PRESENTAZIONE

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.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

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.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Alla fine dell'insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• mostrare una conoscenza adeguata e critica delle macchine e dei sistemi energetici per le applicazioni nei trasporti, tenendo conto delle problematiche energetiche ed economiche;
• analizzare e confrontare sistemi e tecnologie, discutendo i criteri per la loro scelta;
• applicare basi teoriche e principi operativi per gestire le prestazioni e l'impatto ambientale delle macchine e dei sistemi energetici.
• valutare i vantaggi e le problematiche tecniche legate alla produzione e all’uso finale di combustibili alternativi.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di termodinamica e fluidodinamica.

MODALITA' DIDATTICHE

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.

PROGRAMMA/CONTENUTO

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).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

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.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GIORGIO ZAMBONI (Presidente)

SILVIA MARELLI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/10377/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

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).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Verranno valutati i seguenti aspetti:

• conoscenza e comprensione degli argomenti trattati durante le lezioni;
• applicazione di un approccio critico per confrontare opzioni e caratteristiche di macchine e sistemi energetici;
• uso di un linguaggio tecnico adeguato;
• capacità di riprodurre e discutere semplici schemi tecnici.

Calendario appelli