Programmi e Insegnamenti

 

IA/0046 - PROCESSI ENERGETICI

Anno Accademico ​2018/2019

Docente
SIMONETTA ​PALMAS (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/84] ​ ​INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2018] ​ ​PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

L’obiettivo formativo generale del corso è quello di fornire allo studente una metodologia per l’analisi dei processi chimici ed elettrochimici, legati alla produzione e all’uso dell’H2, e più in generale ai dispositivi per la produzione e l’accumulo di energia.
Gli indicatori dei risultati di apprendimento raggiunti dagli studenti a fine corso possono essere riassunti come:

*Conoscenza e capacità di comprensione:

Attraverso la frequenza del corso lo studente dovrà acquisire:
- la conoscenza approfondita sui principali processi per l’ottenimento di H2, e per il suo uso
- la conoscenza approfondita sui principali tipi di celle a combustibile sul loro funzionamento
- la capacità di effettuare l’analisi termodinamica di un processo chimico
- la capacità di individuare le condizioni di lavoro per massimizzare la resa termodinamica
- la capacità di comprendere testi tecnico/scientifici sugli argomenti del corso
- la capacità di risolvere problemi di calcolo relativi ad equilibri e bilanci di materia ed energia concernenti processi della chimica industriale;

*Autonomia di giudizio e abilità comunicative:

Attraverso la frequenza del corso lo studente deve:
- essere in grado di esprimere il risultato dei calcoli in forma di rapporto tecnico
- essere in grado di esporre sinteticamente un'analisi critica di un argomento tecnico

*Capacità di apprendere autonomamente
Attraverso la frequenza del corso lo studente lo studente deve:
- acquisire metodi di analisi critica della documentazione tecnico/scientifica

Prerequisiti

L'allievo che accede a questo insegnamento deve avere padronanza di alcuni concetti di base di: Chimica Generale (in particolare i concetti di equilibrio chimico, le reazioni di ossido-riduzione, i principi dell'elettrochimica, la termodinamica e la cinetica chimica).

Contenuti

Energetica dell’idrogeno. (ore 6L)
- Proprietà fisico-chimiche ed energetiche; Economia dell’idrogeno.
Produzione di H2 da risorse energetiche rinnovabili. Immagazzinamento per compressione, chimico (idruri, zeoliti, ecc.) e fisico (nanostrutture di carbonio). Trasporto

Produzione dell’idrogeno da fonti fossili (ore 16L; 6E)
Processi di ossidazione parziale, reforming primario e secondario di idrocarburi, conversione del CO, eliminazione della CO2 e dei composti solforati. Purificazione finale e separazione di idrogeno.

Utilizzo dell’idrogeno - Tipi e basi energetiche delle celle a combustibile: (ore 12L; 6E/6Lab)
Celle a bassa temperatura: celle alcaline (AFC), ad elettrolita polimerico (PEM) (idrogeno e metanolo diretto)
Celle a media –alta temperatura: celle a carbonati fusi (MCFC), ad ossido solido (SOFC), ad acido fosforico (PAFC), principi di funzionamento, efficienze conseguibili, condizioni e campi applicativi, limiti e prospettive di sviluppo.
Panoramica delle opportunità applicative ed obiettivi per lo sviluppo tecnologico: applicazioni automobilistiche, impianti di co-generazione

Sistemi di accumulo dell’energia (ore 4L; E4):
analisi del processo di carica e scarica di capacitori
batterie al litio e supercapacitori

Metodi Didattici

L'insegnamento sarà impartito tramite lezioni frontali (38 ore)ed esercitazioni in aula e/o laboratorio (22 ore).
Durante lo svolgimento delle lezioni in aula, gli ultimi 15-20 minuti, potranno essere dedicati alla somministrazione dei test per valutare sia l'apprendimento in aula, che il livello di apprendimento globale e la sua progressione specifica per ogni studente. I test saranno, in ogni caso, realizzati con software che consentirà la verifica in tempo reale dei risultati che saranno immediatamente resi disponibili anche allo studente.
Dipendentemente dalla numerosità degli studenti della classe, saranno inoltre programmate alcune esercitazioni pratiche in laboratorio. Queste ultime saranno organizzate a gruppi di due o tre allievi. Per ogni esercitazione, ciascun gruppo dovrà redigere una relazione scritta riportante i dati acquisiti nel corso dell'esperienza e le opportune elaborazioni dei medesimi. Le relazioni saranno valutate e al termine del corso sarà dato un voto complessivo relativo all'attività di laboratorio.
Durante il corso sarà inoltre richiesta un'analisi critica di alcuni articoli scientifici (in lingua inglese) su alcuni argomenti del corso: dipendentemente dalla numerosità della classe, tale analisi dovrà essere fatta o dallo studente singolo, o da più studenti organizzati in gruppi di lavoro.
Sarà organizzata una specifica esercitazione in cui ciascuno studente è chiamato ad esporre il risultato dell'analisi agli atri studenti della classe.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione prevede una prova scritta in cui si richiede di risolvere un problema numerico, e di rispondere ad una serie di domande a risposta aperta. Lo studente dovrà dimostrare di saper effettuare l’analisi TD di un processo chimico, e risolvere problemi di calcolo relativi ad equilibri e bilanci di materia ed energia concernenti processi della chimica industriale. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver appreso i concetti e gli argomenti teorici affrontati a lezione, e di avere acquisito la capacità di esprimerli in maniera precisa e sintetica. La specifica lezione in cui gli studenti presentano i risultati dell’analisi critica dell’articolo scientifico a loro assegnato, insieme con l’eventuale esame orale, potranno essere usati per valutare le abilità di comunicazione, analisi critica e comprensione della letteratura scientifica, acquisita dallo studente.
La massima votazione attribuibile alla prova scritta sarà pari a 24/30. Saranno respinti gli studenti che non riporteranno una votazione allo scritto di almeno 16/30.
Concorreranno alla votazione finale, in misura di 3 punti su 30, anche: i) le esercitazioni; ii) i questionari a risposta multipla compilati dagli studenti durante il corso delle lezioni frontali; ii) gli elaborati e le presentazioni in aula delle analisi degli articoli scientifici assegnati a ciascuno studente o gruppi di studenti.
Una valutazione totale pari almeno a 18/30 sarà considerata sufficiente e sarà registrabile sul libretto, a meno che il docente, o lo stesso studente o non richieda di sostenere il colloquio orale. Al termine della prova orale, se la valutazione finale risulterà almeno pari a 18/30, questa sarà insindacabilmente registrata sul libretto e l’esame sarà ritenuto concluso.
Un voto superiore a 27 sarà attribuito solo allo studente che, durante la prova orale, dimostri di aver acquisito una conoscenza ottima di tutti gli argomenti trattati durante il corso

Testi

Poiché il corso tratta una sintesi di argomenti scelti di chimica industriale, è stato sviluppato materiale didattico apposito che è messo a disposizione degli allievi del corso.
Per approfondimento si consigliano i testi seguenti:
Lezioni di Chimica Industriale; I. Pasquon; Città Studi
(per la parte di produzione di H2 da fossili)
Marco Noro, “Celle a combustibile” Dario Flaccovio Editore;
Electrochemical reactor design D.J. Pickett , A first course in Electrode processes, D. Pletcher
(per tutta la parte di elettrochimica e FC)

Altre Informazioni

Il materiale di studio, distribuito a lezione sarà anche messo a disposizione agli studenti non frequentanti che ne facciano espressa richiesta al docente

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