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70/LM-0098 - TECNOLOGIE DELLE ENERGIE RINNOVABILI

Anno Accademico 2017/2018

Docente
DANIELE COCCO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
[70/85]  INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2017]  PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente competenze specialistiche nel settore degli impianti di produzione energetica alimentati con fonti rinnovabili.

I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento di Tecnologie delle Energie Rinnovabili declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alla struttura del sistema energetico nazionale e ai regimi di incentivazione per la produzione di energia da fonti rinnovabili.
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle caratteristiche del vento, della radiazione solare, delle risorse idrauliche e delle proprietà chimico-fisiche delle biomasse
• Comprendere il principio di funzionamento degli impianti eolici, idroelettrici, solari (fotovoltaici, termici e a concentrazione) e a biomassa.
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle configurazioni impiantistiche ed alle prestazioni di impianti eolici, idroelettrici, solari e a biomassa.
• Acquisire le nozioni basilari sull'impatto ambientale prodotto dalla produzione di energia da fonti rinnovabili.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• Acquisire la capacità di elaborare le informazioni disponibili su velocità del vento, portate d’acqua e radiazione solare al fine di quantificare le potenzialità energetiche di un sito.
• Acquisire la capacità di sviluppare il dimensionamento preliminare di un impianto eolico, solare (termico, fotovoltaico o a concentrazione), idroelettrico e a biomassa in relazione alle richieste dell’utenza ed alla disponibilità della fonte primaria.
• Acquisire la capacità di sviluppare una valutazione economica preliminare sulla redditività di un impianto per la produzione di energia da fonti rinnovabili.

Autonomia di Giudizio
• Acquisire la capacità di reperire specifiche tecniche e dati di costo presso i fornitori di apparecchiature e componenti al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano tecnico ed economico, individuando la soluzione impiantistica più adatta al contesto.

Abilità Comunicative
• Acquisire la capacità di rappresentare graficamente lo schema impiantistico di impianti alimentati con fonti rinnovabili e di descriverne le modalità di funzionamento e di regolazione.
• Acquisire la capacità di predisporre una relazione tecnica di dimensionamento nella quale siano riportate e discusse le assunzioni e i principali risultati.


Capacità di apprendere

• Acquisire la capacità di integrare le conoscenze con quelle relative ad altri insegnamenti del corso di studio e a fonti esterne per conseguire una preparazione ad ampio spettro nel settore delle macchine e dei sistemi di conversione dell'energia.
• Inoltre, l'insegnamento consentirà di consolidare gli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi nel percorso di dottorato o di master e per l'aggiornamento professionale continuo anche a livello individuale.

Obiettivi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente competenze specialistiche nel settore degli impianti di produzione energetica alimentati con fonti rinnovabili.

I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento di Tecnologie delle Energie Rinnovabili declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alla struttura del sistema energetico nazionale e ai regimi di incentivazione per la produzione di energia da fonti rinnovabili.
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle caratteristiche del vento, della radiazione solare, delle risorse idrauliche e delle proprietà chimico-fisiche delle biomasse
• Comprendere il principio di funzionamento degli impianti eolici, idroelettrici, solari (fotovoltaici, termici e a concentrazione) e a biomassa.
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle configurazioni impiantistiche ed alle prestazioni di impianti eolici, idroelettrici, solari e a biomassa.
• Acquisire le nozioni basilari sull'impatto ambientale prodotto dalla produzione di energia da fonti rinnovabili.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• Acquisire la capacità di elaborare le informazioni disponibili su velocità del vento, portate d’acqua e radiazione solare al fine di quantificare le potenzialità energetiche di un sito.
• Acquisire la capacità di sviluppare il dimensionamento preliminare di un impianto eolico, solare (termico, fotovoltaico o a concentrazione), idroelettrico e a biomassa in relazione alle richieste dell’utenza ed alla disponibilità della fonte primaria.
• Acquisire la capacità di sviluppare una valutazione economica preliminare sulla redditività di un impianto per la produzione di energia da fonti rinnovabili.

Autonomia di Giudizio
• Acquisire la capacità di reperire specifiche tecniche e dati di costo presso i fornitori di apparecchiature e componenti al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano tecnico ed economico, individuando la soluzione impiantistica più adatta al contesto.

Abilità Comunicative
• Acquisire la capacità di rappresentare graficamente lo schema impiantistico di impianti alimentati con fonti rinnovabili e di descriverne le modalità di funzionamento e di regolazione.
• Acquisire la capacità di predisporre una relazione tecnica di dimensionamento nella quale siano riportate e discusse le assunzioni e i principali risultati.


Capacità di apprendere

• Acquisire la capacità di integrare le conoscenze con quelle relative ad altri insegnamenti del corso di studio e a fonti esterne per conseguire una preparazione ad ampio spettro nel settore delle macchine e dei sistemi di conversione dell'energia.
• Inoltre, l'insegnamento consentirà di consolidare gli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi nel percorso di dottorato o di master e per l'aggiornamento professionale continuo anche a livello individuale.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’insegnamento di Tecnologie delle Energie Rinnovabili è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali (algebra, derivate e integrali semplici), della termodinamica e dei principi di funzionamento delle macchine a fluido e dei sistemi energetici. E' anche utile la conoscenza degli elementi fondamentali di fluidodinamica, chimica ed elettrotecnica.
In accordo al Regolamento Didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Contenuti

1. Concetti Introduttivi (4h lezione, 2h esercitazione). Fonti energetiche e produzione di energia. Classificazione delle tecnologie delle fonti rinnovabili. La legislazione in campo energetico ed ambientale. Mercato elettrico incentivazioni per le energie rinnovabili e per il risparmio energetico. Elementi di analisi economica applicata agli impianti da fonti rinnovabili.
2. Energia Eolica (8h lezione, 4h esercitazione). Caratteristiche del vento, distribuzione di frequenza, profilo verticale. Massima potenza di una turbina eolica, limite di Betz. Convertitori eolici a resistenza e a portanza. Coefficiente di potenza di una turbina eolica. Aspetti costruttivi e di controllo della turbina. Applicazioni per utenze isolate, parchi eolici e siti off-shore. Produzione annua di energia elettrica. Costo di installazione e redditività. Impatto ambientale delle turbine eoliche.
3. Energia Solare (15h lezione, 8h esercitazione). Il bilancio energetico della Terra. Caratteristiche della radiazione solare. Valutazione della radiazione globale al suolo e su superfici inclinate. Solare termico. Caratteristiche e prestazioni dei collettori solari. Metodologia di dimensionamento di un impianto per la produzione di acqua calda. Solare termodinamico. Classificazione e caratteristiche degli impianti solari termodinamici. Tipologie impiantistiche di campo solare e sezione di potenza, fluidi operativi, Rapporto di concentrazione, multiplo solare e capacità di accumulo termico. Metodologia di dimensionamento di un impianto solare termodinamico. Solare fotovoltaico. Caratteristiche, prestazioni e applicazioni dei sistemi fotovoltaici. Dimensionamento di massima di un impianto fotovoltaico.
4. Energia Idroelettrica (6h lezione, 4h esercitazione). Caratterizzazione delle risorse idriche e valutazione del loro potenziale. Generalità e classificazione degli impianti idraulici. Impianti ad acqua fluente e a bacino. Impianti di accumulazione e di pompaggio. Prestazioni e caratteristiche costruttive. Opere idrauliche e apparecchiature elettromeccaniche. Costo di installazione e redditività. Impatto ambientale delle centrali idroelettriche. Metodologie di utilizzo dell’energia delle maree, delle correnti e del moto ondoso per la produzione di energia elettrica.
5. Energia dalle Biomasse (6h lezione, 2h esercitazione). Origine, classificazione, disponibilità e utilizzi attuali delle biomasse. Le tecnologie di conversione energetica delle biomasse. Produzione di energia elettrica ed energia termica mediante combustione diretta. Impianti a vapore, caldaie a biomasse e tecnologie innovative. Produzione di combustibili derivati (pellet, biodiesel, biogas, etc.). Aspetti ambientali, economici e sociali dall’impiego delle biomasse.
6. Accumulo dell'energia (1h lezione). Classificazione e caratteristiche generali dei sistemi di accumulo dell'energia.

Metodi Didattici

Il corso ha una durata di 60 ore, 40 di lezione frontale e 20 di esercitazioni in aula. Le lezioni si svolgono prevalentemente in maniera tradizionale attraverso l’utilizzo della lavagna e la discussione di schemi di impianto e di diagrammi proiettati con Power Point. Le esercitazioni consistono nello svolgimento da parte del docente di problemi pratici di dimensionamento e di verifica delle prestazioni di diverse tipologie di impianti per la produzione di energia da fonte rinnovabile. Per ciascuna singola tecnologia di utilizzo dell’energia da fonte rinnovabile (eolico, solare, biomasse e idroelettrico) viene assegnata una specifica esercitazione inerente il dimensionamento, la valutazione della produzione di energia e l’analisi di fattibilità economica. Per ciascuna esercitazione viene richiesta la redazione di una specifica relazione scritta, svolte autonomamente dallo studente e consegnate al docente prima dello svolgimento dell’esame finale. Tali relazioni costituiscono un elemento di valutazione finale e la base di discussione per la prova orale.

Verifica dell'apprendimento

L’esame finale consiste in una prova scritta più una prova orale. Nella prova scritta, della durata di 2 ore, vengono tipicamente proposti 5-6 semplici problemi di dimensionamento o di verifica delle prestazioni delle diverse tipologie di impianti per la produzione di energia da fonte rinnovabile (eolico, solare termico, fotovoltaico, solare termodinamico, impianti a biomassa, idroelettrico), analoghi a quelli svolti in aula.
La prova orale consiste nella discussione delle esercitazioni svolte dallo studente e presentate al docente, unitamente ad approfondimenti sulle caratteristiche e le prestazioni delle diverse tecnologie.

Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi, di cui il 35% relativo alla prova scritta, il 25% alle esercitazioni e il 40% alla prova orale.

Il voto della prova scritta viene espresso in trentesimi, sulla base del voto attribuito ai singoli problemi in base all’impegno richiesto per la loro risoluzione sia in termini di contenuti che di complessità di svolgimento. Il voto di 18/30 viene conferito quando le conoscenze/competenze evidenziate nella risoluzione dei problemi sono almeno elementari, la valutazione di 30/30 con eventuale lode, quanto le conoscenze sono eccellenti. Per la valutazione della prova scritta, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi di valutazione: a) Adeguatezza della procedura di risoluzione, b) Adeguatezza delle assunzioni e delle ipotesi di lavoro, c) Correttezza dello svolgimento dei calcoli.

Per la valutazione delle esercitazioni, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi di valutazione: a) Adeguatezza della procedura di risoluzione, b) Adeguatezza delle assunzioni e delle ipotesi di lavoro, c) Correttezza dello svolgimento dei calcoli, d) Chiarezza nella rappresentazione e nella discussione dei risultati. Tali elementi contribuiscono in maniera paritaria alla formulazione del voto relativo alle esercitazioni.

Il voto della prova orale viene espresso in trentesimi. Il voto di 18/30 viene conferito quando le conoscenze/competenze evidenziate sono almeno elementari, la valutazione di 30/30 con eventuale lode, quanto le conoscenze sono eccellenti. Per la valutazione della prova orale, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi di valutazione: a) Correttezza e completezza delle risposte, b) Capacità di analisi del problema, c) Proprietà di linguaggio, d) Chiarezza di esposizione. Gli elementi di cui ai punti a) e b) costituiscono la condizione necessaria per il superamento della prova orale.

Testi

D. Cocco, P. Puddu, “Tecnologie delle energie rinnovabili” SGE editoriali Padova 2016.

Per approfondimenti consultare:
“Wind Turbines”, E. Hau; Springer Verlag, 2000 e “Sistemi eolici”, R. Pallabazzer, Rubettino, 2004 (punto 2 dei contenuti del corso);
“Ingegneria Solare”, M. Cuccumo, V. Marinelli, G. Oliveti; Pitagora 1994 e “Solar engineering of thermal processes”, Second edition, J. A. Duffie and W. A. Beckman, John Wiley & Sons INC 1991 (punto 3 dei contenuti del corso);
“Guida all’idroelettrico minore”, Manuale ESHA; U.E. Report 1998, “Elementi di Macchine. Le turbine idrauliche”, C. D’Amelio, Fridericiana Editrice Università, Napoli 2001 (punto 4 dei contenuti del corso);
“Biomasse per l’energia – Guida per progettisti, impiantisti e utilizzatori”, ISES Italia, 2004 (punto 5 dei contenuti del corso);
G. Genta, "Kinetic Energy Storage, Theory and Practice of Advanced Flywheel Systems", Butterworths, London, 1985 e I. Dinçer, M. A. Rosen "Thermal Energy Storage Systems and Applications", John Wiley and Sons, Ltd., 2011 2004 (punto 6 dei contenuti del corso)

Testi

D. Cocco, P. Puddu, “Tecnologie delle energie rinnovabili” SGE editoriali Padova, 2016.

Per approfondimenti consultare:
“Wind Turbines”, E. Hau; Springer Verlag, 2000 e “Sistemi eolici”, R. Pallabazzer, Rubettino, 2004 (punto 2 dei contenuti del corso);
“Ingegneria Solare”, M. Cuccumo, V. Marinelli, G. Oliveti; Pitagora 1994 e “Solar engineering of thermal processes”, Second edition, J. A. Duffie and W. A. Beckman, John Wiley & Sons INC 1991 (punto 3 dei contenuti del corso);
“Guida all’idroelettrico minore”, Manuale ESHA; U.E. Report 1998, “Elementi di Macchine. Le turbine idrauliche”, C. D’Amelio, Fridericiana Editrice Università, Napoli 2001 (punto 4 dei contenuti del corso);
“Biomasse per l’energia – Guida per progettisti, impiantisti e utilizzatori”, ISES Italia, 2004 (punto 5 dei contenuti del corso);
G. Genta, "Kinetic Energy Storage, Theory and Practice of Advanced Flywheel Systems", Butterworths, London, 1985 e I. Dinçer, M. A. Rosen "Thermal Energy Storage Systems and Applications", John Wiley and Sons, Ltd., 2011 2004 (punto 6 dei contenuti del corso)

Altre Informazioni

Copia di tutto il materiale didattico utilizzato durante le lezioni e le esercitazioni in aula, nonché i testi delle esercitazioni proposte agli studenti, testi delle prove d’esame proposte negli anni precedenti, risultati delle prove scritte, modalità di iscrizione e di svolgimento degli esami, calendario delle prove orali, sono pubblicati sul sito web del docente (http://people.unica.it/danielecocco).

Altre Informazioni

Copia di tutto il materiale didattico utilizzato durante le lezioni e le esercitazioni in aula, nonché di testi delle prove d’esame proposte in appelli precedenti, risultati delle prove scritte, modalità di iscrizione e di svolgimento degli esami, calendario delle prove orali, sono pubblicati sul sito web del docente (http://people.unica.it/danielecocco).

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