti, inclusi gli accumuli; sistemi per il solare termodinamico (cenni); esempi di analisi tecnico-economica. (0,5 CFU).
• Sistemi solari fotovoltaici: celle, moduli, pannelli e campi fotovoltaici; inverter; sistemi di accumulo; altri componenti di impianto; esempi di analisi tecnico-economica. (1 CFU).
• Energia eolica: classificazione delle turbine, analisi di Betz, curve caratteristiche dei generatori, sistemi di regolazione. Caratterizzazione anemometrica di un sito; stima della producibilità di un impianto; esempi di analisi tecnico-economica. (0,5 CFU).
• Cenni al settore delle biomasse, con focus su biogas e biometano. (0,5 CFU).

Il superamento della prova scritta è vincolante ai fini dell'accesso alla prova orale. L’esito della prova scritta ha un peso corrispondente a circa il 40%, ai fini della definizione del voto.

Appunti del docente (disponibili sul sito docenti).
Per approfondimenti (facoltativi):
Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy, Ed. By F. Kreith F. and D. Yogi Goswami, CRC Press

Il corso si propone di fornire la conoscenza dei principali componenti dei sistemi di propulsione elettrici/ibridi per veicoli stradali, con particolare riguardo al loro principio di funzionamento e ai relativi sistemi di controllo. Le metodologie di analisi del gruppo propulsore dei veicoli permettono di concentrare la trattazione sulle strategie di gestione dell'energia, perseguendo obiettivi di sostenibilità ambientale nell'imminente transizione energetica.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisisce conoscenze sui principali componenti dei sistemi di propulsione, impara il principio di funzionamento del convertitore di potenza e del motore, e studia come l'energia può essere trasferita tramite appositi algoritmi di controllo dalle sorgenti primarie ai carichi di trazione finali. Acquisisce familiarità con diversi tipi di architetture di veicoli, distingue la propulsione ferroviaria da quella stradale e visualizza come diverse fonti di energia possano interagire a bordo di un veicolo ibrido. Classifica i sistemi di accumulo di energia e comprende come le diverse tecnologie di stoccaggio debbano essere caricate/scaricate nel contesto dei sistemi di trasporto. Lo studente acquisisce metodologie di analisi delle strategie di gestione dell'energia, con l'obiettivo di perseguire la sostenibilità ambientale nell'imminente transizione energetica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente impara ad applicare le conoscenze acquisite per caratterizzare i sistemi di propulsione, gli azionamenti dei motori e i componenti di stoccaggio. È in grado di progettare ed eseguire test sperimentali per convalidare il corretto funzionamento del sistema complessivo e/o per determinarne i parametri. È anche in grado di riconoscere possibili criticità sul funzionamento dell'azionamento del motore. In base alle sue caratteristiche, può ricondurre la condizione anomala a uno specifico sottosistema del gruppo propulsore, identificandone la possibile causa e proponendo modifiche/miglioramenti all'architettura del sistema e/o al controllo. Lo studente può sfruttare le conoscenze acquisite sulla tecnologia di trasferimento dell'energia, risolvendo possibili incompatibilità tra i sottocomponenti e scegliendo le apparecchiature funzionali in base al profilo di missione. In questo contesto, può anche concepire strategie di gestione dell'energia volte a ottimizzare l'efficienza complessiva del sistema di trasporto, perseguendo obiettivi di sostenibilità ambientale.

Introduzione ai sistemi di trasporto ibridi ed elettrici.
Sistemi di accumulo energetico di tipo elettrochimico (batterie): principio di funzionamento, principali tipologie, key performance indexes, modellistica application-oriented, esempi di dimensionamento di un pacco batterie per applicazioni veicolari.
Sistemi fuel cell per la conversione dell'energia chimica dell'idrogeno in energia elettrica: principio di funzionamento, principali tipologie, modellistica.
Idrogeno: caratteristiche fisico/chimiche, metodi di stoccaggio.
Tipologie di veicoli ibridi ed elettrici: full-electric, ibrido serie e parallelo, ibrido complesso.
Dinamica dei veicoli: leggi dinamiche ad 1 grado di libertà, forze resistenti al moto, modello della catena di trasmissione. Curve caratteristiche di coppia e potenza di motori termici e elettrici.
Strategie di Energy Management per veicoli elettrici: algoritmi rule-based, algoritmi di minimizzazione del consumo equivalente di combustibile.

Lo studente è valutato sulla base della correttezza tecnica e padronanza concettuale delle argomentazioni esposte in sede di esame relativamente ai quesiti posti sui contenuti dell'insegnamento..

Mohan, Undeland, Robbins "Power Electronics: Converters, Applications and Design" J. Wiley &Sons
G Abad (Gonzalo) "Power electronics and electric drives for traction applications" John Wiley &Sons
Austin. Hughes ; Bill Drury "Electric motors and drives fundamentals, types and applications" Elsevier
Russell M. Ford editor.; Rebecca M. Burns "Energy storage technologies for power grids and electric transportation" Nova Science Publishers
Daniel. Sperling ; Mark A Delucchi; Patricia M Davis; A. F Burke (Andrew F.) "Future drive electric vehicles and sustainable transportation" Island Press
Morris Brenna, Frica Foiadelli, Dario Zaninelli "Electrical railway transportation systems" Wiley-IEEE Press
Slides ed appunti dalle lezioni

L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire le conoscenze e gli strumenti per lo studio, la valutazione e l’analisi dell’ambiente interno ed esterno all’impresa. Durante il corso si analizzerà il comportamento degli attori economici all’interno del contesto in cui essi operano e si forniranno le basi e gli strumenti per valutare e suggerire le strategie e le configurazioni organizzative da adottare in riferimento all’ambiente interno ed esterno. L’insegnamento si pone inoltre l’obiettivo di fornire nozioni di base per l’analisi dei costi e delle prestazioni aziendali. Sulla base di tali conoscenze lo studente sarà in grado di analizzare e suggerire agli attori economici il comportamento, la strategia e la struttura da adottare in relazione al contesto in cui essi operano attraverso opportune analisi e strumenti. Lo studente sarà inoltre in grado di analizzare e valutare il risultato economico delle attività d’impresa.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze di base necessarie per comprendere i principali modelli di valutazione della posizione dell’impresa nel contesto competitivo in cui essa opera. Lo studente dovrà dimostrare di saper individuare una strategia coerente con l’ambiente interno ed esterno all’impresa e di saper comprendere i risvolti economico-finanziari delle dinamiche e delle strategie organizzative messe in atto.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il percorso formativo intende fornire agli studenti le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze per affrontare i problemi aziendali. Al termine dell’insegnamento, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di formulare strategie da mettere in atto a tutti i livelli dell’organizzazione coerentemente con il contesto interno ed esterno e di valutare i risvolti economico-finanziari delle decisioni e dei fenomeni aziendali che danno luogo a costi e ricavi.

2 CFU] L'impresa e l'ambiente: definizione, obiettivi, strutture giuridiche. Definizione ed analisi di settore. Segmentazione, targeting e posizionamento. Analisi della concorrenza allargata, modello di Porter. Ciclo di vita del settore. Strategie concorrenziali di base. Analisi SWOT. Analisi di portafoglio.
[2 CFU] Il sistema di offerta. La catena del valore. Il sistema di creazione del valore. Le tipologie di strutture e i meccanismi organizzativi. La gestione per processi. Funzioni e processi aziendali. Le strutture organizzative. Criteri di valutazione e scelta di investimenti.
[2 CFU] Costi e ricavi. Analisi del punto di pareggio. Contabilità aziendale. Contabilità generale. Il Bilancio di Esercizio. Conto Economico. Stato Patrimoniale. Nota Integrativa. Flussi di cassa. Riclassificazione, analisi e valutazione attraverso i principali indici.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti posti durante l’esame orale. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense ed altro materiale messo a disposizione dal docente.
Altre letture consigliate:

• Byers, Dorf, Nelson, Vona. Technology Ventures. Management dell'imprenditorialità e dell'innovazione. McGraw Hill.
• Cinzia Parolini. Business Planning (3rd edition). Pearson.
• Robert N. Anthony, David F. Hawkins, Diego M. Macrì, Kenneth A. Merchant. Il bilancio. Analisi economiche per le decisioni e la comunicazione della performance. McGraw Hill.

Il corso fornisce i principi fondamentali e i metodi della trasmissione del calore. La risoluzione di problemi tipici della trasmissione del calore sarà affrontata attraverso approcci analitici, empirici e numerici. Lo scopo del corso è comprendere le basi dei meccanismi di scambio termico, nonché le loro applicazioni ingegneristiche in cui la trasmissione del calore svolge un ruolo fondamentale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei principi fondamentali che regolano la trasmissione del calore.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper formulare, analizzare e risolvere problemi ingegneristici in cui la trasmissione del calore svolge un ruolo.

Conduzione: Equazione fondamentale. Equazione stazionaria monodimensionale e bi-dimensionale. Soluzioni analitiche. Regime non stazionario. Metodi numerici.
Convezione: Equazioni di bilancio per massa, quantità di moto ed energia. Convezione forzata e naturale: strato limite, equazioni per lo strato limite, parametri adimensionali, soluzioni analitiche, convezione esterna ed interna, correlazioni.
Irraggiamento: Processi e definizioni. Caratteristiche delle superfici reali. Scambio termico radiativo tra superfici grigie diffuse o direzionali. Scambio termico coniugato
Scambiatori di calore: Basi e definizioni. Equazioni di progetto.
Applicazioni di trasmissione del calore in sistemi energetici rinnovabili.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S. (1996). Fundamentals of heat and mass transfer (Vol. 6, p. 116). New York: Wiley.
Bejan, A., & Kraus, A. D. (Eds.). (2003). Heat transfer handbook (Vol. 1). John Wiley & Sons.
Appunti delle lezioni.

Il corso intende fornire una conoscenza dettagliata dei meccanismi di formazione di inquinati da attività antropogeniche per comprendere correttamente i problemi ambientali e la relazione tra attività antropogeniche ed effetti sull’ambiente di vita e sulla salute dell’uomo. L’obiettivo finale è quello di fornire strumenti e metodologie per una corretta attuazione delle politiche ambientali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Gli studenti e le studentesse devono dimostrare di essere in grado di comprendere correttamente i problemi ambientali e le relazioni che sussistono tra attività antropogeniche ed effetti sull’ambiente e sulla salute umana.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti e le studentesse devono essere in grado di adottare soluzioni ingegneristiche e modalità operative della gestione di impianti che limitino l’effetto delle attività umane sull’inquinamento ambientale.

1. Introduzione al Corso
2. Produzione di energia ed sostenibilità ambientale
3. Cinetica chimica delle reazioni elementari; Reazioni uni-, bi- e ter-molecolari
4. Meccanismi di reazione in condizioni di combustione incompleta
5. I principali inquinanti dai processi di combustione
6. Gli inquinanti da processi di combustione incompleta: VOC, aromatici
7. Gli inquinanti da processi di combustione incompleta: diossine e furani
8. Gli inquinanti da processi di combustione incompleta: fuliggine e nanoparticelle
9. Gli inquinanti da processi di combustione completa: NOx e SOx
10. Il particolato inorganico
11. Life Cycle Assessment LCA
12. Modellazione cinetico-chimica della formazione di inquinanti - Chemkin
13. Tecniche di diagnostica per particolato da combustione e lezione di laboratorio
14. Il reattore atmosferico; cenni di fotochimica
15. Il particolato atmosferico: carbonio organico e carbonio elementale; particolato primario e secondario
16. Lo smog fotochimico e l’ozono in troposfera
17. L’ozono in stratosfera; il ciclo di Chapman
18. Il buco dell’ozono
19. Bilancio radiativo atmosferico: l'effetto serra
20. Il ruolo degli inquinanti atmosferici sui cambiamenti climatici e sul riscaldamento globale
21. Diagnostica ottica e spettroscopica degli inquinanti
22. Tecniche di campionamento ambientale near-surface e remote-sensing e lezione di laboratorio
23. Scienza, politica e sostenibilità ambientale: connessioni tra la qualità dell’aria e ilcambiamento climatico; le risposte politiche; le strategie per il futuro

Il risultato della valutazione sarà basato sul livello di apprendimento degli allievi e delle allieve e sulla loro capacità di applicare le nozioni acquisite a problemi, anche diversi da quelli presentati durante il corso.

Appunti delle lezioni e materiale distribuito durante le lezioni.
Libri da consultare:

• David T. Allen and David R. Shonnard. Sustainable engineering: concepts, design, and case studies. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2012.
• Barbara J. Finlayson-Pitts and James N. Pitts, Jr. Chemistry of the upper and lower atmosphere: theory, experiments, and applications. Elsevier, 1999.
• Jürgen Warnatz , Ulrich Maas and Robert W. Dibble. Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.

L’obiettivo del corso è fornire agli allievi conoscenze e competenze specifiche per l’ottimizzazione di sistemi termodinamici. Da un lato, lo studente acquisirà la conoscenza di strumenti: di fitting di dati (tecniche statistiche, reti neurali), di ottimizzazione (ricerca esaustiva, algoritmi genetici) e conoscenze per l’analisi critica dei risultati in processi di ottimizzazione multi-obiettivo (ad esempio: costi totali, coefficienti di prestazione di sistemi complessi su orizzonti temporali lunghi). A valle di una panoramica di modelli disponibili per la descrizione di singoli componenti e sistemi termodinamici (impianti per la “produzione” di energia termica, frigorifera o elettrica, sia da fonti tradizionali che rinnovabili), lo studente svolgerà un esercizio su un caso studio complesso, che soddisfa le richieste termiche, frigorifere ed elettriche di utenze multiple in scenari di utilizzo e di costi dell’energia specifica, al fine di applicare le tecniche di ottimizzazione al caso in esame.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza delle tecniche implementabili per l’ottimizzazione di sistemi termodinamici e aver compreso le relative problematiche operative.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di applicare tecniche di ottimizzazione a casi studio di sistemi termodinamici.

Panoramica di curve prestazionali, funzioni di costo. Applicazione di strumenti di fitting e ottimizzazione (4.0 CFU). Esempi di curve di prestazione, interpretazione e fitting di dati prestazionali e funzioni di costo per: Sistemi di produzione di energia termica; Caldaie e boiler elettrici; Collettori solari per la produzione di acqua calda ad uso residenziale; Serbatoi di accumulo termico; Pannelli fotovoltaici; Sistemi di produzione combinata di energia termica ed elettrica; Impianti con turbina a gas ad uso cogenerativo; Motori a combustione interna ad uso cogenerativo; Impianti a vapore; cicli Rankine base e cicli reali, anche ad uso cogenerativo, ad acqua e con fluidi organici; Sistemi di produzione di energia frigorifera; Chiller elettrici; Chiller ad assorbimento. Utilizzo di tecniche di fitting. Analisi di regressione dati: utilizzo funzioni MATLAB come cftool, polyfit. Tecniche di intelligenza artificiale: reti neurali artificiali. Indici statistici per la valutazione della bontà del fitting: R2, RMSE, MAPE, MRPE. Utilizzo di tecniche di ottimizzazione numerica: strumenti per la definizione delle variabili decisionali (Pearson, Kendall, Spearman, SRRC, metodo Montecarlo, metodo Latin Hypercube Sampling (lhs), algoritmi di ottimizzazione (Algoritmi genetici), definizione dell’ottimo (Fronte di Pareto).
Laboratorio - Applicazione ad un caso studio: ottimizzazione di un sistema termodinamico complesso (2.0 CFU). Definizione del caso studio. Pre-dimensionamento dei sistemi e componenti termodinamici. Applicazione delle tecniche di ottimizzazione al caso studio per la determinazione della migliore configurazione in termini prestazionali, economici ed ambientali.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Dispense del corso
Dincer, M. A, Rosen, P. Ahmadi, Optimization of energy systems, John Wiley & Sons editore

Il Corso ha l’obiettivo di approfondire lo studio di motori a combustione interna (MCI) alternativi di ultima generazione, per una mobilità sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale. Con riferimento a sistemi propulsivi per la trazione veicolare urbana ed extraurbana, si approfondiranno in particolare le metodologie più recenti disponibili per la riduzione dei consumi e delle emissioni. Con riferimento invece a motori ad alte prestazioni o da competizione, ci si prefigge di analizzare in dettaglio le tecniche per la massimizzazione della potenza. Si affronterà lo studio di sistemi di combustione innovativi (HCCI, combustione magra, motori a precamera, etc.) e si quantificherà il loro impatto sulla produzione di CO2 su cicli di omologazione attualmente vigenti in ambito Europeo (WLTP), ed in condizioni di reale funzionamento (Real Driving Emission, RDE). Il Corso metterà in luce le complesse interazioni tra i diversi sottosistemi che compongono un moderno sistema di propulsione, al fine di conseguire specifici obiettivi in termini di prestazioni e consumi. Si farà un breve cenno ai sistemi di propulsione ibrida e all’impiego di combustibili non convenzionali (idrogeno, metanolo, metano, etc.).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche connesse alla generazione di potenza attraverso un ciclo termodinamico applicato ad un motore a combustione interna. Deve conoscere e contemperare le esigenze derivanti dalla richiesta di potenza con quelle connesse ai consumi e alle emissioni di sostanze inquinanti, in accordo con le normative vigenti per l’omologazione dei veicoli.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado di analizzare le complesse interazioni tra i sottosistemi che compongono i moderni motori a combustione interna e guidarne le scelte progettuali in un’ottica di sostenibilità ambientale.

[0.5 CFU] Situazione attuale e prospettive future di impiego del motore a combustione interna (MCI) per l’autotrazione: obiettivi progettuali dei MCI di ultima generazione compatibili con una mobilità sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale. Principi di funzionamento dei Motori a Combustione Interna ad accensione comandata e per compressione. Introduzione e definizione di efficienza. Il Ciclo ideale, Ciclo Otto, Ciclo Diesel, Siclo Sabathè, Ciclo Atkinson, Ciclo Miller.
[0.5 CFU] Il Ciclo reale. La Fasatura: Leggi di alzata valvole. Il Ciclo indicato. Definizione di IMEP, BMEP, Efficienza Meccanica, Efficienza volumetrica, Lambda, Potenza, Coppia, Consumo Specifico. Regolazione della potenza.
[0.5 CFU] Cenni sulla chimica del processo di Combustione. Equilibrio chimico e cinetica chimica. Analisi della velocità laminare di fiamma. Fiamma Premiscelata e Fiamma Diffusiva.
Motori ad accensione Comandata:
[0.5 CFU] La preparazione della Miscela. Sistemi di iniezione PFI single point e multi-point. I Combustibili. Analisi dell’interazione combustione/turbolenza, definizione dei “regimi” di combustione. Disegno dei condotti di aspirazione e scarico, impatto sui campi di moto interno cilindro. Piani quotati e tecniche per la massimizzazione della potenza o per la riduzione delle emissioni. Motori ad alte prestazioni.
[1 CFU] Fenomeni di combustione anomala. Mappe di autoaccensione. Numero di Ottano e sua determinazione. Tecniche per aumentare la resistenza alla detonazione: EGR, iniezione d’acqua. Cenni su sperimentazione e calibrazione al banco, gestione dei segnali on-board. Controllo di anticipo.
[0.5 CFU] Meccanismi di formazione e sistemi di controllo delle Emissioni inquinanti (CO, HC, NOx).
[0.5 CFU] Tecniche per la riduzione dei consumi e della CO2 su cicli di omologazione recenti (WLTP, RDE): sistemi a fasatura variabile (VVT, VVA), downsizing, ricircolo dei gas di scarico (EGR), motori a rapporto di compressione variabile, impiego integrato delle metodologie suddette.
[1 CFU] Motori ad Accensione Comandata ad iniezione diretta, Wall Guided, Spray Guided. A carica stratificata. Sistemi di combustione non convenzionali: Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI), Spark Assisted Compression Ignition (SACI), motori a precamera.
[0.5 CFU] La Sovralimentazione. Sovralimentazione meccanica e a Gas di Scarico. Downsizing. Schemi di sovralimentazione avanzati: two-stage boosting, e-boosting. Funzionamento a regime ed in transitorio. Problematiche di Turbo-Lag. Scelta del turbocompressore. Turbine a geometria variabile. Misura delle mappe caratteristiche su banchi di flussaggio e analisi critica dei rendimenti interni delle macchine.
[0.5 CFU] Classificazione dei Sistemi di propulsione ibrida (serie/parallelo/schemi avanzati)
Motori ad accensione per Compressione:
[1 CFU] Il processo di combustione diffusiva, il moto di swirl, i Combustibili, il Numero di Cetano. La fomazione della Miscela. Sistemi di iniezione, La Pompa di iniezione: Tradizionale, Rotativa, il Common Rail.
[1 CFU] Emissioni: Sistemi di Abbattimento delle emissioni di NOx e Particolato (Trappole, EGR, SCR, Urea).
[1 CFU] Calibrazione e Controllo dei Motori Diesel. Motori Diesel di alte prestazioni e nelle applicazioni Navali. Motori 2T: Il Lavaggio, Prestazioni ed emissioni. Sistemi di raffreddamento e lubrificazione

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente

Internal Combustion Fundamentals – J.B. Heywood – Mac Graw Hill, Motori a Combustione Interna – Della Volpe, Migliaccio – Liguori Editore. Appunti elaborati dai docenti.

Fornire gli strumenti per uno studio più approfondito delle discipline caratterizzanti i settori delle Macchine a Fluido e dei Sistemi e delle Tecnologie Energetiche ritenuti indispensabili per una formazione completa del laureato Magistrale in Ingegneria Meccanica per l’Energia e l’Ambiente. Il corso è centrato sullo studio termo-fluidodinamico delle macchine e dei sistemi energetici, dei quali offre esempi applicativi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche di tipo fluidodinamico e termodinamico riguardanti il funzionamento delle diverse tipologie di macchine motrici ed operatrici trattate nel corso. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per comprendere le principali caratteristiche dei campi di moto che tipicamente si instaurano all’interno delle macchine. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra le peculiarità di tali campi e le caratteristiche operative delle macchine stesse.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare gli strumenti metodologici appresi alla selezione e all’analisi delle prestazioni, anche in ambiente computazionale, delle principali macchine a fluido tenendo in debito conto i vincoli di natura tecnologica.

• Equazioni di bilancio della massa, dell’energia, dell’entropia e dell’exergia e lore applicazione ai sistemi energetici (1 CFU).
• Analisi energetica e exergetica dei processi di compressione ed espansione, rendimenti di primo e secondo principio (1 CFU).
• Equazioni del moto in forma integrale e loro applicazioni (0,5 CFU).
• Moto ideale e reale nei condotti ad area variabile (0,5 CFU).
• Introduzione alle turbomacchine, equazione di Eulero per le turbomacchine, triangoli di velocità, grado di reazione, definizione carico e rendimento di ruota, di stadio e di macchina (0,5 CFU).
• Analisi dimensionale (0,5 CFU).
• Stadio di turbina assiale, turbina multistadio, svergolamento delle pale, curve caratteristiche (1 CFU).
• Stadio di compressione assiale, compressore centrifugo, fenomeno dello scorrimento, analisi delle perdite, curve caratteristiche (1 CFU).
• Cinematica dei campi di moto (1 CFU).
• Flussi a potenziale e concetto di portanza (0,5 CFU).
• Fluidodinamica bidimensionale delle turbomacchine: i profili e le schiere di profili alari (0,5 CFU).
• Equazioni del moto in forma differenziale nel sistema di riferimento assoluto e relativo (0,5 CFU).
• Cenni sul flusso tridimensionale nelle turbomacchine (0,5 CFU).

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Appunti resi disponibili dal docente.
Testi consigliati:

• Shepherd D.G., “Principles of Turbomachinery”, Macmillan, 1956
• Moran M.J., Shapiro H.N., Boettner D.D., Bailey M. B., “Fundamentals of Engineering Thermodynamics” 9th ed, Wiley, 2018.
• Bejan A., “Advanced Engineering Thermodynamics”, Wiley, 2016
• Schlichting H., “Boundary-Layer Theory”, Springer, 1979
• Zucrow M. J., Hoffman J. D., “Gas Dynamics”, vol.1, Wiley, 1976

Il corso mira all’acquisizione di competenze inerenti alla regolazione delle centrali elettriche. Dopo aver analizzato le tipologie di centrali elettriche e le configurazioni tipiche dello schema elettrico di centrale, si approfondiranno le tecniche di regolazione delle centrali termoelettriche e da fonti rinnovabili, con particolare riferimento alla regolazione di frequenza del sistema elettrico di potenza. Obiettivo primario è la identificazione dei modelli indispensabili all’analisi dinamica della centrale a fronte delle variazioni del carico elettrico, dei guasti, della variabilità della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e della configurazione del sistema elettrico di potenza cui la centrale è allacciata. Ulteriore obiettivo è l’acquisizione di competenze per la definizione delle caratteristiche dei regolatori adibiti al servizio di regolazione sia primaria che secondaria della frequenza.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza degli aspetti fondamentali che caratterizzano la regolazione delle centrali elettriche.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di analizzare criticamente gli schemi di regolazione e definire le specifiche di controllo ai fini della regolazione primaria e secondaria della frequenza.

Tipologia delle centrali elettriche. Configurazioni tipiche dello schema elettrico di centrale. Impianti termoelettrici. Impianti idroelettrici. Impianti da fonte eolica e fotovoltaica.
Richiami di modellistica dinamica dei sistemi. Trasformata di Laplace. Sistemi del primo e secondo ordine. Funzione di risposta armonica. Diagrammi di Bode e diagrammi polari. Stabilità. Controllo in retroazione.
Regolazione della frequenza e delle potenze attive. Regolazione di velocità di un gruppo turbina-alternatore. Regolazione primaria e secondaria della frequenza. Schema a blocchi e scelta dei parametri di regolazione. Regolazione della tensione.
Elementi di conversione statica dell'energia elettrica.
Partecipazione degli impianti da fonti rinnovabili alle regolazioni di tensione e frequenza.
Modellistica in ambiente Simulink.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Appunti delle lezioni.
Roberto Caldon e Fabio Bignucolo: Impianti di Produzione dell’energia elettrica, Società Editrice Esculapio.
Roberto Marconato: Electric Power Systems, vol.2, CEI
Prabha Kundur: Power system stability and control. EPRI Editors
N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins: Power Electronics: Converters, Applications, and Design. John Wiley & Sons

Il Corso ha l’obiettivo di approfondire lo studio di sistemi di propulsione per autotrazione di ultima generazione, per una mobilità sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale. Con riferimento a sistemi propulsivi per la trazione veicolare urbana ed extraurbana, si approfondiranno in particolare le metodologie più recenti disponibili per la riduzione dei consumi e delle emissioni. Il Corso fornirà un approfondimento circa le architetture dei sistemi di propulsione, anche in relazione al relativo grado di ibridizzazione. Verrà descritto il principio di funzionamento di ciascun sottocomponente del sistema propulsivo (batteria, macchine elettriche, motore a combustione interna, fuel cell, cambio, etc.). Il corso metterà in luce le complesse interazioni tra i diversi sottosistemi che compongono un moderno sistema di propulsione, al fine di conseguire specifici obiettivi in termini di prestazioni e consumi di combustibile e/o energia elettrica. Si definiranno le linee guida per l’identificazione delle strategie di controllo dei flussi energetici in sistemi di propulsione ibrida (serie, parallelo e loro svariate combinazioni). Le nozioni teoriche circa il controllo e la gestione energetica del sistema propulsivo verrà sperimentato mediante l’utilizzo di codici di calcolo. Sono previsti seminari integrativi tenuti da personale di aziende leader nel settore, o di centri di ricerca.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei moderni sistemi di propulsione ibridi con riferimento alle prestazioni e consumi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di analizzare i sottosistemi che compongono i moderni sistemi di propulsione ibridi e guidarne le scelte progettuali.

[0.5 CFU] Situazione attuale e prospettive future dei sistemi propulsivi di ultima generazione compatibili con una mobilità sostenibile dal punto di vista energetico ed ambientale.
[0.5 CFU] Classificazione dei sistemi di propulsione ibrida (serie/parallelo/schemi avanzati).
[1.0 CFU] Descrizione e principio di funzionamento dei componenti di un sistema di propulsione ibrido, quali batteria, macchina elettrica, trasmissione, cambio, etc.
[1.0 CFU] Fondamenti di fuel cell: descrizione, principio di funzionamento, gestione dei flussi elettrici e di gas.
[0.5 CFU] Modalità operative per le diverse architetture propulsive ibride (trazione termica, trazione elettrica, trazione ibrida, ricarica batteria, frenata rigenerativa).
[1.5 CFU] Strategie di controllo dei flussi energetici. Strategie euristiche e basate sull’ottimizzazione. Dynamic programming, Principio del minimo di Pontryagin, ECMS. Varianti adattative delle strategie.
[1.0 CFU] Esempi applicativi mediante codice di calcolo delle strategie di controllo euristiche e bastate sull’ottimizzazione.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense e slides del corso.

Il corso mira ad approfondire i seguenti aspetti relativi ai sistemi elettrici per l’energia. Sistema Elettrico: Normativa e Legislazione. Enti normatori. Generalità sui sistemi elettrici di produzione, trasmissione, distribuzione dell’energia elettrica. Sistemi trifase. Teoria delle linee di trasmissione: Introduzione. Costanti primarie delle linee elettriche. Equazioni dei telegrafisti. Linee trifase in regime sinusoidale simmetrico. Cenni al problema della ripartizione dei flussi di potenza nelle reti di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica e a quello della regolazione della tensione. Definizione di impianto a regola d’arte. Schema unifilare della rete elettrica; Inquadramento legislativo degli impianti elettrici; Documentazione di progetto. Fattori di utilizzazione e contemporaneità. Ricognizione dei carichi per il dimensionamento degli impianti elettrici. Calcolo delle correnti di corto circuito. Cenni sullo stato del neutro. Codifica dei cavi secondo la norma CEI- UNEL 35011. Tipi di posa. Criterio della massima caduta di tensione ammissibile. Criterio termico. Criterio del massimo tornaconto economico. Differenza tra sovraccarico e corto circuito. Interruttori automatici e loro caratteristiche di intervento. Valutazione della corrente di corto circuito massima e minima. Energia specifica passante. Coordinamento cavo-interruttore per il corto circuito. Componenti della corrente di corto circuito. Potere di interruzione. Sicurezza elettrica. Sistemi TN e TT. Impianti di terra.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza degli aspetti fondamentali che caratterizzano i sistemi elettrici di produzione, distribuzione e trasmissione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di realizzare il progetto di un impianto elettrico a regola d’arte.

[1 CFU] Sistema Elettrico: Normativa e Legislazione. Enti normatori. Generalità sui sistemi elettrici di produzione, trasmissione, distribuzione dell’energia elettrica.
[1 CFU] Teoria delle linee di trasmissione: Introduzione. Costanti primarie delle linee elettriche. Equazioni dei telegrafisti.
[2 CFU] Linee trifase in regime sinusoidale simmetrico. Cenni al problema della ripartizione dei flussi di potenza nelle reti di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica e a quello della regolazione della tensione.
[1 CFU] Definizione di impianto a regola d’arte. Schema unifilare della rete elettrica; Inquadramento legislativo degli impianti elettrici; Documentazione di progetto. Fattori di utilizzazione e contemporaneità. Ricognizione dei carichi per il dimensionamento degli impianti elettrici.
[1 CFU] Calcolo delle correnti di corto circuito. Cenni sullo stato del neutro.
[1 CFU] Codifica dei cavi secondo la norma CEI- UNEL 35011. Tipi di posa. Criterio della massima caduta di tensione ammissibile. Criterio termico Criterio del massimo tornaconto economico.
[2 CFU] Differenza tra sovraccarico e corto circuito. Interruttori automatici e loro caratteristiche di intervento. Valutazione della corrente di corto circuito massima e minima. Energia specifica passante. Coordinamento cavo-interruttore per il corto circuito. Componenti della corrente di corto circuito. Potere di interruzione. Sicurezza elettrica. Sistemi TN e TT. Impianti di terra.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Appunti delle lezioni. F. Iliceto “Impianti Elettrici” Patron Editore.
F. Iliceto “Impianti Elettrici” Patron Editore.
F. Conte “Manuale di Impianti Elettrici” Hoepli editore.
V. Cataliotti “Impianti Elettrici” Flaccovio editore.

Il principale obiettivo formativo dell’insegnamento è riconducibile al trasferimento agli studenti di approcci, metodi, tecniche, strumenti, best e bad practices, orientati a descrivere, analizzare ed interpretare il sistema urbano nella sua complessità e a governarne le trasformazioni al fine di migliorarne i livelli di organizzazione, di incrementarne i livelli di resilienza, mitigarne gli impatti dei fenomeni naturali (principalmente riconducibili al climate change), tecnologici, sociali, economici, ecc. che possono verificarsi e adattare i suoi spazi alle nuove necessità, in un’ottica di sostenibilità ambientale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: In ragione degli obiettivi dell’insegnamento, orientati ad accrescere la vivibilità e la sostenibilità dei sistemi urbani, gli studenti dovranno dimostrare di aver sviluppato sia conoscenza adeguata dei fenomeni che si verificano nei contesti urbani, sia capacità di comprensione degli effetti indotti da tali fenomeni sui sistemi urbani, sia, infine, capacità di individuare le relazioni tra fenomeni diversi. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il focus dell’insegnamento è teso ad orientare l’azione del tecnico pianificatore verso strategie di mitigazione e di adattamento in linea con i principi di sostenibilità e di resilienza. Nel contesto delle attuali sfide alle quali la città deve dare risposta, la figura del tecnico diviene centrale assumendo un ruolo cerniera di supporto alle decisioni e di amplificatore del consenso da parte delle collettività locali interessate dai processi di trasformazione. A tal fine, i contenuti teorici ed esercitativi, attraverso il supporto dell’illustrazione di best e bad practice, sono finalizzati a sviluppare capacità conoscitiva e progettuale, che riescano a coniugare riferimenti di tipo teorico-metodologico e competenze di tipo tecnico, anche travalicando le specifiche tematiche affrontate nel corso dell’insegnamento

• La conoscenza del fenomeno urbano e territoriale: Modelli di approccio; Città e territorio come sistemi caotici e dinamicamente complessi; La città come sistema prestazionale.
• Concetto di Smartness e sostenibilità urbana: nuove tecnologie ed efficienza organizzativa delle invarianti–comunicazioni, mobilità, partecipazione sociale, efficienza energetica, qualità della vita; lo sviluppo sostenibile come patto intergenerazionale.
• Rischio e vulnerabilità urbana: Componenti del rischio (pericolosità, esposizione, vulnerabilità); Organizzazione urbana e vulnerabilità; Tipologie di rischio.
• Concetto di Entropia Urbana; Concetto di resilienza urbana; Entropia vs Resilienza.
• Dalla pianificazione urbanistica al governo dei sistemi complessi: Pianificazione dei sistemi urbani e territoriali; Governo delle trasformazioni urbane; Ciclo di governo delle trasformazioni urbane.
• Metodi, tecniche e procedure per il governo delle trasformazioni urbane: Metodi, tecniche e procedure per la conoscenza del sistema urbano e territoriale; Tecniche di interpretazione e modellizzazione del sistema urbano e territoriale; Tecniche e procedure di previsione dell’evoluzione del sistema.
• INtelligenza Artificiale e governo delle trasformazioni urbane e territoriali; le nuove fasi del GTT con l’AI, ciclo CDC (Choosing/Connotate-Dialogue-Check) e conoscenza degli LLM.-
• Nuove tecnologie e governo delle trasformazioni territoriali; i GIS per la definizione dell’entropia nei sottosistemi urbani; data-mining e fonti utili al reperimento dei dati per l’analisi delle condizioni di rischio; costruzione dell’ambiente GIS; sviluppo di plug-in con l’ausilio di AI.
• Strumenti per il governo dello sviluppo urbano sostenibile: Strumenti per il governo delle trasformazioni urbane; Strumenti di supporto alle decisioni; Messa a punto di strumenti di supporto alle decisioni per il governo delle trasformazioni urbane sostenibili.
• Esempi di best practices per città smart, sostenibili e resilienti.
  Accanto alle lezioni teoriche, l’insegnamento prevede un ciclo di esercitazioni volto a implementare, su un’area di studio, metodi, interventi e azioni orientati alla riduzione dei livelli di entropia e a rendere una città smart e a incrementarne i livelli di resilienza, in un’ottica di sostenibilità ambientale.

Colloquio orale sui principali argomenti trattati e discussione dell’elaborato progettuale messo a punto durante l’esercitazione. Non sono previste prove scritte, non sono previste prove intercorso.
La valutazione finale è singola ed è espressa in trentesimi, per ciascun discente, in ragione dei seguenti criteri: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding); Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding); Autonomia di giudizio (making judgements); Abilità comunicative (communication skills); Capacità di apprendere (learning skills)

Documenti, Dispense e Slide delle lezioni disponibili su spazio TeAMS del corso appositamente creato con indicazioni bibliografiche e articoli scientifici forniti dal docente.

Il corso si propone di fornire metodologie e conoscenze sui processi di combustione sostenibili per la conversione energetica. Gli approcci chiave includono lo studio dei processi di conversione termochimica (combustione, pirolisi, gassificazione, liquefazione), l'utilizzo di combustibili sostenibili (biocarburanti, idrogeno ed E-fuel), l'analisi di tecnologie di combustione avanzate (combustione MILD, strategie a doppio combustibile) e delle tecnologie di cattura essenziali per la mitigazione dei cambiamenti climatici. Vengono esaminati l'uso di risorse rinnovabili di biomassa e l'ottimizzazione dei metodi di combustione per valutarne il potenziale per uno sviluppo sostenibile con nuovi progetti di reattori e combustibili. Vengono analizzati i limiti di formazione e di emissione degli inquinanti. Vengono esaminate le più importanti configurazioni di combustione prototipale, le loro equazioni fondamentali, i parametri operativi critici e le variazioni più sensibili. Infine, il corso fornisce conoscenze sui meccanismi di formazione dei principali inquinanti nella combustione e sui metodi per la loro riduzione e cattura.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare un'adeguata conoscenza dei processi e dei sistemi di combustione e delle loro principali applicazioni. Inoltre dovrà dimostrare una approfondita conoscenza dei meccanismi di formazione dei principali inquinanti e delle azione per una loro riduzione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di saper analizzare i processi elementari che caratterizzano i processi di combustione e di orientare le scelte progettuali anche in funzione della minimizzazione dell'impatto ambientale.

1. Conversione Termochimica: Bilanci di massa ed energia. Temperatura adiabatica di fiamma; equilibrio termodinamico. Definizioni e calcoli. Teoria cinetica dei gas. Cammini liberi molecolari. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Teoria delle collisioni. Reazioni unimolecolari, bimolecolari e termomolecolari. Cinetica chimica applicata. Schemi di reazione complessi. Combustione omogenea: reazioni a catena ramificata. Meccanismi cinetici dell'ossidazione degli idrocarburi a bassa, media e alta temperatura. Regimi di ossidazione stazionari e non stazionari. Detonazione e deflagrazione. Teoria di Mallard-Le Chatelier. Processi di combustione, pirolisi, gassificazione e liquefazione.
2. Combustibili Sostenibili: Carburanti fossili e alternativi. Biocarburanti. Idrogeno. E-fuel, incluso NH3.
3. Tecnologie di combustione avanzate: Analisi di processi di combustione industriale. Combustione MILD (Moderata o Intensa Diluizione a Basso Ossigeno). Combustione a doppio combustibile. Processi termochimici per biomassa e rifiuti.
4. Ottimizzazione e modellazione: Modellazione cinetica chimica. Fluidodinamica computazionale (CFD). Tecniche di apprendimento automatico per previsioni più accurate ed efficienti del comportamento della combustione.
5. Sfide e direzioni future: Disponibilità e logistica della biomassa. Efficienza economica. Controllo delle emissioni. COV, IPA, nanoparticelle, fuliggine, NOx, diossine, particolato e gas serra. Tecnologie di cattura per la mitigazione dei cambiamenti climatici.

Il risultato della valutazione sarà basato sul livello di apprendimento dell’allievo e sulla sua capacità di applicare le nozioni acquisite a problemi anche diversi da quelli presentati durante il corso

Appunti dalle lezioni, materiale distribuito durante le lezioni, slides del corso
Libri da consultare:
Warnatz, J., Maas, U., Dibble, R. W., & Warnatz, J. (2006). Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation (p. 378). Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Fornire gli strumenti per uno studio più approfondito delle discipline caratterizzanti i settori delle Macchine a Fluido e dei Sistemi e delle Tecnologie Energetiche ritenuti indispensabili per una formazione completa del laureato magistrale in Ingegneria Meccanica per l’Energia e l’Ambiente. Il corso è centrato sullo studio termo-fluidodinamico delle macchine e dei sistemi energetici, dei quali offre esempi applicativi.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche di tipo fluidodinamico e termodinamico riguardanti il funzionamento delle diverse tipologie di macchine motrici ed operatrici trattate nel corso. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per comprendere le principali caratteristiche dei campi di moto che tipicamente si instaurano all’interno delle macchine. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra le peculiarità di tali campi e le caratteristiche operative delle macchine stesse.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare gli strumenti metodologici appresi alla selezione e all’analisi delle prestazioni delle principali macchine a fluido tenendo in debito conto i vincoli di natura tecnologica.

• Equazioni di bilancio della massa, dell’energia, dell’entropia e dell’exergia e loro applicazione ai sistemi energetici.
• Analisi energetica e exergetica dei processi di compressione ed espansione, rendimenti di primo e secondo principio.
• Equazioni del moto in forma integrale e loro applicazioni.
• Moto ideale e reale nei condotti ad area variabile.
• Introduzione alle turbomacchine, equazione di Eulero per le turbomacchine, triangoli di velocità, grado di reazione, definizione carico e rendimento di ruota, di stadio e di macchina.
• Analisi dimensionale.
• Stadio di turbina assiale, turbina multistadio, svergolamento delle pale, curve caratteristiche.
• Stadio di compressione assiale, compressore centrifugo, fenomeno dello scorrimento, analisi delle perdite, curve caratteristiche.
• Cinematica dei campi di moto.
• Flussi a potenziale e concetto di portanza.
• Fluidodinamica bidimensionale delle turbomacchine: i profili e le schiere di profili alari.
• Equazioni del moto in forma differenziale nel sistema di riferimento assoluto e relativo.
• Cenni sul flusso tridimensionale nelle turbomacchine.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

Appunti resi disponibili dal docente.
Testi consigliati:

• Sandrolini S., Naldi G., "Macchine”, vol. 1 e 2, Pitagora, 1997.
• Acton O., “Macchine a Fluido”, vol. 1 e 4, UTET, 1979
• Osnaghi C., “Teoria delle turbomacchine”, Società Editrice Esculapio, 2020
• Shepherd D.G., “Principles of Turbomachinery”, Macmillan, 1956
• della Volpe R., “Analisi energetica ed exergetica della compressione e della espansione. Rendimenti”, Liguori, .
• Moran M.J., Shapiro H.N., Boettner D.D., Bailey M. B., “Fundamentals of Engineering Thermodynamics” 9th ed, Wiley, 2018.
• Bejan A., “Advanced Engineering Thermodynamics”, Wiley, 2016
• Schlichting H., “Boundary-Layer Theory”, Springer, 1979
• Zucrow M. J., Hoffman J. D., “Gas Dynamics”, vol.1, Wiley, 1976

Il corso fornisce i principi fondamentali e i metodi della trasmissione del calore. Gli obiettivi del corso sono quelli di: insegnare i principi fondamentali e le leggi della trasmissione del calore e di applicare tali principi alla risoluzione di problemi pratici; di formulare i modelli necessari a studiare, analizzare e progettare le apparecchiature di scambio termico; di sviluppare la capacità di risolvere i problemi della trasmissione del calore avvalendosi dell’utilizzo di strumenti e di metodi propri di una formazione tecnica a largo spettro.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei principi fondamentali che regolano la trasmissione del calore.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper formulare, analizzare e risolvere problemi ingegneristici in cui la trasmissione del calore svolge un ruolo.

Introduzione alla trasmissione del calore.
Conduzione: Generalità, Regime stazionario monodimensionale, Sistemi alettati, Regime non stazionario, Esercitazioni. Metodi numerici per la conduzione termica: Regime stazionario mono e bi-dimensionale, Regime non stazionario, Esercitazioni numeriche.
Irraggiamento: Generalità, Definizioni di base, Modelli di corpo nero e corpo grigio, Caratteristiche radiative delle superfici, Scambio termico radiativo.
Convezione: Generalità, Equazioni di continuità, quantità di moto ed energia, Convezione naturale e forzata, Concetto di strato limite con equazioni fondamentali, Adimensionalizzazione delle equazioni e gruppi adimensionali, Flussi esterni ed interni, Regimi di moto, Correlazioni per la valutazione del coefficiente di scambio termico, Esercitazioni.
Scambiatori di calore: Equazioni per la progettazione, Esercitazioni.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

R. Mastrullo, P. Mazzei; V. Naso, R. Vanoli, Fondamenti di trasmissione del calore – Volume primo, Liguori editore
O. Manca, V. Naso, Complementi di trasmissione del calore, E.DI.SU. “NA 1” editore
O. Manca, V. Naso, Applicazioni di trasmissione del calore, E.DI.SU. “NA 1” editore
Dispense del corso

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni di base riguardanti le equazioni delle onde e le principali soluzioni, nozioni di base sull’analisi dei segnali acustici e dei sistemi lineari tempo invarianti acustici e nozioni sulla percezione dei suoni e di psicoacustica. Tali nozioni saranno utili ad affrontare problemi di misura e controllo del rumore in ambienti chiusi ed all’aperto, all’individuazione ed al riconoscimento delle principali cause di rumore (derivanti ad esempio da organi rotanti in movimento, da sorgenti di natura aero-acustica o da superfici vibranti) ed i metodi per il contenimento del rumore attraverso il dimensionamento di opportuni sistemi fonoassorbenti e fonoisolanti. Durante il corso, infatti, verranno svolte esercitazioni pratiche sulla misura delle grandezze acustiche e sulla progettazione di sistemi fonoassorbenti e fonoisolanti mediante l’uso di software commerciali. Il corso metterà in luce che l’obiettivo principale è il benessere psicoacustico dell’uomo che può essere valutato attraverso l’utilizzo di parametri oggettivi derivanti da procedure di misure, da algoritmi numerici o tramite opportune tecniche di “virtualizzazione del suono” ossia mediante le tecniche di auralizzazione. Inoltre, verranno introdotti i concetti di base della qualità sonora del rumore/suono emesso da un prodotto industriale. Tutte le problematiche elencate verranno contestualizzate nell’ambito delle realtà industriali attraverso seminari integrativi tenuti da aziende e centri di ricerca.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere le problematiche relative al controllo del rumore. Deve saper individuare le principali cause di generazione del rumore e le principali vie di propagazione del suono, delineare le principali soluzioni per il contenimento del rumore e comprendere l’effetto che tali soluzioni hanno sulla percezione sonora.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere problemi concernenti la riduzione del rumore e progettare un sistema adeguato ad assorbire e/o ridurre la trasmissione del suono. Deve altresì valutare l’effetto che tali soluzioni hanno sulla percezione sonora

NOZIONI FONDAMENTALI DI ACUSTICA [2 CFU]: Definizione dei principali descrittori: lunghezza d’onda, periodo, frequenza, velocità di propagazione, velocità delle particelle, pressione sonora, variazione di densità e temperatura prodotte da un’onda sonora. Definizione di tono puro, segnali complessi e concetto di suono e rumore. Ipotesi alla base dell’acustica lineare. Determinazione della velocità del suono adiabatica ed isoterma nei gas. Velocità del suono nei solidi. Concetto e definizione di valore efficace. Definizione di intensità e potenze sonora istantanea e media. Densità dell’energia sonora. Definizione di livello di potenza, di intensità e di pressione sonora. Combinazione di livelli di sorgenti coerenti ed incoerenti. Fenomeno della riflessione, della dissipazione, della trasmissione di un’onda sonora. Fenomeno della diffrazione e della rifrazione. Equazione delle onde. Soluzione per alcuni campi sonori elementari: onda piana, onda piana stazionaria ed onda sferica. Fattore di direttività. Modelli per lo studio della propagazione del suono in campo libero.
PERCEZIONE DEI SUONI [1 CFU] : Cenni sulla fisionomia dell’orecchio umano. Meccanismo di trasduzione del segnale acustico in impulsi nervosi al cervello ed interpretazione delle frequenze. Curve isofoniche e scala dei Phon. Curve di ponderazione A, B e C. Scala lineare della sensazione di intensità sonora e scala dei sone. Intellegibilità di due toni puri di diversa frequenza: concetto di battimento e rugosità del suono. Banda critica. Scala delle bande critiche ed unità di misura del Bark. Percezione dell’intensità sonora in bande critiche. Percezione dell’intensità sonora in funzione della durata del segnale. Mascheramento in frequenza. Mascheramento temporale. Cenni sulla misura della loudness specifica e della loudness totale. Paragone tra la stima dell’intensità sonora percepita in sone e dBA. Effetto Haas. Cenni sull’ascolto binaurale e sulla localizzazione delle sorgenti. Cenni sulle Head Related Transfer Function (HRTF). Introduzione alla qualità del suono (Sound Quality). Concetti di Sound Design. Test psicoacustici. Principali descrittori della qualità del suono: loudness, roughness, fluctuation strength, sharpness, tonality e pitch. Concetto di gradevolezza o disturbo di un suono.
DISPOSITIVI DI MISURA DI RIPRODUZIONE ED ANALISI DI UN SEGNALE ACUSTICO [1.5 CFU]: Serie armonica Fourier. Composizione spettrale del livello di pressione sonora. Serie armonica complessa di Fourier. Trasformata diretta ed inversa di Fourier. Cenni sul campionamento. Frequenza di campionamento. Teorema del campionamento di Nyquist-Shannon. Quantizzazione. Sistema a tempo continuo e discreto. Definizione di sistema lineare e tempo invariante. Concetto di convoluzione e risposta all’impulso (IR). Concetto di risposta in frequenza (FR). Legame tra IR e FR. Filtri. Filtri in bande ottave. Cenni sulla trasformata finita di Fourier e sulla FFT. Descrizione di un dispositivo di misura. Grandezze acustiche misurabili: pressione sonora, intensità sonora e velocità delle particelle. Tipologie di microfoni. Principio di funzionamento di un microfono a condensatore (da polarizzare o prepolarizzato). Preamplificatori microfonici. Caratteristiche dei microfoni. Tipologie di sonde intensimetriche. Sonda intensimetrica tipo p-p: limiti in frequenza e pressure-intensity index. Funzionamento di un altoparlante. Caratteristiche di un altoparlante. Sistemi di diffusione del suono. Cenni sull’analogia elettro-meccano-acustica.
MATERIALI E SISTEMI FONOASSORBENTI [1.5] : Definizione del coefficiente di assorbimento. Tipologia di sistemi fonoassorbenti. Introduzione all’assorbimento dei materiali porosi. Lunghezza di penetrazione termica e viscosa. Assorbimento minimo di una parete. Meccanismo di assorbimento del suono di un materiale poroso. Tipologie di materiali poroso. Parametri che influenzano l’assorbimento del suono: resistività al flusso d’aria, porosità e tortuosità: definizione e valori tipici. Sistemi fonoassorbenti. Assorbimento dell’aria: perdite dovute al rilassamento molecolare. Propagazione del suono all’interno di un poro cilindrico. Principio di assorbimento selettivo, al variare della frequenza, di un poro cilindrico infinito e finito. Influenza della porosità. Introduzione al modello di gas equivalente. Relazioni per il calcolo delle proprietà per pori cilindrici, per materiali fibrosi (modello di Delany e Bazley) e materiali a celle aperte (modello di Johnson-Allard-Champoux). Definizione di impedenza superficiale e caratteristica. Tecnica della linea di trasmissione per onda piana ad incidenza normale. Calcolo del coefficiente di assorbimento ad onda piana ed incidenza normale. Rifrazione all’interno di un materiale poroso: materiali a reazione locale e a reazione non locale. Calcolo del coefficiente di assorbimento al variare dell’angolo di incidenza. Formula del Paris e coefficiente di assorbimento statistico. Misura del coefficiente di assorbimento per incidenza piana normale. Progettazione di sistemi fonoassorbenti. Materiali microforati. Cenni sulla Tecnica della Matrice di Trasferimento. Cenni sui metamateriali.
SUONO IN AMBIENTI CHIUSI [2 CFU]: Qualità dell’ascolto in un ambiente chiuso; definizione del tempo di riverberazione. Metodi per lo studio del campo sonoro in un ambiente chiuso. Richiami alla analisi modale. Teoria modale acustica. Determinazione delle coordinate modali acustiche a partire dalla seconda identità di Green. Determinazione delle frequenze naturali e modi propri in un tubo chiuso ad una estremità. Altri casi relativi ad un tubo aperto alle estremità e aperto ad una estremità e chiuso all’atra estremità. Teoria modale e modi di vibrare di un ambiente parallepipedico. Contributo dei modi assiali, tangenziali e obliqui. Cenni sulle tecniche FEM e BEM. Calcolo del decadimento del livello della pressione sonora di un singolo modo di virare e di più modi di vibrare. Densità modale. Considerazioni sulla teoria modale. Esempi applicati al caso dell’abitacolo di un autoveicolo. Teoria statistica. Campo perfettamente diffuso. Frequenza di Schroeder. Livello della pressione sonora in un ambiente chiuso: relazione di Stryker ad Hopkins. Stima del tempo di riverberazione mediante la formula di Sabine. Limiti della formula di Sabine. Formule di Norris-Eyring, di Millington e Sette e di Zhang. Cenni sulla correzione acustica di una sala. Cenni sulla teoria geometrica. Misura del tempo di riverberazione mediante un suono interrotto e mediante la risposta all’impulso. Tipologia di segnali utilizzati. Misura del coefficiente di assorbimento in camera riverberante. Principi di auralizzazione. Esempi di auralizzazione in diversi ambienti chiusi.
NOZIONI DI VIBRO-ACUSTICA [1 CFU]: Tipologie di rumore generato: per via aerea e strutturale. Amplificazione del suono per via strutturale. Descrittori dell’isolamento per via aerea: potere fonoisolante e potere fonoisolante apparente. Efficienza di radiazione. Potere fonoisolante per incidenza normale di una lastra indefinita: legge della massa e zona della rigidezza. Potere fonoisolante di una lastra finita. Cenni sulla propagazione di onde nei solidi: onde longitudinali e quasi longitudinali, onde trasversali. Onde flessionali. Velocità delle onde flessionali. Frequenza critica. Efficienza di radiazione di una lastra piana indefinita. Rigidezza flessionale dinamica complessa. Lastra piana eccitata da un’onda piana che incide obliquamente su di essa. Derivazione del potere fonoisolante: sua variazione al variare della frequenza, fissato un angolo di incidenza e, viceversa, al variare dell’angolo di incidenza, fissata la frequenza. Potere fonoisolante per incidenza diffusa. Influenza dei modi di vibrare di un pannello sul potere fonoisolante di una lastra finita e vincolata. Previsione pratica del potere fonoisolante. Cenni di acustica in edilizia. Definizione di isolamento acustico, isolamento di facciata e isolamento al calpestio. Legame tra isolamento e potere fonoisolante. Potere fonoisolante di pareti doppie e pareti composite. Misura del potere fonoisolante, dell’isolamento acustico di facciata e del livello di calpestio. Indice di valutazione del potere fonoisolante apparente.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale, opportunamente motivato allo studente, terrà conto sia del risultato della prova orale che dell’eventuale elaborato progettuale.

Appunti del corso.
Per approfondimenti (facoltativi):
Propagation of Sound in Porous Media: Modelling Sound Absorbing Materials, Second Edition, Jean F. Allard Noureddine Atalla, John Wiley & Sons;
Sound and Structural Vibration: Radiation, Transmission and Response, Frank J. Fahy,Paolo Gardonio, Academic Press;
Noise And Vibration Control Engineering: Principles And Applications, Istvan L. Ver e Leo L. Beranek, John Wiley & Sons.

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali sulle metodologie di calibrazione e controllo dei moderni sistemi di propulsione, basati su motori endotermici alimentati con combustibili convenzionali o eco-sostenibili, operati anche in modalità ibrido-elettrica.In particolare, vengono fornite le basi inerenti i sistemi di controllo, le metodologie di calibrazione e il control oriented modeling dei motori a combustione interna, sia ad accensione comandata che per compressione, nella loro versione convenzionale o ibrido-elettrica. Nello specifico, sono analizzate principali fasi del processo di calibrazione motore, illustrando le principali tecniche implementate dai produttori, sia sperimentali che numeriche. Verranno quindi presentate applicazioni specifiche nel campo del trasporto su gomma, ferroviario, navale e aeronautico, facendo riferimento a casi test di reale interesse industriale. Inoltre, per quanto riguarda le strategie di controllo ottimale, verrà approfondito il loro effetto sul consumo di combustibile, sulle emissioni inquinanti e, più in generale, sulle prestazioni complessive dei sistemi di propulsione. Infine, verranno discusse le tecniche di ottimizzazione energetica applicate ai sistemi di propulsione ibrido-elettrici per assegnati profili di missione. Sono previsti seminari integrativi tenuti da personale di aziende leader nel settore (FPT, Stellantis, Netcom, Teoresi, etc...), o di altri centri di ricerca (Istituto STEMS del CNR, ENEA).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza delle metodologie di calibrazione e controllo dei moderni sistemi di propulsione, termica e ibrida elettro-termica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di applicare le tecniche e le metodologie di calibrazione e controllo dei moderni sistemi di propulsione (HW e SW).

1) Controllo dei sistemi di propulsione termica
· Generalità sul sistema controllo motore termico
· Motori ad accensione comandata (Torque based)
· Motori ad accensione per compressione
· Sensori ed attuatori
· Input/output analogici e digitali,
· Sistemi di controllo iniezione (Spark Ignition e Compression Ignition)
· Sistemi di controllo emissioni inquinanti ATS (After Treatment System)
· Sistemi di controllo sovralimentazione TC (Turbo-Charger)
· Diagnostica on board (EOBD) e telematica
· Stati elettrici e modi di funzionamento del propulsore (Cranking, engine run, idle, cut off, warm up, ecc.)
2) Strategie di controllo dei sistemi di propulsione termica
· Motori ad accensione comandata
· Motori ad accensione per compressione
· Sistemi di post-trattamento (rigenerazione DPF, e controllo SCR)
3) Controllo dei sistemi dei Propulsione Ibrida
· Architetture e componenti
· Azionamenti e macchine elettriche
· Sistemi di accumulo energetico (Energy Storage)
· Sistemi di controllo di secondo livello dei sistemi di propulsione ibrida (Supervisor) per applicazioni automotive, navale ed aeronautica
· Metodologie di ottimizzazione energetica (ECMS, MPC, rule based, ecc.)
4) Esercitazioni pratiche in sala prova motori sui sistemi di controllo e calibrazione (HW e SW di sviluppo)

La prova scritta a risposta libera consente il superamento dell'esame. La prova orale è facoltativa.

Appunti dalle lezioni. Dispense disponibili sul sito web docenti

Il corso si propone di fornire conoscenze approfondite sulla bioeconomia circolare e sulle strategie di transizione ecologica per superare l’attuale modello di economia lineare e garantire in modo sostenibile la produzione di energia, chemicals, mangimi, alimenti e altri prodotti. Inoltre, il corso intende descrivere le principali fonti di inquinamento e le implicazioni antropiche sui cicli biogeochimici naturali fondamentali del carbonio, dell’azoto e del fosforo, che costituiscono la base della bioeconomia. Verranno presentati i principali programmi e direttive nazionali e internazionali che coinvolgono la bioeconomia circolare e la transizione ecologica. Saranno illustrate le principali piattaforme innovative di bioraffineria (ad esempio, digestione/fermentazione anaerobica, conversione aerobica biologica, bioraffinerie a microalghe, processi termochimici) per il trattamento e la valorizzazione dei rifiuti e residui biologici in bioenergia, biocarburanti e altre biocommodities ad alto valore.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Durante il corso, lo studente sarà in grado di comprendere i principi della bioeconomia circolare e le cause antropiche dei cambiamenti climatici e dell’inquinamento ambientale, che spingono la società moderna verso una transizione ecologica. Lo studente acquisirà inoltre consapevolezza sugli impatti antropici sulle diverse matrici ambientali e sarà informato sulle più recenti normative e iniziative volte alla promozione di strategie circolari sostenibili e virtuose nel contesto della mitigazione dei cambiamenti climatici e della transizione ecologica.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente svilupperà la capacità di valutare e proporre tecnologie innovative per promuovere strategie di bioeconomia circolare (ad esempio, piattaforme di cattura e utilizzo del carbonio, trattamento e valorizzazione di rifiuti e residui biologici), attraverso un percorso formativo che combina didattica tradizionale e project work.

Introduzione alla bioeconomia circolare e alla transizione ecologica. La teoria dei limiti planetari sostenibili. I cicli biogeochimici del carbonio, dell’azoto e del fosforo. Principali cause e problematiche legate all’agricoltura industriale. Il modello a farfalla e i principi d’azione dell’economia circolare. La strategia europea per la bioeconomia e il Green Deal dell’UE. La bioeconomia circolare e il suo motore: la bioraffineria. Le diverse generazioni di matrici e bioraffinerie. Bioraffinerie multi-matrice e multi-prodotto: la piramide del valore bio-based. Tecnologie per la cattura e l'utilizzo del carbonio. Tecnologie per il recupero di azoto e fosforo. Caratterizzazione qualitativa e quantitativa delle biomasse. Principi dei processi biologici. Biovalorizzazione dei materiali lignocellulosici. La bioraffineria della digestione anaerobica: bioenergia e biocarburanti. Bioraffinerie anaerobiche: fermentazione del syngas, solventogenesi e allungamento della catena. Bioraffinerie fotosintetiche: processi a base di microalghe per la cattura del carbonio, il recupero di nutrienti, la produzione di biocarburanti e composti ad alto valore aggiunto. Bioraffinerie aerobiche: upcycling di carbonio e azoto in proteine microbiche e altri bioprodotti. Casi studio.

In generale, lo studente dovrà essere in grado di discutere l’attuale situazione climatica e ambientale e proporre strategie per l’implementazione di piattaforme di bioeconomia circolare orientate alla transizione ecologica. In particolare, l’esame orale sarà incentrato su un elaborato pratico in cui lo studente, individualmente o in gruppo, avrà proposto uno schema di bioraffineria per l’attuazione di pratiche di bioeconomia circolare, finalizzate al trattamento e alla valorizzazione di diverse matrici di rifiuti biologici in bioenergia, biocarburanti o bioprodotti ad alto valore aggiunto.

Appunti didattici del corso e articoli scientifici caricati dal docente.

Il corso si propone di fornire strumenti e metodi per la progettazione dei principali gruppi e sistemi di un autoveicolo. Le esercitazioni guidate sono svolte su temi di dimensionamento di gruppi, anche con l’ausilio dell’elaboratore. Rientra pertanto negli indirizzi a carattere progettuale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: L'insegnamento permette agli studenti di acquisire conoscenze sulle principali soluzioni costruttive adottate nelle moderne costruzioni di autoveicoli. Tali conoscenze costituiranno degli approfondimenti che dovranno arricchire la conoscenza nel settore delle costruzioni automobilistiche, in modo che lo studente acquisisca una chiara consapevolezza del più ampio contesto multidisciplinare dell'ingegneria, con un chiaro richiamo agli aspetti propriamente connessi con la progettazione dei sistemi meccanici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al fine di affrontare tematiche progettuali avanzate, anche di notevole complessità, e curare l'innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti e di nuovi processi tecnologici attraverso l'applicazione delle conoscenze, lo studente deve dimostrare di essere in grado di eseguire la progettazione di massima dei principali sistemi costituenti l’autoveicolo. Tali capacità si estrinsecheranno attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali la capacità di scegliere appropriatamente le soluzioni costruttive più adatte ad ottenere la performance desiderata da un veicolo e la capacità di implementare un modello di calcolo, numerico o analitico, per lo studio del comportamento del veicolo.

Elementi di meccanica della locomozione. Riepilogo delle resistenze all’avanzamento. Caratteristiche meccaniche dei gruppi propulsori. Carichi sulle ruote. Tiri massimi esplicabili. Pendenze massime superabili. Impostazione del progetto del veicolo sulla base delle prestazioni richieste. Gruppi di traslazione. Analisi termo meccanica degli innesti. Transitori d’innesto. Innesti semiautomatici. Sincronizzatori. Gruppi di trasmissione per ingranaggi, semiautomatici e automatici. Trasmissioni di potenza idrodinamiche. Gruppi di variazione continua del rapporto di trasmissione. Giunti cardanici e omocinetici. Differenziali.
Ripartizione dello sforzo frenante tra gli assi e sua regolazione. Freni a tamburo e a disco: dimensionamento termomeccanico.
Cinematismi di sterzata. Fenomeni di sotto e sovrasterzata. Dimensionamento dei cinematismi di sterzata. Stabilità direzionale.
Sospensioni e loro influenza sul comportamento statico e dinamico del veicolo. Analisi cinematica e dimensionamento di sospensioni ad assale rigido e/o a ruote indipendenti.
Telai e scocche: progettazione della scocca e dell’abitacolo; progettazione di un telaio.
Seminario: Analisi e ricostruzione dinamica degli incidenti stradali
Seminario: La problematica del crash automobilistico
Seminario: Ergonomia applicata all'autoveicolo e interfaccia uomo-macchina
Seminario: Progettazione NVH in campo automotive
Seminario: Progettazione meccanica di motori a c.i. ad alta potenza specifica
Seminario: Set up gara in ambito motor sport
Visite guidate: Comprensorio Stellantis (centro ricerche di Pomigliano) - Stabilimento produttivo Stellantis di Pomigliano - STEMS CNR-IM

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

• Materiale fornito al corso
• A. Soprano, Note dal Corso di Costruzione di Autoveicoli
• A. Morelli, Progetto dell’autoveicolo
• G. Genta, L. Morello, L’autotelaio
• G. Genta, Meccanica dell’autoveicolo

Obiettivo dell'insegnamento èquello di fornire agli studenti competenze avanzate sul dimensionamento, sul controllo e sull'esercizio di veicoli elettrici ed ibridi che consentano sia
l'analisi delle prestazioni energetiche e dinamiche dei veicoli, tenendo conto delle diverse tipologie di sorgenti di bordo sia a batterie che a celle a combustibile.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di aver appreso gli strumenti metodologici per l’analisi e il
dimensionamento sia dei singoli sottosistemi di un veicolo elettrico ed ibrido- con particolare
riferimento alle architetture dei veicoli e la loro gestione ottimizzata dei flussi di potenza in
presenza di una o più sorgenti di bordo; conoscere i punti di forza e le criticità delle diverse
architetture di veicoli elettrici ed ibridi basati su differenti tipologie di macchine elettriche,
convertitori e strategie di controllo
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di sapere utilizzare in autonomia gli strumenti metodologici
acquisiti al fine individuare le soluzioni più idonee nel caso di nuove installazioni, con particolare
riferimento ai sistemi automotive; · saper implementare programmi di simulazione in ambiente
Matlab/Simulink per l’analisi preventiva delle prestazioni dinamiche ed energetiche di un veicolo;
· saper applicare le conoscenze teoriche acquisite attraverso esercitazioni analitiche ed
esperienze sperimentali su veicoli reali

Introduzione –Parte Generale · Storia di EV · Gap di EV rispetto a ICE · Classificazione veicoli ibridi e elettrici · Tipologie di EV · Veicoli elettrici ibridi (HEV) · Architetture HEV Descrizione generale del movimento del veicolo · Resistenza del veicolo · Equazione dinamica · Adesione pneumatico-terreno e massimo sforzo di trazione · Sforzo di trazione del treno di potenza e velocità del veicolo · Caratteristiche della centrale elettrica e della trasmissione del veicolo · Prestazioni del veicolo · Utilizzo di risparmio di carburante Risparmio di carburante · Prestazioni della frenata Modellazione Veicolo Ibrido (HEV) · Concetto di trasmissione elettrica ibrida · Architetture di
trasmissioni ibride elettriche serie e Parallela · Modellazione per l'Analisi Energetica · Analisi energetica a livello di veicolo · Equazioni del moto · Approcci di modellazione avanti e indietro · Bilancio energetico del veicolo · Cicli di guida Componenti del gruppo propulsore · Motore a combustione interna · Rapporti di trasmissione e cambio meccanico · Sistemi di trasmissione planetari · Macchine elettriche · Motori IM, Motori PM-BR, Motori DC · Convertitori di potenza o Inverter Dc/Ac e Chopper Dc/Dc · Accumulo di energia · UC-Ultracondensatori e batterie · Celle a combustibile Veicoli elettrici · Configurazioni di Veicoli Elettrici · Performance dei Veicoli
Elettrici · Sforzo di trazione nella guida normale · Consumo di energia · Architettura del gruppo propulsore · Batterie: Panoramica Tecnologie, Caratterizzazione della batteria, Modelli matematici, Sistemi di gestione della batteria Strategia di controllo della potenza del veicolo (VPCS) ed Energy Management System (EMS) di HEV · Concetti di base di VPCS ed EMS · Metodologia da implementare · Vantaggi della gestione dell'energia
· Classificazione delle strategie di gestione dell'energia · Il problema del controllo ottimale in HEV: Formulazione generale del problema · Principio minimo di Pontryagin per l'EMP negli HEV · Consumo equivalente (ECMS) · Strategia di minimizzazione · Equivalenza tra Pontryagin Principio minimo e ECMS · Correzione del consumo di carburante e variazione SOC · Controllo ottimale adattativo · Metodi di controllo: Adattamento basato sul feedback di SOC, Analisi e Confronto dei Metodi A-PMP, Calibrazione di strategie adattive Casi di studio · Architettura parallela · Modello Powertrain · Implementazione del modello in Advisor tool : Matlab-Simulink · Risultati

Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel cell Vehicles: Foundamental, Theory and Design M
Ehsani, Y Gao, A Emadi ·
Hybrid Electric Vehicles - Energy Management Strategies Simona Onori •Lorenzo Serrao •Giorgio
Rizzoni ·
Hybrid Electrc Vehicles Chris Mi, Abil Masrur and David Wenzhong Gao Wiley

Il corso illustra le principali applicazioni dell’elettrotecnica in ambito meccatronico e automotive. Specificamente, si farà particolare riferimento ai meccanismi di produzione, recupero e immagazzinamento dell’energia elettrica rilevanti per applicazioni automotive e alla trattazione dei circuiti non lineari impiegati in ambito meccatronico, anche tramite simulazioni numeriche ed esperienze di laboratorio .
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla gestione dell'energia sia in fase di recupero "Energy Harvesting", sia in fase di immagazzinamento "Energy Storage", sia in fase di trasferimento "Wireless Power Transfer". Deve dimostrare di sapere elaborare argomentazioni concernenti le principale fonti energetiche rinnovabili, le principali tecnologie di batterie e le principali tecnologie per il trasferimento di energia senza fili. L’intero percorso formativo tende a creare intelligenze e conoscenze che sanno in maniera rapida orientarsi in un mercato in rapida ed imprevedibile espansione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente, applicando le conoscenze acquisite, deve mostrare di saper progettare un stadio di conversione per sistemi di Energy Harvesting, Energy Storage e Wireless Power Transfer.

Circuiti non lineari. Proprietà, modelli matematici e tecniche di risoluzione. Topologie circuitali tipiche in ambito automotive. Tecniche numeriche e simulatori circuitali per la soluzione di circuiti non lineari per il controllo di motori elettici. Dispositivi circuitali per applicazioni meccatroniche. L’amplificatore operazionale: modello circuitale, tecniche di soluzione, possibili realizzazioni, applicazioni tipiche di interesse meccatronico. Componenti elettronici di potenza: modelli circuitali, proprietà e applicazioni tipiche in ambito meccatronico.
Produzione, immagazzinamento e utilizzo dell’energia elettrica. Fonti tradizionali e rinnovabili. Elettrochimica. Applicazioni in ambito automotive.
Dispositivi di storage. Batterie e accumulatori. Batterie agli ioni di litio: composizione, principio di funzionamento, fasi di operazione, esempi di applicazioni in ambito automotive. Modelli matematici e circuitali delle batterie; stima dello stato di carica. Configurazioni innovative di batterie.

N.A.

Materiale disponibile sia sul sito www.docenti.unina.it sia sul canale Teams dedicato

Fornire la conoscenza dei principi sui cui si basa l'economia circolare e le tecniche di
valorizzazione energetica e/o materica dei rifiuti, unitamente alla conoscenza degli elementi
necessari alla scelta, progettazione ed implementazione dei sistemi di trattamento dei rifiuti.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente conoscerà e comprenderà le modalità di valorizzazione economica e materica dei
rifiuti ed i principi alla base dei trattamenti degli stessi, e saprà discernere tra economia circolare
ed economia lineare.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente saprà applicare le conoscenze acquisite nella implementazione di progetti di
economia circolare, nella scelta dei sistemi più idonei per la valorizzazione energetica e materica
dei rifiuti, nella loro progettazione, realizzazione e gestione.

Economia lineare ed Economia Circolare - Riferimenti Legislativi - Classificazione dei Rifiuti - Ciclo
Integrato dei Rifiuti - Produzione, conferimento, raccolta, trasporto - Valorizzazione energetica dei
rifiuti - Combustione - Pirolisi - Gassificazione - Processi di trasformazione biologica -
Compostaggio - Digestione Anaerobica - Dark e fotofermentazione - Bioraffinerie di prima,
seconda e terza generazione - Produzione di materiali adsorbenti da scarti - Recupero di cellulosa

• Recupero di nylon - Impianti di selezione

verifica conoscenza acquisita

G. d'Antonio, M. Fabbricino
Impianti di Trattamento dei Rifiuti Solidi Urbani: elementi di progettazione e modalità di esercizio
Rogiosi, 2019

Al termine del corso, gli studenti avranno acquisito le conoscenze e le competenze necessarie per la progettazione sostenibile degli edifici. Il corso si propone di fornire una comprensione approfondita dei principi fondamentali della progettazione sostenibile degli edifici, con particolare riferimento al sistema integrato edificio–impianti HVAC–fonti di energia rinnovabile, in conformità alle direttive internazionali e agli indirizzi per la decarbonizzazione del settore edilizio. Gli studenti acquisiranno familiarità con i più recenti approcci alla progettazione energeticamente efficiente e alla riqualificazione degli edifici, compresi i concetti di edifici a energia quasi zero (Nearly Zero-Energy Buildings, NZEB), edifici a energia netta zero (Net Zero-Energy Buildings), edifici a energia positiva (Plus-Energy Buildings), edifici verdi (Green Buildings) ed edifici a emissioni zero (Zero-Emission Buildings, ZEB). Impareranno a comprendere e selezionare modelli appropriati per la valutazione del comfort ambientale interno, a progettare interventi di efficientamento energetico dell'involucro edilizio opaco e trasparente e a integrare strategie di sfruttamento passivo dell'energia solare e soluzioni progettuali bioclimatiche. Il corso svilupperà inoltre la capacità degli studenti di valutare la prestazione energetica degli edifici mediante indicatori riconosciuti a livello internazionale e di applicare metodi di analisi energetica sia quasi stazionari sia dinamici su base oraria. Infine, gli studenti comprenderanno il contributo dei principali usi finali dell'energia al bilancio energetico complessivo dell'edificio, valuteranno il potenziale di produzione e integrazione in sito delle fonti di energia rinnovabile e acquisiranno le conoscenze necessarie per effettuare la certificazione della prestazione energetica degli edifici (Energy Performance Certification, EPC).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di possedere conoscenze e capacità di comprensione dei principi della fisica tecnica degli edifici e dell'integrazione tra i sistemi tecnologici dell'edificio e la progettazione architettonica, tenendo conto delle esigenze di ottimizzazione energetica e di comfort ambientale interno. Lo studente acquisirà la capacità di ottimizzare il comfort termo-igrometrico e le prestazioni dell'involucro edilizio, calcolare i carichi termici invernali ed estivi sia per edifici di nuova costruzione sia per edifici esistenti e individuare soluzioni progettuali in grado di garantire elevati livelli di sostenibilità, efficienza energetica e integrazione architettonica. Inoltre, svilupperà la capacità di interagire in modo efficace e consapevole con gli altri professionisti coinvolti nel processo di progettazione edilizia, contribuendo alle attività di progettazione multidisciplinare.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà inoltre essere in grado di individuare e proporre soluzioni tecnologiche, a diverse scale, per soddisfare i fabbisogni energetici degli edifici, tenendo conto della loro destinazione d'uso e delle relative esigenze funzionali. Tali obiettivi saranno perseguiti sviluppando la capacità di progettare sistemi edificio–impianto ad alta efficienza energetica secondo i principi dell'uso razionale dell'energia, nel rispetto della normativa e della legislazione tecnica vigente, nonché delle peculiarità del contesto locale, con particolare attenzione alla disponibilità e all'integrazione delle fonti di energia rinnovabile, ove possibile.

Programma del Corso
Quadro legislativo internazionale (Direttive Europee e piani d'azione sovranazionali) e quadro normativo (standard ISO e CEN) in materia di efficienza energetica nel settore delle costruzioni. (0,250 CFU)
Fondamenti della prestazione energetica del sistema integrato edificio–impianti HVAC–fonti di energia rinnovabile . Legislazione tecnica e normativa di riferimento. (0,250 CFU)
Le nuove frontiere della progettazione energeticamente orientata: edifici a energia quasi zero (Nearly Zero-Energy Buildings, NZEB), edifici a energia netta zero (Net Zero-Energy Buildings), edifici a energia positiva (Plus-Energy Buildings), edifici verdi (Green Buildings) ed edifici a emissioni zero (Zero-Emission Buildings, ZEB). (0,500 CFU)
Sistemi e tecnologie costruttive tradizionali: muratura portante, calcestruzzo armato, strutture in acciaio e legno lamellare. (0,250 CFU)
Qualità dell'ambiente interno: comfort termo-igrometrico, qualità dell'ambiente interno secondo la UNI EN 16798-1 (e norme correlate) e ventilazione naturale. (0,375 CFU)
Proprietà termofisiche e fisica tecnica dell'involucro edilizio. Trasmissione del calore in regime stazionario e transitorio attraverso l'involucro edilizio. Parametri prestazionali in regime stazionario (trasmittanza termica U e fattore solare g) e parametri dinamici (trasmittanza termica periodica YIE, fattore di attenuazione, sfasamento e trasmittanza termica periodica). (0,375 CFU)
Componenti e tecnologie dell'involucro edilizio opaco e trasparente in funzione dell'epoca di costruzione. (0,250 CFU)
Verifica termoigrometrica degli involucri edilizi e metodo di Glaser per la valutazione della condensazione interstiziale. (0,250 CFU)
Ponti termici bidimensionali e tridimensionali. (0,250 CFU)
Diagnostica termica degli edifici: termografia all'infrarosso, misure termo-flussimetriche, carotaggi ed endoscopie. (0,250 CFU)
Tecnologie dell'involucro opaco e trasparente in funzione della tipologia di intervento e dei requisiti prestazionali: nuove costruzioni, ristrutturazioni importanti e riqualificazioni energetiche. (0,500 CFU)
Tecnologie dell'involucro opaco e trasparente per l'architettura bioclimatica: sistemi solari passivi, tecnologie di mitigazione, involucri edilizi responsivi e sistemi di facciata adattivi. (0,500 CFU)
Bilancio di potenza dell'edificio: calcolo dei carichi termici invernali ed estivi. (0,375 CFU)
Bilancio energetico dell'edificio: calcolo del fabbisogno energetico stagionale per il riscaldamento e il raffrescamento. Metodi di valutazione del fabbisogno energetico, inclusi il metodo quasi stazionario e il metodo dinamico orario secondo la UNI EN ISO 52016. (0,375 CFU)
Valutazione tabellare delle prestazioni energetiche degli impianti HVAC: rendimenti, COP, SEER, rendimento medio stagionale e prestazioni complessive del sistema ai fini della valutazione degli usi finali di energia e del consumo di energia primaria. (0,250 CFU)
Tecnologie per la produzione di energia rinnovabile a scala di edificio: impianti solari termici, impianti fotovoltaici e introduzione alle micro-turbine eoliche integrate ad asse verticale (VAWT) e ad asse orizzontale (HAWT). (0,375 CFU)
Panoramica e quantificazione preliminare dei principali usi finali dell'energia negli edifici: produzione di acqua calda sanitaria (ACS), illuminazione, apparecchiature elettriche e movimentazione verticale delle persone. (0,250 CFU)
Approcci e modelli per la Certificazione della Prestazione Energetica (APE) degli edifici. Procedure di certificazione e indicatori di prestazione energetica, inclusi EPgl,nren e EPgl,ren (0,375 CFU)

La verifica dell'apprendimento consiste in un colloquio orale incentrato sulle strategie e sulle tecnologie per la progettazione energeticamente efficiente dei nuovi edifici e per la riqualificazione energetica degli edifici esistenti. Durante l'esame, gli studenti dovranno dimostrare di saper applicare i principi teorici e le metodologie affrontati nel corso, motivare le scelte progettuali adottate e discutere criticamente le soluzioni tecniche proposte.

Il docente metterà a disposizione degli studenti il materiale didattico necessario sotto forma di appunti, dispense, tabelle e schemi.
Materiale di riferimento (facoltativo):

• Materials for Energy Efficiency and Thermal Comfort in Buildings, Woodhead Publishing, a cura di Matthew R. Hall, ISBN: 9780081014882.
• Moncef Krarti, Optimal Design and Retrofit of Energy Efficient Buildings, Communities, and Urban Centers, 1ª edizione, Butterworth-Heinemann, 2018, ISBN: 9780128498699.
• F. Ascione, Energy Conservation and Renewable Technologies for Buildings to Face the Impact of Climate Change and Minimize the Use of Cooling, Solar Energy, Vol. 154, 2017, pp. 34–100.

Il corso ha l'obiettivo di formare una nuova generazione di ingegneri nel settore dei moderni sistemi di trasporto (trasporto stradale, ferroviario, marittimo e aereo), in grado di affrontare le sfide legate agli obiettivi di sostenibilità energetica, economica e ambientale. Il corso considera inoltre le infrastrutture a supporto di tali sistemi di trasporto, che stanno evolvendo sempre più verso il concetto di hub energetici integrati, comprendendo strade, stazioni ferroviarie, aeroporti e porti.
In questo contesto, gli studenti acquisiranno competenze in tre ambiti fondamentali: soluzioni per il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni di carbonio basate su innovativi sistemi di conversione dell'energia, nuovi materiali da costruzione e fonti energetiche rinnovabili; metodologie per la gestione energetica e ambientale; approcci innovativi alla progettazione e alla gestione di tali sistemi, garantendone al contempo affidabilità ed elevata qualità del servizio.
Queste competenze vengono sviluppate attraverso una prospettiva di ciclo di vita che copre la progettazione, la costruzione e la gestione dei sistemi di trasporto e delle relative infrastrutture. Il corso integra le conoscenze teoriche delle consolidate pratiche ingegneristiche con le più recenti strategie per l'efficienza energetica e la decarbonizzazione. Particolare attenzione è dedicata allo sviluppo del pensiero critico attraverso un approccio di model-based engineering. Gli studenti imparano ad analizzare sistemi complessi integrando modellazione fisica, analisi dei dati e strumenti di simulazione (Matlab/Simulink per la modellazione e l'ottimizzazione, nonché flussi di lavoro Building Information Modelling-to-Building Energy Modelling per la modellazione di edifici complessi e dei relativi sistemi energetici), in grado di supportare sia le scelte progettuali sia la gestione operativa.
Infine, il corso prevede lo sviluppo di specifici casi studio progettuali applicati sia a nuovi sistemi sia a sistemi esistenti.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisirà conoscenze e capacità di comprensione dei principi ingegneristici e delle soluzioni progettuali finalizzate al miglioramento della sostenibilità energetica, economica e ambientale dei moderni sistemi di trasporto e delle relative infrastrutture di supporto, garantendo al contempo il comfort dei passeggeri, la qualità dell'ambiente interno e un elevato livello di servizio.
Lo studente comprenderà inoltre le metodologie impiegate per la valutazione delle prestazioni energetiche, economiche e ambientali di tali sistemi mediante modellazione e simulazione dinamica, incluse le analisi tecno-economiche e i principi dell'ottimizzazione multi-obiettivo.
Infine, lo studente acquisirà conoscenze sugli approcci model-based per la progettazione preliminare e l'analisi di sistemi energetici complessi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di selezionare e valutare criticamente soluzioni ingegneristiche per il miglioramento dell'efficienza energetica e della sostenibilità dei sistemi di trasporto e delle relative infrastrutture di supporto, nel rispetto delle normative e degli standard vigenti.
Lo studente sarà inoltre in grado di sviluppare analisi model-based di sistemi energetici complessi mediante simulazione dinamica, valutarne le prestazioni energetiche, economiche e ambientali e supportare le scelte progettuali attraverso analisi tecno-economiche e tecniche di ottimizzazione multi-obiettivo.

[2 CFU] FONDAMENTI DI ENERGETICA E TECNOLOGIE ENERGETICHE: teoria e applicazioni riguardanti la termodinamica e la trasmissione del calore, i componenti per la conversione dell'energia (motori, turbine, gruppi frigoriferi, ecc.), le tecnologie per le energie rinnovabili, gli indicatori di prestazione energetica e ambientale, i principi della termoeconomia, nonché il comfort termo-igrometrico e la qualità dell'aria negli ambienti confinati.
[2 CFU] SISTEMI DI CONVERSIONE DELL'ENERGIA: progettazione preliminare di sistemi energetici per nuovi ed esistenti sistemi di trasporto e relative infrastrutture, comprendendo la generazione e la domanda di energia, i sistemi di riscaldamento e raffrescamento, l'illuminazione, nonché i sistemi di controllo e gestione dell'energia. Le applicazioni riguarderanno diversi settori del trasporto (ad esempio grandi navi, treni di nuova generazione, aeromobili e veicoli elettrici) e le relative infrastrutture (quali stazioni ferroviarie e metropolitane, porti, aeroporti e autostrade). Il modulo affronta i metodi per la valutazione e la progettazione dei carichi termici, frigoriferi ed elettrici e dei fabbisogni energetici, attraverso la teoria e l'applicazione di tecniche di modellazione e simulazione, studi di fattibilità e la progettazione di sistemi per il recupero dell'energia e il miglioramento dell'efficienza energetica. Vengono inoltre introdotte tecniche di flessibilità applicate agli impianti, agli involucri edilizi e alle tecnologie per le energie rinnovabili, finalizzate allo sviluppo di hub energetici integrati, con teoria e applicazioni specifiche per i sistemi e le infrastrutture di trasporto.
[2 CFU] PROGETTAZIONE E OTTIMIZZAZIONE PER L'EFFICIENZA ENERGETICA: valutazione degli indicatori di prestazione energetica, economica e ambientale e metodologie di ottimizzazione per la progettazione di sistemi energetici sostenibili applicati a sistemi di trasporto e infrastrutture, sia nuovi sia esistenti. Il modulo introduce approcci di modellazione, simulazione dinamica e ottimizzazione per l'individuazione delle strategie progettuali e gestionali ottimali, includendo l'ottimizzazione multi-obiettivo, la gestione della flessibilità energetica e le strategie di controllo. Sono inoltre trattate analisi di sensitività finalizzate a valutare l'influenza dei principali parametri progettuali e operativi sulle prestazioni del sistema e sul raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione.
[3 CFU] LABORATORIO DI PROGETTAZIONE E CASO STUDIO: sviluppo di un caso studio progettuale comprendente la selezione e l'implementazione di componenti e sistemi per l'efficienza energetica, la definizione delle logiche di controllo e delle strategie di gestione dell'energia, la modellazione e la simulazione del sistema e l'impiego di algoritmi di ottimizzazione per individuare la configurazione o lo scenario energetico ottimale. Il laboratorio si conclude con l'analisi critica dei risultati ottenuti, finalizzata alla definizione di criteri di progettazione.

La valutazione finale è determinata sulla base della qualità del progetto sviluppato e delle risposte fornite durante la prova orale. Il voto finale viene adeguatamente motivato e discusso con lo studente.

Appunti forniti dall'insegnante.

Scopo del corso è fornire le conoscenze fondamentali relative ai principi termodinamici, elettrochimici e fisico-chimici che governano il funzionamento delle celle a combustibile e dei sistemi energetici basati sull'idrogeno. Il corso introduce il ruolo dell'idrogeno nella transizione energetica e nei sistemi energetici sostenibili, analizzando le principali tecnologie per la conversione elettrochimica dell'energia.
Particolare attenzione è dedicata alle diverse tipologie di celle a combustibile, ai materiali e ai componenti che ne determinano le prestazioni, ai fenomeni di trasporto di massa, calore e carica, nonché ai fattori che influenzano l'efficienza e l'affidabilità operativa dei sistemi.
Vengono inoltre affrontate le tecnologie per la produzione dell'idrogeno mediante elettrolisi, i sistemi rigenerativi fuel cell-elettrolizzatore, le tecnologie Power-to-Hydrogen e Power-to-X e i processi per la produzione di combustibili sintetici (e-fuels).
Il corso approfondisce inoltre gli aspetti relativi allo stoccaggio, al trasporto e alla sicurezza dell'idrogeno, analizzandone le implicazioni tecnologiche, energetiche e ambientali. Sono infine illustrati i principali campi applicativi delle celle a combustibile nei sistemi energetici stazionari, nell'integrazione delle fonti rinnovabili e nei sistemi di trasporto sostenibile.
Le attività di laboratorio, svolte mediante MATLAB/Simulink, consentono agli studenti di sviluppare modelli matematici semplificati e di analizzare il comportamento dinamico e le prestazioni di celle a combustibile, elettrolizzatori e sistemi energetici a idrogeno.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscere i principi della termodinamica e dell'elettrochimica applicati alle celle a combustibile e ai sistemi a idrogeno. Comprendere i meccanismi di conversione elettrochimica dell'energia e i fenomeni che influenzano le prestazioni delle celle a combustibile. Conoscere le principali tecnologie di fuel cell ed elettrolizzatori, i relativi campi di applicazione e le loro caratteristiche operative. Comprendere i principi di produzione, stoccaggio, distribuzione e utilizzo dell'idrogeno e le problematiche di sicurezza associate. Conoscere il ruolo delle tecnologie a idrogeno nei sistemi energetici sostenibili e nei processi di decarbonizzazione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di analizzare il funzionamento di celle a combustibile, elettrolizzatori e sistemi energetici a idrogeno. Capacità di valutare le prestazioni e i rendimenti energetici dei dispositivi di conversione elettrochimica. Capacità di confrontare le diverse tecnologie di fuel cell sulla base delle caratteristiche operative e delle applicazioni. Capacità di valutare sistemi di accumulo energetico basati sull'idrogeno e di analizzare i relativi aspetti energetici, ambientali e di sicurezza. Capacità di sviluppare semplici modelli matematici e simulazioni in ambiente MATLAB/Simulink per lo studio di sistemi fuel cell ed energy storage.

[0.5 CFU] INTRODUZIONE ALL'IDROGENO E ALLE TECNOLOGIE FUEL CELL. La transizione energetica e i sistemi energetici a basse emissioni di carbonio. L'idrogeno come vettore energetico. Principi della conversione elettrochimica dell'energia. Evoluzione storica delle celle a combustibile. Ruolo delle fuel cell nella produzione e nell'accumulo di energia.
[1.5 CFU] FONDAMENTI DI TERMODINAMICA ED ELETTROCHIMICA. Richiami di termodinamica chimica. Energia libera di Gibbs e lavoro reversibile. Reazioni elettrochimiche nelle celle a combustibile. Potenziale di cella ed equazione di Nernst. Fenomeni di polarizzazione. Perdite di attivazione, ohmiche e di concentrazione. Efficienza energetica ed exergetica.
[1.5 CFU] TECNOLOGIE DI CELLE A COMBUSTIBILE E PROCESSI FISICO-CHIMICI. Celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEMFC). Celle a ossidi solidi (SOFC). Celle ad acido fosforico (PAFC). Celle a carbonati fusi (MCFC). Celle alcaline (AFC). Materiali e componenti delle fuel cell. Trasporto di massa, trasferimento di calore e gestione dell'acqua. Vantaggi, limiti e campi applicativi delle diverse tecnologie.
[1.0 CFU] ELETTROLIZZATORI, CELLE A COMBUSTIBILE RIGENERATIVE E PRODUZIONE DI COMBUSTIBILI SINTETICI. Tecnologie di elettrolisi dell'acqua. Elettrolizzatori alcalini, PEM e SOEC. Celle a combustibile rigenerative. Sistemi Power-to-Hydrogen. Tecnologie Power-to-X. Produzione e utilizzo degli e-fuels. Analisi dell'efficienza energetica del ciclo dell'idrogeno.
[0.5 CFU] STOCCAGGIO, TRASPORTO E SICUREZZA DELL'IDROGENO. Tecnologie di accumulo dell'idrogeno in forma gassosa, liquida e allo stato solido. Trasporto e distribuzione dell'idrogeno. Aspetti normativi e requisiti di sicurezza. Impatti ambientali. Combustibili alternativi e loro integrazione nei sistemi energetici sostenibili.
[1.0 CFU] APPLICAZIONI DELLE CELLE A COMBUSTIBILE NEI SISTEMI ENERGETICI E NEI TRASPORTI. Produzione stazionaria di energia elettrica. Sistemi di cogenerazione (CHP). Integrazione con fonti energetiche rinnovabili. Veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). Applicazioni nei trasporti pesanti. Analisi energetica, economica e ambientale delle applicazioni fuel cell.

L'esame consiste in una prova orale finalizzata a verificare la conoscenza degli aspetti teorici relativi alle celle a combustibile, alle tecnologie dell'idrogeno e ai sistemi energetici studiati nel corso. La valutazione comprende inoltre la discussione delle attività di laboratorio svolte in ambiente MATLAB/Simulink e degli eventuali elaborati progettuali assegnati.
Saranno oggetto di valutazione:
· la comprensione dei principi termodinamici ed elettrochimici;
· la capacità di analizzare le prestazioni delle diverse tecnologie di fuel cell;
· la capacità di valutare sistemi di produzione, accumulo e utilizzo dell'idrogeno;
· la capacità di modellazione e simulazione mediante MATLAB/Simulink;
· la capacità di interpretare criticamente risultati numerici e scenari applicativi.
Gli studenti con DSA o disabilità potranno usufruire degli strumenti compensativi e delle misure dispensative previsti dalla normativa vigente e dai regolamenti di Ateneo.

1. Barbir F., PEM Fuel Cells: Theory and Practice , Academic Press.
2. Larminie J., Dicks A., Fuel Cell Systems Explained , Wiley.
3. O'Hayre R., Cha S., Colella W., Prinz F.B., Fuel Cell Fundamentals , Wiley.
4. Stolten D., Emonts B., Hydrogen Science and Engineering , Wiley-VCH.
5. Basu S., Recent Trends in Fuel Cell Science and Technology , Springer.
6. Documentazione tecnica e dispense fornite dal docente.
7. Materiale didattico, esercitazioni e modelli MATLAB/Simulink disponibili sulla piattaforma Microsoft Teams.

Il corso ha l'obiettivo di approfondire il funzionamento e la progettazione degli impianti con turbina a gas di ultima generazione, ponendo in primo piano la loro integrazione con le fonti di energia rinnovabile per una drastica riduzione dell'impatto ambientale. Oltre a fornire una panoramica sui propulsori aeronautici convenzionali, il programma esplora le metodologie più all'avanguardia nel settore della generazione elettrica per minimizzare i consumi, le emissioni inquinanti e il rilascio di anidride carbonica.
Il percorso didattico scende nel dettaglio delle tecnologie abilitanti per la transizione energetica: verranno analizzati sistemi di combustione innovativi a basse emissioni (come i combustori DLN, LPP e RQL) e l'impiego di vettori alternativi, tra cui combustibili derivati da biomasse, prodotti di reforming e miscele a idrogeno. Il quadro sistemistico verrà poi completato dallo studio di assetti cogenerativi, configurazioni ibride con campi solari e celle a combustibile, cicli combinati e cicli misti gas/vapore (STIG, RWI, HAT). Infine, per tradurre i concetti teorici in competenze operative, gli studenti affronteranno casi pratici attraverso l'impiego di software di calcolo e simulazione come Matlab e GasTurb.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei sistemi di produzione di energia elettrica con turbina a gas e di propulsione aeronautica con riferimento alle prestazioni, consumi ed emissioni inquinanti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper analizzare i sottosistemi che compongono una turbina a gas, le possibili applicazioni e indirizzare le scelte progettuali.

[ 0.5 CFU ] Situazione attuale e prospettive future di impiego di turbine a gas (TG) per la produzione di energia elettrica e per la propulsione aeronautica: obiettivi progettuali di TG di ultima generazione compatibili con basso impatto ambientale . Emissioni inquinanti da TG.
[ 1 CFU ] Impianti tradizionali e ad alte prestazioni. Applicazioni delle TG. Richiami al ciclo termodinamico di una turbina a gas. Esempi di impianti con rigenerazione, interrefrigerazione, post-combustione. Potenza e rendimento di impianto.
[1 CFU ] Combustibili e combustione nella TG: combustibili tradizionali e innovativi; studio delle diverse geometrie di un combustore (RQL, LPP, DLN). Esempi di calcoli di combustione al variare del combustibile e delle condizioni di funzionamento. Combustibili ossigenati da reforming a vapore ed ossidazione parziale. Sequestro e cattura della CO2.
[ 1 CFU ] Regolazione di potenza di una TG; curve caratteristiche di compressore e turbina; matching dei componenti e dominio di funzionamento. Applicazioni numeriche con Gasturb. Cicli misti gas/vapore (STIG, RWI, HAT) e ciclo combinato.
[ 0,5 CFU ] Esercitazioni: Realizzazione di un codice in matlab per lo studio del ciclo Joule e della caldaia a recupero; Utilizzo del programma Gasturb.
[ 1 CFU ] Materiali per le palette di una turbina. Sistemi di raffreddamento. La microturbina a gas e sue applicazioni. Sistemi solare-termodinamico. Integrazioni di TG con campo solare (collettori o torre solare). Celle a combustibile.
[ 1 CFU ] Propulsione aeronautica: turbogetto, turbofan, motori ad elica, endoreattori.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense e slides del corso

Fornire agli studenti interessati gli strumenti per analizzare dati di funzionamento di componenti e impianti atti alla produzione e/o alla conversione energetica e dati di consumi di utenze, con il fine di definire parametri e ricostruire informazioni utili alla determinazione delle prestazioni, al controllo basato su analisi termo-economica e alla valutazione di guasti.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Con riferimento a casi studio reali, 1) identificare, per l’intero sistema e le sue sottoparti (utenza, impianto,
componenti di impianto), i flussi energetici, i parametri termodinamici di funzionamento, i gradi di libertà
termodinamici utili al controllo; 2) definire possibili KPI (key performance index), in relazione allo scopo, utili a caratterizzare la prestazione termo-economica ed ambientale.
Conoscere le possibilità, i limiti e i potenziali errori nel risalire dai dati disponibili ai parametri descrittivi del funzionamento del sistema (utenza, impianto, utenza-impianto).
Conoscere gli strumenti per determinare basi di dati di riferimento.
Definire parametri utili alla identificazione e alla valutazione di guasti in base alla tipologia
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Definire KPI da basi di dati reali relativi a casi studio notevoli
Generare basi di dati di riferimento per un caso studio
Analizzare criticamente e da un punto di vista termodinamico le differenze tra le basi di dati di riferimento e
quelle reali per determinare possibili guasti o ottimizzare il funzionamento

Parte 1: Dal caso studio ingegneristico al problema di gestione operativa: analisi del sistema, gradi di libertà e KPI
1,5 CFU
Introduzione alla gestione operativa di sistemi termodinamici avanzati attraverso l’analisi di casi studio ingegneristici reali.
Analisi dell’architettura del sistema e individuazione dei componenti, dei flussi di massa e di energia, delle condizioni al contorno, delle modalità di funzionamento e delle interazioni tra il sistema energetico e il processo utilizzatore.
Individuazione delle misure disponibili, dei sensori necessari, dei parametri operativi e dei gradi di libertà controllabili.
Definizione dei vincoli tecnici e operativi e ricostruzione della strategia di funzionamento di riferimento.
Definizione di KPI termodinamici, energetici, economici e ambientali e delle funzioni obiettivo per la valutazione e l’ottimizzazione delle prestazioni del sistema.
Introduzione ai fenomeni di decadimento delle prestazioni, alle condizioni operative anomale e ai guasti incipienti, soft fault, e valutazione dei relativi effetti sui KPI del sistema.
I casi studio potranno riguardare, a titolo esemplificativo, processi termici industriali, impianti multichiller, pompe di calore e sistemi frigoriferi, impianti alimentati da fonti rinnovabili e sistemi energetici per gli edifici.
Parte 2: Simulazione dei sistemi con approccio data-driven
2 CFU
Individuazione degli input, degli output e dei parametri di calibrazione dei modelli.
Calibrazione dei modelli di componenti e sottosistemi mediante dati operativi misurati.
Integrazione dei diversi sottomodelli all’interno di un ambiente di simulazione del sistema complessivo, considerando condizioni di funzionamento stazionarie o dinamiche, in funzione delle caratteristiche del caso studio.
Generazione di dataset surrogati e ricostruzione del comportamento di riferimento del sistema.
Verifica e validazione dei modelli. Analisi critica degli errori derivanti dalla riduzione del modello, dalla calibrazione, dall’incertezza dei dati e dall’impiego dei modelli al di fuori del relativo dominio di validità.
Esempi di rappresentazione, all’interno dei modelli di simulazione, di fenomeni di decadimento delle prestazioni e di condizioni di guasto.
Parte 3: Modellazione data-driven e ottimizzazione delle strategie operative
2,5 CFU
Introduzione alle tecniche di modellazione data-driven applicate ai sistemi termodinamici ed energetici, comprendenti metodi di regressione, reti neurali artificiali, algoritmi di machine learning e metodi statistici di classificazione.
Analisi e pretrattamento dei dati. Individuazione delle variabili di input e output rilevanti e valutazione delle dipendenze tra i parametri operativi.
Addestramento, validazione e valutazione delle prestazioni dei modelli data-driven.
Confronto ed eventuale integrazione tra approcci di modellazione fisica e approcci data-driven.
Formulazione del problema di ottimizzazione operativa mediante l’individuazione delle variabili decisionali, dei vincoli tecnici, dei KPI e delle funzioni obiettivo.
Simulazione e confronto di strategie di gestione alternative al variare delle condizioni operative e delle condizioni al contorno.
Utilizzo di modelli surrogati per ridurre il costo computazionale delle procedure di simulazione e ottimizzazione.
Esempi di strategie di gestione basate su regole, strategie ottimizzate e tecniche di gestione predittiva finalizzate alla riduzione dei consumi energetici, dei costi operativi e dell’impatto ambientale, nel rispetto delle condizioni richieste dal processo o dall’utenza.
Utilizzo di tecniche data-driven per il monitoraggio delle prestazioni, l’individuazione delle anomalie e l’identificazione dei guasti.

La verifica dell’apprendimento è basata sull’analisi e sulla discussione critica di un caso studio ingegneristico relativo alla gestione operativa di un sistema termodinamico.
La valutazione finale terrà conto della correttezza del ragionamento termodinamico, della qualità dell’analisi dei dati e dell’approccio di modellazione, dell’efficacia della strategia di gestione proposta, del grado di autonomia dimostrato e della chiarezza dell’esposizione tecnica.

Materiale didattico, dataset, documentazione tecnica, articoli scientifici e strumenti di calcolo e simulazione forniti dal docente durante il corso.
Ulteriore materiale relativo ai casi studio ingegneristici sarà fornito per supportare le attività di analisi dei dati, sviluppo dei modelli e ottimizzazione della gestione operativa.

Il corso mira a fornire le conoscenze e gli strumenti tecnico-applicativi necessari per la scelta e la progettazione degli impianti di climatizzazione (HVAC). Sono richiamati o accennati i concetti relativi a: aria umida; benessere termoigrometrico; qualità dell'aria interna; carichi termici; termofisica dell'involucro edilizio. Particolare attenzione è dedicata al dimensionamento e alla gestione/regolazione di: impianti, reti idroniche e aerauliche; terminali di scambio termico; gruppi frigoriferi e pompe di calore (anche tenendo conto di aspetti e vincoli operativi ed economici).
Conoscenza e capacita' di comprensione: L'allievo, dovrà dimostrare di aver assimilato le conoscenze riguardanti: 1) la scelta dell'impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti, del benessere degli occupanti, della qualità dell’aria indoor e degli aspetti energetici ed economici riguardanti il sistema involucro-impianto; 2) il calcolo dei carichi termici invernali ed estivi del sistema; 3) la progettazione e la regolazione dei vari componenti dell'impianto di climatizzazione (centrale termo-frigorifera, rete di distribuzione dei fluidi termovettori, terminali di scambio termico, sistema di controllo, etc.) in base ai regolamenti vigenti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: L'allievo, dopo aver assimilato le conoscenze di questa disciplina, dovrà essere in grado di: 1) effettuare la scelta dell'impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti, del benessere degli occupanti, della qualità dell’aria indoor e degli aspetti energetici ed economici riguardanti il sistema involucro-impianto; 2) eseguire, anche mediante l'uso di specifici software, il calcolo dei carichi termici invernali ed estivi del sistema; 3) eseguire la progettazione e la regolazione dei vari componenti dell'impianto di climatizzazione (centrale termo-frigorifera, rete di distribuzione dei fluidi termovettori, terminali di scambio termico, sistema di controllo, etc.) in base ai regolamenti vigenti e mediante l'uso di specifici software anche con approccio BIM (Building Information Modelling).

ARIA UMIDA [0,50 CFU] – Proprietà termodinamiche. Diagramma psicrometrico. Trasformazioni elementari. Applicazioni.
VINCOLI PROGETTUALI PER IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO E LA QUALITÀ DELL’ARIA [0,25 CFU] - Metabolismo e termoregolazione. Indici di comfort. Ventilazione naturale e forzata, efficienza di ventilazione. Condizioni di progetto interne.
CARICO TERMICO E FRIGORIFERO [0,375 CFU] - Condizioni di progetto esterne. Contributi per trasmissione, ventilazione e infiltrazione, ponti termici, potenza di ripresa. Contributi solari ed endogeni per il caso estivo. Stima del carico complessivo ai fini del dimensionamento dell’impianto.
IMPIANTI DI RISCALDAMENTO [0,50 CFU] - Generatori di calore. Pompe. Reti monotubo, a due tubi e a quattro tubi. Vasi di espansione e dispositivi di sicurezza. Valvole a due e tre vie. Applicazioni.
PROGETTAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DELL'ACQUA [1 CFU] - Materiali. Cadute di pressione nelle reti percorse da liquidi. Calcolo delle cadute di pressione distribuite e concentrate. Progettazione e il bilanciamento delle reti idroniche dell’impianto. Applicazioni.
TERMINALI PER LO SCAMBIO TERMICO [0,50 CFU] - Analisi, dimensionamento e regolazione di radiatori, ventilconvettori, aerotermi, termoconvettori e pannelli e strisce radianti. Applicazioni.
IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE [1,50 CFU] - Classificazione degli impianti. Impianti centralizzati: calcolo della portata d'aria trattata, dimensionamento dei componenti dell’UTA, regolazione a carico parziale. Impianti centralizzati multizona. Impianti misti aria-acqua: calcolo della portata di aria primaria, dimensionamento dei componenti dell’UTA e dei terminali locali di scambio termico. Impianti a doppio condotto. Impianti a portata variabile. Sistemi autonomi ad espansione diretta. Recuperatori di calore: classificazione ed efficienza. Ventilatori. Free cooling. Criteri per la scelta dell'impianto e analisi economica. Applicazioni.
PROGETTAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DELL'ARIA [1 CFU] – Materiali e geometrie. Distribuzione dell'aria: immissione in ambiente, diffusori e ripresa. Calcolo delle cadute di pressione distribuite e concentrate nei canali. Progettazione e bilanciamento delle reti aerauliche dell’impianto HVAC. Applicazioni.
GRUPPI FRIGORIFERI E POMPE DI CALORE [0,375 CFU] - Gruppi a compressione di vapore, sorgenti e pozzi di energia termica. Indici di prestazione. Componenti dei gruppi frigoriferi e delle pompe di calore. Soluzioni innovative e per il risparmio energetico. Applicazioni.

Il voto è formulato in base all'esito della prova scritta, alla qualità dell'elaborato progettuale e delle risposte fornite dallo studente durante la prova orale. La votazione finale è accuratamente motivata allo studente.

Appunti del docente.

Il corso ha l’obiettivo di fornire le conoscenze specialistiche relative al funzionamento, all’analisi delle prestazioni e alla progettazione dei sistemi di conversione per l’energia eolica, idroelltrica e marina.
Si affrontano con approccio fluidodinamico le problematiche connesse con l’esercizio, la regolazione, l’installazione e il dimensionamento di massima delle macchine trattate nel corso.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le principali problematiche fluidodinamiche riguardanti il funzionamento, la progettazione e l’installazione delle turbine eoliche ed idrauliche.
Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per procedere all’analisi delle prestazioni e alla progettazione fluidodinamica delle macchine analizzare nel corso.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare gli strumenti metodologici e teorici appresi durante il corso alla progettazione fluidodinamica, all’analisi delle prestazioni e all’installazione delle turbine eoliche, idrauliche e ai dispositivi di conversione del moto ondoso e delle maree.

• Generalità e definizione dei sistemi di conversione per l’energia idraulica e dei loro componenti, principi di trasferimento del lavoro e analisi dimensionale.
• Turbina Pelton.
• Turbina Francis.
• Turbina Kaplan.
• Scelta e dimensionamento delle macchine motrici idrauliche.
• Classificazione e architettura dei sistemi di conversione per l’energia eolica e dei loro componenti, principi di trasferimento del lavoro, analisi dimensionale, curve caratteristiche, regolazione delle turbine eoliche.
• Teoria del momento assiale e generalizzata. Teoria dell'elemento di pala.
• “Blade-Element/Momentum Theory”. Esercitazione: analisi delle prestazioni di una turbina eolica ad asse orizzontale tramite codice open-source.
• Progetto fluidodinamico di una turbina eolica ad asse orizzontale. Esercitazione.
• Generalità e definizione dei sistemi di conversione per l’energia del moto ondoso e delle maree.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

Dispense e slides del corso.

Il Corso ha l’obiettivo di approfondire lo studio degli impianti con turbina a gas di ultima generazione, integrati anche con sistema di energia rinnovabile per un basso impatto ambientale. Si affronterà lo studio di propulsori aeronautici sia di tipo convenzionale sia in assetto ibrido. Con riferimento a sistemi di produzione di energia elettrica, si approfondiranno in particolare le metodologie più recenti disponibili per la riduzione dei consumi e delle emissioni inquinanti, nonché dell’anidrite carbonica. A tale scopo, si affronterà lo studio di sistemi di combustione innovativi (combustori DLN, LPP, RQL) e si quantificherà il loro impatto sulla produzione di emissioni inquinanti, in particolare di NOx. Sarà affrontato lo studio di combustibili innovativi derivati da biomasse o da reforming e miscele con idrogeno. L’impianto con turbina a gas sarà esaminato in assetto cogenerativo e integrato con campo solare e/o sistemi ORC (Organic Rankine Cycle) e/o celle a combustibile. Sarà affrontato lo studio di cicli misti gas/vapore (STIG, RWI, HAT) e cicli combinati. Durante il corso saranno utilizzati programmi di calcolo come Matlab, Gasturb e Ansys Fluent.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei sistemi di produzione di energia elettrica e di propulsione aeronautica con riferimento alle prestazioni, consumi ed emissioni inquinanti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di saper analizzare i sottosistemi che compongono una turbina a gas, le possibili applicazioni e indirizzare le scelte progettuali.

[0.5 CFU] Situazione attuale e prospettive future di impiego di turbine a gas (TG) per la produzione di energia elettrica e per la propulsione aeronautica: obiettivi progettuali di TG di ultima generazione compatibili con basso impatto ambientale . Emissioni inquinanti da TG. [1 CFU] Impianti tradizionali e ad alte prestazioni. Applicazioni delle TG. Richiami al ciclo termodinamico di una turbina a gas. Esempi di impianti con rigenerazione, interrefrigerazione, post-combustione. Potenza e rendimento di impianto. [1 CFU] Combustibili e combustione nella TG: combustibili tradizionali e innovativi; studio delle diverse geometrie di un combustore (RQL, LPP, DLN). Esempi di calcoli di combustione al variare del combustibile e delle condizioni di funzionamento. Combustibili ossigenati da reforming a vapore ed ossidazione parziale. Sequestro e cattura della CO2. [1 CFU] Regolazione di potenza di una TG; curve caratteristiche di compressore e turbina; matching dei componenti e dominio di funzionamento. Applicazioni numeriche con Gasturb. Cicli misti gas/vapore (STIG, RWI, HAT) e ciclo combinato. [0,5 CFU] Esercitazioni: Realizzazione di un codice in matlab per lo studio del ciclo Joule e della caldaia a recupero; Utilizzo del programma Gasturb. [1 CFU] Materiali per le palette di una turbina. Sistemi di raffreddamento. La microturbina a gas e sue applicazioni in microgrid. Transitorio di una MTG e descrizione di un algoritmo di ottimizzazione con controllore automatico. [1 CFU] Sistemi solare-termodinamico. Integrazioni di TG con campo solare (collettori o torre solare). Analisi termo-economica di un impianto di MTG e torre solare. Sistema ORC: scelta del fluido organico e dell’espansore. Sistema integrato MTG e impianto ORC. Celle a combustibile. [1,5 CFU] Propulsione aeronautica: turbogetto, turbofan, motori ad elica, endoreattori. Esercitazione con GASTURB. [0.5 CFU] Sistemi di propulsione ibrida (serie/parallelo/schemi avanzati) per velivoli ad elica: definizione delle tipologie principali del sistema di propulsione e della ripartizione dei flussi energetici tra motore termico ed elettrico. Caso applicativo. [1 CFU] Cenni di calcolo numerico. Modelli di turbolenza, iniezione, combustione. Calcolo numerico di CFD per la descrizione dei fenomeni di spray e combustione nel combustore di una turbina a gas. Applicazioni con codice 3D Ansys Fluent.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense e slides del corso; libro di Turbine a gas e cicli combinati, G.Lozza

Il corso, di fondamentale importanza per ingegneri che si occupano di aspetti energetici, mira a sviluppare conoscenze sulla progettazione energeticamente efficiente del sistema involucroimpianto (edificio, nave, treno, autoveicolo, aeromobile) anche in un'ottica di sostenibilità economica ed ambientale. Si forniscono le conoscenze fondamentali sulla termofisica dell'involucro e sugli impianti di climatizzazione evidenziandone gli aspetti tecnico-applicativi con particolare attenzione all'efficienza energetica.
Conoscenza e capacita' di comprensione: L'allievo, dovrà dimostrare di aver assimilato le conoscenze riguardanti: 1) la scelta dell'impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti, del benessere degli occupanti e degli aspetti energetici ed economici riguardanti il sistema involucro-impianto; 2) il calcolo dei carichi termici invernali ed estivi del sistema; 3) il fabbisogno energetico e la classe energetica del sistema secondo le norme vigenti e in relazione al riscaldamento invernale, al raffrescamento estivo e alla produzione di acqua calda sanitaria; 4) la progettazione e la regolazione dei vari componenti dell'impianto di climatizzazione (centrale termo-frigorifera, rete di distribuzione dei fluidi termovettori, terminali di scambio termico, sistema di controllo, etc.) in base ai regolamenti vigenti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: L'allievo, dopo aver assimilato le conoscenze di questa disciplina, dovrà essere in grado di: 1) effettuare la scelta dell'impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti, del benessere degli occupanti e degli aspetti energetici ed economici riguardanti il sistema involucro-impianto; 2) eseguire, anche mediante l'uso di specifici software, il calcolo dei carichi termici invernali ed estivi del sistema; 3) valutare, anche mediante l'uso di specifici software, il fabbisogno energetico e la classe energetica del sistema secondo le norme vigenti e in relazione al riscaldamento invernale, al raffrescamento estivo e alla produzione di acqua calda sanitaria nello scenario di riferimento ed in quello relativo ad una possibile riqualificazione del sistema; 4) eseguire la progettazione e la regolazione dei vari componenti dell'impianto di climatizzazione (centrale termo-frigorifera, rete di distribuzione dei fluidi termovettori, terminali di scambio termico, sistema di controllo, etc.) in base ai regolamenti vigenti e mediante l'uso di specifici software anche con approccio BIM (Building Information Modelling).

ARIA UMIDA [0,5 CFU] - Proprietà termodinamiche dell’aria umida. Diagrammi psicrometrici. Trasformazioni elementari dell'aria umida. Applicazioni.
VINCOLI PROGETTUALI PER IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO E LA QUALITÀ DELL’ARIA [0.5 CFU] - Metabolismo. Sistema di termoregolazione. Valutazione del benessere termoigrometrico. Indici per la valutazione del benessere. Ventilazione naturale e forzata. Efficienza di ventilazione. Condizioni interne di progetto. Applicazioni.
CARICO TERMICO INVERNALE [1 CFU] - Stima del carico termico. Carichi termici per trasmissione attraverso l’involucro. Ponti termici. Correzioni. Carichi termici per ventilazione. Potenza di ripresa. Carico termico totale. Applicazioni.
CARICO TERMICO ESTIVO [1 CFU] - Dinamicità dei fenomeni. Carichi sensibili e latenti. Stima dei carichi frigoriferi attraverso il metodo Carrier. Carico termico per radiazione solare attraverso il vetro. Carico termico per trasmissione attraverso i vetri. Carico termico per trasmissione attraverso le strutture opache - temperatura sole-aria. Carichi interni. Carico per ventilazione e infiltrazioni d’aria. Applicazioni.
IMPIANTI DI RISCALDAMENTO [0.5 CFU] - Generatore di calore. Pompe. Rete di distribuzione: monotubo, a due tubi, a quattro tubi. Vaso di espansione. Dispositivi di sicurezza. Valvole a due e tre vie. Caratteristiche di funzionamento del circuito idraulico. Applicazioni.
PROGETTAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’ACQUA [1 CFU] - Materiali impiegati per i condotti. Cadute di pressione nelle reti di distribuzione percorse da liquidi. Calcolo delle cadute di pressione distribuite e concentrate. Dimensionamento delle reti di distribuzione dell’acqua. Applicazioni.
I TERMINALI PER LO SCAMBIO TERMICO [0.5 CFU] - Analisi, dimensionamento e regolazione dei radiatori, ventilconvettori, aerotermi, termoconvettori e pannelli radianti. Applicazioni.
EFFICIENZA ENERGETICA [1 CFU] - Definizioni e parametri di riferimento: grado giorno, destinazione d’uso degli edifici, periodo di funzionamento dell’impianto di riscaldamento, valori della temperatura ambiente, rendimento globale medio stagionale, regolazione, fabbisogno d'energia per il riscaldamento ed il raffrescamento dell'edificio e per la produzione di acqua calda sanitaria. Obblighi e verifiche da effettuare. Procedure per la diagnosi e certificazione energetica. Soluzioni progettuali e costruttive per il miglioramento dell'efficienza dell'involucro. Analisi economica. Applicazioni.
IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE [1.5 CFU] - Classificazione degli impianti. Impianti centralizzati semplici: calcolo della portata d’aria trattata, regolazione a carico parziale. Impianti centralizzati multizona. Impianti misti aria-acqua: l'aria primaria, calcolo della potenza frigorifera e termica del terminale di scambio locale, impianti ad aria primaria e ventilconvettori. Impianti a doppio condotto. Impianti a portata variabile. Sistemi autonomi ad espansione diretta. Recuperatori di calore: classificazione, efficienza del recuperatore. Ventilatori. Free cooling. Criteri per la scelta dell'impianto. Applicazioni.
PROGETTAZIONE DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’ARIA [1 CFU] - Distribuzione dell’aria: immissione dell’aria in ambiente, diffusori. Ripresa dell’aria. Calcolo delle cadute di pressione distribuite e concentrate nei canali. Pressione in corrispondenza dei diffusori. Dimensionamento dei canali dell’aria. Applicazioni.
GRUPPI FRIGORIFERI E POMPE DI CALORE [0.5 CFU] - Gruppi a compressione di vapore: generalità sul ciclo termodinamico, sorgenti e pozzi d’energia termica, macchine a compressione di vapore azionate da motore elettrico. Indici di prestazione. Componenti dei gruppi frigoriferi/pompe di calore. Gruppi frigoriferi/pompe di calore di ultima generazione. Analisi di mercato. Applicazioni.

Il voto è formulato in base all’esito della prova scritta, alla qualità dell’elaborato progettuale e delle risposte fornite dallo studente durante la prova orale. La votazione finale èaccuratamente motivata allo studente.

Appunti del docente.

Il Corso fa acquisire all’allievo la capacità di svolgere lavoro professionale nel campo specifico, evidenziando sia gli aspetti tecnici che quelli economici della progettazione, della installazione ed esercizio degli impianti di generazione termica, utilizzando quanto maturato in corsi precedenti e collaterali. Il Corso trasmette inoltre conoscenze scientifiche e professionali circa gli impianti di generazione termica, sottolineando la molteplicità di collegamenti con fenomenologie di base e di aree culturali affini.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei moderni impianti di generazione termica, con riferimento alle diverse modalità di produzione e trasferimento e distribuzione del calore, alle prestazioni di tali impianti e ai relativi sistemi di controllo e ai sistemi di riduzione e abbattimento degli inquinanti.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di eseguire una progettazione di massima di un moderno impianto di generazione termica con relativo sistema di controllo e gestione, nonché dei principali sistemi di riduzione e abbattimento delle sostanze inquinanti da essi prodotte.

[0,5 CFU] Classificazione dei generatori di vapore e degli impianti di generazione termica. Caratteristiche costruttive e funzionali dei generatori di vapore a tubi di fumo e a tubi d’acqua [1 CFU] Analisi delle prestazioni energetiche di un impianto di generazione termica e delle relative perdite. Rendimento del generatore di vapore secondo le formulazioni diretta e inversa. Perdita per calore sensibile dei fumi, per incombusti, attraverso l’involucro e per spurgo di caldaia [1 CFU] Produzione di calore per combustione. Stechiometria della combustione e principali parametri ( rapporto aria/combustibile, indice d’aria, eccesso d’aria, concentrazione di ossigeno nei fumi in funzione dell’eccesso d’aria). Atomizzazione dei combustibili liquidi. Caratteristiche costruttive e funzionali dei bruciatori stazionari per impianti di generazione termica. Irraggiamento in camera di combustione [1 CFU] Analisi dello scambio termico nei generatori di vapore. Analisi dei modelli per lo scambio termico in regime bifase con particolare riferimento alle tubazioni degli evaporatori. Valutazione dei coefficienti di scambio termico nelle diverse sezioni degli impianti di generazione termica (evaporatori, economizzatori, surriscaldatori, preriscaldatori d’aria). Analisi delle condizioni di funzionamento degli evaporatori a circolazione naturale (cifra di circolazione, perdite di carico, determinazione della portata circolante). [1 CFU] Analisi delle tecniche primarie e secondarie per la riduzione e l’abbattimento degli inquinanti prodotti dagli impianti di generazione termica [1 CFU] Principi di regolazione degli impianti di generazione termica. Regolatori PID ( proporzionali, integrativi derivativi): logiche di intervento e metodi di taratura [1 CFU] Valvole di regolazione e valvole di sicurezza: principi di funzionamento e criteri di scelta [1 CFU] Criteri di dimensionamento degli impianti di distribuzione dell’energia termica e scelta dei principali componenti (pompe, scambiatori di calore, tubazioni, collettori, vasi di espansione, serbatoi di accumulo termico, valvole a tre vie) [1 CFU] Generatori di vapore a recupero. Generatori di vapore integrati nei termovalorizzatori. Caldaie ad olio diatermico [0,5 CFU] Utilizzo delle biomasse per la produzione di energia termica. Produzione di vapore da impianti geotermici

Esame orale con verifica della parte teorica ed esercitativa
Esercizi teorici e spiegazione delle prove di laboratorio

Termoidraulica dei flussi bifase: Autori Ruben Scardovelli, Sandro Manservisi Editore: Esculapio
La progettazione di centrali termiche a metano e GPL. Scelte dei componenti, dimensionamenti, procedure progettuali, esempi di calcolo di Andrea Taddei (Autore) Maggioli Editore , 2017
Generatori di vapore d i Donatello Annaratone (Autore) Maggioli Editore, 201 7
Guida pratica al controllo di base. Come funzionano i regolatori PID di Massimiliano Veronesi Editore: Editoriali Delfino
Atomization and Sprays Edizione Inglese di Arthur H. Lefebvre (Autore), Vincent G. McDonell (Autore)
Fluid Mechanics of Control Valves: How Valves Control Your Process – 1 marzo 2019 Edizione Inglese di Hans D. Baumann (author)
Appunti e dispense delle lezioni

Fornire agli studenti le nozioni fondamentali relative alle tipologie di impianti di produzione da fonti tradizionali e da fonti rinnovabili, e alle modalità di previsione statistica del carico e della produzione per tali fonti, anche con l’ utilizzo di adeguati programmi di calcolo. Ciò anche al fine di poter acquisire i criteri ottimali di scelta e dimensionamento di tali sistemi
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscere e comprendere le tematiche inerenti agli impianti di produzione sia di tipo convenzionale che di tipo rinnovabile e i loro criteri di scelta e dimensionamento
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di applicare le conoscenze acquisite circa i principi di base dei sistemi di produzione, e delle modalità di previsione statistica del carico e della produzione sia da fonti convenzionali che rinnovabili, anche con l’ utilizzo di adeguati programmi di calcolo in ambiente Matlab ®.

[2 CFU] Generalità sui sistemi elettrici per l'energia e sugli impianti di produzione dell’energia elettrica. Definizioni e concetti di base. Richiami di elettrotecnica sui sistemi elettrici in corrente continua, corrente alternata monofase e trifase. Rappresentazione delle Linee e generalità sul funzionamento di un sistema elettrico in regime permanente sinusoidale. Cenni di analisi di Affidabilità dei Sistemi.
[2 CFU] Fonti di energia rinnovabili e tradizionali. Tipologie di centrali di produzione. Cenni sul sistema italiano di trasmissione e distribuzione. Impianti eolici. Impianti fotovoltaici. Impianti idroelettrici. Cenni ad altri sistemi basati su fonti di energia rinnovabili. La Produzione di Energia Elettrica in Italia e nel mondo: statistiche e trend per le varie fonti.
[2 CFU] Richiami di calcolo delle probabilità e di Statistica, finalizzati alla previsione del carico (“Load forecasting”) e della generazione aleatoria. Cenni ai Processi Stocastici e alle Serie Storiche. Distribuzioni (Beta, Gamma, Weibull etc.) adatte alla caratterizzazione della velocità del vento, e relativo Calcolo dei parametri statistici della potenza eolica. Elementi di Analisi dei Rischi e delle Decisioni. Esempi di Decisioni ottimali per la scelta e il dimensionamento di un sito eolico o fotovoltaico.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione

Appunti redatti dal docente.
Testi consigliati:
G. M. Masters: Renewable and Efficient Electric Power Systems , Wiley-Interscience, John Wiley & Sons.
R. Caldon, F. Bignucolo, Impianti di Produzione dell’Energia Elettrica , Società Editrice Esculapio.
F. M. Gatta, Impianti Elettrici , Esculapio, 2014
Wenyuan Li “ Risk Assessment of Power Systems ”, IEEE Press, 2004

Acquisire conoscenze specifiche nel settore dell'energia idraulica, considerando anche l'impatto ambientale degli impianti, con particolare riguardo ai seguenti settori: produzione di energia idroelettrica a grande scala; produzione di energia idroelettrica di piccola taglia (pico, micro, mini e small hydro); analisi di fattibilità tecnica–economica
Conoscenza e capacita' di comprensione: Durante il corso lo studente sarà in grado di comprendere le modalità con le quali produrre energia idroelettrica utilizzando le fonti naturali. Lo studente acquisirà inoltre consapevolezza sugli impatti che gli impianti hanno sull’ambiente e sarà informato sulle più recenti modalità di produzione di energia idroelettrica maggiormente sostenibili dal punto di vista ambientale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente svilupperà capacità nell'applicazione di strumenti per la definizione dei bacini idrografici, per la stima della portata da turbinare in funzione del tipo di impianto, per la scelta ottimale della turbina basata su criteri economici, attraverso un percorso di apprendimento che include l'insegnamento convenzionale e la redazione di un progetto.

Il ruolo dell’energia idraulica in Italia. Quadro normativo europeo, italiano e regionale. Ciclo e Bilancio idrologico. Gli impianti idroelettrici di produzione e pompaggio: tipi fondamentali, schemi funzionali, opere principali. Impianti a deflusso: curve di durata e loro regionalizzazione, curve di utilizzazione. Impianti a serbatoio: curve di possibilità di regolazione. Turbine idrauliche: turbine ad azione e reazione, triangoli di velocità, numero di giri caratteristico, curve di rendimento. Gli impianti idroelettrici di piccola taglia (pico, micro, mini, small hydro): schemi impiantistici. L’impatto ambientale degli impianti idroelettrici. Il Deflusso Minimo Vitale (DMV): cornice legislativa, metodologie di calcolo. Sostenibilità economica di un progetto.

La prova orale verterà sul programma del corso e, in particolare, sull’elaborato progettuale predisposto.

Appunti delle lezioni.
Evangelisti G., Impianti idroelettrici, vol. I, Patron
Evangelisti G., Impianti idroelettrici, vol. II, Patron
Testi di approfondimento: M. Tanzini: Impianti Idroelettrici –Progettazione e Costruzione, Dario Flaccovio Editore. ISBN 978-88-579-0192

Il corso si propone di fornire conoscenze teoriche ed applicate dei sistemi per la conversione dell’energia solare in energia termica ed elettrica. Partendo dai fondamenti dell'energia solare e dei principi di conversione, il corso fornirà le basi per la progettazione di sistemi alimentati da energia solare (termici, fotovoltaici ed ibridi) per differenti tipologie di applicazione (civili e industriali) ed in funzione delle possibili condizioni climatiche (radiazione solare, etc.). Saranno forniti principi di progettazione per impianti solari (sia con collettori planari che a concentrazione) anche attraverso: i) la modellazione del sistema; ii) la simulazione dinamica delle prestazioni energetiche, economiche e d’impatto ambientale; e iii) l’ottimizzazione di alcuni parametri progettuali e d’esercizio secondo diverse funzioni obiettivo. Saranno anche valutate le condizioni ottimali di gestione e manutenzione del sistema.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente sarà in grado di comprendere i concetti di base ed i fenomeni fisici relativi alla conversione dell'energia solare e alle relative applicazioni, compresi gli aspetti energetici, ambientali ed economici. Inoltre, sarà in grado di valutare e selezionare le tecnologie d’impianto più appropriate in base all’utenza ed alle condizioni al contorno, nonché di condurre la progettazione preliminare di un impianto solare e dei suoi principali componenti. Lo studente dovrà inoltre dimostrare le competenze sviluppate sulle tecniche di modellizzazione per la simulazione dinamica delle prestazioni energetiche, economiche e ambientali di sistemi and energia solare, con l'obiettivo di valutarne il funzionamento a carico parziale e i principali indici di prestazione relativi al suo funzionamento.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di applicare conoscenza e comprensione Al termine del corso, lo studente sarà in grado di condurre la progettazione preliminare di un sistema solare, sviluppando ed analizzando un caso studio anche attraverso la modellazione e simulazione dinamica del sistema valutandone il funzionamento ottimale. Obiettivo del progetto è individuare il miglior layout del sistema dimensionando i vari componenti del sistema attraverso un’ottimizzazione termoeconomica. Sfruttando le conoscenze acquisite, lo studente sarà in grado di: i) sviluppare il modello energetico di diverse tipologie di impianti solari; ii) definire le specifiche dei diversi componenti dell'impianto; iii) eseguire il calcolo e l'ottimizzazione della produzione energetica del sistema considerato; iv) effettuare la progettazione ottimale degli impianti valutandone il funzionamento attraverso la simulazione dinamica delle relative prestazioni energetiche, economiche e d’impatto ambientale.

[0.5 CFU] ENERGIA SOLARE: FONDAMENTI (4 ore) Introduzione: radiazione solare; spettro solare; radiazione solare extraterrestre; radiazione solare a livello del suolo. Geometria solare. Parametri solari e angoli caratteristici. Modelli di cielo. Strumenti e metodi per la misura della radiazione solare. Disponibilità e utilizzabilità della radiazione solare. [1 CFU] SISTEMI PER LA CONVERSIONE SOLARE TERMICA (8 ore) Tipologie di collettori piani (FTC ed ETC) e a concentrazione (PTC, PDR, LFR, HFC, CTC). Trasmissione dell’energia termica: principali aspetti. Proprietà ottiche di coperture, specchi e rivestimenti. Trasmittanza-assorbimento: dipendenza direzionale e spettrale. Radiazione solare assorbita. Definizione della curva di efficienza. Metodi di prova per collettori solari: standard americani ed europei. Applicazioni, vantaggi e svantaggi. Strumenti per la modellazione e simulazione dinamica di collettori solari termici. [2.5 CFU] PROGETTAZIONE PRELIMINARE DI SISTEMI SOLARI TERMICI (20 ore) Parametri ed indicatori per il calcolo dell’efficienza energetica di collettori solari termici. Criteri per la modellazione di collettori solari termici piani e metodi di progettazione semplificati e preliminari. Fluidi termovettori e accumuli termici. Applicazioni a bassa, media ed alta temperatura e criteri di selezione per l’integrazione ed il dimensionamento preliminare di impianti solari. Tecnologie e impianti: solar heating and cooling; sistemi per il solare termodinamico; solar desalination; applicazioni civili e industriali. Integrazione architettonica. Definizione di casi studio per il dimensionamento preliminare e per l’implementazione di strategie di controllo per l’ottimizzazione energetica, economica, e di impatto ambientale di sistemi solari termici. Tecniche di modellazione e simulazione dinamica delle prestazioni energetiche di impianti solari termici. [2 CFU] SISTEMI PER LA CONVERSIONE SOLARE FOTOVOLTAICA (12 ore) Principi di funzionamento delle celle fotovoltaiche, tecnologie fotovoltaiche e sviluppi recenti. Componenti principali di un impianto fotovoltaico, accumulo, configurazioni di impianto. Criteri di progettazione di impianti off-grid e grid-connected. Criteri per il dimensionamento preliminare di un impianto fotovoltaico: componenti e criteri di accoppiamento. Sistemi fotovoltaici avanzati e sistemi ibridi PVT. Integrazione architettonica. Definizione e sviluppo di casi studio per il dimensionamento preliminare di impianti fotovoltaici. Strumenti per la modellazione, simulazione e progettazione preliminare di impianti fotovoltaici. Ottimizzazione energetica ed economica.

Il voto è formulato in base all’esito delle prove scritte, alla qualità dell’elaborato progettuale presentato e all’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente durante la prova orale.

Appunti del docente (disponibili sul sito docenti). Testo: Soteris A. Kalogirou. Solar Energy Engineering 2nd Edition. Academic Press (2013)

Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.

Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.

Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.

T.E. Graedel and B.R. Allenby - Industrial Ecology and Sustainable Engineering. Pearson Education, USA, 2009
D.T. Allen and D.R. Shonnard, Sustainable Engineering –Concepts, Design, and Case Studies, Prentice Hall, USA, 2012
Lecture notes provided during the course.

Lo studente acquisirà la conoscenza dei metodi utilizzati per ingegnerizzare le proprietà funzionali dei materiali nanofasici, sia quelli più comunemente usati che quelli ancora in fase sperimentale. Lo studente svilupperà, inoltre, la comprensione dei meccanismi alla base delle applicazioni di materiali nanofasici in diverse tecnologie optoelettroniche e biologiche. Infine, acquisirà´ una visione d’insieme delle principali procedure di fabbricazione attualmente utilizzate e di quelle potenzialmente utilizzabili nella pratica industriale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente sarà in grado di identificare e di progettare i materiali nanofasici più adatti ad una particolare applicazione. Lo studente saprà autonomamente indentificare nuovi potenziali materiali nanofasici e possibili sviluppi tecnologici per migliorare il funzionamento applicativo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente svilupperà la capacita di illustrare in modo chiaro e comprensibile i concetti fondamentali della progettazione e applicazione dei materiali nanofasici ad un pubblico eterogeneo. Lo studente imparerà a reperire fonti qualificate e ad utilizzarle autonomamente ai fini di un aggiornamento continuo delle sue competenze culturali relative ai materiali nanofasici e alle loro applicazioni.

● Introduzione.
● Sintesi.
● Struttura e superfici.
● Proprietà meccaniche
● Proprietà elettriche e di trasporto
● Proprietà ottiche
● Proprietà magnetiche
● Applicazioni
Analisi dei materiali nanofasici di diversa natura. Sintesi e caratterizzazione. Proprietà e applicazioni.

Seminari intercorso e colloquio finale.
Seminari intercorso e colloquio finale.

Appunti forniti dal docente, testi di riferimento e articoli scientifici.

Il corso mira a fornire le conoscenze di base relativamente a:

• strategie di protezione e risanamento ambientale, con particolare riferimento a quelle di interesse per il comparto idrico;
• informazioni relative alle componenti ambientali, alle sorgenti e agli effetti dei fenomeni di inquinamento e alle strategie di mitigazione;
• i principali parametri chimici, fisici e biologici per la caratterizzazione delle acque destinate al consumo umano, delle acque potabili e delle acque reflue urbane;
• i principi delle soluzioni tecniche e delle configurazioni impiantistiche per il trattamento di acque destinate al consumo umano e di acque reflue;
• i principi della gestione dei rifiuti solidi, con particolare riguardo a quelli di origine urbana.
  Conoscenza e capacita' di comprensione: Ci si aspetta che lo studente acquisisca, a livello di base, la conoscenza de: a) i fenomeni naturali che influenzano la qualità dei corpi idrici; b) le caratteristiche delle acque naturali e minerali, nonchè di quelle destinate al consumo umano; c) le principali soluzioni tecniche per il trattamento delle acque; d) le caratteristiche delle acque reflue; e) i principali fenomeni di inquinamento indotti da attività antropiche; f) i riferimenti legislativi in materia di classificazione dei corpi idrici e prevenzione dall'inquinamento; g) le principali soluzioni tecniche per il trattamento delle acque reflue urbane e dei fanghi; h) i principi di gestione dei rifiuti solidi.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Ci si aspetta che lo studente sia in grado di identificare le cause che determinano le più ricorrenti situazioni di inquinamento ambientale, individuando, per tali situazioni, le soluzioni tecniche maggiormente adeguate in relazione agli obiettivi che si intendono perseguire. In particolare, relativamente agli ambienti idrici, lo studente sarà in grado di calibrare gli interventi volti alla produzione di acque idonee all’approvvigionamento idropotabile nonché alla depurazione di reflui di origine urbana.

• Introduzione all’Ingegneria Sanitaria Ambientale. Componenti ambientali, strategie per la tutela e la gestione dell'ambiente.
• Caratteristiche di qualità dei corpi idrici: obiettivi di qualità ambientale e per specifica destinazione, classificazione delle risorse superficiali e sotterranee.
• Acque di approvvigionamento: caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche, normativa.
• Normativa di riferimento in materia di potabilizzazione. Principi dei processi di trattamento. Descrizione dei principali schemi di potabilizzazione delle acque.
• Inquinamento dei corpi idrici: fonti, effetti, capacità di autodepurazione.
• Acque reflue: caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche, carichi inquinanti, disciplina degli scarichi, normativa, principi dei processi depurativi, smaltimento finale.
• Rifiuti solidi (cenni): caratteristiche, normativa, fasi della gestione, principi dei sistemi di trattamento e smaltimento.

Lo studente deve dimostrare di: i) avere acquisito una buona conoscenza delle più significative caratteristiche di qualità delle acque; ii) saper individuare le tecniche di protezione più adeguate in relazione alle istanze e agli obiettivi per la relativa salvaguardia; iii) conoscere i principi su cui si fonda la gestione dei rifiuti solidi e le strategie di implementazione di tali principi in riferimento ai rifiuti urbani.

• Dispense e appunti del corso
• G. d’Antonio - Ingegneria Sanitaria Ambientale: esercizi e commento di esempi numerici. Editore Hoepli.

Il principale obiettivo del corso è fornire agli studenti le conoscenze di base dell’illuminotecnica e dell’acustica applicata necessarie per conseguire buone condizioni di benessere ambientale. Lo studente imparerà a valutare i sistemi di illuminazione sulla base delle caratteristiche tecniche degli apparecchi di illuminazione e dei sistemi di controllo automatico. Inoltre lo studente acquisterà competenze per affrontare semplici valutazioni inerenti alla propagazione, descrizione e percezione dei suoni all’aperto ed in ambienti chiusi, alle strategie disponibili per migliorare l’isolamento acustico negli edifici e la qualità dell’ascolto negli ambienti confinati, nonché per mitigare l’inquinamento acustico ambientale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Gli studenti conosceranno le grandezze fotometriche e saranno in grado di collegare gli aspetti fisiologici e percettivi della visione a parametri quantitativi per la valutazione della qualità della luce ambientale, attraverso la valutazione delle prestazioni e del benessere visivo, degli aspetti cromatici e degli effetti non visivi della luce.
Inoltre gli studenti apprenderanno i parametri di base per la descrizione del campo sonoro e le relazioni fondamentali utili per valutare e controllare la propagazione sonora all’aperto, per valutare e migliorare la qualità acustica di sale di piccole e grandi dimensioni e per migliorare l’isolamento acustico per via aerea e per via strutturale negli edifici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti saranno capaci di utilizzare codici di calcolo ed apparecchi di misura per valutare la qualità dell’illuminazione negli ambienti interni, le caratteristiche delle sorgenti luminose e le proprietà ottiche delle superfici, i parametri acustici oggettivi per la valutazione della qualità dell’ascolto nelle sale, l’isolamento acustico in opera negli edifici e l’inquinamento acustico ambientale.

IL CONCETTO DI LUCE, LE GRANDEZZE FOTOMETRICHE, INTERAZIONE TRA LUCE E MATERIALI [1 CFU]: Introduzione al concetto di luce, il meccanismo della visione, le grandezze fotometriche (flusso luminoso, emettenza luminosa, intensità luminosa, luminanza, illuminamento). Proprietà ottiche dei materiali, fattori di riflessione, assorbimento e trasmissione spettrali e totali, riflessione speculare e diffusa, superficie lambertiana, aspetti cromatici dell’illuminazione, percezione cromatica, fondamenti di colorimetria.
LA MISURA DELLA LUCE E DEI COLORI. USO DI SOFTWARE PER IL CALCOLO ILLUMINOTECNICO [0,5 CFU]: Fotometri e spettro-radiometri. Modelli per il calcolo automatico degli illuminamenti e luminanze..
LE SORGENTI LUMINOSE [1 CFU]: Il concetto di sorgente e di apparecchio illuminante, caratteristiche tecniche, il solido fotometrico, la luce naturale.
REQUISITI PER L’ILLUMINAZIONE DEGLI AMBIENTI INTERNI (0.5 CFU): i parametri che descrivono la qualità dell’ambiente luminoso, comfort visivo, effetti non visivi della luce, risparmio energetico, strategie di gestione e controllo dell’impianto di illuminazione, cenni sull’illuminazione degli ambienti esterni.
FONDAMENTI DI ACUSTICA [0,25 CFU]: Frequenza, lunghezza d’onda, velocità del suono, livelli sonori, direttività delle sorgenti sonore, camera anecoica.
PROPAGAZIONE DEL SUONO ALL’APERTO [0,25 CFU]: Modelli per la descrizione di campi sonori elementari all’aperto; valutazione delle prestazioni delle barriere antirumore.
MISURA DEL SUONO E SENSAZIONE UDITIVA [0,5 CFU]: Analisi in frequenza di un segnale, filtra in bande di ottava e di 1/3 di ottava, fonometro, tipologie di microfoni e loro caratteristiche, sensazione uditiva dell’essere umano, filtro di ponderazione A, effetto Haas, mascheramento dei suoni, ascolto binaurale.
MATERIALI E SISTEMI FONOASSORBENTI [0,5 CFU]: Sistemi fonoassorbenti porosi, sistemi fonoassorbenti risonanti per risonanza di membrana e di cavità, sistemi fonoassorbenti microforati, metamateriali, esempi di sistemi fonoassorbenti e loro applicazioni, valutazione dell’assorbimento dell’aria, assorbimento minimo di una parete.
ACUSTICA DEGLI AMBIENTI CHIUSI [0,75 CFU]: Tempo di riverberazione, frequenze di risonanza e modi propri di un ambiente chiuso, acustica statistica, legge di Stryker ed Hopkins, distanza critica, formula di Sabine, ambienti acusticamente accoppiati, acustica delle sale con conversazioni multiple contemporanee, acustica geometrica: modelli del tracciamento dei raggi sonori e delle sorgenti immagine, risposta all’impulso, ecogramma energetico, misura del tempo di riverberazione, parametri acustici oggettivi per la valutazione della qualità dell’ascolto di una sala, esempi per la correzione acustica di sale.
TECNOLOGIE PER L’ISOLAMENTO ACUSTICO [0,75 CFU]: Trasmissione del rumore per via aerea e per via strutturale, potere fonoisolante, isolamento acustico normalizzato, livello di calpestio, fenomeno della coincidenza, legge della massa, calcolo del potere fonoisolante di partizioni doppie, calcolo del potere fonoisolante di partizioni composte, tecnologie per migliorare l’isolamento acustico per via strutturale, trasmissioni sonore attraverso cammini di propagazione laterali, procedure ed apparecchiature per la misura in opera dei descrittori dell’isolamento acustico, cenni alla normativa nazionale sull’isolamento acustico negli edifici.

La valutazione dello studente sarà basata su:
a) capacità di risolvere esercizi e problemi;
b) competenza acquisita sui contenuti del corso e sull'uso del linguaggio tecnico corretto

Appunti delle lezioni forniti dal docente. Ulteriori riferimenti e siti web utili verranno forniti durante le lezioni.

Fornire le competenze relative ai fabbisogni energetici dei settori industriali particolarmente energivori e sulle attuali tecniche di produzione di calore ad alta temperatura, sia per generatori di vapore che per forni industriali (produzione di acciaio, vetro, alluminio, ecc.). Acquisire le conoscenze relative ai meccanismi di scambio termico convettivi e radiativi nei suddetti impianti e ai meccanismi di produzione, mitigazione e abbattimento delle sostanze inquinanti connesse a tali processi. Quantizzare l’impronta carbonica dei suddetti processi e acquisire le conoscenze relative alle tecnologie in uso ed in via di sviluppo per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica connesse ai suddetti processi energetici, quali ad esempio l’utilizzo di combustibili alternativi a ridotto o nullo contenuto di carbonio (ammoniaca, idrogeno e loro miscele) con approccio LCA ( Life Cycle Assessment ), l’efficientamento energetico dei processi produttivi o l’elettrificazione. Valutare l’influenza dei combustibili alternativi sulla gestione dei processi di combustione, sui meccanismi di scambio termico e sulla produzione di inquinanti. Analizzare le opportunità energetiche ed ambientali e le problematiche relative all’utilizzo delle biomasse nel settore industriale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza dei moderni impianti di generazione termica e delle fornaci industriali, con riferimento alle diverse modalità di produzione del calore, alla loro impronta carbonica e alle attuali soluzioni per la riduzione della produzione di anidride carbonica ad essi correlata.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di calcolare l’impronta carbonica dei diversi processi produttivi basati sull’applicazione di elevate temperature e di applicare le soluzioni ottimali per ridurne la produzione di anidride carbonica

[0,5 CFU] Introduzione alla decarbonizzazione dei processi termici. Il ruolo dell'industria nella transizione energetica. Emissioni globali di CO₂. Settori hard-to-abate. Bilancio energetico e carbonico dell'industria. Impianti termici industriali: caldaie, forni, essiccatoi , impianti di processo. Tipologie di emissioni: dirette, indirette. Introduzione alla Carbon Footprint.
[1 CFU] Carbon footprint dei processi industriali. Bilanci di massa ed energia, Calcolo delle emissioni di CO₂, Emissioni da combustione, Emissioni di processo, Life Cycle Assessment (LCA), Carbon Intensity, KPI energetici. Applicazioni ai principali settori: acciaio, vetro, cemento, ceramica, carta, industria chimica.
[1 CFU] Combustibili low carbon . Evoluzione dei combustibili industriali e confronto delle emissioni specifiche.
Biomasse e biocombustibili: disponibilità, sostenibilità, ceneri, corrosione, fouling. Idrogeno: produzione e combustione. Problemi tecnologici: flashback, Nox, stabilità di fiamma, sicurezza, materiali. Combustibili sintetici: e-fuels, ammoniaca, metanolo, syngas. Confronto prestazionale. Retrofit degli impianti. Adattamento di caldaie, bruciatori e forni. Miscele: CH4/H2 , biometano, combustibili multipli.
[1 CFU] Recupero termico ed efficienza energetica. Fonti di perdita energetica: fumi, pareti, spurghi, raffreddamenti. Bilanci energetici. Recupero del calore, economizzatori, preriscaldatori aria, recuperatori, rigeneratori, condensazione dei fumi. Recupero avanzato: ORC, pompe di calore industriali, recupero da cascami termici, reti di calore industriali. Ottimizzazione energetica: pinch analysis, integrazione termica, cogenerazione. Digitalizzazione: monitoraggio energetico, sensori, digital twin, controllo avanzato AI per l'ottimizzazione energetica.
[1 CFU] Elettrificazione dei processi . Fondamenti dell'elettrificazione: motivazioni, limiti, disponibilità della rete. Tecnologie: riscaldamento resistivo, induzione, infrarosso, microonde, plasma. Confronto energetico. Applicazioni industriali: acciaio, alluminio, vetro, ceramica, trattamenti termici. Valutazioni economiche.
[1 CFU] Decarbonizzazione dei principali settori industriali. Industria siderurgica: altoforno, EAF, DRI, idrogeno, CCS. Industria del cemento: emissioni di processo, clinker, combustibili alternativi, CCS, nuovi leganti. Industria del vetro: forni fusori, elettrificazione, oxy-fuel, idrogeno. Confronto tra i diversi settori. Roadmap tecnologiche: costi, maturità tecnologica (TRL), scenari futuri.
[0,5 CFU] Tecnologie emergenti e scenari futuri. Carbon Capture: CCS, CCU, DAC. Applicazioni ai forni industriali. Valutazioni energetiche. Fabbriche carbon neutral: integrazione delle tecnologie, scenari Net Zero 2050, analisi tecnico-economica, casi studio industriali.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente. La sezione sarà completata in conformità con le prossime linee guida del PQA (Presidio della Qualità di Ateneo) della Federico II.

Testi di riferimento:
1. Industrial Furnaces, Sixth Edition. W. Trinks, M. H. Mawhinney, R. A. Shannon, R. J. Reed and J. R. Garvey Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Inc.
2. Industrial and process furnaces: principles, design and operation, Third edition, Barrie Jenkins, Peter Mullinger, Butterworth-Heinemann, Elsevier.
3. Theory and Calculation of Heat Transfer in Furnaces, Yanguo Zhang, Qinghai Li, Hui Zhou, Academic Press , Elsevier.
4. Dispense e slides del corso.

Il corso si propone di presentare le principali tecniche di macchine learning, coprendo tutti gli aspetti dalla preparazione dei dati alla valutazione delle prestazioni, attraverso esercitazioni pratiche con strumenti commerciali e/o open-source. Viene, inoltre, fornita un'introduzione al ciclo di vita dei Big Data e della Data Analytics, che riguarda la progettazione di database distribuiti ed il processo di modellazione, acquisizione, condivisione, analisi e visualizzazione delle informazioni contenute nei Big Data.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve conoscere i principali algoritmi di Machine Learning (ML) e deve dimostrare di saper scegliere l'algoritmo di ML più adatto a risolvere un problema specifico, in base ai requisiti del problema stesso. Lo studente deve conoscere le tecniche da utilizzare per valutare correttamente le prestazioni degli algoritmi di ML.
Inoltre, lo studente deve conoscere i principali framework di Big Data per acquisire, modellare, condividere, analizzare e visualizzare grandi quantità di informazioni. Lo studente deve inoltre dimostrare di essere in grado di scegliere il framework più adatto per affrontare i diversi task.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere problemi reali utilizzando le tecniche di Machine Learning. Lo studente deve inoltre dimostrare di saper valutare correttamente le prestazioni di un sistema di machine learning.
Lo studente deve dimostrare di essere in grado di gestire, modellare e analizzare grandi quantità di dati attraverso diversi framework Big Data per affrontare diversi compiti, valutando anche le prestazioni dell'architettura progettata.

Topics:

• Introduction to Artificial Intelligence (AI)
• Introduction to Business Intelligence
• BI tools overview
• Introduction to Big Data
• Hadoop & MapReduce
• Languages for data analysis (SQL recap, Pig Latin and HQL)
• Analytics with Pig and Hive
• NoSQL Databases
• From BI to Big Data Analytics and AI
• Overview on Machine Learning techniques supporting AI
• Google Colab for developing Big Data Analytics applications

Textbooks :
1)Alessando Rezzani, Big Data Analytics. Il manuale del data scientist”,Apogeo (Maggioli), 2017.
2)Andrea De Mauro, Big Data Analytics, Apogeo, 2019.
3) J. Leskovec, A. Rajarman, J.D.Ullman, Mining of Massive Datasets, 2014 (on line book).
Course Slides
Lecture notes

Introduzione alla produzione di energia solare da fotovoltaico. Principi di funzionamento di base del fotovoltaico. Materiali fotovoltaici tradizionali, incluso il silicio nelle sue varie forme e le diverse composizioni dei calcogeni. Materiali fotovoltaici organici, piccole molecole e polimeri, e ibridi organico-inorganico, con particolare enfasi sui recenti sviluppi legati alle peroschiti. Integrazione dei materiali nei dispositivi e nei moduli fotovoltaici. Caratterizzazioni e metodi di misura dei materiali e dei dispositivi fotovoltaici. Sviluppi futuri dei materiali e dei sistemi fotovoltaici. Il ruolo del fotovoltaico nel sistema energetico del futuro.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisirà la conoscenza dei materiali utilizzati per la realizzazione di tecnologie fotovoltaiche, sia quelli più comunemente usati che quelli ancora in fase sperimentale. Lo studente svilupperà, inoltre, la comprensione dei meccanismi alla base del funzionamento delle diverse tecnologie fotovoltaiche. Infine, acquisirà´ una visione d’insieme delle principali procedure di fabbricazione attualmente utilizzate e di quelle potenzialmente utilizzabili nella pratica industriale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di identificare i materiali più adatti ad una particolare tecnologia fotovoltaica e di indicare le tecnologie più adeguate alle diverse applicazioni. Lo studente saprà autonomamente indentificare nuovi potenziali materiali e possibili sviluppi tecnologici per migliorare il funzionamento di tecnologie fotovoltaiche. Lo studente svilupperà la capacita di illustrare in modo chiaro e comprensibile i concetti fondamentali di un sistema fotovoltaico ad un pubblico eterogeneo. Lo studente imparerà a reperire fonti qualificate e ad utilizzarle autonomamente ai fini di un aggiornamento continuo delle sue competenze culturali relative al fotovoltaico.

1. Introduzione alla produzione di energia solare da fotovoltaico. 2. Principi di funzionamento di base del fotovoltaico. 3. Materiali fotovoltaici tradizionali, incluso il silicio nelle sue varie forme e le diverse composizioni dei calcogeni. 4. Materiali fotovoltaici organici, piccole molecole e polimeri, e ibridi organico-inorganico, con particolare enfasi sui recenti sviluppi legati alle peroschiti. 5. Integrazione dei materiali nei dispositivi e nei moduli fotovoltaici. 6. Caratterizzazioni e metodi di misura dei materiali e dei dispositivi fotovoltaici. 7. Sviluppi futuri dei materiali e dei sistemi fotovoltaici. 8. Il ruolo del fotovoltaico nel sistema energetico del futuro.

Seminari intercorso e colloquio finale.
Seminari intercorso e colloquio finale.

Appunti forniti dal docente, testi di riferimento e articoli scientifici.

Obiettivo dell'insegnamento è quello di introdurre i principi fondamentali della modellazione matematica per la formalizzazione e risoluzione di problemi ingegneristici. L'insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni di base delle equazioni a derivate parziali della Fisica Matematica e loro applicazione, e affronterà i metodi computazionali, basati sulle differenze finite e sugli elementi finiti per problemi parabolici, iperbolici e ellittici. Il corso tratterà anche vari metodi di risoluzione per equazioni differenziali ordinarie non lineari di interesse della Fisica Matematica (ad esempio modelli lagrangiani ed hamiltoniani). La discussione numerica di ogni tipo di equazione sarà sempre preceduta dall'introcuzione/derivazione di modelli meccanicistici. Inoltre il ruolo delle condizioni iniziali e al contorno sarà evidenziato in funzione della situazione fisica. L'analisi numerica riguarderà lo sviluppo di specifiche applicazioni in ambiente MATLAB.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla modellazione matematica di problemi ingegneristici. Nello specifico, i risultati di apprendimento attesi riguarderanno:

• l'acquisizione, da parte dello studente, delle competenze necessarie per tradurre un determinato problema ingegneristico nel corrispettivo problema matematico costituito da equazioni differenziali ordinarie, da equazioni differenziali alle derivate parziali, e dalle relative condizioni iniziali e al contorno;
• la conoscenza di alcuni dei più comuni metodi numerici per la risoluzione di problemi ai valori iniziali e al contorno (e.g. metodi alle differenze finite e metodi agli elementi finiti);
• la capacità di individuare il metodo computazionale più adatto per un dato problema ingegneristico.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di analizzare e tradurre un problema concreto in un modello matematico e di individuare e utilizzare gli strumenti fisico-matematici appropriati alla sua risoluzione. Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze apprese negli ambiti disciplinari propri dell’Ingegneria.

[1 CFU] Principi fondamentali della modellazione matematica per la formalizzazione e la risoluzione di problemi ingegneristici. Conoscenze di base delle equazioni alle derivate parziali della Fisica Matematica e loro applicazioni.
[1 CFU] Equazioni costitutive di base: equazione di advezione lineare, equazione di diffusione lineare, equazione di advezione-diffusione lineare, equazione di advezione-diffusione con termine sorgente, equazioni non lineari (tipo Burgers), sistemi (tipicamente derivanti da equazioni di trasporto).
[3 CFU] Tecniche di discretizzazione per equazioni alle derivate parziali unidimensionali (spazio, tempo, procedura combinata di Cauchy-Kovalevskaya). Metodi computazionali classici (differenze finite, volumi finiti ed elementi finiti) per problemi ellittici, parabolici e iperbolici. Aspetti di base.
[0.5 CFU] Buona posizione di problemi ai valori iniziali, problemi ai valori al bordo e problemi misti. Teorema di Lax.
[0.5 CFU] Elementi di stabilità del problema discretizzato. Analisi di stabilità di Von Neumann e metodo matriciale.
[1 CFU] Tecniche di discretizzazione per equazioni differenziali ordinarie. Metodi lineari multi-step (tipo Adams) e metodi di Runge-Kutta. Estensione a sistemi. Problemi agli autovalori. Metodi di shooting.
[2 CFU] Applicazioni mediante piattaforma MATLAB.

L’esame consiste in una prova orale per la verifica dell’apprendimento dei contenuti del corso, e la discussione di un elaborato progettuale che può essere svolto anche in gruppo (2-4 elementi), riguardante l’applicazione delle metodologie studiate ad un problema ingegneristico scelto in accordo con il Docente. La votazione finale terrà conto per il 50% della prova orale inerente agli argomenti del corso ed il 50% della qualità e discussione dell’elaborato progettuale.

• B D'Acunto, "Matlab for engineering", World Scientific, 2022.
• B D'Acunto, "Computational Partial Differential Equations for Engineering Science", Nova Science Publishers, 2012.
• S. Patankar, "Numerical Heat Transfer and Fluid Flow", McGraw-Hill, 1980.
• Appunti delle lezioni.

L’obiettivo dell’insegnamento è quello di introdurre i fondamenti della dinamica dei veicoli stradali. L’insegnamento si propone di fornire metodologie approfondite per l’approccio allo studio della dinamica dei veicoli stradali basate sull’impiego di modelli fisico-analitici sviluppati deduttivamente. Vengono affrontate le principali problematiche relative alla interazione pneumatico-strada, alla dinamica longitudinale, laterale e verticale del veicolo.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere, saper comprendere e descrivere le problematiche relative al comportamento dinamico di veicoli stradali. Deve dimostrare di sapere elaborare ed illustrare le argomentazioni concernenti le relazioni ed i nessi tra le forze scambiate fra il veicolo e l’ambiente circostante ed il comportamento dinamico dello stesso a partire dalle nozioni apprese riguardanti le diverse tipologie di forze in gioco. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare il comportamento dinamico di veicoli stradali. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra forze scambiate e comportamento dinamico del veicolo, le principali relazioni che sussistono tra i principali sottosistemi del veicolo il veicolo la nascita delle forze che scambia con l’ambiente circostante ed il suo comportamento, e di cogliere le implicazioni e le conseguenze di variazioni nelle scelte progettuali.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di trarre le conseguenze di un insieme di informazioni per comprendere lo stato dinamico di un veicolo, di risolvere problemi concernenti le differenti condizioni di equilibrio dinamico di un veicolo durante il suo funzionamento, di realizzare il dimensionamento di sottosistemi del veicolo; di applicare gli strumenti metodologici appresi ai seguenti ambiti: dinamica longitudinale, dinamica laterale, dinamica verticale di un veicolo Il percorso formativo è orientato a trasmettere le capacità e gli strumenti metodologici e operativi necessari ad applicare concretamente le conoscenze e a favorire la capacità di utilizzare gli strumenti metodologici acquisiti per essere in grado di analizzare con consapevolezza scientifica, senso critico e rigore metodologico dati provenienti da acquisizioni su veicoli stradali reali o da simulazioni mediante software commerciali o customizzati di simulazione della dinamica di veicoli.

Pneumatico: Interazione con la strada. Modelli fisico-analitici. Modello di interazione normale dello pneumatico approssimato ad un involucro inestensibile in pressione. Modello di interazione tangenziale semplificato: il brush model anisotropo. Introduzione alla meccanica del contatto tra corpi elasticamente deformabili. Cinematica della ruota con pneumatico: puro rotolamento; il concetto di angolo di deriva. Il fenomeno dello pseudo slittamento: parametri di scorrimento longitudinale e laterale; parametro di spin. Determinazione analitica delle forze di interazione e del momento di autoallineamento in presenza di camber. Azioni combinate. L'ellisse di aderenza. Il concetto di rigidezza longitudinale (braking stiffness) e rigidezza di deriva (corneringstiffness). Modelli empirici: Pacejka Magic Formula.
Veicolo: Aerodinamica. Dinamica longitudinale. Trasferimento di carico longitudinale. Frenatura: ripartizione ideale e reale della frenata. Dinamica laterale. Sterzatura cinematica e dinamica. Modello monotraccia. Trasferimento di carico laterale. Determinazione delle caratteristiche effettive degli assali. Equazioni di equilibrio dinamico. Equazioni di congruenza. Equazioni costituive. Handling diagram. Comportamento direzionale e stabilità del veicolo inserito in curva in condizioni stazionarie. Gradiente di sottosterzo generalizzato. Manovre tipiche. Definizione di sovra-sottosterzo. Principali schemi di sospensioni. Comportamento del veicolo dotato di sospensioni. Angoli di imbardata, di beccheggio e di rollio. Equilibrio in curva. Dinamica verticale. Comfort vibrazionale dei passeggeri. Profili stradali. Modello per la dinamica verticale. Oscillazioni libere e oscillazioni forzate. Criteri di progetto per le rigidezze e per gli ammortizzatori.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

Appunti dal corso
M. Guiggiani – Dinamica del veicolo, Città Studi Edizioni, 2007
T.D. Gillespie - Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 1992
W.F. Milliken e D.L. Milliken - Race Car Vehicle Dynamics, SAE, 1995
J.C. Dixon - Tyres, Suspension and Handling, Cambridge University Press, 1991

L’obiettivo principale è realizzare un percorso che ha come punto di partenza la definizione dei termini fondamentali del linguaggio metrologico, stabilire i requisiti di una misura e del relativo processo di misurazione, comprendere il criterio di scelta di uno strumento di misurazione in base alle adeguate specifiche metrologiche assegnate, valutare l’incertezza di misurazione in qualsiasi contesto ingegneristico.
Altro obiettivo è di fornire all'allievo un elevato livello di conoscenza delle tecniche di misura e controllo delle grandezze meccaniche e termiche per applicazioni energetiche.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare:

• di conoscere e saper affrontare le problematiche relative alle tecniche di misurazione e analisi dei dati di base,
• di aver acquisito familiarità con vari tipi di sistemi di misurazione,
• di saper impostare ed eseguire vari esperimenti secondo una determinata procedura,
• di aver compreso le tecniche coinvolte nell'analisi dei dati di misurazione e gli errori associati al sistema di misurazione utilizzato,
• di aver acquisito i metosi di misurazione delle grandezze termofluidodinamiche.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di saper risolvere problemi concernenti l’intero processo di misurazione, partendo dalla definizione della grandezza oggetto della misurazione, stabilire il metodo di misurazione, scegliere opportunamente lo strumento o il sistema di misura, comprendere le problematiche relative alle tecniche e procedure di misurazione. Infine deve saper effettuare ed interpretare i dati, analizzarli ed essere in grado, anche in fase di progettazione, di prevedere i requisiti di una misura e dunque stimare la relativa incertezza.
  In sintesi, lo studente deve saper:
• acquisire familiarità con il vocabolario della scienza di misurazione di base
• comprendere le tecniche di misurazione e analisi dei dati di base
• comprendere il ruolo dei sensori nelle misurazioni
• comprendere in che modo gli errori influiscono sui risultati delle misurazioni e come determinare la causa di determinati tipi di errori al fine di ridurli e tenere conto dell'errore che non può essere eliminato
• acquisire familiarità con vari tipi di sistemi di misura e impostare e eseguire esperimenti secondo una determinata procedura
• capire in che modo i test fanno parte del processo di progettazione e come i processi di test e i criteri sono sviluppati
• comprendere la relazione tra previsioni analitiche e risultati sperimentali.

[4.5 CFU] PRIMA PARTE DEL CORSO
Introduzione: Approccio alla misurazione, al metodo, alla definizione del misurando, alla definizione e individuazione delle grandezze che partecipano all’ottenimento della misura e alle grandezze di influenza sul risultato del processo di misurazione.
Guida alla progettazione della misura e all’analisi dell’incertezza di misura: Metrologia di base: metrologia legale, metrologia scientifica, metrologia industriale. Definizione del concetto di misura, misurando, metodo di misurazione (misure dirette ed indirette). Errori ed Incertezze di misura e loro classificazione. Distribuzione di densità di probabilità: gaussiana, gaussiana standard, t-Student, rettangolare, triangolare. Distribuzioni dei risultati di misura. Test statistici (test del “chi quadro” e carte di probabilità). Analisi e calcolo delle Incertezze mediante la legge di propagazione delle incertezze per variabili aleatorie correlate e non correlate. Valutazione della covarianza e del coefficiente di correlazione. Incertezza relativa. Incertezza estesa. Gradi di libertà effettivi (equazione di Welch-Satterthwaite).
Architettura di uno strumento di misura: Configurazione generalizzata di uno strumento (sistema) di misura, curva caratteristica di un generico sensore di misura. Prestazioni statiche e dinamiche degli strumenti di misura: strumenti del primo e del secondo ordine. Prontezza di uno strumento di misura: costante di tempo e tempo di risposta. Taratura e verifica di uno strumento e catena di riferibilità. Progettazione di una misura: analisi a-priori e a-posteriori. Compatibilità tra le misure. Classe di precisione di uno strumento di misura. Applicazioni ed esercitazioni.
[4,5 CFU] SECONDA PARTE DEL CORSO
Sistema di misura come strumento per la gestione dell’energia, principi fisici di funzionamento, caratteristiche costruttive e prestazioni metrologiche dei sensori termofluidodinamici di misura
1) Temperatura: - termometri a contatto- termocoppie, termoresistenze, termistori; termometri a distanza- pirometria single color, pirometria dual color;
2) Metodi di misura di emissività per applicazioni in campo energetico;
3) Misure di velocità;
4) Misure di pressione statica, dinamica, cenni di misura di pressione nel vuoto;
5) Portata volumetrica e massica per il monitoraggio della qualità dell’aria e dell’acqua;
6) Termoflussimetria e termografia per la diagnosi energetica di un edificio.
7) Caratterizzazione di nuovi sistemi per applicazioni in campo energetico.

La prova scritta è necessaria a garantire che lo studente abbia acquisito le competenze previste a valle della prima parte del corso ed è vincolante ai fini dell'accesso alla prova orale. L’esito della prova scritta ha un peso corrispondente a circa il 40%, ai fini della definizione del voto.

Appunti e dispense del docente (disponibili sul sito docenti). Per approfondimenti (facoltativi): Metrologia Strumenti e metodi di misura (Ernest O. Doebelin); UNI CEI ENV 13005: Guida all'espressione dell'incertezza di misura (GUM)- un estratto; ESTRATTO: Vocabolario Internazionale di Metrologia (VIM-JCGM_200_2012); Strumenti di misura: Fondamenti di termometria (Cascetta, Musto, Rotondo) A.Di.SU. Caserta; Strumenti e metodi di misura (Ernest O. Doebelin).

Studio ed uso delle metodologie più avanzate per la progettazione, la modellazione e la gestione di sistemi complessi di interesse meccanico nell’ambito di sistemi ed impianti per la produzione, trasmissione ed impiego di energia mediante software CAD 3D. Capacità di importare informazioni e gestire matematiche in ambiente CAD ed esportare modelli utili alle analisi FEM multi-fisiche (fluidodinamiche, strutturali e termiche). Capacità di interpretare e gestire disegni complessi ed analizzare problemi di progettazione mediante approccio interdisciplinare.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà presentare un’adeguata conoscenza delle tecniche avanzate di modellazione CAD per la prototipazione virtuale e per le successive analisi FEM.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di interpretare disegni complessi e analizzare problemi di progettazione mediante un approccio interdisciplinare.

[3 CFU] Tecniche avanzate di modellazione geometrica per la progettazione di sistemi meccanici complessi: Feature Based Modeling , KBE , Direct Modeling . Modellazione di curve e superfici parametriche. Norme UNI, EN, ISO, ANSI per la progettazione e per il dimensionamento di tubazioni e serbatoi ( Piping Design ). Modellazione 3D di tubazioni, giunti, flange, raccordi, valvole, compensatori e relativa rappresentazione. Disegno di profili aerodinamici. Analisi e realizzazione al CAD di pale. Modellazione di assiemi con approcci Bottom-Up e Top-Down .
[3 CFU] Studio, progettazione e modellazione di assiemi meccanici e riconoscimento di caratteristiche tecnologiche. Modellazione di turbine (eoliche), pompe, compressori e scambiatori di calore. Cenni sulle principali architetture di impianti eolici, fotovoltaici, nucleari ( Plant Design ). Analisi e simulazione di cinematismi mediante CAD 3D. Digital Human Modeling . Impiego di manichini virtuali per analisi ergonomiche di progetto e di assemblaggio. Principi di Design for Assembly . Simulazione di operazioni di assemblaggio.
[3 CFU] Digital Modeling e tecniche di acquisizione di immagini. Reverse Engineering , ricostruzione di modelli 3D a partire da nuvole di punti ( Curve and Surface Fitting ). Introduzione alle analisi multi-fisiche mediante applicazioni in campo strutturale, fluidodinamico e termico. PLM ( Product Lifecycle Management ) e PDM ( Product Data Management ). Architettura delle soluzioni software PLM. Metodi e strumenti per la progettazione assistita del prodotto.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza dello svolgimento di una prova grafica e delle risposte fornite dallo studente ai quesiti posti durante l’esame orale. Lo studente presenterà gli elaborati svolti al CAD durante il corso.
Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Norme UNI, ISO, EN, ANSI.
Temi di esercitazione e tutorial disponibili sul sito docente.
Radhakrishnan P., Subramanyan S. and Raju V., “CAD/CAM/CIM”, New Age International (P) Limited, 2008.
Parisher R. A. and Rhea R. A., “Piping Drafting and Design”, Gulf Publishing Company, 2012, ISBN: 978-0-12-384700-3.
Nag P. K., “Power Plant Engineering”, Tata McGraw Hill, 2008, ISBN: 978-0-07-064815-9.

Il Corso ha l’obiettivo di presentare le principali metodologie di indagine numerica per il progetto ottimale e l’analisi di motori a combustione interna (MCI) alternativi. Si forniranno agli studenti gli elementi necessari alla corretta interpretazione dei risultati ottenibili con i diversi approcci modellistici (0D-1D-3D), evidenziandone limiti e potenzialità. Ci si focalizzerà sulla modellistica dei fenomeni interni ed esterni ai cilindri e si amplierà l’analisi all’intero sistema motore-veicolo, (tradizionale o ibrido), per la previsione delle emissioni di CO2. E’ previsto l’impiego di codici di simulazione motore e di codici di ottimizzazione di largo uso industriale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza delle moderne tecniche di indagine modellistica 0D/1D e 3D per la previsione delle prestazioni dei consumi e delle emissioni dei motori a combustione interna.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà essere in grado utilizzare ed interpretare i risultati ottenuti da software di analisi numerica commerciali o sviluppati ad hoc, per il progetto e la regolazione di motori a combustione interna.

[1 CFU] Approcci modellistici 0D, 1D e 3D. Limiti e potenzialità. Modello termodinamico 0D. Equazioni di bilancio della massa e dell’energia. Approccio semplificato per l’analisi della combustione e calcolo inverso della legge di rilascio del calore. Modelli quasi-dimensionali di combustione in MCI ad accensione comandata. I principi della geometria frattale e loro utilizzo nella descrizione geometrica di un fronte di fiamma turbolento. Modelli quasi-dimensionali di turbolenza.
[1 CFU] Modelli di formazione degli inquinanti in un MCI ad accensione comandata. Modelli per la previsione della detonazione. Schemi di cinetica chimica. Calcolo dell’anticipo al limite di detonazione.
[1 CFU] Richiami sulle equazioni del moto 1D, linee caratteristiche e invarianti di Rienmann. Dimensionamento di un sistema di aspirazione per la massimizzazione del coefficiente di riempimento. Sistemi di distribuzione flessibili.
[0.5 CFU] Modelli per l’analisi di motori Sovralimentati. Metodologie di accoppiamento motore-turbocompressore. Analisi del funzionamento in transitorio. Integrazione motore/veicolo (tradizionale e ibrido) per la stima delle emissioni di CO2 su cicli di omologazione.
[0.5 CFU] Procedure di ottimizzazione e calibrazione numerica motore. Confronti con risultati sperimentali.
[2 CFU] Modelli 3D e problematiche di costruzione e movimentazione del dominio di calcolo. Approcci integrati 1D/3D e applicazioni. Esercitazioni con impiego di codici di simulazione e ottimizzazione di ampia diffusione in ambito industriale.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense e slides del corso

I recenti sviluppi della ricerca sulla fusione a confinamento magnetico, che vede diversi dispositivi sperimentali pronti per entrare in funzione, in avanzato stato di costruzione o in fase di progettazione, porta ad un aumento significativo della richiesta del numero di esperti in ingegneria della fusione nei prossimi anni.
La prima parte di questo corso specialistico è focalizzata sugli elementi di base della fisica dei plasmi e sugli aspetti progettuali delle macchine per la fusione controllata, con particolare riferimento agli aspetti elettromagnetici, magnetoidrodinamici e di controllo.
La seconda parte del corso si prefigge l'obiettivo di fornire agli studenti i concetti base per l'applicazione di metodologie di ottimizzazione e controllo magnetico al progetto dello scenario in un tokamak e al controllo in retroazione della forma, della corrente e della posizione di un plasma.
Le lezioni teoriche sono accompagnate da esempi numerici applicativi sui principali tokamak di riferimento a livello internazionale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: I dispositivi per la fusione nucleare sono tra le macchine più complesse mai concepite dal genere umano, dato il coinvolgimento di tutti i campi della scienza e dell'ingegneria.
La prima parte del corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base della fusione nucleare, della fisica del plasma e della magnetoidrodinamica, concentrandosi sulla modellazione del plasma ai fini del controllo magnetico e sui principali aspetti da considerare nella progettazione di un dispositivo di tipo tokamak.
La seconda parte del corso si prefigge l'obiettivo di fornire agli studenti i concetti base per l'applicazione di metodologie di ottimizzazione e controllo magnetico al progetto dello scenario in un tokamak e al controllo in retroazione della forma, della corrente e della posizione di un plasma.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di utilizzare concretamente le conoscenze acquisite, dando prova di saperle applicare nella impostazione della soluzione di un problema di analisi, di ottimizzazione, di controllo o di progetto.

PRIMA PARTE
1.1 Introduzione
Obiettivi della fusione termonucleare controllata.
1.2 Fusione termonucleare controllata
Principali reazioni di fusione nucleare. Bilancio energetico di un plasma termonucleare: il criterio di Lawson. Principio di funzionamento delle principali macchine a confinamento magnetico. Macchine a struttura lineare e toroidale. Classificazione delle macchine toroidali: il Tokamak, l'RFP. Prospettive della fusione nel quadro del problema energetico. .
1.3 Il Tokamak
I componenti fondamentali: prima parete; limiter; sistema elettromagnetico toroidale e poloidale; sistemi di riscaldamento addizionale; sistemi di diagnostica, acquisizione dati, identificazione, stabilizzazione e controllo. Esperimenti in corso e in via di progetto. Il progetto del sistema elettromagnetico. Il progetto del sistema di controllo.
1.4 Il modello MHD
Richiami di Elettromagnetismo, Termodinamica e Fluidodinamica. Moto di una particella carica.Il modello MHD ideale: condizioni al contorno, leggi di conservazione locali e globali, conservazione del flusso. Equilibrio: il teorema del viriale. Configurazioni monodimensionali e bidimensionali; il caso toroidale: l’equazione di Grad-Shafranov. Il problema dell'equilibrio MHD: caso diretto e caso inverso. Stabilità: le condizioni di stabilità: il principio dell'energia; classificazione delle instabilità. Modello linearizzato della risposta di plasma ai fini del controllo.
SECONDA PARTE
2.1 Problemi inversi e ottimizzazione
Richiami sui problemi di ottimizzazione. Condizioni analitiche del 1° e 2° ordine per problemi non vincolati. Cenni aglialgoritmi di ricerca numerica dell’ottimo. Esempi di applicazione dell'ottimizzazione di un pattern di correnti nei circuiti di controllo di un tokamak per ottenere un campo di trasformatore. Esempi di applicazione alla stima della funzionedi trasferimento di un particolare canale ingresso-uscita per il controllo magnetico di un tokamak. Problemi di ottimizzazione vincolata con vincoli di uguaglianza. Condizioni analitiche. Problemi quadratici con vincoli lineari.Metodi numerici per problemi vincolati. Esempio del controllo ottimo a ciclo aperto della tensione di alimentazione di un circuito attivo per l'inseguimento di un profilo di campo o di flusso. Impostazione del problema generale di ottimizzazione delle correnti di scenario in un Tokamak. Il problema dell’ottimizzazione della fase di Breakdown. Controllo predittivo basato sul modello nel tempo discreto. Esempio applicativo.
2.2 Controllo in feedback
Il problema del controllo magnetico in feedback. Applicazioni di tecniche di controllo classico.Esempio del controllo della corrente di plasma e della stabilizzazione verticale. Cenni al controllo ottimo in catenachiusa. Principio del massimo e teoria di Hamilton-Jacobi-Bellmann. Controllo ottimo lineare quadratico. Filtro di Kalman e controllo LQG. Controllo robusto H-infinito. Applicazioni del controllo ottimo al controllo delle correnti e della forma del plasma in un tokamak.
2.3 Identificazione
Problemi di stima dell’equilibrio e di ricostruzione delle grandezze magnetiche di interesse per il controllo. Il filtro di Kalman nel tempo discreto. Esempio di applicazione alla stima delle correnti indotte nei conduttori passivi a partire dalle misure magnetiche.

Il voto finale, espresso in trentesimi, terrà conto di ambedue le fasi dell'esame.
Tre domande orali sulla prima parte. Discussione di un elaborato sviluppato sugli argomenti della seconda parte

Materiale didattico
Materiale didattico reso disponibile sul sito www.elettrotecnica.it o su MS Teams.
Testi di consultazione
F.F.Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Plenum Press, New York, 2nd ed., 1984, vol.1.
J. Wesson, Tokamaks, Clarendon Press - Oxford, 3rd ed., 2004.
J.P. Freidberg, Plasma Physics and Fusion Energy, Cambridge University Press, 2007.

Il corso si propone di fornire le conoscenze della metodologia numerica di calcolo strutturale FEM (Finite Element Method), nonché conoscenze di base di calcolo numerico alternativo multybody e BEM (Boundary Element Method) con l’acquisizione di capacità applicative in casistiche fondamentali.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alle metodologie numeriche di calcolo applicate alla progettazione strutturale. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per analizzare semplici componenti meccanici. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le connessioni causali tra il problema fisico, il modello numerico che lo schematizza e la sua soluzione, le principali relazioni che sussistono nella meccanica strutturale e di coglierne le relative implicazioni nei diversi campi applicativi.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di impostare un calcolo agli elementi finiti di semplici strutture meccaniche, di utilizzare un codice commerciale agli elementi finiti (ANSYS) e di eseguire analisi avanzate in ambito statico, lineare e non lineare, e dinamico. Deve saper definire il modello ad elementi finiti adatto per l'analisi di strutture (tipi di elemento, vincoli, schematizzazione dei carichi), per componenti in materiali avanzati. Deve saper individuare correttamente i limiti del modello in rapporto al problema reale.

Analisi matriciale delle strutture. Caratterizzazione dei metodi numerici applicati all’analisi del continuo solido deformabile. Il metodo degli elementi finiti. Il processo di discretizzazione e il solid modeling. Modello degli spostamenti e degli elementi finiti. Matrice di rigidezza degli elementi tipici. Matrice di rigidezza della struttura assemblata. Analisi statica lineare delle strutture. Introduzione delle condizioni di carico e delle condizioni vincolari (vincoli SPC e MPC). Sistema risolvente e metodi numerici risolutivi. Elementi finiti per i laminati in materiale composito. Matrici di rigidezza per i materiali anisotropi nelle loro svariate articolazioni. Trasformazioni per cambio di riferimento cartesiano. Caratterizzazione del laminato estenso-inflesso e particolarizzazioni. Il calcolo per sottostrutture. Condensazione statica dei gradi di libertà. Matrice di rigidezza geometrica. Non linearità geometrica. Problemi di instabilità delle strutture. Non linearità del materiale. Matrice delle masse. Matrice degli smorzamenti. Caratterizzazione dinamica di un complesso strutturale. Discretizzazione dell’equazione di equilibrio dinamico. Soluzione per vibrazioni libere e vibrazioni forzate. Problemi di integrazione nel tempo. Analisi termomeccaniche. Cenni alle tecniche BEM e ai campi di loro preferibile impiego. Cenni alle tecniche multibody. Applicazioni a problemi strutturali semplici ed emblematici in dimensionalità 2D e 3D con l’uso di codici GP FEM, BEM e multibody.

• Materiale fornito al corso
• R. Esposito, Appunti del corso di Progettazione Assistita di Strutture Meccaniche
• G. Belingardi, Il metodo degli elementi finiti nella progettazione meccanica
• F. Cesari, Introduzione al metodo degli elementi finiti
• S. Moaveni, Finite Element Analysis
• T.J.R. Hughes, The Finite Element Method
• M.A. Crisfield, Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures

Il corso ha l’obiettivo di fornire le conoscenze specialistiche relative alla progettazione dei sistemi di conversione dell’energia, con particolare riferimento alle macchine motrici ed operatrici. Si affrontano con approccio termo-fluidodinamico le problematiche connesse con il dimensionamento di massima di turbine, compressori e pompe.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le principali problematiche di tipo fluidodinamico e termodinamico riguardanti il funzionamento e la progettazione delle diverse tipologie di macchine motrici ed operatrici trattate nel corso. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per procedere al dimensionamento di massima di turbine, compressore e pompe. Tali strumenti consentiranno agli studenti di comprendere le principali relazioni che sussistono tra i vincoli e le singole variabili progettuali e di cogliere le conseguenze relative alla fase di dimensionamento.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare gli strumenti metodologici e teorici appresi durante il corso alla progettazione di massima di macchine motrici e operatrici.

Fondamenti di progettazione aero-termica; logiche di dimensionamento ed assemblaggio di componenti commerciali. Operatrici Dinamiche a flusso assiale e radiale, mono e multi-stadio.
Operatrici volumetriche di tipo alternativo e rotativo.
Motrici dinamiche a flusso radiale.
Esercitazioni:

• Dimensionamento di massima mediante diagrammi di Cordier;
• Dimensionamento di: ventilatore assiale monostadio, compressore assiale multistadio, compressore centrifugo monostadio, compressore volumetrico alternativo monostadio, pompa centrifuga monostadio, turbina centripeta monostadio.

Su base volontaria, e come alternativa alla classica verifica orale degli apprendimenti, è possibile sostenere l’esame discutendo un elaborato progettuale, preferibilmente svolto in gruppo.

Dispense e slides del corso.
Testi di riferimento:

• S. Dixon and C. Hall, "Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery", Butterworth-Heinemann, 2013.
• S. Sandrolini e G. Naldi, "Fluidodinamica e Termodinamica delle Turbomacchine", Pitagora, 1997.
• Karassik, J. Messina, C. Heald "Pump Handbook", McGraw Hill, 2001.

Scopo principale del corso è fornire allo studente gli strumenti per svolgere analisi termo-economiche di impianti per la refrigerazione, il riscaldamento e la liquefazione a partire dalle equazioni di bilancio applicate agli schemi di riferimento di tali impianti.
In particolare, le soluzioni impiantistiche cui saranno applicate tali analisi riguardano: i cicli a compressione di vapore, nelle configurazioni di base e avanzate, i cicli ad assorbimento, i cicli per la liquefazione dei gas, con particolare riferimento ai cicli Linde e Claude e i cicli frigoriferi ad aria.
Saranno elencate le regolamentazioni ambientali e relative alle prestazioni energetiche minime di tali dispositivi, con particolare riferimento alla regolamentazione F-GAS per i fluidi refrigeranti.
Saranno descritti i principi di funzionamento dei principali componenti dei cicli a compressione di vapore. Infine saranno descritte ulteriori tecnologie emergenti nel settore.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• descrivere i processi termodinamici e svolgere analisi termodinamici sui cicli a compressione di vapore, cicli ad assorbimento, processi per la liquefazione dei gas basati sui cicli Linde e Claude, cicli frigoriferi ad aria;
• comprendere il principio di funzionamento e il comportamento dei principali componenti dei sistemi a compressione di vapore.
• conoscere le principali famiglie di fluidi refrigeranti, le relative proprietà termofisiche, ambientali e di sicurezza e i criteri generali per la loro selezione;
• conoscere i principi di funzionamento, le potenzialità e i principali limiti delle tecnologie emergenti e alternative per la refrigerazione e la produzione di calore.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:
• individuare gli stati termodinamici e rappresentare le trasformazioni sui diagrammi pressione-entalpia, temperatura-entropia per le varie tecnologie studiate;
• impostare e risolvere i bilanci di massa, energia per i vari sistemi sopra descritti;

Richiami di termodinamica applicata ai sistemi frigoriferi e alle pompe di calore. Ciclo inverso di Carnot e definizione dei coefficienti di prestazione in modalità frigorifera e pompa di calore. Applicazione dei bilanci di massa, energia ed exergia ai componenti e ai sistemi operanti in regime stazionario. Rappresentazione delle trasformazioni sui principali diagrammi termodinamici. Influenza delle temperature delle sorgenti e delle irreversibilità sulle prestazioni.
Principio di funzionamento e analisi termodinamica del ciclo a compressione di vapore ideale e reale. Bilanci di massa, energia ed exergia di compressore, evaporatore, condensatore e dispositivo di laminazione. Calcolo della potenza frigorifera, della potenza termica e del coefficiente di prestazione.
Analisi di configurazioni avanzate: scambiatore interno, rimozione del flash gas, separazione intermedia, economizzatore, iniezione di vapore, compressione ed espansione bistadio e multistadio, sistemi in cascata. Confronto delle prestazioni al variare delle condizioni operative e della configurazione impiantistica.
Classificazione e proprietà termofisiche dei principali fluidi refrigeranti. Refrigeranti puri e miscele. Refrigeranti fluorurati e naturali, con particolare riferimento ad ammoniaca, anidride carbonica e idrocarburi.
Criteri di selezione del refrigerante in relazione alle prestazioni, all’impatto ambientale, alla tossicità e all’infiammabilità. Quadro normativo vigente relativo all’impiego, alla sicurezza e alla progressiva riduzione dei refrigeranti ad elevato effetto climalterante.
Principi di funzionamento e parametri prestazionali dei principali componenti.
Principio di funzionamento dei cicli ad assorbimento e confronto con i sistemi a compressione di vapore. Proprietà , trasformazioni e bilanci, Determinazione del rapporto di circolazione e del coefficiente di prestazione. Sistemi acqua-bromuro di litio e ammoniaca-acqua. Cenni alle configurazioni a singolo e doppio effetto.
Fondamenti termodinamici della liquefazione dei gas. Effetto Joule-Thomson, rigenerazione termica e processi criogenici. Cicli Linde e Claude: schemi impiantistici, bilanci di massa ed energia, determinazione della frazione liquefatta e valutazione delle prestazioni al variare delle condizioni operative.
Ciclo Joule-Brayton inverso o Bell-Coleman. Analisi energetica, influenza del rapporto di compressione e delle efficienze dei componenti. Principali applicazioni dei cicli frigoriferi ad aria.
Principi di funzionamento e principali caratteristiche delle tecnologie emergenti e alternative, tra cui refrigerazione termoelettrica, magnetocalorica, elastocalorica, elettrocalorica e termoacustica.

La verifica dell’apprendimento consiste in una prova orale finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e comprensione dei principi termodinamici, delle tecnologie e delle configurazioni impiantistiche trattate durante il corso.
Ulteriori dettagli sul processo di valutazione saranno forniti in accordo alle linee guida del PQA, attualmente in corso di preparazione.

Il materiale didattico sarà costituito da dispense, presentazioni e note integrative fornite dal docente; esercizi svolti e tracce per le esercitazioni individuali, ed eventuali articoli scientifici e materiale di approfondimento selezionato dal docente.
Il materiale sarà reso disponibile attraverso la piattaforma didattica Microsoft Teams.
Il team di riferimento sarà reso noto tramite apposito messaggio ad inizio anno accademico nella bacheca del docente. In caso di difficoltà ad accedere contattare il docente via email.

i) Conoscenza dei principi della chimica verde e circolare (ii) Risorse rinnovabili per i processi chimici (iii) Competenze nell’identificazione e nell’implementazione di processi e prodotti ecocompatibili e ecosostenibili (rigenerativi) (iv) Strategie di valorizzazione di scarti: urban mining, prodotti organici e inorganici a fine vita, bioscarti.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Competenze e capacità di gestione dei principi di base della chimica verde. Comprensione dell’approccio della teoria dei sistemi e sua applicazione allo studio processi chimici.Comprensione dei principali processi di rigenerazione di prodotti e materiali, con particolare attenzione a:

• tecnologie di urban mining
• riciclo dei materiali plastici
• recupero di metalli e composti inorganici di interesse industriale- riqualificazione dei sottoprodotti delle bioraffinerie
• conversione di scarti biomasse in materiali per applicazioni energetiche e ambientali
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Competenze nell’applicazione dell’approccio della teoria generale dei sistemi (system thinking) all’implementazione di strategie rigenerative e della chimica verde
  Abilità nell’applicazione dell’approccio “system thinking” al ciclo di vita di un prodotto e al recupero e valorizzazione degli scarti e dei rifiuti.
  Individuazione di più efficaci strategie rigenerative e loro integrazione nel ciclo di vita di un prodotto, secondo i principi dell’economia circolare.

[2CFU] Gli aggettivi della chimica: da verde a rigenerativa I principi della chimica verde e rigenerativa (circolare) Le metriche della chimica verde e rigenerativa (circolare) Elementi di teoria globale dei sistemi (System Thinking).
[2CFU] Approccio system thinking nella chimica rigenerativa: - Recupero e valorizzazione di rifiuti urbani: “urban mining”. Una seconda vita per le cicche di sigaretta. Recupero e valorizzazione di elementi da rifiuti elettronici (e-wastes). - Riciclo di materiali metallici: strategie di recupero e riutilizzo di metalli nobili e delle terre rare. - Recupero e valorizzazione di composti inorganici di interesse tecnologico e commerciale. Strategie di rigenerazione dei composti del piombo da accumulatori a piombo esausti per applicazioni in ambito energetico - Riciclo dei materiali plastici e di composti organici a fine vita. - Bio-polimeri e bio-compositi: elementi di progettazione e sintesi di materiali nanostrutturati a partire da risorse biodisponibili.
[1CFU] Concetti di base di elettrochimica. Il potenziale elettrochimico. Equazione di Nernst
[1CFU] Esperienze di laboratorio: Applicazione dei principi generali dell’elettrochimica per la realizzazione di una batteria a litio ricaricabile con materiali e sostanze economici e a basso impatto ambientale Utilizzo di scarti agroalimentari nella sintesi di nanoparticelle magnetiche per la decontaminazione delle acque. Realizzazione di biopolimeri da scarti agroalimentari. Il lato oscuro dei processi di valorizzazione delle biomasse: le sostanze umiche (humins): formazione e valorizzazione Rassegna di processi di interesse industriale e casi di studio

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base della qualità dell’elaborato progettuale, nonché dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Lancaster, “Green Chemistry. An Introductory Text”, 2nd Ed., RSC Publishing, 2010

• Slides del corso
• Materiale bibliografico: Articoli scientifici e review

Gli obiettivi formativi del Corso sono orientati a fornire agli studenti una comprensione approfondita delle strategie e politiche, delle normative e delle tecniche e prassi necessarie per garantire la gestione efficace ed efficiente della manutenzione e della sicurezza degli impianti industriali. Ulteriore obiettivo formativo del Corso è quello di conoscere le principali tecniche di modellazione qualitativa e quantitativa per supportare le corrispondenti scelte decisionali e valutarne l’impatto economico e produttivo. Inoltre, il Corco mira anche all’acquisizione del lessico specifico inerente gli argomenti propri del corso, padroneggiandone la trasmissione, sia in forma scritta che orale; strutturare un piano di salute e sicurezza e manutenzione, anche secondo i principi del World Class Manufacturing.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le norme e i requisiti di sicurezza e manutenzione applicabili alla progettazione e gestione degli impianti industriali. Lo studente deve dimostrare di comprendere i principi di analisi dei rischi e la valutazione delle diverse attività industriali per identificare potenziali pericoli, inoltre deve conoscere le principali tecniche di prevenzione e mitigazione dei rischi e capire come possono essere applicate negli impianti industriali. Lo studente deve, infine, dimostrare conoscenza degli strumenti metodologici di base per analizzare le esigenze di manutenzione in una realtà produttiva e sviluppare un coerente piano di manutenzione compatibile con i requisiti di produttività e prescrizioni normative.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare capacità di applicare le norme vigenti e i requisiti di sicurezza alla progettazione e gestione degli impianti industriali. Deve, poi, mostrare capacità di utilizzo delle tecniche di analisi dei rischi per valutare e gestire i potenziali pericoli nelle attività industriali. Deve essere in grado di estrarre le informazioni rilevanti ai fini del monitoraggio delle attività di sicurezza e manutenzione. L’allievo, poi, deve mostrare capacità di applicare gli adeguati strumenti metodologici e operativi per la programmazione delle attività di sicurezza e manutenzione negli impianti industriali, nonché nella predisposizione di audit e verifiche per migliorare le misure di prestazione di sicurezza e manutenzione.

Analisi degli standard di sicurezza nei sistemi di produzione. Pilastri tecnici del WCM. Il Pilastro Sicurezza: sette passi caratteristici; la gestione degli interventi per il "miglioramento continuo" della sicurezza degli impianti. Pilastro Manutenzione Autonoma e Manutenzione Professionale. Il quadro di riferimento normativo sulla salute e sicurezza sui luoghi di lavoro: il Decreto Legislativo 81/08. I principali rischi industriali: definizione di rischio. Tipologia e classificazione dei rischi industriali. Misure di prevenzione e protezione. Valutazione del rischio e criteri di accettabilità. Metodologie di analisi dei rischi. Rischi specifici: rischio incendio; rischio meccanico e direttiva macchine; rischio elettrico; rischio chimico; rischio biologico; rischio rumore e vibrazioni; rischio movimentazione manuale dei carichi; rischio ambientale e microclimatico; rischio stress lavoro correlato. Definizioni di manutenzione. Elementi di teoria dell'affidabilità; grandezze di affidabilità; descrizione della vita dei componenti; disponibilità e manutenibilità; analisi combinatoria dell'affidabilità; calcolo delle probabilità nello spazio degli stati del sistema; RBD -Reliability Block Diagram; modello di connessione in serie; modello di connessione in parallelo. Curva PF. Politiche di manutenzione. Ciclo di vita di un sistema soggetto a manutenzione. Costi di manutenzione. Le sette fasi della manutenzione professionale e della manutenzione autonoma. FMECA - Failure Mode, Effects and Criticality Analisys. Reliability-Centered Maintenance.

I requisiti minimi di preparazione richiesti per il superamento dell’esame fanno riferimento: alla conoscenza e all’analisi delle principali problematiche di progettazione e gestione di un sistema di sicurezza e manutenzione di un impianto di produzione; e alla capacità di impostare un efficace ed efficiente piano di sicurezza e manutenzione. Gli allievi devono essere in grado di utilizzare gli strumenti operativi presentati durante il corso.
La prova scritta può includere: domande a risposta multipla, esercizi numerici (o una composizione di più esercizi) in linea con quelli svolti durante le lezioni, o domande a risposta aperta.
La valutazione finale sarà pari alla media delle valutazioni ottenute nelle varie prove.

Il materiale didattico è relativo alle presentazioni usate in aula e alle esercitazioni sono rese disponibili tramite la pagina web istituzionale del docente.
Bibliografia di riferimento: Fedele, L. (2008). Progettare e gestire la sicurezza . Mc Graw Hill. Duffuaa, Salih O., A. Raouf, and J. Dixon Campbell. “Planning and control of maintenance systems.” Willey and Sons (2000): 31-32.
Lorenzo Fedele, Luciano Furlanetto, Daniele Saccardi “Progettare e Gestire la manutenzione», McGraw-Hill, 2003, ISBN: 9788838662393
Luciano Furlanetto, Manuale di manutenzione degli impianti industriali e servizi, Franco Angeli Editore, ISBN: 9788846408662 , 1999
Manzini, R., Regattieri, A., Pham, H., & Ferrari, E. (2010). Maintenance for industrial systems . London: Springer London.

Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente conoscenze e strumenti operativi per l’analisi, la progettazione funzionale e la valutazione degli impatti della mobilità elettrica e dei nuovi servizi di mobilità condivisa in ambito urbano.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente acquisirà conoscenze utili all’analisi e alla comprensione della mobilità e della sua transizione verso il paradigma della sostenibilità. Lo studente sarà in grado di elaborare le conoscenze acquisite per la progettazione e valutazione di i) sistemi di mobilità e micromobilità elettrica e ii) sistemi di mobilità condivisa, fra cui sistemi di car-sharing, ride-sharing, car-pooling e ride-hailing.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di effettuare analisi well-to-wheel, calcolare i consumi dei veicoli ibridi ed elettrici, dimensionare i sistemi di ricarica, analizzare dati di esercizio di sistemi di mobilità condivisa, progettare algoritmi per l’esercizio di flotte di veicoli condivisi.

MODULO 1: ELECTRIC MOBILITY
Mobilità sostenibile
Well-to-Tank e Tank-to-Wheel (WTW) analysis
Powertrains di veicoli elettrici e componenti
Rete elettrica ed infrastruttura di ricarica
Modelli di consumo energetico
MODULO 2: SMART MOBILITY
Servizi di mobilità elettrica e smart mobility in ambito urbano
Vehicle-sharing.
Ride-hailing, Ride-sharing e Car-pooling.
Integrazione dei servizi nel sistema della mobilità urbana.
Applicazioni di laboratorio:

• Calcolo dei consumi energetici di un e-Bus in esercizio su linea in sede riservata e promiscua
• Algoritmi per l’esercizio di flotte di veicoli condivisi

Lo studente deve essere in grado di dimostrare conoscenza dei sistemi di mobilità sostenibile, della modellistica richiesta per la loro analisi, progettazione, e valutazione, e la padronanza degli strumenti informatici utilizzati durante il corso. La prova orale consiste nella formulazione di 3 domande.

Slides delle lezioni
Testi consigliati:
MODULO “ELECTRIC MOBILITY”

• Macchine elettriche: Verolino, 2019. Elementi di macchine elettriche. Edises
• Cinematica del veicolo isolato, Equazione della dinamica: Torrieri, 2007. Tecnica ed economia dei trasporti. Manuale introduttivo all'ingegneria dei trasporti. Edizioni Scientifiche Italiane
  MODULO “SMART MOBILITY”
• Modelli di domanda di trasporto: Cascetta, 2009. Transportation Systems Analysis: Models and Applications. Springer
  ENTRAMBI I MODULI
  Matlab: Palm, 2011. Matlab. Un'introduzione per gli ingegneri. McGraw-Hill Education

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali sulle principali applicazioni delle misure applicate alle macchine a fluido con particolare attenzione a quelle connesse con la valutazione per via sperimentale delle caratteristiche di funzionamento e di emissione in atmosfera; vengono fornite le basi la realizzazione di un sistema di acquisizione dati. Inoltre, fornisce le conoscenze sulle problematiche del controllo dell’ambiente con riferimento alla qualità dell’aria. Vengono forniti gli strumenti per una corretta pianificazione dell’ambiente aria con riferimento alle emissioni delle macchine e dei sistemi per la produzione di energia.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza delle metodologie di sperimentazione sulle macchine e sui sistemi energetici ed alla valutazione del loro impatto ambientale.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di progettare e realizzare un sistema di acquisizione dati per la misura delle prestazioni e delle emissioni di una macchina o di un impianto e di saper valutare l’impatto ambientale delle stesse.

Il corso affronta tutte le problematiche di tipo sperimentale connesse alla progettazione ed alla gestione delle macchine a fluido. Vengono affrontate le problematiche di base dei sistemi di misura applicati alle macchine a fluido definendo tutti gli elementi della catena di misura. Vengono descritti i sistemi di acquisizione dati (HW e SW) sia per misure lente che veloci. Vengono fornite, attraverso esercitazioni di laboratorio, le basi per la realizzazione di un completo sistema di acquisizione dati mediante l’utilizzo del Software LabVIEW. Vengono brevemente trattati gli errori di misura e le problematiche di analisi del segnale. Vengono approfonditi i diversi principi di misura ed il funzionamento dei più importanti sensori/trasduttori per la misura della pressione, della temperatura, della portata e della velocità nelle macchine a fluido. Il corso, inoltre, approfondisce le problematiche legate all'impatto ambientale delle fonti puntuali e diffuse nell'ambito di attività antropogeniche: produzione dell’energia, industria e trasporti. Vengono presentati le metodologie per realizzazione di un inventario delle emissioni, che consenta di individuare le fonti di inquinamento (industriali, civili, trasporti), la loro localizzazione con la disaggregazione spaziale e la quantità e tipologia della sostanza inquinante. Infine, viene presentata la valutazione dello stato della qualità dell'aria su scala locale integrando i dati dell'inventario delle emissioni con elaborazioni di modelli di dispersione degli inquinanti in atmosfera

La prova scritta a risposta libera ed esercizi numerici, consente il superamento dell'esame. La prova orale è facoltativa.

Appunti dalle lezioni.
Dispense disponibili sul sito web docenti
Libro di testo: – Ernest O. Doebelin- Strumenti e metodi di misura 2/ed - Editore McGraw-Hill

Il corso si propone di fornire agli studenti informazioni avanzate sulla sostenibilità dei materiali e sulla valutazione dell'impatto ambientale. Verranno introdotti i principi di sostenibilità e sviluppo sostenibile, nonché la loro applicazione alle strategie di produzione e lavorazione dei materiali. Verrà esplorata la criticità delle risorse attualmente disponibili, nonché l'opportunità di riciclare i materiali. Infine, verranno presentati e studiati diversi metodi per la valutazione della sostenibilità, insieme a una serie di casi di studio.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve descrivere i problemi relativi alla produzione di materiali nell'ambito dello sviluppo sostenibile. Deve essere in grado di comprendere i nessi causali tra le attività tipiche di produzione e le problematiche relative al consumo di risorse, alla produzione di rifiuti e agli impatti ambientali, nonché di comprendere le possibili modalità per raggiungere uno sviluppo sostenibile e promuovere un'economia circolare. Deve illustrare l'impatto attuale della produzione, dell'uso e dello smaltimento delle principali famiglie di materiali, insieme al potenziale delle strategie sostenibili di sostituzione dei materiali. Infine, lo studente deve dimostrare di conoscere gli specifici strumenti metodologici necessari per valutare l'impatto ambientale dell'industria dei materiali.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di saper elaborare un insieme di informazioni per valutare gli impatti della produzione di materiali e il relativo consumo energetico. Deve essere in grado di utilizzare l'eco-audit o l'analisi LCA dei processi produttivi, di identificare i relativi principali impatti e di ipotizzare strategie sostenibili di sostituzione dei materiali.

• Sostenibilità e sviluppo sostenibile: definizione della situazione attuale e possibili percorsi di transizione
• Valutazione dell'impatto: LCA e strumenti correlati
• Produzione e utilizzo dei materiali: consumo di risorse, produzione di rifiuti, impatto ambientale
• Utilizzo dell'energia (consumo e impatto delle attuali fonti di energia) e prospettive future (materiali per un'energia carbon-free)
• Materiali ed economia circolare: opportunità, problemi, strategie attuabili
• Casi studio

Elaborato progettuale: 50%.
Colloquio orale: 50%.

• “Materials and the Environment: Eco-informed Material Choice”; M. F. Ashby
• “Life Cycle Assessment - Theory and Practice”; Hauschild, Michael, Rosenbaum, Ralph K., Olsen, Stig (Eds.)

Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.

Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione
The examination will consist of the presentation and discussion of a group project concerning the design of a pollution-control process for a specific case study (such as a marine scrubber for the desulfurization of diesel-engine exhaust gases or an SNCR unit for a cement plant). This will be followed by an individual oral examination covering the course syllabus. The project and the oral examination will account for two-thirds and one-third of the final grade, respectively.

Il corso è fruibile solo in lingua inglese. Si prega di fare riferimento alla versione Inglese della scheda.

Per le macchine a compressione di vapore, fornire conoscenze termodinamiche e tecniche per la
scelta della tipologia di componenti, dello schema di impianto e il loro dimensionamento nelle
applicazioni della refrigerazione e della climatizzazione, in base alla richiesta specifica dell’utenza,
quali ad esempio applicazioni di refrigerazione industriale, commerciale e climatizzazione.
In particolare, approfondire gli aspetti termodinamici connessi ai fluidi refrigeranti, l’effetto della
carica di refrigerante, i gradi di libertà del sistema utili al controllo, l’influenza delle condizioni
operative sulla mappa di funzionamento del sistema, la determinazione del punto di bilanciamento del sistema utenza-impianto. Descrivere il principio di funzionamento al fine di comprendere i limiti
tecnici di utilizzo e la scelta ottimale del componente in relazione all’applicazione.
Modellare i singoli componenti e calibrare tali modelli, tramite software creati ad hoc e utilizzando
dati da letteratura tecnica o da casi studio reali.
Cimentarsi nell’uso consapevole di tali modelli per la progettazione efficace e ottimizzata e la
simulazione energetica dell’intera macchina al fine del calcolo dei coefficienti di prestazione
stagionale in accordo con le normative.
Approfondire la termodinamica dei cicli inversi a gas, dei cicli ad assorbimento e di quelli per la
“liquefazione” di gas. Introdurre le problematiche più attuali e le relative innovazioni nella
refrigerazione.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di sapere descrivere le soluzioni impiantistiche proposte,
individuandone vantaggi e svantaggi in relazione a ciascuna tipologia di utenza, al fluido
refrigerante e al contesto di utilizzo. Lo studente deve aver compreso i modelli fisici e il principio di
funzionamento dei singoli componenti di impianto.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Applicare i modelli per calibrare le equazioni descrittive di uno specifico componente. Determinare
graficamente il punto di bilanciamento dei componenti e la mappa di funzionamento dell’impianto.
Simulare il funzionamento di un impianto con un codice di calcolo fornito nel corso. Calcolare i
coefficienti di prestazione stagionale secondo normativa, calcolare i limiti di carica di refrigerante
secondo normativa, determinare categoria PED di un impianto proposto.

Parte 1: Impianti operatori con cicli a compressione di vapore (3,5 CFU)
Modellistica in regime dinamico delle utenze per la refrigerazione. Tipologie di architetture di
impianto: vantaggi e svantaggi tecnici. Fluidi refrigeranti: proprietà termodinamiche,
regolamentazioni ambientali, normative sulla sicurezza. Lubrificanti: requisiti, caratteristiche
tecniche e modalità di gestione Gradi di libertà di un impianto e parametri termodinamici utili al
controllo. Modellistica di base e accoppiamento dei componenti. Accoppiamento con l’utenza.
Cicli multi-stadio e multi-temperatura: vantaggi e svantaggi di tipo tecnico e relativi al controllo
Parte 2: Tecnica e modellistica dei componenti degli impianti a compressione di vapore (3
CFU)
Principio di funzionamento, vantaggi e svantaggi tecnici e tecnologi e modelli per: compressori
alternativi, a vite, scroll, a vano oscillante; valvole di laminazione termostatiche ed elettroniche;
scambiatori di calore a piastre, a tubi e mantello, a micro-canali, batterie alettate, condensatori
spray, torri evaporative, condensatori evaporativi. Fenomenologia e metodi predittivi per lo
scambio termico bifase all’interno e all’esterno dei condotti.
Parte 3: Applicazioni numeriche con codici di calcolo (1,5 CFU)
Simulazioni dell’utenza e dell’architettura di impianto al variare di parametri operativi e di progetto.
Calibrazione e simulazione del funzionamento dei componenti di impianto. Prestazioni stagionali
secondo normativa
Parte 4: Approfondimenti - (1 CFU)
(solo una tematica tra b) e d) èoggetto di esame a scelta dello studente)
a) Seminari di specialisti del settore
b) Visite in laboratorio
c) Cicli inversi a gas e produzione di “gas liquefatti” tramite cicli Linde e Claude: analisi
termodinamica dei cicli base e modificati.
d) Macchine frigorifere ad assorbimento: schemi, analisi e progettazione termodinamica
e) Ricerca bibliografica di brevetti per componenti, soluzioni di impianto o sistemi di controllo
relativi alle parti 1) e 2)

Gli studenti con disabilità, disturbi specifici dell'apprendimento (dislessia, disgrafia, disortografia, discalculia) o difficoltà temporanee possono rivolgersi al Centro di Ateneo SInAPSi per concordare
in sede di esame l'uso di misure dispensative e strumenti compensativi (per maggiori dettagli https://www.sinapsi.unina.it/home_sinapsi )
Ulteriori dettagli sulla valutazione saranno forniti a valle dell'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

Materiale fornito dal docente nel Team del corso (accessibile a tutti) sia per la teoria che per i
software di simulazione da utilizzare. In caso di difficoltà a reperire il materiale contattare il
docente via e-mail.

Il corso, di basilare importanza per ingegneri che si occupano di efficienza energetica e di progettazione di impianti energetici innovativi, mira a sviluppare conoscenze sulle tecnologie avanzate per la produzione, la conversione e l’utilizzo dell’energia, in un’ottica di sostenibilità economica ed ambientale, in ambito civile, industriale, dei trasporti anche marittimo. Il corso approfondisce le tecniche per il risparmio energetico e la progettazione di sistemi energetici ad alta efficienza e basati anche su fonti rinnovabili, con riferimento a sistemi complessi caratterizzati da elevata variabilità dei carichi e delle condizioni operative, quali edifici, reti energetiche e impianti industriali, nonché a quelli tipici dei trasporti (anche con applicazioni marine e offshore). Particolare attenzione è dedicata alla simulazione dinamica e all’ottimizzazione dei sistemi energetici, strumenti fondamentali per l’analisi delle prestazioni energetiche, economiche e ambientali in contesti multi-sorgente, multi-utenza e multi-obiettivo, quali comunità energetiche, impianti industriali e sistemi energetici di bordo, caratterizzati dall’integrazione di impianti alimentati anche da fonti rinnovabili, sistemi di accumulo e sistemi per la gestione intelligente dell’energia. Al termine del percorso di apprendimento, l’allievo sarà in grado di: i) valutare e selezionare le tecnologie energetiche avanzate più idonee in funzione della destinazione d’uso dei sistemi (civili, industriali, di rete, di trasporto) e degli obiettivi di efficienza energetica, sostenibilità ambientale e convenienza economica; ii) eseguire, anche mediante l’utilizzo di specifici software di simulazione, l’analisi dinamica delle prestazioni energetiche, economiche e dell’impatto ambientale dei sistemi, considerando la variabilità temporale delle risorse energetiche, dei carichi e delle condizioni operative; iii) sviluppare la progettazione di massima di sistemi energetici complessi, attraverso l’ottimizzazione dei principali parametri progettuali e di esercizio, valutando differenti funzioni obiettivo (massimo risparmio energetico, riduzione delle emissioni climalteranti, minimizzazione del tempo di ritorno dell’investimento).
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze di base e di comprendere i principali fenomeni fisici e tecnologici alla base delle tecnologie innovative per la produzione, la conversione, l’accumulo e la distribuzione dell’energia, finalizzate al miglioramento dell’efficienza energetica, all’impiego di fonti energetiche rinnovabili e alla riduzione dell’impatto ambientale associato all’uso dell’energia. Lo studente dovrà inoltre dimostrare la capacità di valutare e selezionare le tecnologie energetiche più opportune in funzione della tipologia di utenza e del contesto applicativo (utenze singole o multiple, sistemi civili, industriali o di rete, sistemi energetici di bordo), nonché di comprenderne l’integrazione all’interno di sistemi energetici complessi, al fine di perseguire obiettivi di sostenibilità energetica, flessibilità della domanda e della produzione e affidabilità del sistema. Infine, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze teoriche e metodologiche relative alle tecniche di modellazione e simulazione dinamica delle prestazioni energetiche, economiche e di impatto ambientale di sistemi energetici innovativi, con particolare riferimento all’analisi di sistemi multi-sorgente e caratterizzati da condizioni operative variabili nel tempo.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso, lo studente, attraverso lo sviluppo di un caso studio assegnato, dovrà essere in grado di modellare, simulare e ottimizzare differenti configurazioni di impianto, analizzandone i risultati (in termini di prestazioni energetiche, economiche e d’impatto ambientale) anche in un’otica di moderna progettazione del sistema. Lo studente, anche attraverso l’uso consapevole di specifici software di simulazione dinamica, dovrà quindi dimostrare la capacità di confrontare diversi layout impiantistici, individuandone la configurazione ottimale in funzione di specifiche funzioni obiettivo, ed effettuando il dimensionamento di massima dei principali componenti del sistema energetico esaminato anche tenendo in considerazione criteri di efficienza energetica, sostenibilità ambientale e convenienza economica.

[2 CFU] TECNOLOGIE PER LA SOSTENIBILITÀ ENERGETICA . Tecnologie e sistemi energetici a basso impatto ambientale basati su fonti energetiche fossili e rinnovabili, per la poligenerazione distribuita e la sostenibilità energetica. Tecnologie per la trasformazione e l’accumulo di energia termica da rinnovabili: tecnologie per il riscaldamento e raffrescamento alimentate da fonti rinnovabili a bassa temperatura, tecnologie per la valorizzazione dei cascami termici. Impianti di dissalazione. Organic Rankine Cycle (ORC) machines. Tecnologie per la produzione e l’accumulo di idrogeno e di vettori energetici ecocompatibili. Tecnologie per il trattamento di biomasse e la relativa trasformazione in vettori energetici ecocompatibili. Tecnologie sostenibili per la produzione e l’accumulo di energia elettrica: celle a combustibile, turbine eoliche e idrauliche anche per la conversione energetica dal mare e dal moto ondoso, sistemi solari ibridi e a concentrazione; applicazioni power to heat and power to gas. Cenni sulle tecnologie per l’“energy harvesting”: sistemi piezoelettrici, elettromagnetici, termoelettrici, termoacustici, microeolici. Principi di funzionamento delle singole tecnologie, indicatori e parametri per il calcolo della relativa efficienza energetica, economica e di impatto ambientale. Principi fondamentali della produzione di energia da fonte nucleare. Fissione e fusione nucleare. Reattori a fissione di IV generazione e il ruolo del nucleare nel sistema energetico.
[2 CFU] STRATEGIE PER L’EFFICIENZA E LA FLESSIBILITA’ ENERGETICA. Strategie di integrazione e gestione dei sistemi energetici complessi, finalizzate al miglioramento dell’efficienza e della flessibilità energetica nel contesto della transizione energetica. Principi di integrazione delle tecnologie in sistemi avanzati, includendo applicazioni quali vehicle-to-X, smart e micro-grid, smart cities e smart mobility. Gestione dei sistemi di generazione e produzione di energia, nonché dei sistemi di accumulo energetico, al fine di ottimizzare l’utilizzo delle risorse energetiche disponibili. Sviluppo e l’analisi di micro-reti, anche in configurazione off-grid, a basso impatto ambientale, e lo studio della flessibilità energetica e della gestione dinamica dei flussi di energia. In tale contesto vengono introdotti i principi di controllo, coordinamento e ottimizzazione dei sistemi energetici complessi, con riferimento a contesti civili, industriali e marittimi.
[2 CFU] LABORATORIO NUMERICO PER LA PROGETTAZIONE PRELIMINARE INTEGRATA. Il laboratorio è dedicato allo sviluppo di casi studio finalizzati alla progettazione preliminare dei sistemi energetici studiati. I casi studio sono assegnati in funzione del percorso formativo di provenienza dello studente, mantenendo invariati gli obiettivi formativi e gli strumenti metodologici del corso. Nello specifico, i casi studio – relativi a sistemi energetici a servizio di edifici, distretti di piccola e media scala, impianti industriali, navi e sistemi energetici avanzati – sono affrontati mediante l’utilizzo di strumenti di simulazione dinamica. Attraverso attività di modellazione, simulazione e ottimizzazione, lo studente valuta le prestazioni energetiche, economiche e di impatto ambientale di diversi scenari di sistemi energetici avanzati, con particolare attenzione a sistemi multi-sorgente e caratterizzati da condizioni operative variabili nel tempo. Sono introdotti e utilizzati ambienti di calcolo per la simulazione e la progettazione preliminare dei sistemi energetici, quali TRNSYS, HOMER e Matlab, con particolare riferimento alla valutazione dei flussi energetici su base dinamica e all’ottimizzazione termo-economica delle soluzioni progettuali.

Il voto è formulato in base all’esito delle prove scritte, alla qualità dell’elaborato progettuale presentato e all’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente durante la prova orale.

Appunti del docente (disponibili sul sito docenti).
Testo: i) Nikolai V. Khartchenko, Vadym M. Kharchenko. Advanced Energy Systems, Second Edition. CRC Press (2013).

Obiettivo dell’insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze approfondite sulle leghe metalliche leggere e medio leggere di interesse industriale e dei principali processi manifatturieri non convenzionali per materiali metallici, al fine di consentire loro di acquisire conoscenze sui complessi meccanismi termici, chimici e meccanici che intervengono nei processi di trasformazione e di legare questi alle prestazioni dei manufatti realizzati sino a rendere disponibili gli strumenti per una scelta critica e consapevole del più opportuno processo tecnologico per la realizzazione di parti, contemperando gli aspetti economici, prestazionali e tecnologici coinvolti.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere i complessi meccanismi che governano il comportamento meccanico dei materiali, principalmente i metalli, la loro risposta al variare delle condizioni operative, quali ad esempio la temperatura, e i meccanismi di formazione delle principali tipologie di leghe, e di poter governare tali meccanismi attraverso opportuni trattamenti termici.
Deve altresì dimostrare di conoscere le tecnologie di fabbricazione e lavorazione che fanno ricorso a principi ed utensili non convenzionali (laser, ultrasuoni, attrito, chimici, etc.) e comprendere come i materiali rispondono alle complesse sollecitazioni cui sono sottoposti durante i detti processi.
Deve infine dimostrare di conoscere i principali difetti e cause di difformità che possono insorgere nella realizzazione dei prodotti ottenuti in accordo ai vari processi e le principali tecniche di indagine per la loro valutazione.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di scegliere, fra le varie leghe metalliche, quella con le caratteristiche più appropriate ad un prefissato scopo e di applicare, se del caso, gli opportuni trattamenti per definire al meglio le desiderate caratteristiche.
Il percorso formativo è altresì disegnato per trasmettere agli studenti gli strumenti metodologici per selezionare i più opportuni processi produttivi, sia quelli convenzionali sia quelli non convenzionali, per la realizzazione di un determinato manufatto e valutare le conseguenti implicazioni di carattere economico e tecnico. Lo studente sarà inoltre in grado di comprendere i meccanismi che intervengono a modificare la microstruttura del materiale durante i processi produttivi e che ne governano le proprietà.
Lo studente dovrà infine dimostrare di essere in grado di valutare la qualità dei prodotti realizzati in accordo ai differenti processi produttivi e scegliere di conseguenza gli strumenti e le tecniche di indagine non distruttiva per individuare le cause di difformità dei prodotti.

Leghe non ferrose: Leghe di alluminio, Leghe di Titanio.
Cenni sulla tranciatura delle lamiere e valutazione della qualità del prodotto finito.
Lavorazioni non convenzionali. Classificazione, condizioni generali, confronti e tendenze.
Principi fisici di funzionamento, descrizione del processo caratteristiche delle macchine speciali ed applicazioni delle seguenti lavorazioni non convenzionali: elettroerosione, lavorazioni con Laser (LBM), lavorazioni con ultrasuoni, saldature per attrito (FSW e LFW), metallurgia delle polveri.
Controlli non distruttivi. Definizione e finalità dei CND; definizione della difettologia di unprodotto; Classificazione dei CND in base al principio fisico utilizzato e/o al materiale indagato; CND mediante: ultrasuoni, raggi X e Gamma, liquidi penetranti, magnetoscopia.

Dispense del docente

Il corso si prefigge di fornire agli allievi gli elementi specialistici, teorici e pratici, per consentire un utilizzo consapevole delle tecniche di Termofluidodinamica Computazionale in ambito applicativo e industriale. Lo studente acquisirà la conoscenza di vari metodi per la risoluzione numerica delle equazioni di conservazione della massa, momento della quantità di moto ed energia e di vari software per la progettazione termofluidodinamica nell'ambito dell'ingegneria meccanica. Saranno esposti alcuni aspetti teorici, quali l’analisi dimensionale, e sperimentali, come la similitudine e i relativi modelli, di fondamentale importanza per la messa a punto e la validazione dei modelli stessi. Alla fine del corso, gli allievi saranno in grado di riconciliare i due aspetti della Termofluidodinamica Computazionale –fondamenti teorici e modalità applicative –che spesso vengono trattati in modo disgiunto.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche relative alla risoluzione numerica di problemi connessi all’ingegneria meccanica in generale e alla termofluidodinamica in particolare. Deve dimostrare di aver fatto propri i vari metodi illustrati per la risoluzione numerica delle equazioni di conservazione della massa, momento della quantità di moto ed energia e di saper utilizzare i vari software per la progettazione termofluidodinamica nell'ambito dell'ingegneria meccanica presentati durante il corso.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di risolvere un problema termofluidodinamico mediante l’utilizzo di codici commerciali presentati durante il corso, effettuare un’analisi dell’indipendenza della soluzione dalla griglia, verificare e validare i risultati ottenuti, classificare e stimare gli errori commessi nell’applicazione delle tecniche numeriche.

Prima Parte del Corso [6 CFU]
Introduzione ai metodi numerici per le equazioni differenziali della trasmissione del calore e della termofluidodinamica: Differenze Finite (FD), Volumi Finiti (FV), Elementi Finiti (FEM), Cenni su altri metodi. Descrizione e stima dell’errore in TFDC. Problemi di convergenza. [1 CFU]
Background matematico, Classificazione delle equazioni, Equazioni differenziali rappresentative, Condizioni al contorno e iniziali, Forme integrali, Equazioni base [0.5 CFU]
Fondamenti del metodo alle Differenze Finite. Il metodo dei Volumi Finiti per fluidi incomprimibili: Griglie Cartesiane/strutturate e Griglie non strutturate. Il metodo agli Elementi finiti [1 CFU]
La turbolenza e i suoi modelli: DNS - Direct Numerical Simulation, LES - Large Eddy Simulation, RANS - Reynolds-Averaged Navierˇ Stokes equations. [0.5 CFU]
Discretizzazione per i regimi stazionario e transitorio nella diffusione e applicazioni. [1 CFU]
Discretizzazione per la convezione nei fluidi comprimibili e incomprimibili: approccio in variabili conservative e primitive e relative applicazioni. [1.5 CFU]
Discretizzazione per l’irraggiamento: applicazioni. [0.5 CFU]
Seconda Parte del Corso [3 CFU]
Esempio di sviluppo di una procedura numerica “home-made” [0.5 CFU]
Sviluppo di un progetto con un codice commerciale agli elementi finiti: Problemi conduttivi mono e multidimensionali in regime stazionario e in regime transitorio, Problemi convettivi mono e multidimensionali in regime stazionario e in regime transitorio, Problemi radiativi [1 CFU]
Sviluppo di un progetto con un codice commerciale ai volumi finiti: Problemi convettivi mono e multidimensionali in regime stazionario e in regime transitorio [1 CFU].
Utilizzo di un codice Open-Source [0.5 CFU]

Il campo sarà definito secondo l'aggiornamento delle Linee guida del PQA in corso di predisposizione.

1) Computational Heat Transfer Y. Jaluria, K.E. Torrance Springer-Verlag
2) An introduction to computational fluid dynamics - The finite volume method H.K. Versteeg , W. Malalasekera Longman
3) Fondamenti di Termofluidodinamica Computazionale a cura di Gianni Comini SGEditoriali Padova
4) Appunti dalle lezioni (Disponibili on-line)

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali necessarie per valutare le principali proprietà chimicofisiche delle biomasse, identificare i pretrattamenti più idonei e selezionare le tecnologie di conversione termochimica più appropriate in funzione delle caratteristiche del feedstock o dei prodotti desiderati. Inoltre, il corso fornisce le basi per ulteriori studi e specializzazioni nei processi termochimici delle biomasse.
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:

• Caratterizzare le principali proprietà chimicofisiche delle biomasse rilevanti per i processi di conversione energetica e di produzione di materiali.
• Valutare e selezionare adeguati metodi di pretrattamento in base alla composizione, alla struttura e al percorso di processo previsto.
• Identificare e confrontare le tecnologie di conversione considerando le caratteristiche del feedstock e i prodotti finali di interesse.
• Applicare i principi fondamentali per analizzare e ottimizzare i processi termochimici delle biomasse.
• Costruire una base di conoscenze adatta a percorsi avanzati e di specializzazione sulla conversione delle biomasse e sui sistemi bioenergetici.
  Conoscenza e capacita' di comprensione: Gli studenti acquisiranno la capacità di:
• Comprendere le principali proprietà chimicofisiche delle biomasse rilevanti per i processi di conversione energetica e di produzione di materiali. •
• Comprendere i criteri per la valutazione e la selezione dei metodi di pretrattamento più adeguati, in funzione della composizione, della struttura del feedstock e delle esigenze del processo.
• Riconoscere e distinguere le tecnologie di conversione termochimica in relazione alle caratteristiche del feedstock (feedstockoriented design) e ai prodotti desiderati (productoriented design).
• Cogliere i principi fondamentali alla base dei processi termochimici delle biomasse, ponendo le basi per studi avanzati e percorsi di specializzazione.
  Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti saranno in grado di:
• Caratterizzare le biomasse valutandone le principali proprietà chimicofisiche mediante adeguati metodi e tecniche analitiche.
• Applicare criteri di selezione per individuare il metodo di pretrattamento più idoneo per uno specifico feedstock.
• Identificare, confrontare e selezionare le tecnologie di conversione termochimica in funzione delle caratteristiche del feedstock e dei requisiti del prodotto finale.
• Utilizzare i principi fondamentali per analizzare, valutare e ottimizzare i processi di conversione termochimica delle biomasse in contesti pratici

1. Introduzione alle Biomasse come Risorsa Bioenergetica e Biomateriale

• Definizione e criteri di classificazione dei materiali biomassa
  Tipologie di biomasse e loro caratteristiche distintive
  Vantaggi, limitazioni e principali criticità nell’utilizzo delle biomasse
  2. Proprietà Chimiche e Fisiche delle Biomasse : Caratterizzazione composizionale: analisi immediata (proximate) e analisi elementare (ultimate). Componenti strutturali della biomassa lignocellulosica: cellulosa, emicellulosa e lignina. Potenziale di conversione termochimica: contenuto di umidità e ceneri, potere calorifico
  3. Panoramica dei Processi di Conversione Termochimica : Fondamenti della conversione termochimica delle biomasse. Processi per la produzione di bioenergia, biocarburanti e biomateriali
  4. Pretrattamenti delle Biomasse e Catena di Approvvigionamento: Logistica del feedstock. Pretrattamenti per la conversione termochimica: essiccamento, frazionamento, densificazione, torrefazione
  5. Fondamenti della Pirolisi di Biomasse: Reazioni primarie e secondarie. Meccanismi di reazione e classi di prodotti. Fenomeni fisici e chimici che governano la pirolisi di biomasse. Parametri operativi che influenzano il comportamento in pirolisi e regimi di conversione
  6. Tecnologie di Pirolisi e Prodotti. Pirolisi lenta e pirolisi veloce . Tipologie di reattori per la pirolisi di biomasse . Prodotti della pirolisi (biochar, biooil, gas di pirolisi): proprietà, applicazioni e criticità
  7. Fondamenti di Gassificazione e Combustione delle Biomasse: Fondamenti, percorsi reattivi e principali tecnologie per gassificazione e combustione Ruolo dei processi di gassificazione e combustione nei sistemi di conversione termochimica
  LEZIONI/ ATTIVITÀ PRATICHE
  1. Metodi Analitici per Pirolisi e Combustione : Interpretazione delle curve termogravimetriche (TG) per la pirolisi e la combustione delle biomasse . Gascromatografia e spettrometria di massa per l’analisi del gas di pirolisi e del bio-oil. Calorimetria a scansione differenziale (DSC) per la valutazione degli aspetti energetici di processo •
  2. Introduzione alla modellazione matematica dei processi di conversione termochimica delle biomasse: principi di formulazione di modelli cinetici e dei fenomeni di trasporto di materia e calore per sistemi singola particella e reattore.
  3. Visite guidate ai laboratori per osservare strumenti analitici, impianti sperimentali e materiali derivati da biomasse

La valutazione si baserà sulle prove scritte (prove intercorso ed eventuale esame finale) e su un elaborato scritto individuale o di gruppo, secondo i criteri di accuratezza, completezza e capacità di applicazione dei contenuti del corso

Slide delle lezioni, articoli scientifici e review, libri di testo consigliati:

• Biorefineries –Industrial Processes and Products. Eds B. Kamm, P.R. Gruber, M. Kamm. Wiley, 2006
• D. L. Klass- Biomass for Renewable energy, fuels and chemicals. Academic Press 1998.

L'obiettivo del corso è di fornire agli studenti le conoscenze di base per analizzare, progettare e ottimizzare sistemi energetici complessi e il relativo al funzionamento mediante approcci di programmazione matematica e analisi multi-obiettivo. Il corso si focalizza sulla definizione dettagliata delle metodologie e dei processi di ottimizzazione di sistemi energetici complessi, da sistemi di poligenerazione a reti energetiche integrate con più vettori energetici coinvolti. I settori energetici di interesse sono l’elettrico, il termico (riscaldamento/raffrescamento), l’idrogeno e la mobilità, con particolare attenzione a soluzioni sostenibili e fonti di energia rinnovabili. L'ottimizzazione dei sistemi energetici verrà studiata considerando tre livelli: configurazione, progettazione e funzionamento. L'ottimizzazione della configurazione affronta il problema di identificare la configurazione ottimale del sistema - numero, tipo e interconnessioni funzionali dei componenti installati. Nell'ottimizzazione della progettazione, vengono determinate le capacità ottimali dei componenti, mentre l'ottimizzazione del funzionamento mira a determinare le strategie di funzionamento ottimali dei componenti del sistema su scala giornaliera. Verranno considerati diversi tipi di analisi come l’ottimizzazione energetica, economica e ambientale, che saranno trattate attraverso un approccio multi-obiettivo mediante analisi del fronte di Pareto. Il corso si focalizzerà sulla formulazione matematica di diverse tipologie di problemi dei sistemi energetici, sui metodi di risoluzione e sulla loro implementazione attraverso codici di ottimizzazione dedicati. Tale ottimizzazione mira a garantire la sostenibilità a medio e lungo termine dell’approvvigionamento, della distribuzione e dell’utilizzo dell’energia nei settori residenziale e industriale. Gli studenti acquisiranno conoscenze sulla pianificazione energetica di sistemi energetici complessi attraverso diversi casi studio, prendendo in considerazione molteplici utenti con i relativi fabbisogni multienergetici, diversi vettori energetici e diversi scenari relativi ai costi dell’energia e ai livelli di penetrazione delle fonti di energia rinnovabile, con la finalità di applicare le tecniche di ottimizzazione a un progetto finale.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di aver raggiunto un’adeguata conoscenza delle tecniche implementabili per l’ottimizzazione e la progettazione di sistemi energetici complessi e aver compreso le relative problematiche operative.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di applicare tecniche di ottimizzazione a casi studio di sistemi energetici complessi.

Il corso affronta metodologie avanzate per la modellazione, la progettazione e l'ottimizzazione di sistemi energetici complessi, con particolare riferimento ai sistemi multi-vettore (Integrated Energy Systems - IES) e agli Energy Hubs. L'attività formativa integra aspetti teorici e applicativi, fornendo agli studenti gli strumenti necessari per sviluppare modelli matematici e implementare algoritmi di ottimizzazione finalizzati alla pianificazione e alla gestione sostenibile dei sistemi energetici.
Modulo 1 – Introduzione ai sistemi energetici complessi

• Evoluzione dei sistemi energetici verso la decarbonizzazione.
• Sistemi energetici integrati e multi-vettore.
• Energy Hubs
• Settori energetici: elettrico, termico, idrogeno e mobilità elettrica.
• Indicatori di prestazione energetica, economica e ambientale.
  Modulo 2 – Fondamenti di programmazione matematica
• Formulazione dei problemi di ottimizzazione.
• Variabili decisionali, parametri e vincoli.
• Funzioni obiettivo.
• Programmazione Lineare (LP).
• Programmazione Lineare Intera Mista (MILP).
• Programmazione Non Lineare (NLP) e Non Lineare Intera Mista (MINLP).
• Cenni alle tecniche euristiche.
  Modulo 3 – Modellazione matematica dei sistemi energetici
• Modellazione dei componenti energetici:
• tecnologie di conversione primaria;
• impianti di cogenerazione e poligenerazione;
• pompe di calore e sistemi HVAC;
• sistemi di accumulo elettrico e termico;
• elettrolizzatori, fuel cell e sistemi a idrogeno;
• impianti fotovoltaici ed eolici.
• Modellazione dei profili di domanda multi-energetica.
• Vincoli tecnici e operativi.
  Modulo 4 – Ottimizzazione per la configurazione
• Problematiche di synthesis dei sistemi energetici.
• Selezione ottimale delle tecnologie.
• Configurazione delle reti energetiche integrate.
• Analisi delle interconnessioni tra vettori energetici.
• Formulazione dei problemi di superstruttura.
  Modulo 5 – Ottimizzazione della progettazione
• Dimensionamento ottimale delle tecnologie.
• Capacity expansion planning.
• Analisi degli investimenti.
• Indicatori economici (CAPEX, OPEX, LCOE, VAN, Payback Period).
• Integrazione ottimale delle fonti energetiche rinnovabili e dei sistemi di accumulo.
  Modulo 6 – Ottimizzazione del funzionamento
• Unit commitment e dispatch energetico.
• Energy Management Systems (EMS).
• Ottimizzazione del funzionamento giornaliero e stagionale.
• Demand Response e gestione della flessibilità.
• Ottimizzazione dei sistemi di accumulo.
• Gestione dell'incertezza nella domanda e nella produzione rinnovabile.
  Modulo 7 – Ottimizzazione multi-obiettivo
• Ottimizzazione energetica, economica e ambientale.
• Metodi di scalarizzazione.
• Metodo ε-constraint.
• Weighted Sum Method.
• Costruzione del fronte di Pareto.
• Analisi dei compromessi (trade-off).
• Tecniche di supporto alle decisioni multicriterio.
  Modulo 8 – Implementazione computazionale
• Struttura di un modello di ottimizzazione.
• Linguaggi e ambienti di modellazione.
• Interfacciamento con solver di ottimizzazione.
• Analisi e validazione dei risultati.
• Interpretazione delle soluzioni ottimali.
  Modulo 9 – Applicazioni e casi studio
• Sistemi di poligenerazione.
• Comunità Energetiche Rinnovabili.
• Microreti elettriche e termiche.
• Distretti energetici.
• Sistemi energetici industriali.
• Pianificazione energetica territoriale.
• Analisi di scenari caratterizzati da differenti prezzi dell'energia, livelli di elettrificazione e penetrazione delle fonti rinnovabili.
  Attività progettuale
  Gli studenti svilupperanno un progetto finale consistente nella modellazione e nell'ottimizzazione di un sistema energetico complesso. Il progetto comprenderà la formulazione matematica del problema, l'implementazione del modello mediante un ambiente di calcolo dedicato, l'analisi di differenti scenari energetici e la valutazione dei risultati secondo criteri energetici, economici e ambientali attraverso tecniche di ottimizzazione multi-obiettivo.

Il voto è formulato dalla Commissione d’Esame sulla base dell’adeguatezza delle risposte fornite dallo studente ai quesiti che gli sono stati formulati. Il voto finale è, inoltre, opportunamente motivato allo studente.

Dispense del corso
I. Dincer, M. A, Rosen, P. Ahmadi, Optimization of energy systems, John Wiley &Sons editore

Il corso intende fornire agli allievi le competenze necessarie per operare nel settore delle tecnologie per l’uso razionale ed ecocompatibile delle risorse energetiche convenzionali e rinnovabili (energy management), con riferimento ad aspetti sia tecnico-ingegneristici che normativi ed economico-finanziari. Lo studente deve acquisire conoscenze e capacità di comprensione in merito a: i) previsione e analisi dei fabbisogni energetici di utenze civili ed industriali; ii) misura e analisi delle prestazioni di sistemi energetici; iii) tecnologie e soluzioni per l’efficienza energetica; iv) ingegneria delle fonti rinnovabili di energia.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente conoscerà approfonditamente le principali tecnologie di conversione dell’energia sia rinnovabile che non rinnovabile, nonché le metodologie per la valutazione del loro impatto energetico, economico ed ambientale. Egli acquisirà le conoscenze e gli strumenti metodologici approfonditi per lo sviluppo di analisi energetiche, economiche ed ambientali relative a possibili interventi di efficientamento energetico di utenze civili ed industriali.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di sviluppare confronti energetici, economici ed ambientali fra sistemi di riferimento e possibili sistemi proposti. Sarà in grado di valutare l’applicabilità di tecnologie innovative, con particolare riferimento alle rinnovabili, e di calcolare i principali indici di redditività economica dell’investimento, nonché il risparmio di energia primaria e di emissioni di gas climalteranti. Lo studente sarà in grado di realizzare tali analisi considerando il quadro attuale sia normativo che tariffario del mercato dell’energia.

• Introduzione – Classificazione, disponibilità ed impatto ambientale delle fonti energetiche; politiche per il contrasto ai cambiamenti climatici, lo sviluppo delle fonti rinnovabili e l’efficienza energetica.
• Efficienza energetica negli usi finali – Principio di funzionamento, caratteristiche funzionali, criteri progettuali e analisi di fattibilità tecnico-economica di sistemi, tecnologie e interventi per l’efficienza energetica.
• Generatori di calore.
• Pompe di calore e macchine frigorifere elettriche e ad assorbimento, sistemi di cogenerazione.
• Fonti rinnovabili – Principio di funzionamento, caratteristiche funzionali, criteri progettuali e analisi di fattibilità tecnico-economica di impianti alimentati da fonte rinnovabile: solare termico, fotovoltaico, solare termodinamico; energia eolica, biomasse e biogas; geotermia; idroelettrico.
• Cenni sul risparmio energetico negli edifici.

Lo studente deve essere in grado di identificare le tecnologie idonee a migliorare l’efficienza energetica e di valutarne con accuratezza la redditività economica, nonché il risparmio energetico ed in termini di emissioni di gas climalteranti. L’esame finale prevede una prova scritta ed una prova orale aventi lo stesso peso. Nella parte numerica, prova scritta, si sviluppano analisi di fattibilità relative a possibili interventi di efficientamento energetico. Nella parte orale, invece, si verifica la comprensione delle tecnologie per la conversione dell’energia e del mercato dell’energia. È prevista una prova intercorso, che si terrà circa a metà del corso, il cui superamento esonera da una parte della prova scritta, ovvero quella parte concernente gli argomenti del corso trattati fino allo svolgimento della prova intercorso. L’esame finale prevede una prova scritta ed una prova orale aventi lo stesso peso. Il superamento della prova scritta è vincolante ai fini dell’accesso alla prova orale.

Il materiale didattico, sia testi di teoria che esercizi numerici, è fornito dal docente tramite canale TEAMS o web docenti.

Gli argomenti trattati durante il corso mirano ad analizzare il comportamento degli organi meccanici, nelle diverse condizioni di funzionamento, in relazione alle variazioni di lubrifcazione e variazione dei carichi applicati. Acquisite le cognizioni di base, si passa ad un'alisi della diagniostica predittiva delle anomalie che possono insorgere durante il funzionamento.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Il corso mira ad illustrare i criteri per il proporzionamento degli organi meccanici e ad acquisire metodiche non tradizionali per la diagnostica predittiva di guasti meccanici.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Saranno previste esercitazioni al computer allo scopo di verificare lo stato di apprendimento.

1. La meccanica dei contatti
 Contatti concentrati e contatti estesi
 Determinazione delle aree di contatto
2. Meccanismi di usura
 Velocità dell’usura adesiva
 Usura abrasiva
 Velocità dell’usura abrasiva
 Usura Usura adesiva
 per fatica superficiale
 Usura erosiva
 Fretting (cenni)
 Usura da strisciamento
 Usura per fatica superficiale
 Usura per cavitazione
 Usura dei freni a disco
 Usura dei perni di spinta
 Macchine per prove d’usura
3. Attrito
 Attrito secco
 Attrito radente
 Attrito volvente
 Il fenomeno dello stick-slip
 Temperatura massima superficiale
4. La Metrologia degli stati superficiali
 Topografia superficiale
 Valutazione numerica della rugosità
 Strumenti rilevatori della rugosità
 Il controllo della rotondità
5. Lubrificanti
 Densità
 Viscosità
 Viscosimetri a capillare
 Comportamento della viscosità con la temperatura
 Legge viscosità-pressione
 Miscele di oli a diversa viscosità.
 Indice di viscosità
6. Meccanismi della lubrificazione
 Lubrificazione in regime limite (Boundery)
 Lubrificanti per lubrificazione limite
 Lubrificazione in regime fluidodinamico
 Teoria della lubrificazione idrodinamica
 Equazione di Reynolds
 Teoria della lubrificazione EHD
 Determinazione dello spessore minimo del film lubrificante
 Determinazione del coefficiente d’attrito
 Meccanismo di scambio termico nei contatti EHD
 Lubrificazione fluidostatica
 Classificazione degli oli motore
 Cuscinetti portanti lubrificati fluidodinamicamente
 Calcolo dello spessore minimo del film lubrificante nei cuscinetti a strisciamento
 Cuscinetti volventi
 Classificazione
 Modellazione
 Lubrificazione
Per questi argomenti testo di riferimento: -
“Dispense fornite dal docente”
7. Elementi di diagnostica dei sistemi meccanici complessi
 Spazi Topologici
 Spazi Vettoriali
 Spazio di Hilbert
 Funzioni ortogonali in uno spazio di Hilbert
 La Trasformata Wavelet
 Base Hilbertiana
 Funzioni a supporto compatto
 Sistemi Ortonormali
 La serie trigonometrica di Fourier
 Il sistema base di Haar
 La rappresentazione Wavelet
 Obiettivi dell’analisi multirisoluzionale
 Basi Wavelet Continue
 Teoria del Chaos
 Spazio delle fasi o spazio di stato (phase space)
 Il problema del malcondizionamento dei dati
 Punto fisso
 Esponenti di Lyapunov
 Metodo pratico per il calcolo di λ1
 Equazioni alle differenze
 Comportamento asintotico dei sistemi dinamici non lineari
 Applicazioni
 La trasformata di Fourier
 Scomposizione spettrale
 Filtraggio
 Proprietà dei coefficienti wavelet
 Analisi della multirisoluzione
 Individuare uno spike
 La selezione della trasformata wavelet
 Un esempio di mappa caotica
 Un indicatore di instabilità
 Lo spazio pre-Hilbertiano e la teoria del Chaos

La valutazione sarà con un voto in trentesimi.

Dispense fornite dal docente e il testo : Niola V., Quaremba G. – “Elementi di dinamica non lineare dei sistemi meccanici per l’ingegneria. Dalla Trasformata Wavelet alla Teoria del Chaos.” - Liguori Editore, 2011

Il corso ha l’obiettivo di fornire le conoscenze specialistiche relative al funzionamento, all’analisi delle prestazioni e alla progettazione dei sistemi di conversione per l’energia eolica, con particolare riferimento alle turbine eoliche ad asse orizzontale. Si affrontano con approccio fluidodinamico le problematiche connesse con l’esercizio, la regolazione, l’installazione e il dimensionamento di massima delle macchine eoliche.
Conoscenza e capacita' di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le principali problematiche fluidodinamiche riguardanti il funzionamento, la progettazione e l’installazione delle turbine eoliche. Il percorso formativo intende fornire agli studenti le conoscenze e gli strumenti metodologici di base necessari per procedere: all’analisi delle prestazioni e alla progettazione aerodinamica delle turbine eoliche, alla misurazione e all’analisi delle caratteristiche della risorsa eolica, alla scelta del sito.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare gli strumenti metodologici e teorici appresi durante il corso alla progettazione aerodinamica, all’analisi delle prestazioni (anche in ambiente computazionale) e all’installazione delle turbine eoliche, nonché alla misurazione e analisi della risorsa eolica.

• Classificazione e architettura dei sistemi di conversione per l’energia eolica e dei loro componenti, principi di trasferimento del lavoro, analisi dimensionale, curve caratteristiche, regolazione delle turbine eoliche. [0.75 CFU]
• Teoria del momento assiale: il modello del disco attuatore, equazioni del moto per rotori aperti, disco uniformemente caricato, limite di Betz-Joukowsky, range di validità delle teorie proposte, regimi di moto per le scie [0.75 CFU].
• Teoria del momento generalizzata: equazioni del moto per rotori aperti con rotazione della scia, fattori di correzione all’apice e al mozzo delle pale [0.5 CFU].
• Teoria dell’elemento di pala: parametrizzazione geometrica, profili alari, forze aerodinamiche, angoli di flusso e metallici, espressioni locali per la spinta assiale e la coppia [0.5 CFU].
• “Blade-Element/Momentum Theory”: algoritmo di soluzione, correzioni empiriche per dischi fortemente caricati, correzioni per fenomeni tridimensionali, validazione dei risultati. Esercitazione: analisi delle prestazioni di una turbina eolica ad asse orizzontale tramite codice open-source. [0.75 CFU]
• Progetto di una turbina eolica ad asse orizzontale: disco ottimale di Betz, Glauert e Joukowsky, valutazione della distribuzione radiale della corda e dell’angolo di svergolamento della pala, procedura di progetto per una potenza fissata. Esercitazione [0.5 CFU].
• Turbine ad asse verticale: classificazione, analisi del moto e delle forze aerodinamiche, modelli semplificati per la valutazione delle prestazioni [0.25 CFU].
• La risorsa eolica: caratteristiche generali, dinamica, scale spaziali e temporali [0.5 CFU].
• Caratteristiche dello strato limite atmosferico: generalità, stabilità dell'atmosfera, altezza di rugosità, turbolenza, classi di vento, effetto degli ostacoli e dell'orografia [0.5 CFU].
• Analisi statistica della risorsa eolica: spettro di potenza e lacuna spettrale, statistiche di interesse, valutazione produzione annuale di energia, fattore di capacità, distribuzioni di Weibull e Rayleigh, rosa dei venti e delle energie, mappe eoliche, accenni a tecniche di siting e micro-siting [0.5 CFU].
• La misura del vento: rilevanza, grandezze di interesse, banderule, anemometri a coppe, ad elica e ad ultrasuoni, strumenti di telerilevamenteo [0.5 CFU].

Su base volontaria, e come alternativa alla classica verifica orale degli apprendimenti, è possibile sostenere l’esame discutendo un elaborato progettuale, preferibilmente svolto in gruppo.

Dispense e slides del corso.
Testi consigliati:

• Glauert, H., Airplane propellers, in Aerodynamic theory Vol IV, Division L, 1935, Springer.
• Sorensen J.N., General Momentum Theory for Horizontal Axis Wind Turbines, Springer, 2016
• Hansen, M.O.L., Aerodynamics of wind turbines, 2015.
• Manwell, J.F. and McGowan, J.G. and Rogers, A.L., Wind energy explained: theory, design and application, Wiley, 2010.
• Pallabazzer R., Sistemi di Conversione Eolica, Hoepli, 2011
• Battisti L., Gli impianti Motori Eolici, Edizioni CittàStudi, 2022