FISICA AMBIENTALE

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

italiano

Obiettivi formativi

Il corso intende affrontare in modo complessivo le problematiche delle trasformazioni di energia da una forma all’altra e del loro impatto sull’ambiente. In particolare vengono trattati gli aspetti relativi alla sostenibilità energetica in termini di razionalizzazione energetica e uso di fonti rinnovabili di energia, trasformazioni di energia, utilizzazione di combustibili fossili nei processi di combustione che avvengono negli impianti termici motori.
Conoscenze e capacità di comprendere:Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di conoscere gli aspetti e le problematiche legate ai consumi di energia nel mondo nonché le principali filiere dell'energia intese come la successione dei processi di generazione ed utilizzazione dell'energia a partire dalle fonti energetiche (rinnovabili e non), agli impianti motori, all'utilizzazione dell'energia. Dovrà inoltre acquisire le nozioni di base relative ai cicli termodinamici ed alla loro efficienza con riferimento agli impianti motori termici più diffusi. Dovrà quindi conoscere i problemi, i limiti, i vantaggi e gli svantaggi delle diverse soluzioni oggi utilizzate e/o proposte per la generazione e l'utilizzo dell'energia.Competenze:
Lo studente dovrà essere in grado di effettuare valutazioni di massima sulle caratteristiche operative, sulle prestazioni e sulle emissioni inquinanti degli impianti utilizzati per la generazione di energia a partire dalle fonti primarie. Dovrà inoltre essere in grado di confrontare qualitativamente e quantitativamente (seppure con valutazioni di massima) soluzioni diverse per la generazione di energia a partire dalle fonti primarie.
Autonomia di giudizio:Lo studente dovrà possedere gli strumenti e le conoscenze necessarie per effettuare in maniera critica valutazioni di massima e confronti di filiere e soluzioni per la generazione e l'utilizzo dell'energia tenendo conto delle alternative eventualmente possibili.Capacità comunicative:Lo studente dovrà possedere gli strumenti necessari per presentare in maniera efficace valutazioni e confronti di soluzioni diverse per la realizzazione di specifici processi di generazione dell'energia attraverso rappresentazioni sia grafiche che numeriche relative alla caratterizzazione energetica ed ambientale delle alternative possibili. Capacità di apprendimento:Lo studente dovrà essere in grado, sulla base delle conoscenze di base fornite nel corso, di acquisire autonomamente le informazioni, le caratteristiche, i dati diversi che possano essere utili per conoscere le principali caratteristiche dei sistemi e delle soluzioni utilizzate e/o proposte per la generazione e l'utilizzo dell'energia.

Prerequisiti

La frequenza al corso richiede le conoscenze fornite dai corsi di Fisica, Chimica e Matematica.

Programma esteso

Aspetti generali. Il bilancio energetico del pianeta: contributi naturali ed antropici. Sostenibilità energetica: razionalizzazione ed uso di Fonti di Energia Rinnovabili. Consumi di energia nel mondo e fonti energetiche primarie. Caratteristiche delle fonti energetiche primarie: combustibili fossili e fonti rinnovabili. Tecnologie per l’utilizzazione delle fonti rinnovabili. Fonti rinnovabili e tecnologie per la loro utilizzazione. Fonte solare primaria: disponibilità della radiazione solare; collettore solare termico piano senza concentrazione: tecnologia di base ed efficienza; impianti per ACS; problemi di accumulo termico a breve e lungo termine; collettore solare termico sotto vuoto; cenni alla problematica dei collettori a concentrazione a media ed alta temperatura per calore di processo e per generazione elettrica. Cella solare FotoVoltaica: generalità sulla tecnologia e sulle sue caratteristiche; analisi dei vari tipi di moduli FV e delle loro caratteristiche; i moduli FV come elementi costruttivi; considerazioni sugli impianti stand-alone e grid-connected; problemi non tecnici legati agli impianti solari: costi, normative edilizie ed urbanistiche, incentivazioni.
Fonti solari secondarie. Biomasse: disponibilità e caratteristiche delle biomasse legnose da gestione di boschi; impianti per la combustione diretta, loro caratteristiche e loro gestione; impianti per la fermentazione anaerobica di biomasse animali e vegetali;caratteristiche e utilizzazione del biogas. Risorsa idraulica: disponibilità della risorsa; caratteristiche tecnologiche degli impianti e problemi di gestione, compatibilità ambientale. Risorsa eolica: disponibilità della risorsa, caratteristiche tecnologiche degli impianti, compatibilità ambientale.
Cicli termodinamici diretti e inversi; produzione di energia elettrica e cogenerazione; pompe di calore a compressione e ad assorbimento e loro applicazioni; trigenerazione. Processi di combustione: reazioni, meccanismi di formazione dei composti inquinanti, metodologia per la stima delle emissioni. Combustibili e loro caratteristiche. Cenni agli impianti a vapore, alle turbine a gas ed ai motori a combustione interna alternativi (MCI): principali emissioni degli impianti fissi e mobili e tecniche per la loro riduzione.

Bibliografia

M.Bianchi, A.De Pascale, A.Gambarotta, A.Peretto – “Sistemi energetici - Impatto ambientale” - vol.3, pp.1-544, ISBN 88-371-1754-X, Pitagora Editrice, Bologna, 11/2008.
S.Turns, “An introduction to Combustion. Concepts and Applications”, McGraw-Hill, New York, 1996
A.Bisio, S.Boots, "Encyclopedia of energy technology and the environment", Wiley, 1995
R.Vismara, "Ecologia Applicata", Hoepli, 1992
M.L.Davis, D.A.Cornwell, "Introduction to Environmental Engineering", McGraw-Hill Int.Ed., 1991
P.A.Vesilind, J.J.Peirce, R.Weiner, "Environmental Engineering", Butterworth Publishers, 1988
A.H.Lefebvre, "Gas Turbine Combustion", McGraw-Hill, 1983
I.Glassman, "Combustion", Academic Press, 1977
J.B.Edwards, "Combustion: the formation and emission of trace species", Ann Arbor Science, 1974
Vengono inoltre messi a disposizione degli studenti i testi delle lezioni. Si consiglia la consultazione di riviste e di siti Web indicati di volta in volta.

Metodi didattici

Nel corso delle lezioni verranno approfondite le nozioni fondamentali per lo studio di massima dei processi di conversione ed utilizzazione dell'energia a partire dalle fonti energetiche primarie. Nell'ambito del corso saranno presentati anche alcuni esempi numerici finalizzate a consentire allo Studente di acquisire la necessaria dimestichezza con le unità di misura e con la valutazione di massima delle caratteristiche operative dei sistemi impiegati per la generazione e l'utilizzo dell'energia.

Modalità verifica apprendimento

La verifica dell'apprendimento si realizza attraverso colloquio orale nel corso del quale lo Studente dovrà presentare (per mezzo degli strumenti informatici che ritiene, ad es.Powerpoint) uno studio originale relativo ad una specifica filiera, soluzione, processo utilizzato, proposto od utilizzabile per la generazione e l'uso dell'energia. Lo studio dovrà contenere anche valutazioni quantitative (anche se di massima) sviluppate autonomamente e criticamente dallo Studente sul tema scelto. Nel corso della presentazione verranno poste domande di chiarimento sull'argomento affrontato: saranno valutate in particolare la capacità critica, la proprietà di esposizione e la capacità di correlare gli argomenti trattati.

Altre informazioni

E' vivamente consigliata la frequenza alle lezioni.