Il corso, proposto al primo semestre del terzo anno della laurea in Ingegneria Energetica, si propone di fornire gli strumenti metodologici e le conoscenze ingegneristiche utili per l'analisi e la valutazione dei principali sistemi energetici industriali e civili, con particolare attenzione per la produzione e l'utilizzazione dell'energia termica ed elettrica. Vengono descritte e analizzate le soluzioni tecnologiche, impiantistiche e di sistema e viene dedicata particolare attenzione alle soluzioni innovative in merito all'uso razionale delle risorse primarie e alla compatibilità ambientale.
Per quanto riguarda in particolare le fonti rinnovabili, gli allievi devono essere in grado di conoscere i principi di funzionamento dei dispositivi e degli impianti di conversione dell'energia fornita da sorgenti rinnovabili, la potenzialità delle singole fonti ed i rapporti costi/benefici delle stesse.
Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni con applicazioni di calcolo e valutazioni tecniche di diverse tipologie di impianti.

Al termine del corso gli allievi devono conoscere le principali tipologie di impianti energetici, le loro caratteristiche costruttive e funzionali nonché essere in grado di effettuare i bilanci energetici degli impianti, nel loro complesso e dei singoli componenti.

Si richiedono conoscenze pregresse di analisi matematica, fisica, chimica, termodinamica e trasmissione del calore.

Di seguito sono illustrati i programmi delle due parti, Energetica e Fonti Rinnovabili, che verranno sviluppate in parallelo.

A) ENERGETICA

1) CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI DI ENERGIA

2) IL SISTEMA ENERGETICO ITALIANO NEL CONTESTO INTERNAZIONALE
2.1 Fabbisogno di energia primaria
2.2 Fabbisogno di energia elettrica
2.3 Consumi finali per settore di attività

3) COMBUSTIBILI FOSSILI
3.1 Il ruolo della combustione
3.2 Il petrolio
3.2.1 Raffinazione del petrolio
3.2.2 Utilizzazione dei prodotti petroliferi
3.3 La filiera del gas naturale
3.3.1 Il mercato del gas naturale
3.3.2 La tariffa del gas naturale
3.3.3 Utilizzazione del gas naturale
3.4 Il carbone
3.4.1 Impiego del carbone

4) COMBUSTIONE
4.1 Caratteristiche dei principali combustibili commerciali
4.2 Stechiometria della combustione
4.2.1 Grandezze stechiometriche relative ai combustibili commerciali
4.2.2 Composizione dei prodotti della combustione
4.2.3 Inquinanti gassosi e solidi prodotti nella combustione
4.2.4 Analisi dei prodotti della combustione
4.2.5 Controllo delle emissioni inquinanti
4.2.6 Triangolo di Ostwald

5) GENERATORI DI CALORE
5.1 Classificazione in funzione del fluido termovettore
5.2 Classificazione in funzione del combustibile utilizzato
5.3 Classificazione in funzione della pressione in camera di combustione
5.4 Classificazione per fasce di potenza termica
5.5 Caldaie a condensazione
5.6 Bilancio energetico di un generatore di calore
5.6.1 Rendimento termico utile e rendimento di combustione
5.6.2 Perdita al camino per calore sensibile
5.6.3 Perdita al camino per calore latente
5.6.4 Perdita per convezione e irraggiamento
5.7 Strumenti e misure
5.7.1 Manometri ad U ad acqua e pressodeprimometri
5.7.2 Misure di portate (volumetriche e ponderali)
5.7.3 Misure di temperature mediante trasduttori di temperatura
5.7.4 Misure di opacità nei fumi mediante pompa di Bacharach

6) COGENERAZIONE E CICLI COMBINATI GAS - VAPORE
6.1 Termodinamica e tecnologie
6.2 Vantaggi energetici e ambientali della cogenerazione
6.3 Tecnologie di cogenerazione
6.3.1 Cogenerazione con motori diesel
6.3.2 Cogenerazione con turbine a vapore a contropressione e a spillamento
6.3.3 Cogenerazione con turbine a gas
6.3.4 Cogenerazione con cicli combinati gas - vapore

7) TELERISCALDAMENTO E MACCHINE FRIGORIFERE-POMPE DI CALORE
7.1 Teleriscaldamento
7.2 Consumi termici
7.3 Macchine frigorifere a compressione di vapore-pompe di calore
7.4 Cogenerazione e trigenerazione
7.5 Confronto tra generatori di calore e pompe di calore


8) CENNI SULLE CELLE A COMBUSTIBILE


B) FONTI RINNOVABILI

1) ENERGIA SOLARE
La risorsa sole: radiazione solare diretta, diffusa e riflessa. Disponibilità dell'irraggiamento solare sul territorio.
- Descrizione dei principi di funzionamento, delle prestazioni e delle caratteristiche costruttive di collettori solari. Calcolo della producibilità col metodo f-chart. Valutazioni economiche ed energetiche. Cenni alle centrali solari a concentrazione (CSP).
- Celle fotovoltaiche, principi di funzionamento, parametri significativi e relativa influenza sul rendimento. Tipologie di celle e schemi di impianti fotovoltaici. Valutazione della producibilità annua.

2) ENERGIA EOLICA
Disponibilità della risorsa vento sul territorio italiano ed europeo. Principi di funzionamento e limite di Betz. Parametri caratteristici (dimensioni, numero di pale e curva caratteristica velocità del vento-potenza) di turbine eoliche. Centrali e parchi eolici, aspetti economici, impatto ambientale.

3) GEORISORSE
La risorsa geotermica e sua disponibilità sul territorio. Principi di funzionamento e caratteristiche costruttive degli impianti geotermici. Tipologie impiantistiche, componenti principali e impatto ambientale delle centrali geotermoelettriche.
Impianti a bassa entalpia: pompe di calore geotermiche (GCHP).

4) ENERGIA IDROELETTRICA
La risorsa: portata, deflusso e curva di durata, concetto di Deflusso Minimo Vitale (DMV). Salto idraulico, perdite distribuite e concentrate e salto netto. Rendimento globale e potenza effettiva. Concetto di producibilità. Impianti idroelettrici ad acqua fluente e a deflusso regolato (a bacino, serbatoio e pompaggio). Tipologie e componenti degli impianti idroelettrici. Le turbine idrauliche. Scelta della turbina in funzione di caduta e portata.

5) BIOMASSE
La risorsa biomassa: disponibilità sul territorio italiano, applicazione e relative filiere, i biocombustibili, 'tronchetti', 'cippato' e 'pellets'. Combustione diretta, gassificazione, pirolisi, principi di funzionamento e caratteristiche costruttive di caldaie ed impianti a biomasse legnose. Cenni sugli RSU (Rifiuti Solidi Urbani) e sulla tecnologia cogenerativa.

Esercitazioni che riguardano l’analisi dei fabbisogni di energia elettrica e termica di uno stabilimento industriale: si esaminano e confrontano, dal punto di vista energetico, diverse soluzioni tecnologiche.
Esercizi sui generatori di calore, sulle pompe di calore, sugli scambiatori di calore presenti negli impianti studiati, ecc.
Esercizi sul dimensionamento di massima di impianti basati sulle fonti rinnovabili. Stima della producibilità, dei costi e della convenienza economica.
Esercizi applicativi di alcuni aspetti della teoria.

• G. Comini,G. Croce, S. Savino: Energetica generale, V Edizione, SGE Editoriali, Padova 2011
• B. Sørensen, Renewable Energy, Associated Press, 2000.
• M. Cucumo, D. Kaliakatsos, V. Martinelli, Energetica, Pitagora Editrice, Bologna 2006.
• M. Calì Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane. (con la collaborazione di Borchiellini R, Fracastoro G, Lanzini A, Leone P, Lucia U e Napoli R). Esculapio Editrice, 2014
http://www.editrice-esculapio.com/cali-guida-allenergia-nella-natura-e-nelle-civilta-umane/
• G. Toso, Fonti Rinnovabili di energia, Voll. I e II, Levrotto & Bella, 2011
• Materiale caricato sul sito dai docenti

Prova scritta con esercizi numerici e domande di teoria.
Lo scopo è la verifica dell'apprendimento dei concetti di base legati all'uso delle varie fonti di energia, delle soluzioni impiantistiche nei loro aspetti tecnico economici, e della interazione con l'ambiente legata all'uso della energia.