INGEGNERIA CIVILE E ARCHITETTURA (DICAR)Ingegneria meccanicaAnno accademico 2023/2024

9794217 - ENERGY SYSTEMS AND ENVIRONMENT

Docente: STEFANO MAURO

Risultati di apprendimento attesi

Il corso di “ENERGY SYSTEMS AND ENVIRONMENT” affronta l’attualissima problematica connessa allo sviluppo dei sistemi energetici sostenibili per la produzione decarbonizzata dell’energia elettrica termica e frigorigena con particolare riguardo alle risorse energetiche impiegate, alla loro provenienza, al processo di conversione e all'uso finale dell’energia nelle diverse forme, nell’ottica del conseguimento di una sostenibilità ambientale inserita nel contesto planetario globale cui corrispondono gli scenari della crisi ambientale del XXI secolo.

Saranno presentate le diverse fonti di energia tra cui l’energia da biomassa, l’energia geotermica, l’energia eolica, l’energia solare, il vettore idrogeno e le caratteristiche dei rispettivi sistemi di generazione. Verranno affrontate, con particolare attenzione, le analisi dei sistemi tecnologici energetici nel contesto degli obiettivi di rispetto ambientale, primo fra tutti il controllo della produzione di gas climalteranti, onde conseguire effetti di mitigazione del fenomeno del “Global Warming”.

Verranno introdotte le tecniche di simulazione numerica dei Sistemi Energetici mediante codice di calcolo Ansys Fluent, con particolare riferimento all'implementazione di simulazioni numeriche CFD mediante approccio sia teorico che pratico/applicativo

Nella parte finale del corso verranno accennati i sistemi energetici avanzati, con particolare attenzione agli impianti di potenza a ciclo combinato a gas ed in assetto cogenerativo e la loro integrazione con i sistemi di captazione dell’energia termica solare.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni frontali (39 ore) ed esercitazioni (52 ore)

Prerequisiti richiesti

Meccanica dei Fluidi (Formale)

Frequenza lezioni

La frequenza del corso è obbligatoria

Contenuti del corso

  1. Basic Energy Concepts
  2. Energy Conversion
  3. Renewable Energy Sources and Energy Conversion Devices
  4. Energy Transfer and Conversion Methods
  5. Renewable Energy Sources
  6. Solar Energy: Solar heating (passive and active), solar power plants, photovoltaic cells
  7. Biomass Energy: Direct conversion (combustion of biomass); Indirect conversion (chemical conversion to biofuel)
  8. Hydro Energy
  9. Geothermal Energy: Power plants, direct use, heat pumps
  10. Ocean Energy: Tidal Power and Wave Energy
  11. Wind Energy
  12. Gas turbine and their performances
  13. Combined Cycles
  14. Cogeneration Power Plants
  15. CFD applications for Energy Systems

Testi di riferimento

1) Materiale didattico

2) Ansys Fluent getting started training

3) Islam, Roy, Rahman, Saifur - Renewable Energy and the Environment –SPRINGER

4) Cohen, Rogers, Saravanamuttoo: “Gas Turbine Theory” - LONGMAN;

5) Bianchi, Melillo, Peretto – Sistemi Energetici. Complementi – PITAGORA EDITRICE BOLOGNA

6) Giovanni Lozza: Turbine a gas e cicli combinati – SOCIETÀ EDITRICE ESCULAPIO

7) Sphera DA, editor. Wind turbine technology: fundamental concepts of wind turbine engineering.

8) Gash R. and Twele J.: Wind Power Plants – Fundamentals, Design, Construction and Operation, Solarpraxis AG Germany.

9) Bent Sørensen Renewable Energy, Academic Press

10) Ferziger J.H., Peric M., Street R.L., Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Basic Energy Concepts[1] [3] [9]
2Renewable Energy Sources and Energy Conversion Devices[1] [3] [9]
3Energy Conversion[1] [3] [9]
4Energy Transfer and Conversion Methods[1] [3] [9]
5Renewable Energy Sources[1] [3] [9]
6Solar Energy[1] [5] [9]
7Biomass Energy[1] [5] [9]
8Hydro Energy[1] [5] [9]
9Geothermal Energy[1] [5] [9]
10Ocean Energy[1] [5] [9]
11Wind Energy[1] [5] [7] [8]
12Gas turbines and their performances[1] [4] [6]
13Combined Cycles[1] [4] [6]
14Cogeneration Power Plants[1] [4] [6]
15CFD Applications for Energy Systems[2] [10]

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d'esame è composta da una prova orale.

Durante lo svolgimento delle lezioni vengono svolte esercitazioni applicative dei contenuti del corso, che hanno lo scopo di focalizzare l’attenzione degli allievi su problemi di interesse energetico.

Le esercitazioni sui contenuti del corso e gli argomenti trattati durante le lezioni frontali sono oggetto di discussione durante la prova orale.

La valutazione in sede di colloquio orale si baserà: sulla conoscenza dei contenuti, la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, la proprietà di linguaggio tecnico, la capacita di fare collegamenti tra i contenuti del programma.

Verrà altresì valutato lo sviluppo di una semplice applicazione in ambiente CFD Ansys Fluent

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio al fine di programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. In tal caso, si consiglia rivolgersi al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di afferenza del Corso di Laurea.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Il Candidato esponga i concetti base dell'energia

Il Candidato esponga i principi sulla conversione dell'energia

Il Candidato discuta sulle fonti di energia rinnovabili

Il Candidato discuta sui principi dell'energia eolica

Il Candidato discuta sui principi dell'energia solare

Il Candidato discuta sui principi dell'energia geotermica

Il Candidato discuta sui principi dell'energia idraulica

Il Candidato esponga i concetti base degli impianti di cogenerazione

Il Candidato discuta delle esercitazioni numeriche svolte


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