(SSD MAT/05, 80 ore, 8 CFU, Base)

Obiettivi formativi

1. Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente acquisirà una conoscenza teorica e operativa della teoria delle serie, della topologia degli spazi euclidei, del concetto di limite per una funzione di più variabili reali, dell’ottimizzazione in più variabili, del calcolo integrale in più variabili, della teoria delle curve e delle superfici, dei campi vettoriali.
2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Lo studente verrà introdotto alle principali applicazioni dei metodi analitici alla risoluzione di problemi geometrici e fisici.
3. Autonomia di giudizio. Lo studente acquisirà la capacità di inquadrare un singolo problema di ottimizzazione, calcolo di volumi e aree, campi vettoriali nella categoria appropriata e di applicare ad esso il corretto metodo risolutivo.
4. Abilità nella comunicazione. Il corso affronta, in forma talvolta semplificata, temi di matematica superiore e fornisce un linguaggio scientifico rigoroso.
5. Capacità di apprendere. Lo studente potrà, grazie alle nozioni e capacità acquisite in questo corso, affrontare la maggior parte dei problemi suscitati dalle scienze applicate e dall’ingegneria.

Prerequisiti

È richiesta la conoscenza dei contenuti dei corsi di Analisi Matematica 1 e di Geometria e Algebra.

Contenuti

1. Serie numeriche e di funzioni. Serie numeriche: definizioni di serie convergente, divergente, indeterminata, criterio di Cauchy. Serie e termini positivi: criteri del confronto, del rapporto, della radice, di Raabe, di condensazione. Serie a termini di segno variabile: convergenza assoluta, criterio di Leibniz. Successioni di funzioni: convergenza puntuale e uniforme, criterio di Cauchy, teoremi di passaggio al limite. Serie di funzioni: convergenza totale, serie di potenze, raggio di convergenza. Serie di Taylor, funzioni analitiche.
2. Spazi euclidei. Topologia di R^n (n=2,3): punti interni, esterni, di frontiera, di accumulazione; insiemi aperti, chiusi, limitati, compatti, connessi, convessi. Coordinate polari.
3. Funzioni di più variabili. Funzioni definite in R^n: dominio, immagine, grafico, insiemi di livello. Limite di una funzione in un punto e all'infinito. Funzioni continue. Teoremi di Weierstraß, dei valori intermedi. Estremi locali, globali. Funzioni vettoriali: limiti, continuità.
4. Calcolo differenziale in più variabili. Derivate parziali, direzionali di una funzione. Gradiente. Differenziale. Piano tangente al grafico. Derivate di ordine superiore. Matrice hessiana. Classificazione dei punti critici. Formula di Taylor. Ottimizzazione libera. Ottimizzazione vincolata: moltiplicatori di Lagrange. Funzioni vettoriali: matrice jacobiana.
5. Calcolo integrale in più variabili. Integrali doppi: formule di riduzione, teorema della media, area di un insieme in R^2. Integrali tripli: formule di riduzione, volume di un insieme in R^3. Cambiamenti di variabili. Solidi di rotazione.
6. Curve e superfici. Curve in R^n (n=2,3), sostegni, parametrizzazioni, equazioni cartesiana e polare. Retta tangente. Curve regolari (a tratti), rettificabili. Integrali curvilinei di prima specie. Lunghezza di una curva. Ascissa curvilinea. Curve di Jordan. Superfici semplici, regolari, con o senza bordo in R^3. Equazioni cartesiana e parametrica. Piano tangente. Orientamento di una superficie e del suo bordo. Integrali superficiali di prima specie. Area di una superficie. Superfici di rotazione.
7. Campi vettoriali. Campi in R^n (n=2,3). Divergenza, rotore, laplaciano. Campi conservativi, irrotazionali, solenoidali. Potenziale. Integrali curvilinei di seconda specie (circuitazione). Integrali superficiali di seconda specie (flusso). Teoremi di Gauß -Green, della divergenza, di Stokes. Forme differenziali.

(SSD ING-INF/04, 90 ore, 9 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Obiettivo dell’insegnamento è quello di far acquisire allo studente conoscenze, abilità e competenze fondamentali nell'ambito dell'Automatica declinate secondo i cinque Descrittori di Dublino, e di seguito dettagliate.
- Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente conoscerà la rappresentazione del legame ingresso-uscita dei sistemi dinamici, e gli strumenti per individuare le loro proprietà, comprendendone il relativo significato fisico. Conoscerà i componenti dei sistemi di controllo e saprà valutare le prestazioni dei singoli componenti e del sistema complessivo. Conoscerà le tecniche di base per la progettazione dei controllori single-loop comprendendone l'applicabilità a seconda del contesto.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente saprà valutare le prestazioni dei sistemi dinamici lineari sulla base della loro rappresentazione ingresso-uscita, sia in forma analitica che grafica, e le prestazioni dei sistemi di controllo in retroazione sulla base delle funzioni di trasferimento dei blocchi componenti. Saprà definire la funzione di trasferimento dei blocchi da inserire in un sistema di controllo single-loop per soddisfare le specifiche di prestazione. Avrà la capacità di individuare la tecnica di sintesi più efficace.
- Autonomia di giudizio: lo studente sarà in grado di valutare criticamente i risultati della analisi effettuata mediante metodi formali e degli esiti della progettazione, anche mediante metodi approssimati.
- Abilità comunicative: lo studente sarà capace di esprimere chiaramente concetti tecnici e scientifici nell'ambito dei controlli automatici single-loop.
- Capacità di apprendimento: lo studente saprà integrare le conoscenze da varie fonti al fine di conseguire una visione ampia delle problematiche connesse alla analisi ed al progetto dei sistemi di controllo.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio della teoria dei sistemi e dei controlli automatici lo studente deve aver acquisito da precedenti insegnamenti le seguenti conoscenze, abilità e competenze.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logarimiche e loro proprietà. Equazioni differenziali lineari ordinarie. Integrali. Numeri complessi. Proprietà dei polinomi. Trasformate di Fourier. Principi di fisica del corpo rigido e dei sistemi elettrici.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.

È obbligatorio aver conseguito i crediti relativi agli insegnamenti di Analisi matematica 1 e Fisica 1. È consigliabile aver conseguito i crediti relativi all’insegnamento di Fisica 2 e seguire con profitto le lezioni di Analisi matematica 2 ed Elettrotecnica.

Contenuti

1. Introduzione
Automatica e sistemi.
2. Sistemi, modelli e loro proprietà
Descrizione di un sistema in termini di ingresso-uscita (IU) e in variabili di stato (VS). Modelli IU e VS. Esempi. Proprietà.
3. Analisi nel dominio del tempo dei modelli IU
Modello IU e problema di analisi. Eq. omogenea e modi. Evol. libera. Segnali e distribuzioni. La risposta impulsiva.
4. Analisi nel dominio della variabile di Laplace
Trasf. e antitrasf. di Laplace. Proprietà fondamentali. Antitrasformazione delle funzioni razionali. Analisi dei modelli IU. Funzione di trasferimento. Forme fattorizzate della funzione di trasferimento. Risposta forzata.
5. Stabilità
Stabilità BIBO. Stabilità dei sistemi lineari e stazionari. Modi di un sistema dinamico lineare e stazionario.
6. Analisi nel dominio della frequenza
Risp. armonica. Risp. a segnali dotati di serie o trasformata di Fourier. Diagramma di Bode. Parametri caratteristici della risposta armonica ed azioni filtranti.
7. Struttura di un sistema di controllo
Struttura di un sistema di controllo. Esempi di sistemi di controllo a ciclo aperto ed a ciclo chiuso. Richiami sui modelli di sistemi dinamici: la bobina elettrica, il motore in corrente continua a controllo di campo. Sistemi a modo dominante. Algebra degli schemi a blocchi. Effetti di carico. Funz. di trasf. di sist. interconnessi.
8. Stabilità dei sistemi in retroazione
Diagramma e criterio di Nyquist. Sistemi a stabilità regolare e margini di fase e guadagno. Luogo delle radici. Analisi modale dei sistemi in retroazione.
9. Specifiche nei sistemi di controllo
Significato fisico. Funz. di sensibilità ai disturbi. Funz. di sensibilità alle var. parametriche. Errore di tracking. Errore a regime rispetto ad ingressi e disturbi canonici. Tipo di un sistema. Relazioni tra struttura del controllore in bassa frequenza e specifiche a regime. Specifiche nel transitorio. Legami globali. Relazioni fra caratteristiche a ciclo aperto ed a ciclo chiuso.
10. Sintesi in s
Rappresentazione delle specifiche sul transitorio nel dominio complesso. Poli dominanti. Cancellazione e pseudo-cancellazione. Sistemi a fase minima. Effetto delle reti di correzione sul luogo delle radici.
11. Sintesi per tentativi in frequenza
Risposta armonica. Rappresentazione delle specifiche sul transitorio nel dominio della frequenza. Compensazione mediante reti di correzione standard. Carta di Nichols. Realizzazione delle reti di correzione mediante comp. passivi o attivi.
12. Regolatori industriali
Regolatori P, PI, PID. Configurazioni e taratura dei regolatori industriali. I e II metodo di Ziegler-Nichols. Realizzazione approssimata delle reti correttrici mediante regolatori industriali. Metodi analitici: criteri di ottimizzazione parametrica (cenni).

(SSD ING-IND/31, 120 ore, 12 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

- Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente acquisirà conoscenze e capacità di comprensione delle relazioni costitutive dei componenti a parametri concentrati, delle relazioni fondamentali della teoria dei circuiti, dei teoremi e dei metodi per l’analisi dei circuiti in regime stazionario, del metodo simbolico, dei teoremi e dei metodi per l’analisi dei circuiti in regime sinusoidale, dell’approccio a variabili di stato per l’analisi del comportamento dinamico di un circuito, dell’uso della trasformata di Laplace per l’analisi circuitale, dell’analisi in frequenza di un circuito. Lo studente deve inoltre acquisire conoscenza e capacità di comprensione dei fondamenti della teoria dell’elettromagnetismo e dei principi di funzionamento delle macchine ad induzione;
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di applicare le sue conoscenze e capacità di comprensione per: analizzare un circuito a parametri concentrati in regime stazionario, sinusoidale e periodico; ricavare la risposta completa di un circuito nel dominio del tempo e nel dominio della variabile di Laplace. Egli dovrà essere in grado di dimostrare un approccio professionale alla modellizzazione di un dispositivo elettromagnetico utilizzando la rappresentazione circuitale a parametri concentrati ed alla analisi di semplici filtri passivi e attivi. Dovrà essere in grado di analizzare sistemi trifase simmetrici ed equilibrati e squilibrati e saper determinare le correnti di guasto in un circuito trifase. Dovrà essere in grado, inoltre, di analizzare un circuito magnetico per determinare i parametri dei circuiti equivalenti a circuiti mutuamente accoppiati e analizzare un trasformatore monofase a carico partendo dai dati di targa;
- Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare l’applicabilità dei teoremi e dei metodi per l’analisi di circuiti a parametri concentrati all’analisi di dispositivi elettrici sia a regime che in comportamento dinamico. Egli sarà in grado di costruire il relativo modello a parametri concentrati per dispositivi di media complessità e saprà risolvere il relativo modello con gli strumenti della teoria dei circuiti. Saprà eseguire l’analisi in frequenza di circuiti e saprà riconoscere la tipologia di un filtro passivo e attivo. Avrà sviluppato una propria autonomia di giudizio che gli consentirà di esprimere chiaramente concetti tecnici inerenti lo studio dei circuiti elettrici e sarà in grado di risolvere problemi circuitali mai risolti precedentemente. Lo studente, infine, avrà sviluppato la capacità di valutare criticamente i risultati dell’analisi circuitale;
- Abilità comunicative: L’approccio didattico e le modalità di accertamento della conoscenza acquisita abitueranno lo studente a comunicare le nozioni e i metodi appresi, nonché a formalizzare i problemi in termini di modelli circuitali a parametri concentrati e a discutere le relative soluzioni ad interlocutori specialisti e non specialisti;
- Capacità di apprendimento: L’impostazione didattica dell’insegnamento metterà in grado lo studente di integrare le conoscenze acquisite da altri insegnamenti (in particolare la Matematica e la Fisica, l’Analisi dei Sistemi e le Misure) nonché da varie fonti al fine di conseguire una visione ampia delle problematiche connesse all’analisi di circuiti e dispositivi elettrici e magnetici. Questo approccio gli consentirà di sviluppare le competenze necessarie per affrontare i successivi insegnamenti con un alto grado di autonomia.

Prerequisiti

Conoscenze: Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’Elettrotecnica lo studente deve avere una conoscenza adeguata degli aspetti metodologici fondamentali che contraddistinguono le scienze di base (analisi matematica, geometria, fisica). In modo particolare, è di fondamentale importanza la conoscenza di: algebra matriciale nel dominio reale e complesso, derivate, integrali, equazioni differenziali ordinarie, serie di Fourier, trasformate di Laplace, leggi fondamentali dell’elettromagnetismo.
Abilità: Le abilità acquisite da precedenti insegnamenti riguardano la capacità di: saper risolvere sistemi di equazioni algebriche in algebra reale e complessa, saper derivare ed integrare funzioni, saper risolvere sistemi di equazioni differenziali, saper applicare le trasformate e anti trasformate di Laplace. Saper formulare le relazioni che legano le grandezze elettriche nei resistori, condensatori, e induttori.
Competenze: Le competenze acquisite nei precedenti insegnamenti propedeutici sono indispensabili alla comprensione, interpretazione, analisi critica e risoluzione di problemi di media difficoltà nell’ambito della teoria dei circuiti.

È consigliato aver superato i seguenti esami: Analisi Matematica 2, Fisica 2, oltre che gli esami indicati fra le propedeuticità del Corso di Studi: Analisi Matematica 1 e Fisica 1.

Contenuti

Circuiti a costanti concentrate
Tensione e corrente, prima e seconda legge di Kirchhoff, Componenti e porte, Variabili descrittive, Potenza ed energia, Convenzioni. Proprietà generali di componenti e circuiti, base di definizione. Resistore, condensatore, induttore, generatori indipendenti di tensione e di corrente, generatori controllati, amplificatore operazionale, induttori mutuamente accoppiati, trasformatore ideale. Componenti reali. Componenti in serie ed in parallelo, trasformazione stella- triangolo.
Reti in regime stazionario
Grafo di un circuito e nozioni topologiche, Metodi di analisi: maglie e nodi. Teorema di Tellegen e principio di sovrapposizione degli effetti. Teoremi di Thevenin e di Norton. Teorema del massimo trasferimento di potenza.
Reti Regime sinusoidale
Presenza della variabile tempo nell'analisi dei circuiti lineari e permanenti. Funzioni sinusoidali e fasori. Proprietà dei fasori e fasore della derivata. Il circuito trasformato nel dominio dei fasori. Impedenza e ammettenza. Metodo dei fasori. Analisi di reti in regime sinusoidale. Teoremi. Potenza ed energia in regime permanente sinusoidale, La potenza complessa, Bipoli passivi, Conservazione della potenza complessa (Boucherot), Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva, Sovrapposizione delle potenze, Il problema del rifasamento. Doppi bipoli.
Risposta in frequenza. Circuiti risonanti. Filtri passivi. Filtri attivi.
Analisi dei circuiti in funzionamento dinamico
Analisi nel dominio del tempo, relazione ingresso/uscita ed equazioni di stato. Esempi del primo ordine e del secondo ordine. Principali segnali impressi: impulso unitario, gradino unitario, sinusoide. Analisi nel dominio della variabile di Laplace: richiami alle trasformate di Laplace, trasformazione delle equazioni dei componenti e delle equazioni topologiche. Funzioni di rete: eccitazione e risposta del circuito, risposta impulsiva, proprietà delle funzioni di rete. Stabilità.
Sistemi Trifase
Sistemi polifase e sistemi trifase simmetrici. Collegamento dei generatori e dei carichi. Terne di sequenza. Reti trifase simmetriche ed equilibrate. Teorema di Thevenin generalizzato. Carichi trifase equilibrati e matrici ciclo simmetriche. Circuiti trifase squilibrati. Metodo di spostamento del centro stella. Potenze nei carichi trifase. Misure nei sistemi trifase. Carichi con neutro accessibile e senza neutro accessibile. Inserzione Aron. Misure nei carichi trifase squilibrati. Rifasamento di Carichi trifase. Principio di scomposizione. Analisi delle reti trifase mediante la Teoria delle Componenti Simmetriche. Calcolo delle correnti di corto circuito.
Circuiti magnetici
Richiami ai fondamenti della teoria dei campi magnetici stazionari. Mezzi normali e anomali. Ciclo di isteresi e perdite per isteresi. Curva normale di magnetizzazione. Circuiti magnetici inerti. Analogia fra circuiti elettrici e magnetici. Problema diretto e problema inverso. Calcolo dei parametri della mutua induttanza. Circuiti equivalenti di circuiti mutuamente accoppiati. Trasformatore induttivo. Trasformatore reale. Circuito equivalente del trasformatore reale. Prova a vuoto ed in corto circuito dei trasformatori. Calcolo dei parametri del circuito equivalente del primo ordine del trasformatore monofase. Funzionamento a carico del trasformatore. Targa del trasformatore. Teorema di Galileo Ferraris. Campo magnetico rotante. Azioni elettromagnetiche dei campi magnetici rotanti. Principio di funzionamento delle macchine rotanti.

MODULO: FISICA TECNICA

(SSD ING-IND/11, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

1) obiettivo generale del modulo
Scopo del modulo è quello di fornire i concetti necessari per arrivare a formulare un corretto inquadramento termodinamico di un problema fisico in cui sono coinvolti scambi di calore, di radiazione, di lavoro e di massa. Tale formulazione deve avvenire in coerenza con le approssimazioni e relative stime, legate alle eventuali semplificazioni del caso in studio. Attraverso il saper formulare il corretto inquadramento termodinamico il corso si prefigge il raggiungimento di una elevata abilità nello stabilire, in accordo con i principi della termodinamica, i rapporti quantitativi di causa ed effetto, tra le entità di scambio, calore radiazione termica e lavoro (in tutte le sue forme) e l’evoluzione delle coordinate termodinamiche che descrivono lo stato di un sistema. La conoscenza di tale legame, di causa ed effetto, permetterà di controllare o prevedere un determinato processo o sarà semplicemente utile per determinare le azioni necessarie affinché un sistema si porti da uno stato iniziale (i) ad uno stato finale (f).
Il modulo in particolare si prefigge di conseguire i seguenti obiettivi formativi:
a) conoscere le grandezze che definiscono e influenzano lo stato di un sistema termodinamico complesso: i) coordinate termodinamiche, ii) grandezze di stato energia interna, entalpia ed entropia, iii) entità di scambio calore, radiazione termica, lavoro, massa e iv)meccanismi che regolano il loro scambio.
b) conoscere le leggi della radiazione termica, dei meccanismi con cui il calore si propaga e gli effetti termodinamici legati alla loro interazione con i corpi sia in regime stazionario che transitorio. Saper determinare gli scambi termici di calore e di radiazione e la distribuzione della temperatura in problemi basati sulla presenza di meccanismi di scambio termico sia semplice che combinato sia per geometrie a simmetria piana che a simmetria cilindrica, durante il regime stazionario.
Conoscere gli enunciati e saper applicare il primo e il secondo principio della termodinamica per sistemi chiusi e per sistemi aperti. Saper determinare le variazioni delle grandezze di stato energia interna, entalpia ed entropia a seguito di processi sia reversibili che irreversibili causate a seguito degli scambi di lavoro, calore, radiazione termica e massa.
c) Conoscere e saper rappresentare i processi termodinamici cardinali nei piani termodinamici p,v, T,s e h,s.
d) Conoscere e saper analizzare i processi di conversione del calore in lavoro (e viceversa) che vengono eseguiti dalle macchine termiche motrici e delle macchine termiche frigorifere. Conoscere i concetti di base che permettono di valutare le efficienze e le prestazioni energetiche dei sistemi per la conversione dell'energia in tutte le sue forme. Saper valutare la loro efficienza di conversione alla luce del primo principio e del secondo principio tramite l’utilizzo dell’analisi exergetica. Saper analizzare le irreversibilità dei processi di conversione.
L’allievo dovrà quindi essere in grado di saper formulare l’Inquadramento Termodinamico dei sistemi nelle condizioni di scambio di calore, di radiazione termica, lavoro e massa come conseguenza dell'applicazione dei principi della termodinamica. Saper formulare i bilanci di energia massa e materia dei sistemi termodinamici chiusi e aperti. Saper calcolare le variazioni delle coordinate termodinamiche e delle grandezze di stato, energia interna, entalpia ed entropia. Saper valutare le efficienze di conversione delle macchine termiche motrici e frigorifere alla luce del primo e del secondo principio della termodinamica tramite l’analisi exergetica dei processi. Saper analizzare le irreversibilità dei processi alla luce del secondo principio della termodinamica. Saper dimensionare i materiali in relazione alle loro proprietà termotecniche per ottenere specifiche condizioni di scambio termico e di distribuzione di temperatura nell’ambito della trasmissione del calore e della radiazione termica in regime stazionario sia per geometrie a simmetria piana che a simmetria cilindrica.

Prerequisiti

Analisi matematica e Fisica

Contenuti

Introduzione alla termodinamica
Calore e radiazione termica
Il primo principio della termodinamica per sistemi senza deflusso
Termodinamica dei sistemi aperti
Conversione del calore in lavoro 2° principio della termodinamica
Macchine termiche motrici e frigorifere
Analisi dei processi di conversione eseguiti dalle macchine termiche motrici e delle macchine termiche frigorifere. efficienza di conversione e analisi delle irreversibilità.
teoremi cardinali, temperatura termodinamica, exergia, espressione matematica del 2° principio, piani termodinamici

MODULO: PRINCIPI DI MOBILITA' SOSTENIBILE

(SSD ICAR/05, 50 ore, 5 CFU, Affine)

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire una conoscenza ed una capacità comprensiva teorica ed applicativa del contesto fenomenologico della mobilità sostenibile necessario per affrontare l'approccio alla pianificazione, gestione e progettazione di sistemi e servizi di trasporto che siano sostenibili dal punto di vista economico, ambientale e sociale.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare le strategie e le metodologie necessarie per la formulazione e valutazione di strategie, azioni e interventi nel campo della mobilità sostenibile alle diverse scale territoriali ed ambiti di applicazione. Lo studente saprà inoltre presentare gli argomenti del corso con rigore formale e completezza e avrà la capacità di esporre e descrivere un progetto sui temi trattati nel corso a un pubblico di tecnici e non-tecnici. Lo studente sarà infine capace di consultare la letteratura scientifica del settore e approfondire autonomamente gli argomenti svolti durante le lezioni.

Prerequisiti

I corsi del primo anno del corso di laurea in Ingegneria dell’Energia Elettrica per lo Sviluppo Sostenibile.

Contenuti

Introduzione ai concetti del corso. Definizione di mobilità, mobilità sostenibile, accessibilità e sistema di tripla accessibilità.
La domanda di mobilità, la sua caratterizzazione spaziale e temporale.
L’offerta di trasporto, le sue componenti fisiche e funzionali, il trasporto individuale e il trasporto collettivo.
La pianificazione dei trasporti. Individuazione del problema e del fenomeno, individuazione degli obiettivi e dei vincoli, analisi puntuale del fenomeno, costruzione degli scenari futuri e di individuazione di soluzioni alternative, simulazione e valutazione delle alternative.
Gli strumenti di pianificazione. Il Piano Urbano del Traffico, il Piano Urbano della Mobilità Sostenibile, il Piano Urbano della Logistica Sostenibile.
Il nuovo modello di mobilità. Le città ecologiche, l’European Green Deal, l’impatto dei trasporti sull’ambiente, il ruolo della mobilità elettrica e quadro normativo.
Gli interventi, le azioni, e le misure di mobilità sostenibile. La mobilità attiva e la micromobilità elettrica, la Sharing Mobility, i Sistemi di alimentazione a basse/zero emissioni, infrastrutture di ricarica e vehicle-grid integration. Misure strutturali e misure comportamentali.

(SSD ING-INF/07, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

- Conoscenza e comprensione: conoscenza e comprensione degli aspetti teorici e applicativi fondamentali delle misure; conoscenza e comprensione del funzionamento della strumentazione di misura di base, con particolare riferimento a quella di tipo digitale.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di comprendere e le prestazioni della strumentazione di base e di scegliere la strumentazione di misura in base a considerazioni tecniche ed economiche; consapevolezza dell’importanza di un utilizzo in sicurezza di un sistema di misura.
- Autonomia di giudizio: capacità di interpretare correttamente i risultati forniti da un sistema di misura, sulla base delle caratteristiche dei suoi componenti; capacità di gestione dei risultati, anche valutando i rischi decisionali derivanti per esempio dall’uso di strumentazione non riferibile.
- Abilità comunicative: capacità di comunicare le informazioni e di discutere problemi e soluzioni con interlocutori specialisti e non specialisti.
- Capacità di apprendimento: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione di bibliografia tecnica, manuali di costruttori, norme tecniche e di legge.

Prerequisiti

È indispensabile la conoscenza dell'Elettrotecnica di base (in particolare dei seguenti argomenti: circuiti a costanti concentrate, reti in regime stazionario, reti in regime sinusoidale, filtri, analisi dei circuiti in funzionamento dinamico).

Contenuti

Concetti fondamentali delle misure
Elementi fondamentali di una misura. Errori nelle misure dirette e indirette. La riferibilità delle misure. Il Sistema Internazionale di unità di misura.
Incertezza di misura
Elementi di statistica e probabilità. Valutazione delle incertezze di tipo A e B. Legge di propagazione delle incertezze. Incertezza estesa. Verifiche di conformità.
Misure di grandezze elettriche fondamentali
Effetto dell’inserzione di uno strumento: inserzione di un voltmetro; inserzione di un amperometro. Misure di grandezze alternate: il valore efficace.
Conversione AD e DA
Campionamento e quantizzazione, diagrammi ingresso-uscita, disturbo di quantizzazione. Specifiche dei convertitori AD e DA.
Multimetri digitali
Schema a blocchi. Misure di tensione, corrente e resistenza. Specifiche dei multimetri.
Sistemi di acquisizione dati
Schemi a uno e più canali. Comunicazione tra strumenti e PC.
Oscilloscopio digitale
Principio di funzionamento. Prestazioni. Campionamento in tempo reale ed equivalente. Le sonde di tensione.
Misure basate sul conteggio di impulsi
Misure di frequenza e di intervalli di tempo. Il contatore universale. Errori nelle misure di frequenza e periodo.
Analisi nel dominio della frequenza
Il teorema del campionamento e l’aliasing. Il troncamento del segnale e la dispersione spettrale. La Trasformata Discreta di Fourier e le sue implicazioni pratiche nei sistemi di misura. Analizzatore di spettro a supereterodina.
Disturbi nelle misure elettriche ed elettroniche
Collegamenti a massa. Disturbi da accoppiamenti induttivi e capacitivi.
Esercitazioni in aula
Specifiche degli strumenti di misura. Applicazione della Guida ISO/IEC all’espressione dell’incertezza di misura. Presentazione dei risultati.
Esercitazioni in laboratorio
- Multimetro digitale. Misure di tensioni alternate sinusoidali e distorte. Misura di resistenza a due e a quattro morsetti.
- Oscilloscopio digitale. Compensazione delle sonde. Memorizzazione dei dati. Osservazione di fenomeni periodici e transitori.
- Schede di acquisizione dati. Introduzione alla strumentazione virtuale. Esempi di strumenti virtuali di base: acquisizione, elaborazione e memorizzazione su file.
- Analisi di segnali nel dominio della frequenza. Aspetti operativi per il corretto campionamento e per il troncamento del segnale. Finestre di osservazione.

(SSD ING-INF/05, 60 ore, 6 CFU, Affine opzionale)

Obiettivi formativi

Il corso ha lo scopo di fornire all'allievo la conoscenza dei principali metodi dell'apprendimento automatico (machine learning) e dell’estrazione di informazioni utili da grandi quantità di dati (data mining). Vengono illustrati i principali metodi ed algoritmi dell'approccio statistico all’apprendimento automatico e all’estrazione di dati, e le metodiche di base per la progettazione e valutazione delle prestazioni di un sistema di "machine learning".
Lo studente conoscerà i principali metodi ed algoritmi dell’approccio statistico all’apprendimento automatico e all’estrazione di dati, e le metodiche di base per la progettazione e la valutazione delle loro prestazioni.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente sarà in grado di risolvere semplici esercizi numerici sugli algoritmi principali dell'approccio statistico al machine learning e al data mining, e implementare e sperimentare su calcolatore algoritmi di media complessità.
Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di analizzare e progettare sistemi per la soluzione di semplici problemi, tenendo in conto di criteri di quali la complessità computazionale e l’accuratezza del sistema.
Abilità comunicative: Lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti ai sistemi di apprendimento automatico e di estrazione di dati. Sarà in grado di confrontarsi su tematiche oggetto del corso, di evidenziare problemi e di proporre soluzioni.

Prerequisiti

Conoscenze base di analisi matematica e teoria della probabilità.

Contenuti

1) Introduzione al machine learning e data mining
2) Elementi della teoria di decisione
3) Introduzione ai metodi di classificazione e regressione
4) Metodi parametrici
5) Metodi non parametrici: kNN e alberi di decisione
6) Macchine a vettori di support (SVM)
7) Reti Neurali e apprendimento profondo
8) Metodi e algoritmi di clustering
9) Metodi e algoritmi di feature selection
10) In-class exercises
11) Python Programming language and computer exercises

MODULO: PIATTAFORME HARDWARE PER L'INTERNET OF THINGS

(SSD ING-INF/01, 30 ore, 3 CFU, Affine opzionale)

Obiettivi formativi

Il corso ha l’obiettivo di fornire gli strumenti per la valutazione delle piattaforme hardware più adatte alla raccolta, trasmissione ed elaborazione di dati di monitoraggio provenienti da sensori distribuiti in contesti diversi. Al termine del corso le studentesse e gli studenti avranno acquisito le conoscenze e le competenze che gli consentiranno di: analizzare i requisiti necessari per la piattaforma hardware da utilizzare; valutare l’insieme delle periferiche richieste e dei moduli di acquisizione/trasmissione necessari; determinare l’insieme di componenti fisici necessari per l’applicazione di monitoraggio considerata.
- Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso le studentesse e gli studenti avranno acquisito la conoscenza degli elementi hardware che costituiscono un sistema di monitoraggio, le loro caratteristiche principali, le specifiche dei componenti di acquisizione e dei moduli di comunicazione e le modalità di interfacciamento con i sensori;
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: le conoscenze acquisite da studentesse e studenti consentiranno loro, al termine del corso, di valutare se le caratteristiche di una specifica piattaforma hardware si adattano ai requisiti di una specifica applicazione di monitoraggio. Saranno inoltre in grado di definire le limitazioni della soluzione proposta;
- Autonomia di giudizio: al termine del corso le studentesse e gli studenti sapranno effettuare una valutazione comparata di soluzioni tecnologiche differenti per potere effettuare le migliori scelte progettuali e di sviluppo;
- Abilità comunicative: le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di esprimersi in maniera adeguata utilizzando la terminologia appropriata per descrivere specifiche hardware e requisiti tecnici. Dovranno inoltre acquisire un linguaggio appropriato che consenta di comunicare adeguatamente, soprattutto con interlocutori specialisti;
- Capacità di apprendimento: le studentesse e gli studenti acquisiranno le competenze per ottenere e comprendere le informazioni tecniche necessarie da datasheet, manuali operativi e cataloghi commerciali. Acquisiranno, inoltre, la capacità di aggiornare le proprie competenze alle evoluzioni della tecnologia.

Prerequisiti

Sono necessarie competenze di base di informatica e fisica

Contenuti

Piattaforme hardware di elaborazione per Internet-of-Things basate su microcontrollori (Arduino, Nucleo).
Elementi di elaborazione del segnale e conversione analogico-digitale.
Protocolli di comunicazione con sensori (SPI, I2C).
Programmazione e configurazione di sistemi a microcontrollore: gestione di periferiche, bus di comunicazione, controllo di LED e semplici attuatori.
Attività di laboratorio su piccoli esempi applicativi.

MODULO: SOLUZIONI DI TRASMISSIONE ED ELABORAZIONE

(SSD ING-INF/03, 30 ore, 3 CFU, Affine opzionale)

Obiettivi formativi

Il corso ha l’obiettivo di fornire gli strumenti per l’individuazione delle tecnologie e piattaforme più adatte alla raccolta, trasmissione ed elaborazione di dati di monitoraggio. Al termine del corso le studentesse e gli studenti avranno acquisito le conoscenze e le competenze che gli consentiranno di: analizzare i requisiti necessari a un sistema di monitoraggio per la raccolta di dati; interpretare le esigenze di connettività in funzione delle infrastrutture disponibili e dei vincoli di qualità richiesti; determinare la piattaforma più adeguata all’elaborazione e allo storage dei dati raccolti.
Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso le studentesse e gli studenti avranno acquisito la conoscenza degli elementi di base di un sistema di monitoraggio, le loro caratteristiche principali, e i protocolli di comunicazione e le principali piattaforme per l’elaborazione e lo storage dei dati raccolti;
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: le conoscenze acquisite da studentesse e studenti gli consentiranno, al termine del corso, di saper analizzare un’applicazione per il monitoraggio attraverso sensori ed individuarne i requisiti. Essi saranno inoltre in grado di analizzare gli elementi di un sistema per il monitoraggio e comprendere quali tecnologie sono utilizzate e quale livello di qualità consentono di raggiungere;
Autonomia di giudizio: al termine del corso le studentesse e gli studenti saranno in grado di valutare quali tecnologie siano più appropriate nel contesto di riferimento dati i requisiti richiesti dall’applicazione di monitoraggio;
Abilità comunicative: le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di esprimersi in maniera adeguata utilizzando la terminologia appresa durante il corso, in particolare in termini di tecnologie e relative caratteristiche. Dovranno inoltre acquisire un linguaggio appropriato che gli consenta di comunicare adeguatamente, soprattutto con interlocutori specialisti;
Capacità di apprendimento: le studentesse e gli studenti acquisiranno le competenze che gli consentiranno di individuare i canali e gli strumenti più adatti per la ricerca autonoma delle tecnologie adeguate. Acquisiranno, inoltre, la capacità di aggiornarsi sull’evoluzione delle tecnologie, anche successivamente al termine del corso.

Prerequisiti

Non sono necessarie conoscenze pregresse. È consigliabile acquisire preliminarmente le conoscenze del modulo Piattaforme hardware per l’Internet of Things. Altre conoscenze non necessarie ma consigliate riguardano i concetti base legati alla trasmissione digitale e alla teoria dell’informazione.

Contenuti

Lo smart metering e i principali protocolli di comunicazione: le comunicazioni a onde convogliate, e i principali protocolli basati su di esse (es. KNX, LonWorks).
Principi di comunicazione nelle reti di sensori a corto raggio: le caratteristiche, i principali protocolli di comunicazione (in particolare quelli basati sullo standard IEEE 802.15.4 quali ZigBee, Thread).
Protocolli di comunicazione tipici della Internet of Things e in particolare delle Low-Power Wide Area Networks: SigFox, NB-IoT, LoRa. Caratteristiche e differenze.
Caratteristiche delle piattaforme per la raccolta e l’elaborazione dei dati nella Internet of Things. I concetti di Software as a Service, Platform as a Service e Infrastructure as a Service. Caratteristiche e differenze di fog computing, edge computing e cloud computing.

(SSD ING-IND/22, 60 ore, 6 CFU, Affine opzionale)

Obiettivi formativi

Durante il corso di Tecnologia dei Materiali gli allievi acquisiranno le nozioni fondamentali sulla struttura e sul comportamento delle diverse categorie di materiali di interesse tecnologico, nonché sui meccanismi di degrado nelle specifiche condizioni d’uso e sulle tecniche di trasformazione e lavorazione. Lo studio dei materiali avverrà attraverso la comprensione profonda delle relazioni che intercorrono tra struttura e proprietà.
Conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente avrà conoscenza dei diversi tipi di materiali industrialmente utilizzati, delle loro principali proprietà e nozioni di base sulle tecniche e processi di lavorazione.
Capacità di applicare Conoscenza e comprensione: il corso di Tecnologia di Chimica Applicatala favorirà la formazione di personalità in grado di gestire le diverse tipologie di materiali nella loro applicazioni tecniche e di affrontare in maniera critica la risoluzione dei problemi pratici.
Autonomia di giudizio: sviluppo delle capacità di valutazione e scelta dei materiali in funzione delle specifiche applicazioni e utilizzo.
Abilità comunicative: lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti le diverse categorie di materiali, la loro struttura e proprietà, attraverso l'uso di linguaggio e termini appropriati e tali da permettere una sicura comunicazione con interlocutori di diversificata formazione.
Capacità di apprendimento: le conoscenze acquisite contribuiranno allo sviluppo di capacità di apprendimento autonomo.

Prerequisiti

Lo studente deve possedere le conoscenze impartite nei Corsi di Matematica, Chimica, Fisica.

Contenuti

Introduzione allo studio dei materiali
Classificazione. Relazione struttura-proprietà-processo di fabbricazione-prestazioni dei materiali.
Struttura atomica
Il legame chimico (ionico, covalente, metallico, interazioni di Van derWaals). Energia e distanze di legame.
La struttura cristallina dei solidi
Strutture cristalline. Direzioni e piani cristallografici. Densità atomica. Strutture cristalline compatte. Polimorfismo e allotropia. Monocristalli. Materiali policristallini. Anisotropia. Diffrazione dei raggi X.
Imperfezioni nei solidi
Difetti puntuali. Imperfezioni miste. Esami microscopici.
Diffusione nei solidi
Diffusione stazionaria e non stazionaria (I e II legge di Fick). Fattori che influenzano la diffusione.
Dislocazioni-meccanismi di indurimento
Dislocazioni e deformazione plastica. Deformazione plastica nei policristalli. Meccanismi di indurimento nei metalli (per formazione di una soluzione solida, per riduzione della dimensione del grano cristallino). Incrudimento. Recupero, ricristallizzazione e ingrossamento del grano.
Proprietà meccaniche dei metalli
Deformazione elastica. Comportamento Sforzo-Deformazione. Deformazione plastica. Prove di trazione. Deformazione a compressione, taglio, torsione. Durezza.Rottura dei metalli. Fatica. Creep e creep a rottura.Solidificazione. Nucleazione omogenea. Nucleazione eterogenea. Accrescimento dei nuclei. Struttura dei grani. Solidificazione di un monocristallo.
Diagrammi di fase
Diagrammi di equilibrio. Regola delle fasi di Gibbs. Leghe binarie isomorfe. Regola della leva. Solidificazione di non equilibrio. Leghe binarie eutettiche, peritettiche, monotettiche. Trasformazioni eutettoidiche, monotettiche. Diagrammi con fasi e composti intermedi. Diagrammi ternari.
Fabbricazione dei metalli. Il diagramma di fase Fe-Fe3C. Evoluzione della microstruttura in leghe Fe-Fe3C. Ghise. Leghe di Al, Cu, Mg, di Ti e Ni.
Ceramici
Classificazione. Struttura e Imperfezioni. Proprietà meccaniche, termiche, elettriche. Lavorazione e applicazioni dei ceramici. Vetri. Argille
Polimeri
Struttura. Applicazioni. Processi produttivi. Reazioni di polimerizzazione. Cristallinità. Caratteristiche meccaniche e termomeccaniche. Comportamento sforzo-deformazione. Polimeri termoplastici e termoindurenti. Frattura.
Compositi
Compositi rinforzati con particelle. Compositi rinforzati per dispersione. Compositi fibro-rinforzati. Compositi a matrice polimerica, metallica, ceramica. Processi produttivi.

(SSD ING-INF/07, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione: conoscenza e comprensione degli aspetti teorici e applicativi fondamentali delle misure sui sistemi di potenza in generale, e di quelle basate su strumenti digitali in particolare;
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di applicare le metodologie di misura di base e di scegliere la strumentazione di misura in base a considerazioni tecniche ed economiche. Consapevolezza dell’importanza di una progettazione in sicurezza di un sistema di misura complesso;
Autonomia di giudizio: capacità di interpretare correttamente i risultati forniti da un sistema di misura, sulla base delle caratteristiche dei suoi componenti. Capacità di gestione dei risultati, anche valutando i possibili rischi decisionali;
Abilità comunicative: capacità di comunicare con gli opportuni termini le informazioni acquisite. Capacità di discutere problemi e soluzioni con interlocutori specialisti e non;
Capacità di apprendimento: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione di bibliografia tecnica, manuali di costruttori, norme tecniche e di legge.

Prerequisiti

Sono richieste in particolare conoscenze dei Corsi del secondo anno di Elettrotecnica e Misure e Strumentazione.

Contenuti

Misure sui sistemi trifasi
Tipi di collegamento dei sistemi trifasi (stella, triangolo; con e senza neutro) e corrispondenti misure. Il centro stella reale e ideale.
Potenza attiva e reattiva. Misure in sistemi simmetrici. L'inserzione Aron. Potenza reattiva da misure wattmetriche. Sistemi polifasi.
Basi di LabVIEW per la simulazione delle misure nei sistemi di potenza.
Regimi distorti nelle reti elettriche di potenza. Dispositivi di misura di nuova generazione basati su sistemi di acquisizione dati. Algoritmi e parametri operativi.
Misure di energia. Contatori elettronici. Schemi a blocchi dei contatori statici. Telemisura dell’energia elettrica. Smart metering e smart meter.
Dispositivi per le misure su sistemi elettrici
Richiami sul funzionamento del trasformatore. Circuiti equivalenti.
Trasformatori di misura. Specifiche tecniche e Normativa. Errori per i TA e TV. Impiego dei TA e TV. Misure su sistemi di potenza con TA e TV. La saturazione dei TA.
Trasformatori di protezione. Specifiche e Norme. La rilevazione delle correnti di corto circuito nelle componenti unidirezionale e simmetrica. Scelta dei trasformatori di protezione.
Principio di funzionamento delle sonde a effetto Hall. Misure di tensione e corrente con sonde a effetto Hall.
Relè elettronici programmabili. Architetture e algoritmi RMS e DFT. Elaborazioni DSP. Relè di massima corrente.
Prove e misure su macchine e apparati elettrici
Tipi di prove. I dati di targa. Valutazione del rendimento: metodo diretto e convenzionale. Stima delle perdite.
Prove sui trasformatori di potenza. Prova a vuoto e in corto circuito. Misura della resistenza di avvolgimenti. Riporto alla temperatura di riferimento. Perdite addizionali. Verifica delle polarità.
Il ciclo di isteresi dinamico. Non linearità del circuito magnetico.
Prove sui motori. Il rendimento convenzionale nei motori asincroni. Prova a vuoto a tensione variabile. Misure meccaniche di coppia, velocità e scorrimento. Il freno elettromagnetico.

Esercitazioni in laboratorio
- Analizzatore di reti trifasi. Acquisizione e misura di tensioni e correnti. Strumenti virtuali a supporto.
- Prove su un trasformatore. Misura della resistenza degli avvolgimenti. La prova in corto circuito. La prova a vuoto. Rilievo del ciclo di isteresi dinamico.
- Prove su un motore asincrono. Rilievo delle caratteristiche elettriche e meccaniche. Valutazione diretta del rendimento.

MODULO: IMPIANTI ELETTRICI

(SSD ING-IND/33, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

• Conoscenza e capacità di comprensione
conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici e modellistici degli impianti elettrici
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate
capacità di analizzare le reti di distribuzione dell'energia elettrica e di sviluppare autonomamente la progettazione di sistemi di distribuzione anche con riferimento alle problematiche di sicurezza delle persone
• Autonomia di giudizio
capacità di valutare la corretta modellazione di un sistema elettrico per l'energia
• Abilità comunicative
capacità di intraprendere delle discussioni tecniche per la modellistica e la simulazione di un sistema elettrico per l'energia; individuazione di problematiche inerenti la sicurezza.
• Capacità di apprendere
capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione della bibliografia scientifica di settore e della normativa tecnica.

Prerequisiti

Le propedeuticità sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logarimiche e loro proprietà. Equazioni differenziali lineari ordinarie. Integrali. Numeri complessi. Proprietà dei polinomi. Principi di fisica del corpo rigido, dei campi magnetici ed elettrici, e dei sistemi elettrici.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.
Sono essenziali le competenze di Fisica 1 e 2, Elettrotecnica, Elettronica generale.

Contenuti

Il sistema dell’energia nel mondo
Struttura dei sistemi elettrici di potenza
Componenti simmetriche
Principali elementi costituenti gli impianti elettrici. Linee elettriche aeree ed in cavo. Costanti fondamentali delle linee elettriche aeree e in cavo. Effetto corona. Materiali conduttori. Dimensionamento termico. Dimensionamento meccanico. I materiali isolanti. Trasformatori nei sistemi di potenza.
Calcolo elettrico delle reti di distribuzione. Calcolo elettrico delle distribuzioni. Calcolo delle cadute di tensione. Perdite e riscaldamento. Criteri di scelta delle protezioni. Funzionamento con carico squilibrato.
Progettazione e costruzione degli impianti di distribuzione in BT in corrente alternata e corrente continua. Generalità. Elaborati di progetto. Normativa e simbologia CEI. I quadri elettrici: Tipologie per sistemi di I e II categoria. Normativa CEI. Power center, motor control center, quadri principali e secondari. Criteri di progettazione. Interruttori Magnetotermici per sistemi di I categoria, Fusibili. Protezione da sovraccarico e cortocircuito. Impianti in Corrente Continua per data center. Alimentazione con UPS e gruppi di continuità. Normativa tecnica.
La protezione dai pericoli dell'elettricità. Generalità. Contatti diretti ed indiretti. Misure di prevenzione per sistemi di I e II categoria. Sistemi di alimentazione TT, TN, IT, OS, con relé di terra differenziali, con doppio isolamento, ecc.. Circuiti equivalenti per il calcolo delle tensioni di contatto e di passo. Criteri di sicurezza.
Gli impianti di messa a terra. Generalità. Studio di dispersori elementari per la definizione delle grandezze di progetto. Dispersori complessi. Comportamento del terreno. Misure di resistività. Progetto dei sistemi di messa a terra e norma CEI. Verifica degli impianti di terra.

MODULO: SMART GRID PER LA DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA

(SSD ING-IND/33, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

• Conoscenza e capacità di comprensione
conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici relativi alla pianificazione ed all'esercizio delle reti di distribuzione dell'energia elettrica
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate
capacità di analizzare le reti di distribuzione dell'energia elettrica e di sviluppare autonomamente la progettazione di sistemi di distribuzione anche con riferimento alle problematiche introdotta dalla generazione distribuita
• Autonomia di giudizio
capacità di valutare il corretto esercizio e dimensionamento di un sistema di distribuzione con riferimento al sistema di protezione.
• Abilità comunicative
capacità di intraprendere delle discussioni tecniche per la definizione delle scelte progettuali e di pianificazione di un sistema di distribuzione.
• Capacità di apprendere
capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Le propedeuticità sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logaritmiche e loro proprietà. Equazioni differenziali lineari ordinarie. Integrali. Numeri complessi. Proprietà dei polinomi. Principi di fisica del corpo rigido, dei campi magnetici ed elettrici, e dei sistemi elettrici.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.
Sono necessarie competenze di Fisica 1 e 2, Elettrotecnica, Elettronica generale, Impianti Elettrici ed Elettronica Industriale di Potenza.

Contenuti

Stato del neutro nei sistemi elettrici
Lo stato del neutro. Metodi per la messa a terra del neutro nei sistemi di I, II e III categoria.
Cabine elettriche secondarie
Generalità. Tipologie. Criteri di progettazione. Schemi unifilari e disposizioni topografiche. Distanziamenti ed altre misure di sicurezza. Schemi elettrici unifilari, trifilari e funzionali. Quadri di manovra, controllo e misura. Protezioni. Ventilazione. Rumorosità. Impianto di terra di cabina. CEI 0-16
Il rifasamento degli impianti MT e BT)
Definizione e motivazioni. Calcolo potenza di rifasamento. Mezzi per la produzione dell'energia reattiva. Connessione a triangolo e a stella dei condensatori. Caratteristiche e dati di targa dei condensatori. Campi d'impiego. Criteri di progettazione di un impianto di rifasamento. Misure di sicurezza. Criteri di installazione delle apparecchiature. Impiego di impedenze limitatrici. Armoniche. Requisiti delle apparecchiature di manovra e protezione.
I sistemi di protezione degli impianti di distribuzione
Classificazione dei guasti. Caratteristiche dei sistemi di protezione. Protezione contro le sovracorrenti, le sovratensioni, i pericoli dell'elettricità nei sistemi di I, II e III categoria. 
I relé di protezione: definizioni, tipologie e classificazione, caratteristiche costruttive e funzionali, criteri d'impiego. Protezione contro i c.ti c.ti ed i guasti: tipi di protezione, impiego di TA e TV. Casi particolari: Protezione degli alternatori, Protezione dei trasformatori, Protezione delle Sbarre di Stazione, Protezione delle reti.
Apparecchiature di interruzione e sezionamento
Generalità. L'arco elettrico. Energia d'arco ed energia specifica. Interruzione delle correnti alternate e continue. Mezzi per l'estinzione degli archi. Interruttori. Sistemi di comando. Potere d'interruzione. Tempi d'intervento. Richiusura automatica. Scelta dei materiali per i contatti. Interruttori per sistemi di I e II categoria. Dati caratteristici. Interruttori automatici: caratteristiche d'intervento, regolazione delle soglie e dei tempi d'intervento. Gli apparecchi di manovra: Classificazione. Tipologie. Sezionatori per sistemi di I e II categoria. Interruttori di manovra-sezionatori. Caratteristiche costruttive e funzionali. Dati di targa. I contattori: Tipologie, dati di targa, criteri d'impiego, scelta delle protezioni da associare. I fusibili: Tipologie, caratteristiche costruttive e funzionali. Capacità di rottura. Criteri di scelta. Dati principali. Impiego in associazione con altre apparecchiature (interruttori, sezionatori, contattori).
Principali elementi costituenti gli impianti elettrici
Le macchine sincrone nei sistemi di potenza: Classificazione. Dati caratteristici. Equazioni generali. Circuiti equivalenti in regime sinusoidale. Caratteristica di magnetizzazione e di c.to c.to. Reattanza sincrona e c.d.t. interne. Diagramma di Blondel. Potenza erogata in rete. Messa in parallelo degli alternatori. Comportamento alle diverse sequenze. Impiego come compensatore sincrono. 
SMART GRID
Definizioni. Integrazione delle fonti rinnovabili. Gestione della domanda. Sistemi di telecomunicazione per smartgrid. Sistemi di protezione per le smart grid. Gestione delle Smart Grid. Pianificazione delle Smart Grid. Normativa.

(SSD ING-IND/09, 90 ore, 9 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente le competenze basilari nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi di produzione dell’energia elettrica per lo sviluppo sostenibile.
I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
- Acquisire le conoscenze fondamentali sulle modalità di funzionamento delle macchine a fluido operatrici e motrici.
- Acquisire le conoscenze fondamentali sulla configurazione impiantistica e sulle modalità di funzionamento di impianti a ciclo Rankine, turbine a gas, cicli combinati e impianti di cogenerazione.
- Acquisire le conoscenze fondamentali sulla configurazione impiantistica e sulle modalità di funzionamento di impianti idroelettrici, eolici e fotovoltaici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Saper calcolare il rendimento e gli scambi di energia di una macchina motrice (turbina) o di una macchina operatrice (pompa, compressore, ventilatore).
- Saper scegliere la pompa o il ventilatore in accordo alla prevalenza ed alla portata richiesta dall’utenza (circuito idraulico, impianto di aerazione, etc.).
- Saper descrivere il ciclo termodinamico e le modalità di funzionamento di un impianto a vapore, di una turbina a gas, di un impianto combinato e di un impianto di cogenerazione.
- Saper valutare le prestazioni fondamentali (rendimenti, potenza e produzione energetica) di un impianto per la produzione di energia elettrica e di un impianto di cogenerazione.
- Saper sviluppare il dimensionamento preliminare di un impianto eolico, fotovoltaico e idroelettrico in relazione alla disponibilità della fonte primaria.
- Saper calcolare il costo di produzione dell’energia per un impianto di generazione elettrica.
Autonomia di Giudizio
- Acquisire la capacità di reperire specifiche tecniche e dati di costo presso i fornitori di apparecchiature e componenti al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano tecnico ed economico, individuando la soluzione impiantistica più adatta al contesto.
Abilità Comunicative
- Saper rappresentare lo schema di un impianto motore termico e individuare sui piani termodinamici le trasformazioni e i cicli di riferimento di macchine e impianti per la produzione di energia elettrica;
- Conseguire la capacità di descrivere gli schemi impiantistici e analizzare criticamente il funzionamento di macchine a fluido, impianti per la produzione di energia elettrica e impianti di cogenerazione.
Capacità di apprendere
- Acquisire la capacità di integrare le conoscenze acquisite con quelle relative ad altri insegnamenti del corso di studio e a fonti esterne per conseguire una preparazione ad ampio spettro nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi di produzione dell’energia elettrica.
- Inoltre, l'insegnamento consentirà di consolidare gli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi nel percorso di laurea magistrale e per l'aggiornamento professionale continuo anche a livello individuale.

Prerequisiti

E' indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali (algebra, derivate e integrali semplici), della fisica e della termodinamica. Sono anche utili conoscenze basilari di chimica.

Contenuti

Generalità e richiami di Termodinamica Applicata. Fonti energetiche e produzione di energia. Classificazione delle macchine e dei sistemi energetici. Richiami sul principio di conservazione dell’energia, sul calcolo delle proprietà termodinamiche dei fluidi, sui piani termodinamici e sui cicli.
Prestazioni delle macchine a fluido. Classificazione delle macchine a fluido. Le trasformazioni di compressione e di espansione. Lavoro reale, adiabatico e politropico. Rendimento adiabatico e politropico. Problemi di progetto e di verifica.
Principi di funzionamento delle macchine a fluido. Il concetto di stadio di una turbomacchina: lo statore ed il rotore. L’equazione di Eulero ed i triangoli di velocità. Ugelli e diffusori: forma dei condotti e rendimenti. Il flusso nei condotti rotorici: grado di reazione, forma delle palettature e rendimenti.
Macchine operatrici. Macchine dinamiche: pompe, compressori e ventilatori. Prestazioni e principali caratteristiche costruttive. Problemi di scelta della macchina operatrice in relazione al circuito. Macchine operatrici in serie e in parallelo. Avviamento e cavitazione delle pompe. Cenni alle macchine operatrici volumetriche alternative e rotative.
Macchine motrici. Turbine a gas e turbine a vapore. Stadi ad azione e a reazione. Curve caratteristiche. Turbine eoliche. Bilancio energetico e coefficiente di potenza rotorico. Curva di potenza. Turbine idrauliche. Turbine Pelton, Francis e Kaplan. Curva caratteristica di una turbina idraulica.
Gli impianti motori termici. Rendimento globale e consumo specifico di un impianto motore termico. Fattore di utilizzazione e costo di produzione dell’energia elettrica. Mercato elettrico e sistema di incentivazione delle fonti rinnovabili. Fattori di emissione della CO2.
Impianti a vapore. Il ciclo Rankine. Bilancio energetico e rendimento. Influenza dei parametri operativi sulle prestazioni di un ciclo a vapore. Surriscaldamenti ripetuti e rigenerazione termica. Schemi di impianto. I principali componenti di impianto: generatore di vapore, condensatore, pompe, degasatore e rigeneratori. Trattamento delle emissioni allo scarico di un impianto a vapore. Impianti a fluido organico (ORC). Impianti a vapore alimentati con biomasse e con sistemi solari a concentrazione.
Turbine a gas. Ciclo di riferimento, bilancio energetico e rendimento. Condizioni di massimo lavoro utile e di massimo rendimento. Turbine a gas rigenerate. Tecnologie correnti delle microturbine a gas e delle turbine a gas industriali. Emissioni inquinanti.
Impianti combinati. Gli impianti a ciclo combinato gas/vapore: schema d’impianto e prestazioni. Il bilancio energetico al generatore di vapore a recupero. Impianti combinati a più livelli di pressione.
Impianti di cogenerazione. La produzione combinata di energia elettrica e termica. Configurazioni impiantistiche e prestazioni (rendimenti e risparmio di energia primaria).
Impianti idroelettrici. Schema di impianto di un impianto idroelettrico. Bilancio energetico e rendimento globale. Valutazione della produzione di energia. Impianti di pompaggio.
Impianti eolici e fotovoltaici. Distribuzione di frequenza del vento, curva di potenza di una turbina eolica. Valutazione della produzione di energia. Principio di funzionamento delle celle fotovoltaiche e rendimento. Valutazione della produzione di energia. I sistemi di accumulo dell’energia.

MODULO: MACCHINE ELETTRICHE

(SSD ING-IND/32, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Il modulo si propone di analizzare e applicare i principi fondamentali di conversione dell’energia elettrica in meccanica e del funzionamento delle macchine elettriche sviluppandone la modellizzazione e analizzandone le applicazioni dedicate allo sviluppo energetico sostenibile.
Conoscenza e capacità di comprensione:
Conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici e applicativi relativi ai processi di conversione dell’energia elettrica in meccanica;
Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
Capacità di analizzare il funzionamento operativo delle macchine elettriche per impieghi dedicati alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e ai veicoli elettrici nonché alle applicazioni in campo civile che industriale.
Autonomia di giudizio:
Capacità di valutare correttamente sia le prestazioni delle varie tipologie di macchine elettriche sulla base delle loro caratteristiche tecniche e costruttive.
Abilità comunicative:
Capacità di discutere, con interlocutori specialisti, delle problematiche inerenti le macchine elettriche nelle condizioni di funzionamento a regime.
Capacità di apprendere:
Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione dei documenti tecnici e della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Conoscenza degli argomenti svolti nei corsi di Analisi Matematica, Fisica ed Elettrotecnica.

Contenuti

Introduzione al corso: descrizione del programma e delle modalità di svolgimento dell’esame.
Le macchine elettriche nello sviluppo energetico sostenibile:
esempi applicativi di utilizzo delle macchine elettriche: Generatori eolici; veicoli elettrici; sistemi di accumulo cinetico; pompe di calore; impianti di conversione del moto ondoso, correnti marine; impianti idroelettrici;
Richiami alle leggi fondamentali dell’elettromagnetismo:
legge di Ampere, legge di Faraday Lenz, campi magnetici nella materia, proprietà dei materiali, materiali utilizzati nei sistemi elettromagnetici e loro proprietà caratteristiche, energia immagazzinata nel campo magnetico e elettrico. Analisi e confronto energetico tra le macchine elettrostatiche ed elettromagnetiche; fenomeni termici nei sistemi elettromagnetici.
Il trasformatore:
Il trasformatore lineare: caratteristiche costruttive, il flusso di mutuo accoppiamento, il flusso di dispersione, funzionamento a vuoto, sotto carico e in corto circuito. Analisi funzionale ed energetica.  Il trasformatore reale: il nucleo ferromagnetico, le perdite nel ferro, la caratteristica magnetica; funzionamento a vuoto, funzionamento sotto carico, circuito equivalente; circuito equivalente semplificato; analisi funzionale ed energetica; diagramma vettoriale. Determinazione dei parametri del trasformatore mediante le prove a vuoto ed in corto circuito. Perdite e rendimento; Il trasformatore trifase: funzionamento a vuoto; funzionamento sotto carico.
Generalità sulle macchine rotanti:
I principi di conversione elettromeccanica dell’energia: conversione elettromagnetica dell’energia; Forze nelle macchine elettriche rotanti; legge di ampere microscopica; sistemi elettromeccanici isotropi con un solo avvolgimento di eccitazione; gli avvolgimenti elettrici; il campo magnetico al traferro; le coppie polari;  il flusso concatenato e le tensioni indotte; sistemi elettromeccanici con più avvolgimenti; La coppia elettromagnetica nelle macchine elettriche rotanti, metodo delle guaine equivalenti;
Macchina a corrente continua
Macchina elettrica sincrona:
Caratteristiche costruttive; analisi e modellizzazione del funzionamento a vuoto: caratteristica a vuoto; analisi e modellizzazione del funzionamento sotto carico; circuito equivalente della macchina elettrica sincrona a poli lisci; funzionamento della macchina sincrona su rete di potenza prevalente; coppia meccanica; stabilità della macchina elettrica sincrona; digramma circolare; funzionamento in corto circuito; caratteristica di corto circuito;
Macchina elettrica asincrona:
Caratteristiche costruttive; generalità; modello matematico, elettrico e meccanico; Funzionamento in regime sinusoidale; Circuito equivalente; Diagramma circolare

MODULO: AZIONAMENTI ELETTRICI

(SSD ING-IND/32, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

- Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere e comprendere il funzionamento degli azionamenti elettrici, le loro principali caratteristiche ed i loro ambiti applicativi;
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: progettare e simulare azionamenti elettrici, anche in qualità di componenti di sistemi di propulsione elettrica;
- Autonomia di giudizio: capacità di adottare soluzioni motivate nella progettazione di azionamenti elettrici, in base all’applicazione, alle specifiche di progetto assegnate ed agli eventuali gradi di libertà a disposizione;
- Abilità comunicative: capacità di trasmettere informazioni e concetti in modo semplice, sintetico ed efficace;
- Capacità di apprendimento: elaborazione autonoma delle informazioni, soprattutto riguardo alla definizione delle specifiche progettuali ed alla progettazione di azionamenti elettrici.

Prerequisiti

Si ritiene utile, per una migliore comprensione dei contenuti previsti dall’insegnamento, il possesso di conoscenze di base relative alle macchine elettriche e all’elettronica di potenza.

Contenuti

L’insegnamento prevede i seguenti argomenti principali:
Generalità: componenti principali, princìpi di funzionamento, tipologie e configurazioni più diffuse, applicazioni;
Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche in Corrente Continua: princìpi di funzionamento, componenti principali (avvolgimenti di eccitazione e di armatura, collettore, etc.), modello matematico, configurazioni (ad eccitazione serie, parallela, separata, etc.), progettazione del sistema di controllo (anelli di corrente, velocità e posizione), esercitazioni mediante opportuni software di simulazione;
Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Sincrone a Magneti Permanenti: princìpi di funzionamento, caratteristiche dei magneti permanenti, configurazioni (rotor PM, stator PM, Brushless DC, Brushless AC, etc.), modelli matematici, strategie di controllo (a commutazione di corrente, constant torque angle, unity power factor, etc.), gestione dei vincoli operativi (saturazione di tensione, limitazione di corrente, etc.), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione e sperimentali in laboratorio;
Azionamenti Elettrici basati su Macchine Elettriche Asincrone: princìpi di funzionamento, configurazioni, modelli matematici, strategie di controllo (scalare, vettoriale, diretto di coppia), progettazione del sistema di controllo, esercitazioni mediante opportuni software di simulazione.

MODULO: ECONOMIA E REGOLAZIONE DELL'ENERGIA

(SSD ING-IND/33, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

• Conoscenza e capacità di comprensione: identificare gli elementi strutturali dei mercati dell’energia e comprenderne gli effetti sulle prestazioni delle imprese e sul benessere sociale;
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate: analizzare motivazioni e forme specifiche delle politiche pubbliche in ambito energetico con specifico riferimento alla regolazione del monopolio e alle politiche energetico-ambientali;
• Autonomia di giudizio: riconoscere le strategie più appropriate nei diversi contesti competitivi.
• Abilità comunicative: capacità di comunicazione tecniche sulle principali misure e strumenti di policy a supporto della produzione di energia, e in particolare della transizione verde, come incentivi o obblighi / mandati, elementi che determinano il comportamento dei principali attori nei mercati energetici attuali e futuri. Capacità di discutere i principali metodi e modelli utilizzati per stimare le dinamiche di mercato;
• Capacità di apprendere: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione delle principali Direttive UE / Green Deal, i piani nazionali per l'energia e il clima, nonché i principali scenari dei mercati energetici elaborati da istituzioni internazionali come l’IEA (Agenzia Internazionale per l’Energia). Gli studenti dovranno essere in grado di confrontare i diversi strumenti a seconda degli obiettivi politici e del tipo di sfide e criticità di mercato considerate.

Prerequisiti

Le propedeuticità obbligatorie sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logaritmiche e loro proprietà. Sistemi elettrici per la produzione, la trasmissione e la distribuzione dell’energia.
Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.
Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziale e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.
Sono necessarie competenze Impianti Elettrici e Distribuzione dell’energia.

Contenuti

Introduzione ai settori dell’energia
Filiera e industria; Integrazione verticale e liberalizzazione. Introduzione al corso ed agli scenari energetici globali. Fonti primarie, aggregazioni regionali, flussi di energia primaria, consumi. Politiche EU in ambito energetico e verso la decarbonizzazione. Millennium e Sustainable Development Goals. Fonti fossili e rinnovabili. Bilanciamento del sistema energetico. Elementi di principi economici
Applicazioni: i settori dell’energia elettrica e del gas naturale.
Introduzione al diritto dell’energia
Le fonti del diritto dell’energia, gli strumenti giuridici ed i soggetti della regolazione: in particolare le Autorità indipendenti. Le competenze regolatorie tra livello europeo, nazionale e regionale. Motivazioni e principi della regolazione: garanzia della sicurezza del sistema, universalità del servizio, tutela degli utenti, promozione della concorrenza e dell’efficienza del sistema.
Struttura dei mercati nei settori dell’energia
Caratteristiche della struttura di mercato: concentrazione, barriere all’ingresso e all’uscita, complementarità con altri settori, regolazione.
Analisi dei costi di impresa: elementi di base, economie scala e multiprodotto, monopolio naturale, investimenti irrecuperabili, economie di apprendimento.
Analisi della domanda di mercato: elementi di base, elasticità al prezzo e altre proprietà. Elasticità di breve e lungo periodo di prezzi e redditi. Aspetti comportamentali: spinte (nudges), effetti di rimbalzo (rebound), divari in efficienza energetica / risparmio energetico, norme di carattere sociale.
Applicazioni: Economie di apprendimento e analisi dei costi delle tecnologie di generazione elettrica.
Mercati in monopolio nei settori dell’energia
Concorrenza perfetta; mercati contendibili, fallimenti del mercato. Potere di mercato ed efficienza.
Regolamentazione del monopolio: prezzo ottimo, regolazione dei prezzi con asimmetrie informative.
Regolazione dell’accesso e unbundling.
Regolazione della qualità del servizio.
Applicazioni: Caso studio relativo alla regolazione della qualità del servizio elettrico di distribuzione
Politiche pubbliche per l’ambiente e per le fonti rinnovabili nei settori dell’energia
Regolazione delle emissioni: ottimo collettivo, tasse, sussidi, standard, emission trading. Risorse esauribili v. rinnovabili: tasso ottimo di sfruttamento, politiche. Risorse comuni: ottimo collettivo, politiche.
Mercati liberalizzati nei settori dell’energia
Gestione dei sistemi elettrici nei mercati liberalizzati. Borse dell’energia. Competizione imperfetta; esercizio di potere di mercato e promozione della concorrenza. Mercati dell’energia elettrica: bilateral vs pool; forward vs spot; day ahead and infra daily; ancillary services. Mercati per energia e capacity.
Applicazioni: Caso studio relativo alla borsa dell’energia elettrica.
Green markets

MODULO: VETTORI ENERGETICI E SISTEMI DI ACCUMULO DELL'ENERGIA

(SSD ING-IND/32, 50 ore, 5 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Il modulo di Vettori Energetici e Sistemi di Accumulo dell'Energia intende far acquisire agli studenti le fondamentali conoscenze relative ai vettori energetici e ai sistemi di accumulo per l’energia per lo sviluppo energetico sostenibile. Importante è acquisire la consapevolezza delle problematiche dovute all’utilizzo di vettori energetici non sostenibili e delle azioni necessarie per conseguire la sostenibilità energetica. Quindi, si analizzano i principali vettori energetici, con l’obiettivo di apprendere le loro caratteristiche, le problematiche e i benefici associati al loro utilizzo, le strutture impiantistiche di conversione e il loro ciclo di vita. Successivamente, si analizzano i sistemi di accumulo per l’energia termica e per l’energia elettrica e il loro funzionamento, con specifica attenzione verso le loro applicazioni per lo sviluppo energetico sostenibile. Infine, le conoscenze fin qui acquisite sono utilizzate per apprendere le metodologie per l’analisi del ciclo di vita dei vettori energetici e dei sistemi di accumulo per l’energia e per la valutazione dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo di ciascun vettore energetico.
Più in dettaglio, gli obiettivi formativi del corso possono essere espressi secondo i cinque seguenti descrittori:
- Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza e comprensione (1) dei principali vettori energetici, della loro produzione e del loro ciclo di vita, (2) dei sistemi di accumulo per l’energia termica e (3) per l’energia elettrica e del loro funzionamento, (4) delle metodologie per l’analisi del ciclo di vita dei vettori energetici e dei sistemi di accumulo per l’energia e (5) per la valutazione dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo di ciascun vettore energetico.
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Capacità di (1) analizzare il ciclo di vita di un vettore energetico, (2) dimensionare un sistema di accumulo per l’energia elettrica, (3) effettuare un’analisi del ciclo di vita di un vettore energetico e di un sistema di accumulo per una specifica applicazione, (4) effettuare la valutazione dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo di un vettore energetico.
- Autonomia di giudizio: Capacità di valutare correttamente la sostenibilità energetica nell’uso dei vettori energetici e dei sistemi di accumulo dell’energia.
- Abilità comunicative: Capacità di discutere, con interlocutori specialisti e non specialisti, di problemi e possibili soluzioni tecnologiche riguardanti l’utilizzo di vettori energetici e sistemi di accumulo dell’energia per lo sviluppo di sistemi energetici sostenibili.
- Capacità di apprendere: Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione dei documenti tecnici e della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Per frequentare proficuamente il corso risultano fondamentali conoscenze e competenze in analisi matematica, fisica, elettrotecnica, fisica tecnica.

Contenuti

- Introduzione: scenari energetici nazionali ed europei, politiche energetiche, linee di indirizzo nazionali ed internazionali, principi di sostenibilità energetica (3 ore teoria)
- Vettori energetici: funzione di un vettore energetico; vettori fossili, bio-combustibili, idrogeno, energia elettrica; produzione e ciclo di vita di vettori energetici; analisi comparativa dei vettori energetici
- Sistemi di accumulo per l’energia termica: sistemi di accumulo termico a calore sensibile, sistemi di accumulo termico a calore latente, sistemi di accumulo termochimico
- Sistemi di accumulo per l’energia elettrica: impianti idroelettrici, sistemi di accumulo ad aria compressa e ad aria liquida, batterie elettrochimiche, sistemi di accumulo a superconduttore, sistemi di accumulo a volano, supercapacitori, sistemi di accumulo per l’idrogeno e celle a combustibile
- Life cycle assessment e life cycle energy analysis: metodologie e casi studio, analisi dell’impronta di carbonio associata all’utilizzo dei vettori energetici
- Esercitazione finale

(SSD ING-IND/32, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

- Conoscenza e capacità di comprensione: conoscenza e comprensione degli aspetti teorici relativi ai dispositivi e alle strutture di potenza per la conversione statica dell’energia elettrica in ottica “transizione energetica”.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di analizzare le strutture di conversione statica dell’energia elettrica utilizzate nel settore civile e/o industriale e di valutarne il loro impatto sulla rete elettrica e sull’ambiente.
- Autonomia di giudizio: capacità di valutare correttamente le performance delle strutture per la conversione statica  dell’energia, sulla base delle loro struttura topologia.
- Abilità comunicative: capacità di svolgere delle discussioni tecniche sia delle problematiche inerenti la struttura di conversione sotto esame sia delle possibili soluzioni da intraprendere per migliorare l'efficienza.
- Capacità di apprendimento: capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione della bibliografia scientifica di settore.

Prerequisiti

Elettrotecnica, Misure Elettriche

Contenuti

Sistemi Elettronici di Potenza
Classificazione dei sistemi elettronici di potenza e dei convertitori. Teoria dei circuiti, potenza e fattore di potenza in presenza di distorsione armonica.
Dispositivi a semiconduttore
Fisica dei semiconduttori (Diodi, Tiristori, BJT, MOSFET, ecc). Potenza dissipata in conduzione e in commutazione.
Raddrizzatori a diodi
Concetti di base. Raddrizzatori monofase e trifase a ponte. Commutazione non istantanea della corrente di linea.
Convertitori a tiristori con controllo di fase
Convertitori a tiristori monofase e trifase a ponte. Induttanza di linea. Cenni sulle norme tecniche raccomandate.
Convertitori cc/cc
Convertitore cc/cc (buck, boost e Cúk) conduzione continua,  discontinua e  filtri in uscita. Convertitore cc/cc a quattro quadranti, modulazione di ampiezza di impulso (PWM).
Convertitori cc/ca
Invertitori a tensione impressa e a corrente impressa. Modulazione di ampiezza di impulso (PWM). Invertitore monofase half-bridge e full-bridge. Regolatori ad isteresi.
Criteri di progettazione dei convertitori
Funzioni e tipologie di snubber. Snubber di tipo R-C per diodi e interruttori di potenza. Circuiti di pilotaggio.