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FISICA TECNICA AMBIENTALE
REGGIO DI CALABRIA
Dati Generali
Periodo di attività
Syllabus
Obiettivi Formativi
OBIETTIVI
Il corso ha come obiettivo quello di fornire le conoscenze scientifiche di base e pratiche delle tecnologie energetiche per la conversione di fonti energetiche rinnovabili. Il corso si propone di approfondire la conoscenza delle tecnologie di produzione energetica da fonte rinnovabile attraverso la trattazione dei principi, dei processi di trasformazione, dei componenti e dei sistemi. Il corso approfondisce la transizione attualmente in atto tra produzione da fonte fossile e da fonte rinnovabile. Viene analizzato l’impatto sull’ambiente delle fonti fossili, i cambiamenti climatici in atto e gli impegni globali di riduzione delle emissioni, individuando le fonti energetiche più idonee per la produzione di energia termica ed elettrica nei vari ambiti, in particolare in edilizia.
In particolare in una prima fase si affrontano i temi generali dello sviluppo sostenibile e delle implicazioni sul piano ambientale. Successivamente, per ogni fonte rinnovabile oggetto di studio, si analizzeranno i fenomeni fisici che concorrono alla disponibilità della risorsa, alla sua quantificazione spazio temporale anche secondo modelli statistici/matematici.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di comprendere potenzialità e limiti delle diverse tecnologie, valutare la consistenza della risorsa disponibile in un sito e per una specifica applicazione e dimensionare un impianto che utilizza fonti rinnovabili.
Prerequisiti
Conoscenza dei fondamenti di fisica
Metodi didattici
TIPOLOGIA DELLE ATTIVITÀ FORMATIVE
Distribuite per le ore di didattica frontale (8 ore=1 cfu)
Lezioni (ore/anno in aula):36
Esercitazioni (ore/anno in aula):12
Esercitazioni guidate fuori dall’orario di lezione (ore/anno in aula): 10
Calendario delle attività formative
Settimane 1-2: Concetti introduttivi
Settimana 3-4-5: Energia eolica
Settimana 6-7-8: Energia solare - Impianti solari termici - impianti fotovoltaici
Settimana 9-10: Idrogeno
Settimana 11-12: Biomasse
Verifica Apprendimento
La verifica dell'apprendimento è funzionale alla verifica del raggiungimento, per ciascuno dei candidati, degli obiettivi formativi del corso.
L'esame orale sugli argomenti del corso verificherà la conoscenza di base (mediante domande teoriche), la padronanza di linguaggio e l'abilità comunicativa (mediante l'articolazione delle risposte aperte), la capacità di relazionare i concetti teorici ai problemi applicativi (mediante la risoluzione di problemi specifici).
Attribuzione del voto di valutazione
La votazione, espressa in trentesimi, verrà assegnata sulla base del livello di raggiungimento dei risultati attesi secondo gli indicatori di Dublino.
Per gli studenti che ottengano un risultato insufficiente o si ritirino durante la prova, il docente valuterà se potranno sostenere nuovamente l'esame nella stessa sessione o dovranno presentarsi solo a partire dalla sessione successiva.
Esso sarà dato secondo la seguente scala di giudizio:
Eccellente 30 - 30 e lode:
Lo studente:
- dimostra una conoscenza completa e dettagliata degli argomenti inerenti alle fonti energetiche rinnovabili: conosce i contenuti rilevanti, utilizza una terminologia corretta, individua e spiega i principali concetti, integra approfondimenti personali nella propria sintesi;
- evidenzia una comprensione eccellente della materia: distingue chiaramente tra le idee principali e quelle di sopporto, sa inquadrare i punti chiave, rinforzagli argomenti con riferimenti al materiale integrativo o ad approfondimenti individuali, sviluppa collegamenti interdisciplinari tra la disciplina in studio e quelle inerenti alle tecnologie digitali;
- manifesta capacità ben consolidate di applicare le conoscenze e di analizzare i risultati;
- espone la materia in modo chiaro e strutturato: il suo discorso è organizzato, logico, maturo e conciso..
Ottimo 28 - 29:
Lo studente:
- dimostra una conoscenza approfondita degli argomenti inerenti alle fonti energetiche rinnovabili: conosce i contenuti rilevanti, utilizza una terminologia corretta, individua e spiega la maggior parte dei principali concetti; - evidenzia una solida comprensione della materia: inquadra la maggior parte dei punti chiave benché non sempre distingua bene gli argomenti principali da quelli meno importanti, discute gli argomenti con riferimenti al materiale integrativo o ad approfondimenti individuali;
- manifesta ottime capacità di applicare le conoscenze e di analizzare i risultati;
-espone la materia in modo chiaro e articolato: il suo discorso è organizzato, logico, maturo ed essenziale, pur ammettendo qualche imprecisione.
Buono 25 - 27:
Lo studente:
- dimostra un’ampia conoscenza degli argomenti inerenti alle fonti energetiche rinnovabili: conosce, anche se non spiega completamente, i contenuti rilevanti; utilizza la terminologia, ma non sempre in modo preciso; individua i concetti chiave, ma non riesce a spiegarli completamente o con precisione;
- evidenzia una comprensione adeguata della materia: distingue i punti chiave importanti, ma non riesce a inquadrarli completamente;
- manifesta buone capacità di applicare le conoscenze;
- espone in modo chiaro, ma non sempre completo, con un’organizzazione schematica e pensieri talvolta frammentati e ripetitivi. .
Discreto 22 – 24:
Lo studente:
- dimostra un’accettabile conoscenza della materia, ma non ha piena padronanza degli argomenti principali inerenti alle fonti energetiche rinnovabili: conosce la maggioranza dei contenuti ma manifesta lacune, mostra una certa confusione in alcuni concetti importanti anche se non essenziali;
- evidenzia una comprensione essenziale della materia: non riesce sempre a inquadrare tutti i suoi argomenti o talvolta lo fa con imprecisione;
- manifesta discrete capacità di applicare i concetti fondamentali della materia;
- espone in modo corretto, ma senza una struttura del tutto chiara e coerente, inserendo in alcuni punti dello sviluppo materiale poco rilevante.
Sufficiente 18 – 21:
Lo studente:
- dimostra una limitata conoscenza degli argomenti principali inerenti alle fonti energetiche rinnovabili: conosce i contenuti più rilevanti ma manifesta numerose lacune, individua una buona parte dei concetti chiave ma non riesce a illustrarli con completezza e precisione;
- dimostra una comprensione basica della materia: ha qualche difficoltà a distinguere i punti chiave e non sempre riesce a inquadrarli compitamente per incompletezza o imprecisione;
- manifesta incertezze nell’applicare i concetti fondamentali della materia;
- espone in modo poco chiaro e confuso, usa la lingua in modo poco organizzato, con pensieri frammentati e ripetitivi, non sempre utilizza la terminologia con precisione.
Insufficiente:
Lo studente:
- dimostra una conoscenza scarsa e frammentaria della materia: non conosce i contenuti essenziali inerenti alle fonti energetiche rinnovabili, manifestando estese lacune, e non individua i concetti chiave;
- manifesta gravi errori di comprensione, non risponde a numerose domande o non risolve numerosi problemi; manifesta errori nell’applicare i concetti fondamentali della materia;
- non raggiunge un livello accettabile di articolazione del pensiero relativo alla materia.
Testi
Materiale didattico fornito dal docente
Contenuti
PROGRAMMA DEL CORSO
Concetti Introduttivi (0,5 CFU)
Cambiamenti climatici e decarbonizzazione. Economia circolare. Riscaldamento globale. Sistema energetico attuale. Il percorso europeo verso la decarbonizzazione. Direttiva europea Clima-Energia. Roadmap europea al 2030-2050. Impegni globali di riduzione delle emissioni (COP 21). Accordo di Parigi. Agenda 2030 e 17 obiettivi per lo sviluppo sostenibile. Fonti energetiche e produzione di energia. Il bilancio energetico della Terra. Il ciclo del carbonio. Effetto serra. Correlazione tra Energia, Ambiente e Sviluppo. Classificazione delle tecnologie delle fonti rinnovabili. La legislazione in campo energetico ed ambientale. Regolamentazione dei mercati dell’energia in Italia. Elementi di analisi economica applicata agli impianti da fonti rinnovabili. Sostenibilità delle fonti energetiche.
Energia Eolica (1,5 CFU)
Cenni di climatologia. Caratteristiche del vento, distribuzione di frequenza (legge di Weibull), profilo verticale della velocita. Massima potenza di una turbina eolica, limite di Betz. Convertitori eolici a resistenza e a portanza. Coefficiente di potenza di una turbina eolica. Aspetti costruttivi e di controllo della turbina. Applicazioni per utenze isolate, parchi eolici e siti off-shore. Produzione annua di energia elettrica. Impatto ambientale delle turbine eoliche. Esercitazioni in aula.
Energia solare - Impianti solari termici - Impianti fotovoltaici (1,5 CFU)
Elementi di base di energia Solare. Valutazione della radiazione globale al suolo. Cenni sulle tecnologie solari termiche per riscaldamento, raffrescamento e produzione di energia elettrica. Bilancio termico di un collettore e suo rendimento (legge di Bliss). Schemi impiantistici per ed elementi di dimensionamento. Tecnologie di conversione fotovoltaica. Esercitazioni in aula.
Idrogeno (1 CFU)
Produzione e conversione dell'idrogeno a fini energetici. Elettrolisi, celle a combustibile, combustione. Bilanci energetici ed ambientali. Uso dell’idrogeno per il trasporto. Uso per la produzione di energia elettrica.
Energia da biomasse (1,5 CFU)
Classificazione, utilizzi attuali delle biomasse. Produzione di combustibili derivati (pellet, biodiesel, biogas, etc.) e relative tecnologie (digestione anaerobica, gassificazione, pirolisi, trattamenti chimici). Le tecnologie di conversione energetica delle biomasse. Produzione di energia elettrica ed energia termica. Aspetti ambientali.
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
Conoscenza e capacità di comprensione:
Conoscenza dei fenomeni fisici e ambientali e delle tecnologie necessarie per la conversione delle fonti energetiche rinnovabili, anche in relazione della loro disponibilità e agli usi finali.
Capacità di comprensione delle problematiche e delle soluzioni tecnico progettuali.
Acquisizione delle conoscenze di base della fisica applicata e loto applicazione in processi di conversione dell'energia. Acquisizione di competenze tecnico-ingegneristiche in applicazione delle
conoscenze di base.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Acquisizione di strumenti metodologici e dati di riferimento per intervenire con specifica competenza nella progettazione laddove si devono trattare problemi di stima delle risorse energetiche disponibili, selezione delle tecnologie appropriate in relazione agli usi finali e al contesto tecnico economico di progetto. Apprendimento della legislazione in merito all'utilizzazione delle fonti
energetiche rinnovabili.
Autonomia di giudizio:
Operare scelte e selezionare soluzioni progettuali nel campo delle tecnologie. Discriminare fra obblighi normativi e gradi di libertà progettuali.
Abilità comunicative:
Sapersi relazionare con le diverse competenze in gioco nel processo progettuale. Saper dimostrare la qualità ambientale ed energetica del progetto.
Capacità di apprendimento:
Sviluppare le competenze necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia
Altre informazioni
Codice Teams: tije2g2.
Il canale è stato creato per la condivisione di materiale didattico da utilizzare durante il corso, incluse le esercitazioni e il materiale di approfondimento