41553 - TECNOLOGIE ELETTRICHE INNOVATIVE LS

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire agli studenti conoscenze approfondite sugli aspetti tecnologici più innovativi nell'ambito della produzione, trasmissione, utilizzazione e accumulo dell'energia elettrica. In particolare saranno presentati dettagliatamente i componenti a superconduttori, le celle a combustibile, i cavi più innovativi per il trasporto dell'energia, i sistemi elettrochimici per l'accumulo dell'energia elettrica e le problematiche legate ai fenomeni di accumulo della carica elettrostatica in ambito industriale.

Contenuti

I Nuove tecnologie per cavi energia
1.     Cavi estrusi per media ed alta tensione: sviluppo dei cavi estrusi nel mercato, tecniche di reticolazione, morfologia ed imperfezioni, effetto delle condizioni ambientali e delle sollecitazioni (degradazione, water treeing).
2.     Nuovi tipi di cavo per alte tensioni: cavi a gas (isolante elettrico, processi di scarica, criteri di progetto), cavi a temperatura criogenica e superconduttori (isolante elettrico, processi di scarica, criteri di progetto).
II Qualità dell'energia
1.     Compensazione della potenza reattiva e della qualità dell'energia: definizione del fattore di potenza in regime di distorsione di tensione e corrente, metodi di compensazione della potenza reattiva, controllo delle correnti armoniche e limiti di distorsione, risonanza serie e parallelo e filtri (criteri di progetto dei filtri).
2.     Condensatori per rifasamento: materiali, fabbricazione e progetto (condensatori all film e dielettrico misto), prestazioni. 
III Sistemi elettrochimici per l’accumulo dell’energia
 1.     Principi di funzionamento delle batterie: pila di Volta e Daniell, polarizzazione e reversibilità
2.     Caratteristiche delle batterie: tensione, capacità e loro dipendenza da fattori progettuali.
3.     Tipi di pile: pile a liquido, pile a secco (struttura, caratteristiche di scarica, prestazioni).
4.     Accumulatori: accumulatori acidi (reazioni elettrochimiche fondamentali, gassing e accumulatori a ricombinazione di gas, caratteristiche delle celle al piombo), accumulatori alcalini (tipi, reazioni elettrochimiche fondamentali, caratteristiche delle celle al cadmio, batterie sigillate), accumulatori per automobile.
5.      Supercondensatori (cenni).
IV Celle a combustibile
1.     Principi di funzionamento della cella, effetto dei parametri operativi sulle prestazioni.
2.     Tipi di celle (AFC, PEMFC, PAFC, MCFC e SOFC) ed applicazioni.
3.     Principali metodologie di produzione dell’idrogeno (elettrolisi e reforming).
V Componenti a Superconduttori 
1.     Aspetti generali della superconduttività: cenni storici, proprietà macroscopiche, fenomenologia dei superconduttori, superconduttori del I tipo, temperatura critica campo critico, corrente critica, frequenza critica e mutui legami, lo stato intermedio e lo stato misto, superconduttori del II tipo, teoria di London, cenni sulle teorie di Ginnzburg-Landau e BCS, superconduttori reali e fenomeni di pinning.
2.     Ossidi superconduttori - una nuova classe di materiali per l'ingegneria elettrica: materiali superconduttori per le applicazioni elettriche, struttura cristallina e metodi di preparazione, BSCCO e YBCO, configurazione dei manufatti superconduttori per applicazioni energetiche.
3.     Metodi per la caratterizzazione elettromagnetica dei superconduttori: misura della corrente critica, misura della magnetizzazione e ciclo di isteresi. Esercitazioni di laboratorio.
4.     Applicazioni nel settore energetico: vari tipi di applicazioni (risonanza magnetica, limitatori di corrente, SMES, motori e trasformatori, cavi a superconduttori).
VI Cenni sulle nuove tecnologie per sistemi di conversione fotovoltaica dell’energia
VII Tecnologie relative ai processi di formazione di cariche elettrostatiche
1.     Processi microscopici di formazione delle cariche: modello a bande, meccanismi di carica macro e microscopici, trasferimento delle cariche.
2.     Fenomenologia macroscopica: separazione di carica per induzione, sfregamento, tempo di carica ed energia accumulata, scarica. Funzionamento della fotocopiatrice
3.     Problemi connessi ai fenomeni elettrostatici: industria elettronica, ospedali, luoghi con rischio di esplosione ed incendio, aspetti normativi, prevenzione degli eventi di scarica.
4.     Misura delle grandezze tipiche dei fenomeni elettrostatici: misura della carica totale, della densità di carica superficiale, del campo elettrico, dell'energia, misure per la qualificazione dei componenti, modelli per la simulazione degli eventi di accumulo e scarica.

Metodi didattici

Il corso si articola in lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio su cariche elettrostatiche, superconduttori e batterie.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale. Appelli e iscrizione agli esami: UNIWEX

Strumenti a supporto della didattica

All'inizio del corso vengono fornite dal docente alcune dispense da fotocopiare.