Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Sistemi energetici per la mobilità
Docente
Prof. Santiangeli Adriano
Settore Scientifico Disciplinare
ING-IND/09
CFU
6
Descrizione dell'insegnamento

Il corso si articola fondamentalmente in tre parti. Una prima parte introduttiva che non solo riprende concetti chiave dei Sistemi Energetici e contestualizza la Mobilità definendone e collocandone consumi ed emissioni (dati storici nazionali e internazionali, ed Analisi Well To Wheels delle diverse soluzioni tecnologiche), ma richiama l’attenzione dello studente anche su quali siano le motivazioni di fondo che stanno portando (ed in alcune realtà che hanno portato) a ripensare interamente l’auto ed il mondo che la circonda: grandi cambiamenti che vanno dalla tipologia di Popolazione (Urbanizzazione/Megacities), al “percorso” delle Risorse impiegabili (Prima, Dentro, Dopo l’Auto… e Intorno all’Auto), alle nuove possibilità e soluzioni tecnologiche.
Una seconda parte, definite le fondamentali “parti” costituenti dei principali powertrain, ne tratta: le singole tecnologie (dai Motori a combustione interna alle Celle a Combustibile – Fuel Cell - passando per le Macchine elettriche e i sistemi di Conversione elettronica di potenza); i singoli vettori energetici di alimentazione (dai Combustibili Rinnovabili quali Biodiesel, Bioetanolo, Biometano, Idrogeno, a quelli fossili come derivati del Petrolio, Gas Naturale e Idrogeno fino al vettore elettricità); i principali sistemi di accumulo di energia (da quelli per l’Elettricità quali Accumulatori elettrochimici, Supercondensatori, Volani, sistemi Pneumatici, a quelli per l’Idrogeno compresso o liquefatto).
Infine, una terza parte, evidenzia la gestione energetica dei powertrain ibridi (definendone grado di ibridizzazione, classificandone le diverse tipologie e evidenziandone le principali problematiche di ottimizzazione dei flussi energetici) ed elettrici siano essi di tipo BEV (Battery Electric Vehicle) o FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) con alimentazione a idrogeno. Questa terza parte, dopo aver fornito anche un quadro dei principali sistemi di ricarica elettrica, si chiude con una panoramica degli scenari di prossima realizzazione (che in alcune realtà sono già in essere) quali le Smart Cities con focus sulla Smart Mobility, ponendo anche l’attenzione a quelle che sono le principali innovazioni nella mobilità e nei veicoli.

Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)
Il corso di “Sistemi energetici per la mobilità” ha la finalità di fornire allo studente tutte quelle nozioni di base, tecniche e normative che consentono un approccio sistemico alla materia della mobilità.
Le principali conoscenze acquisite (Descrittore di Dublino 1)  riguardano in primis la conoscenza delle diverse tipologie di powertrian e dei suoi componenti, delle norme tecniche che le regolamentano e dei diversi sistemi di produzione e approvvigionamento dei vettori energetici utili al loro funzionamento. Il tutto con conoscenze aggiornate sullo stato attuale e possibili evoluzioni, sia da un punto di vista normativo che tecnico, dei sistemi energetici per la mobilità, dell’evoluzione in atto in ambito di infrastrutture e governo delle città in ottica Smart Cities, con un focus speciale sulla Smart Mobility e sulle innovazioni di ultima attualità. Le conoscenze dello studente riguarderanno anche le tecniche e metodologie per approcciare una corretta e completa analisi energetica di un veicolo (Analisi Well-To-Wheels nelle sue due parti “Tank-To-Wheels” e “Well-To-Tank”).
Le principali abilità acquisite (capacità di applicare le conoscenze acquisite, Descrittore di Dublino 2) trovano la loro collocazione nel fatto che gli studenti avranno le capacità di differenziare, analizzare e valutare, da un punto di vista energetico, le diverse architetture di powertrain (dai più semplici sistemi con MCI ai più moderni veicoli ibridi multi input multi output), sapranno approcciare una corretta e completa analisi di flussi energetici di un veicolo con valutazioni di consumi e emissioni associate (con analisi di tipo “Tank-To-Wheels”, dal serbatoio alle ruote e/o Analisi dal pozzo al serbatoio “Well-To-Tank”), sempre avendo ben chiari i tradizionali processi di combustione dei MCI. Le capacità acquisite si evidenziano anche nell’abilità dello studente di effettuare analisi comparate tra le diverse soluzioni prospettabili con chiara definizione di missione del veicolo, di individuazione dei fabbisogni dello stesso, di determinazione dei consumi e delle emissioni in funzione della soluzione di mobilità analizzata per arrivare ad una classificazione delle possibili soluzioni in funzione degli obiettivi prefissati (maggiore efficienza, minor consumo, minori emissioni, …).
La verifica della capacità di apprendimento verrà effettuata tramite le prove d’esame, nonché sulla base delle discussioni tenute nell’ambito delle aule virtuali.
Nel primo caso (prove d’esame) si prevedono domande che abbracciano l´intero programma trattato e la valutazione della capacità di apprendimento si evidenzierà dalle risposte che potranno richiedere una forma più o meno articolata (composta da contenuti e/o riferimenti numerici e/o formule e/o schemi ...) e si sostanzierà non limitandosi al "giusto" o "sbagliato" in toto, ma si peseranno tutte le argomentazioni dando il giusto valore alla risposta sia in funzione dei contenuti, sia in funzione del linguaggio tecnico utilizzato (da totalmente insufficiente a più che ottima).
Nel secondo caso, la verifica della capacità di apprendimento, sarà sostanziata dall’interazione diretta con lo studente. L’Aula virtuale (ideata e realizzata in doppia modalità, prevedendo sia la fruizione in presenza sia in streaming per gli studenti collegati in modalità telematica, con discussione finale) ha, infatti, proprio lo scopo di affiancare e supportare lo studente con una interazione diretta con lo stesso atta a fornirgli un’ulteriore possibilità per poter fugare ogni dubbio e incertezze dovesse emergere di volta in volta.
Quest’ultima si svolge nelle due ore come una esercitazione/ricevimento frontale.
Prerequisiti

Non sono richiesti requisiti specifici.

Contenuti dell'insegnamento
Prima Parte
  • Sistema energetico e Vettori energetici
  • Mobilità
  • Nuove soluzioni energetiche per la mobilità veicolare (Motivazioni: grandi cambiamenti, Urbanizzazione e Megacities, Prima, Dentro e Dopo l’Auto… e Intorno all’Auto)
  • Consumi ed emissioni, Analisi Well To Wheels, Cicli di Marcia
Seconda Parte
  • Motori a combustione interna, Formazione e metodi di controllo degli inquinanti
  • Combustibili Rinnovabili, Combustibili Fossiili, Idrogeno
  • L’elettrificazione dell’auto, Il Grado di Ibridizzazione, Il percorso di elettrificazione
  • Macchine elettriche - Conversione elettronica di potenza
  • Le celle a combustibile
  • Sistemi di Accumulo
Terza Parte
  • Gestione Energetica in un veicolo - HEV - Veicoli ibridi
  • Veicoli elettrici: BEV e FCEV - Sistemi di ricarica esterna delle batterie
  • Le Smart Cities e la Smart Mobility
Attività didattiche
Le attività didattiche si articolano in didattica erogativa e didattica interattiva.
Per quanto riguarda la didattica erogativa, l'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 ore di videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in formato .pdf. Le videolezioni riguardano in particolare sia argomenti di teoria sia applicazioni pratiche. Queste ultime, mediante le apposite video esercitazioni fornite, consentono allo studente di ampliare e testare il proprio bagaglio teorico-pratico e altresì di aumentare la capacità di misurare le competenze acquisite, cosa che è fondamentale per lo studente di Ingegneria.
È di centrale importanza per lo studente migliorare la capacità di analisi e di sintesi che si sviluppa durante il corso, sia mediante la teoria che con la pratica.
Per quanto riguarda la didattica interattiva, l’'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l'interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica Interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione. Sono a tal proposito previste aule virtuali di due ore che consentono una interazione sincrona con lo studente. In particolare, il docente con le aule virtuali potrà rendicontare agli studenti, attraverso gli esami fatti e i test di verifica ed autovalutazione, quali sono i maggiori punti di sofferenza nella loro preparazione, per poter quindi intervenire su specifiche tematiche con ulteriori spiegazioni ed esercizi pratici.
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame si svolge in forma scritta. La prova ha una durata di 120 minuti e durante lo svolgimento della stessa è consentito esclusivamente l’uso di una calcolatrice non programmabile e del testo della normativa fornita direttamente dalla commissione d’esame.
La prova è costituta fondamentalmente da cinque quesiti sugli argomenti svolti durante il corso, con risposta aperta (non a risposta multipla). Ogni quesito è conforme ai tre descrittori di Dublino.
Sono altresì previste prove di verifica e di autoverifica intermedie erogate in modalità distance learning che riguardano lo svolgimento di test di autoapprendimento.
Sebbene le prove di verifica e di autoverifica intermedie non contribuiscono alla formulazione del giudizio finale, esse sono utili ai fini della preparazione e dello studio individuale e sono obbligatorie ai fini del sostenimento della prova d’esame, la quale deve essere svolta in presenza dello studente davanti ad apposita Commissione ai sensi dell´art. 11 c.7 lett.e) del DM 270/2004,. Infatti, la prova finale e le prove di verifica e di autoverifica intermedie consentono nel loro insieme di accertare la capacità di conoscenza e comprensione, la capacità di applicare le competenze acquisite, la capacità di esposizione, la capacità di apprendere e di elaborare soluzioni in autonomia di giudizio.
Libri di testo
Il materiale didattico è disponibile on-line sul Virtual Campus ed è costituito da videolezioni. Per la preparazione completa dell’esame è sufficiente fare riferimento a tale materiale.

Testi di approfondimento:

  • F. Orecchini, V.Naso: La società No Oil, nuova edizione del libro, Orme Editori, Milano, 2006
  • G. Ferrari: Motori a combustione interna. ISBN 8842670065: 02/2001, Il Capitello
Ricevimento studenti

Previo appuntamento (a.santiangeli@unimarconi.it).