L'insegnamento affronta le tematiche più rilevanti relative alle macchine e ai sistemi energetici applicati nel settore dei trasporti e della logistica, analizzandone i principi di funzionamento, le problematiche operative e tecniche e il relativo impatto ambientale. Vengono presi in considerazione anche i combustibili alternativi, come un modo per contribuire alla decarbonizzazione del settore dei trasporti.
The module aims at providing the knowledge on the main types of machines, with reference to those used in transport and logistic systems, as well as on energy systems and their environmental impact. The main objectives are: to provide an adequate and critical knowledge on the main design and operating aspects of internal combustion engines and gas turbines power plants. To analyse combustion processes and pollutant emissions formation, including the relevant technologies for their control. To define criteria for the comparison of propulsion systems based on conventional and alternative (electric, hybrid and fuel cell) technologies.
Alla fine dell'insegnamento, lo studente sarà in grado di:
Conoscenze di base di termodinamica e fluidodinamica.
40 ore di lezione frontale, 5 ore di esercitazioni numeriche.
Gli studenti che abbiano certificazioni in corso di validità per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola Politecnica, Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), all’inizio dell’insegnamento per concordare eventuali modalità didattiche e di esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.
Lezioni
Aspetti generali
Le fonti energetiche primarie e le loro trasformazioni – Consumi energetici nel mondo e in Italia – Indicatori energetici, trasportistici e ambientali.
Fondamenti per lo studio delle macchine e dei sistemi energetici
Classificazione delle macchine a fluido – Scambio di lavoro nelle macchine volumetriche e turbomacchine – Rendimento di conversione nelle macchine a fluido – Cicli termodinamici – Rendimento complessivo dei sistemi energetici – Consumo specifico di combustibile.
Processi di combustione e formazione di emissioni inquinanti
Combustibili convenzionali e alternativi e loro specifiche – Rapporto aria-combustibile e potere calorifico inferiore – Processi di combustione: aspetti generali e classificazioni, fiamme premiscelate e a diffusione – Processi di formazione degli inquinanti e loro effetti sulla salute e sull'ambiente.
Motori a combustione interna (MCI)
Classificazione, componenti, terminologia di riferimento, parametri operativi – Funzionamento ideale e reale di motori a 2 e 4 tempi – Cicli termodinamici di riferimento per motori ad accensione comandata e diesel – Equazioni della potenza effettiva del motore – Processi di combustione nei MCI – Curve caratteristiche dei MCI – Sovralimentazione – Controllo delle emissioni inquinanti dei MCI
Impianti turbogas
Aspetti generali, impianti a circuito aperto e chiuso – Cicli Joule-Brayton: ciclo ideale, ciclo limite e reale – Condizioni di massima efficienza e massimo lavoro specifico – Componenti di impianti turbogas: compressore, camera di combustione, turbina – Campi di applicazione di impianti turbogas.
Aspetti ambientali della produzione di energia
Inquinamento chimico, termico e acustico – Emissioni e ambiente: principali problematiche relative alla qualità dell'aria – Impatto ambientale delle turbine a gas e dei motori a combustione interna – Sistemi di controllo delle emissioni e dispositivi di post-trattamento.
Combustibili alternativi
Definizioni e classificazioni delle opzioni disponibili (biocarburanti, carburanti elettronici, carburanti verdi/blu/marroni, ecc.) – Proprietà chimiche e fisiche dei carburanti alternativi – Problemi tecnici, vantaggi e svantaggi dei combustibili/vettori energetici alternativi.
Propulsione elettrica e ibrida
Panoramica generale dei sistemi di propulsione elettrici e ibridi – Propulsione ibrida: configurazioni dei sistemi ibridi, categorie ibride (sistemi start-&-stop, micro, Mild, Full Hybrid) – Propulsione elettrica: vantaggi/svantaggi, prestazioni, autonomia, costi.
Esercitazioni numeriche
Calcolo dei parametri di funzionamento dei sistemi energetici.
Questo insegnamento contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell’Agenda ONU 2030: Obiettivo 7 (Energia pulita e accessibile) e 13 (Lotta al cambiamento climatico).
Appunti sui diversi argomenti trattati a lezione verranno forniti dal docente attraverso la pagina Aulaweb. Pertanto, tutti gli studenti iscritti potranno accedere alla documentazione necessaria per la preparazione dell'esame. Si consiglia la frequenza alle lezioni.
Y. Demirel – Energy: Production, Conversion, Storage, Conservation and Coupling – 2nd Edition, Springer, 2016.
S.L. Dixon – Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery – 4th Edition, Butterworth-Heinemann, 1998.
B. Miller – Fossil fuel emissions control technologies – Butterworth-Heinemann, 2015.
K. Senecal, F. Leach – Racing Toward Zero. The Untold Story of Driving Green. SAE International, 2021.
Ricevimento: Il docente riceve su appuntamento previo invio di un messaggio all'indirizzo e-mail: giorgio.zamboni@unige.it
GIORGIO ZAMBONI (Presidente)
SILVIA MARELLI
https://corsi.unige.it/corsi/10377/studenti-orario
L'esame si basa su una prova orale, proponendo due domande, con argomenti scelti tra quelli trattati a lezione.
Agli studenti con disturbi dell'apprendimento ("Disturbi Specifici di Apprendimento", DSA) sarà consentito l'utilizzo di modalità e supporti specifici che verranno determinati caso per caso d'intesa con il referente per la disabilità della Scuola Politecnica, Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it).
Verranno valutati i seguenti aspetti:
