Programmi e Insegnamenti

 

IA/0040 - IMPATTO AMBIENTALE DEI SISTEMI ENERGETICI

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
VITTORIO ​TOLA (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
[70/85] ​ ​INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

Obiettivi formativi
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 riguardanti le problematiche connesse allimpatto ambientale dei sistemi energetici nel loro complesso e di fornire le principali conoscenze sulle tecnologie per il controllo dellimpatto ambientale nei sistemi energetici. Il corso fornisce le principali conoscenze e procedure metodologiche alla base degli studi di impatto ambientale nel settore degli impianti di produzione dellenergia di attuale interesse industriale, con particolare riferimento a centrali termoelettriche a vapore, turbine a gas, impianti di gassificazione, impianti eolici, impianti a biomasse, etc.

I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento di Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle principali forme di inquinamento ambientale dei sistemi energetici (atmosferico, termico, acustico, ecc.)
Comprendere i principi di formazione dei principali inquinanti atmosferici.
Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle principali tecnologie per il controllo dellimpatto ambientale nei sistemi energetici.
Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente ai principi di dispersione degli inquinanti in atmosfera.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Acquisire la capacità di valutare gli effetti sullambiente delle principali forme di inquinamento (atmosferico, acustico, dellacqua, ecc.).
Acquisire la capacità di valutare linquinamento atmosferico generato da un qualsivoglia sistema energetico.
Acquisire la capacità di effettuare il dimensionamento preliminare dei principali sistemi di rimozione degli inquinanti.

Autonomia di Giudizio
Acquisire la capacità di valutare l'inquinamento prodotto da un particolare sistema energetico al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo tra le diverse tecnologie di rimozione degli inquinanti.
Acquisire la capacità di riconoscere le soluzioni impiantistiche di diversa taglia, tipologia e configurazione per i sistemi di rimozione, di stimare gli ordini di grandezza dei diversi indici di prestazione in relazione alle suddette caratteristiche e di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano energetico e ambientale.

Abilità Comunicative
Acquisire la capacità di predisporre una relazione tecnica 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 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 Meccanica, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente competenze specialistiche riguardanti le problematiche connesse all’impatto ambientale dei sistemi energetici nel loro complesso e di fornire le principali conoscenze sulle tecnologie per il controllo dell’impatto ambientale nei sistemi energetici. Il corso fornisce le principali conoscenze e procedure metodologiche alla base degli studi di impatto ambientale nel settore degli impianti di produzione dell’energia di attuale interesse industriale, con particolare riferimento a centrali termoelettriche a vapore, turbine a gas, impianti di gassificazione, impianti eolici, impianti a biomasse, etc.

I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento di Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle principali forme di inquinamento ambientale dei sistemi energetici (atmosferico, termico, acustico, ecc.)
• Comprendere i principi di formazione dei principali inquinanti atmosferici.
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alle principali tecnologie per il controllo dell’impatto ambientale nei sistemi energetici.
• Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente ai principi di dispersione degli inquinanti in atmosfera.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• Acquisire la capacità di valutare gli effetti sull’ambiente delle principali forme di inquinamento (atmosferico, acustico, dell’acqua, ecc.).
• Acquisire la capacità di valutare l’inquinamneto atmosferico generato da un qualsivoglia sistema energetico.
• Acquisire la capacità di effettuare il dimensionamento preliminare dei principali sistemi di rimozione degli inquinanti.

Autonomia di Giudizio
• Acquisire la capacità di valutare l'inquinamento prodotto da un particolare sistema energetico al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo tra le diverse tecnologie di rimozione degli inquinanti.
• Acquisire la capacità di riconoscere le soluzioni impiantistiche di diversa taglia, tipologia e configurazione per i sistemi di rimozione, di stimare gli ordini di grandezza dei diversi indici di prestazione in relazione alle suddette caratteristiche e di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano energetico e ambientale.

Abilità Comunicative
Acquisire la capacità di predisporre una relazione tecnica 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 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 Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali, della termodinamica, della chimica e dei principi di funzionamento dei sistemi energetici. E' anche utile la conoscenza degli elementi fondamentali di fluidodinamica.
In accordo al Regolamento Didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio dellinsegnamento di Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali, della termodinamica, della chimica e dei principi di funzionamento dei sistemi energetici. E' anche utile la conoscenza degli elementi fondamentali di fluidodinamica.
In accordo al Regolamento Didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Contenuti

Il corso si articola in otto argomenti principali, comprendenti lezioni frontali ed esercitazioni applicative in aula, per un totale di circa 40 ore di lezione e 20 ore di esercitazione.
1. Considerazioni Introduttive (2h lezione). Classificazione e caratterizzazione delle interazioni fra i sistemi energetici e l'ambiente. Struttura e contenuti di uno Studio di Impatto Ambientale (SIA) per un sistema energetico.
2. Inquinamento acustico (4h lezione, 2h esercitazione). Richiami di acustica tecnica. Emissioni acustiche dei sistemi energetici e normativa del settore. Propagazione acustica su spazi aperti.
3. Inquinamento termico (5h lezione, 3h esercitazione). Emissioni termiche dei sistemi energetici e normativa del settore. Valutazione delle emissioni termiche di una centrale termoelettrica: condensatori a circuito aperto, con torre evaporativa e ad aria.
4. Tecnologie di trattamento delle acque reflue (2h lezione). Caratteristiche delle acque reflue ed industriali. Normativa sulla tutela delle acque. Tecnologie per il trattamento delle acque reflue.
5. Inquinamento atmosferico (12h lezione, 4h esercitazione). Formazione e caratterizzazione dei principali inquinanti atmosferici primari e secondari. Bilanci di inquinante e unità di misura delle concentrazioni di inquinante. Caratterizzazione delle sorgenti di emissione: fattori di emissione e misura delle emissioni al camino. La normativa ambientale.
6. Tecnologie per il controllo degli inquinanti (12h lezione, 4h esercitazione). Rimozione del particolato. Considerazioni generali e classificazione. Rendimento globale e frazionato. Cicloni, filtri elettrostatici, filtri in tessuto, precipitatori a umido. Rimozione degli ossidi di zolfo. Considerazioni generali e classificazione. Sistemi di desolforazione ad umido, a semi-secco, a secco. Rimozione degli ossidi di azoto. Considerazioni generali e classificazione. Controllo degli NOX durante la combustione, rimozione con sistemi catalitici (SCR) e non catalitici (SNCR). Sistemi combinati per la rimozione degli SOX e degli NOX (SNOX). Controllo degli NOX nelle turbine a gas: iniezione di acqua e di vapore, combustori a bassa produzione di NOx, combustione catalitica.
7. Diffusione e dispersione degli inquinanti (4h lezione, 2h esercitazione). Elementi di meteorologia. La stabilità dellatmosfera e le classi di stabilità atmosferica. Dispersione degli inquinanti in atmosfera. Il modello gaussiano per la valutazione della diffusione degli inquinanti prodotti dalle sorgenti di emissione.
8. Le tecnologie di cattura, trasporto e stoccaggio della anidride carbonica (4h lezione)..

Contenuti

Il corso si articola in otto argomenti principali, comprendenti lezioni frontali ed esercitazioni applicative in aula, per un totale di circa 45 ore di lezione e 15 ore di esercitazione.
1. Considerazioni Introduttive (2h lezione). Classificazione e caratterizzazione delle interazioni fra i sistemi energetici e l'ambiente. Struttura e contenuti di uno Studio di Impatto Ambientale (SIA) per un sistema energetico.
2. Inquinamento acustico (4h lezione, 2h esercitazione). Richiami di acustica tecnica. Emissioni acustiche dei sistemi energetici e normativa del settore. Propagazione acustica su spazi aperti.
3. Inquinamento termico (5h lezione, 3h esercitazione). Emissioni termiche dei sistemi energetici e normativa del settore. Valutazione delle emissioni termiche di una centrale termoelettrica: condensatori a circuito aperto, con torre evaporativa e ad aria.
4. Tecnologie di trattamento delle acque reflue (2h lezione). Caratteristiche delle acque reflue ed industriali. Normativa sulla tutela delle acque. Tecnologie per il trattamento delle acque reflue.
5. Inquinamento atmosferico (12h lezione, 4h esercitazione). Formazione e caratterizzazione dei principali inquinanti atmosferici primari e secondari. Bilanci di inquinante e unità di misura delle concentrazioni di inquinante. Caratterizzazione delle sorgenti di emissione: fattori di emissione e misura delle emissioni al camino. La normativa ambientale.
6. Tecnologie per il controllo degli inquinanti (12h lezione, 4h esercitazione). Rimozione del particolato. Considerazioni generali e classificazione. Rendimento globale e frazionato. Cicloni, filtri elettrostatici, filtri in tessuto, precipitatori a umido. Rimozione degli ossidi di zolfo. Considerazioni generali e classificazione. Sistemi di desolforazione ad umido, a semi-secco, a secco. Rimozione degli ossidi di azoto. Considerazioni generali e classificazione. Controllo degli NOX durante la combustione, rimozione con sistemi catalitici (SCR) e non catalitici (SNCR). Sistemi combinati per la rimozione degli SOX e degli NOX (SNOX). Controllo degli NOX nelle turbine a gas: iniezione di acqua e di vapore, combustori a bassa produzione di NOx, combustione catalitica.
7. Diffusione e dispersione degli inquinanti (4h lezione, 2h esercitazione). Elementi di meteorologia. La stabilità dell’atmosfera e le classi di stabilità atmosferica. Dispersione degli inquinanti in atmosfera. Il modello gaussiano per la valutazione della diffusione degli inquinanti prodotti dalle sorgenti di emissione.
8. Le tecnologie di cattura, trasporto e stoccaggio della anidride carbonica (4h lezione)..

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 sia attraverso lutilizzo della lavagna che attraverso la proiezione di slide 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 rimozione degli inquinanti.

Verifica dell'apprendimento

Lesame finale consiste in una prova scritta più una prova orale. Nella prova scritta, della durata di 3 ore, vengono tipicamente proposti alcuni problemi di bilanci di massa e di energia e di dimensionamento o di verifica delle prestazioni delle diverse tipologie di sistemi di abbattimento degli inquinanti, e su uno o due domande inerenti la parte teorica.
La prova orale consiste nella discussione di alcuni argomenti trattati in aula durante il corso, 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, e tiene conto del voto della prova scritta e del voto della prova orale, entrambe espresse in trentesimi.

Il voto della prova scritta viene espresso in trentesimi, pesando il voto attribuito ai singoli problemi e domande in base allimpegno 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.

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.

Verifica dell'apprendimento

Lesame finale consiste in una prova scritta più una prova orale. Nella prova scritta, della durata di 3 ore, vengono tipicamente proposti alcuni problemi di bilanci di massa e di energia e di dimensionamento o di verifica delle prestazioni delle diverse tipologie di sistemi di abbattimento degli inquinanti, e su uno o due domande inerenti la parte teorica.
La prova orale consiste nella discussione di alcuni argomenti trattati in aula durante il corso, 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, e tiene conto del voto della prova scritta e del voto della prova orale, entrambe espresse in trentesimi.

Il voto della prova scritta viene espresso in trentesimi, pesando il voto attribuito ai singoli problemi e domande in base allimpegno 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.

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

Giorgio Cau, Daniele Cocco "L'Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici" IV edizione. SGE editoriali Padova.

Nella pagina web del docente (http://people.unica.it/vittoriotola/) è inoltre a disposizione del materiale didattico integrativo.

Testi

Giorgio Cau, Daniele Cocco "L'Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici" IV edizione. SGE editoriali Padova.

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/vittoriotola/).

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