Sistemi di conversione termochimici ed elettrochimici

Università Telematica Guglielmo Marconi
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Descrizione

L’Università degli Studi Guglielmo Marconi, è la prima Università “aperta” (Open University), riconosciuta dal MIUR con D.M. 1 marzo 2004, che unisce metodologie di formazione “a distanza” (materiale a stampa, dispense, Cd Rom, piattaforma e-learning) con le attività di formazione frontale (lezioni, seminari, laboratori, sessioni di ripasso e approfondimento) al fine di raggiungere i migliori risultati di apprendimento per lo studente.

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Programma

Programma del Corso

DISCIPLINA

Sistemi di conversione termochimici ed elettrochimici

DOCENTE

Enrico Bocci

CODICE DISCIPLINA: IND09004

SSD: ING-IND/09

CREDITI: 12

OBIETTIVI E FINALITÀ DELL´INSEGNAMENTO

Fornire le basi per la comprensione delle trasformazioni elettrochimiche in particolare rivolte alla conversione dell’energia chimica in energia elettrica. Fornire inoltre una panoramica esaustiva sui sistemi elettrochimici oggi esistenti ed elementi di dimensionamento e progettazione di tali sistemi.

PROGRAMMA DEL CORSO

Elementi di Termochimica:
Concetti base. Processi termochimici per upgrade di combustibili e per generazione di calore. L’equilibrio termodinamico e le velocità di reazione. Processo, P&ID, Dimensionamento, Layout. Modelli sperimentali e teorici. Modelli all’equilibrio e cinetici. La fenomenologia delle reazioni. La risoluzione degli equilibri chimici. Le reazioni di Boudouard, di formazione del gas d´acqua, di formazione del metano, ecc. L’analisi all’equilibrio e la variazione dell’equilibrio al variare di temperatura, pressione, reagenti, prodotti e catalizzatori. Forme, tipologie, componenti e classificazione dei reattori: discontinui e continui in regime stazionario e variabile; in serie e ricircolanti;atmosferici e pressurizzati; a letto fisso: equicorrente, controcorrente a flusso traverso; a letto fluido: bollente, ricircolante, trascinato;isotermici, adiabatici, a riscaldamento diretto e indiretto. Principali parametri controllanti i processi termo/bio chimici: quantità, composizione chimica e forma fisica del riducente e dell’ossidante; umidità, capacità di campo e permeabilità; temperatura e acidità; tempo di residenza e di ritenzione. Pirolisi. Gassificazione. Combustione. Sostanze nocive, emissioni e condizionamento. Termodinamica e cinetica. Velocità di reazione, costante di Arrhenius e legge cinetica. Ordine di reazione e molarità. Energia di attivazione e stato di transizione. Profilo energetico di reazione. Espressioni della costante cinetica. Meccanismo di reazione. Principi e regimi di fluidizzazione.

Sistemi Termochimici:
Biomassa e combustibili. Risorse, processi di conversione primaria e secondaria e usi finali. Scelta del processo. Scelta del combustibile. Lo schema impiantistico di un impianto di gassificazione. Reforming e gassificazione in aria, ossigeno e vapore. Parametri adimensionali. Definizione di digestione anaerobica. Fasi e parametri della digestione anaerobica. Tipologia di impianti di digestione anaerobica. Dimensionamento di un impianto di digestione anaerobica. Cenno ai costi di investimento e di esercizio nei sistemi termochimici. Ricavi e Flussi di cassa. Prospetto economico di un digestore e di un gassificatore.

Elementi di Elettrochimica:
Concetti base. Differenti specie di conduttori elettrici. Conducibilità degli elettroliti. Elettrocatalisi.
Definizioni, generatori ed elettrolizzatori, reazioni elettrodiche. Potenziale chimico, elettrico ed elettrochimico. Condizioni di equilibrio in un sistema elettrochimico. Significato fisico di potenziale elettrodico. Corrente di scambio. Forza elettromotrice. Convenzioni elettrochimiche e potenziali standard. Equazione di Nernst. Misure di potenziale e polarizzazione. Elettrodi di riferimento. Spostamento dalle condizioni di equilibrio. Cinetica elettrochimica. Sovratensione di attivazione (trasferimento di carica) Equazione di Butler e Volmer. Legge di Tafel e di Stern e Geary. Diagrammi Potenziale-Corrente di Evans. Sovratensione di concentrazione (trasporto di materia). Corrente limite. Corrosione galvanica e per aerazione differenziale.

Sistemi elettrochimici:
Classificazione e descrizione delle batterie primarie e secondarie. Componenti di celle e batterie. I materiali attivi, collettori di corrente, elettroliti, separatori e contenitori. Tensione, capacità ed energia. Fattori che influenzano le prestazioni. Corrente di scarica e capacità nominale. Criteri di selezione e applicazioni di Batterie. Batterie Primarie. Tipi, caratteristiche e prestazioni. La “Chimica” dei principali tipi di Batterie Primarie. Confronto tra le prestazioni delle batterie primarie. Batterie Secondarie: Tipi, caratteristiche e prestazioni La “Chimica” dei principali tipi di Batterie Secondarie. Confronto tra le prestazioni delle batterie secondarie. Tipologie di ricarica. Celle a Combustibile. Classificazione e principi di funzionamento. Celle ad elettrolita polimerico (PEFC). Celle alcaline (AFC). Celle ad acido fosforico (PAFC) A carbonati fusi (MCFC) e a ossidi solidi (SOFC) Fattori che ne influenzano il rendimento: sovratensione di trasferimento di carica e di diffusione. Elettrolizzatori. Applicazioni.

LIBRI DI TESTO

O. Levenspiel, Ingegneria Delle Reazioni Chimiche, Casa Editrice Ambrosiana, 1978.

E. Bocci, Sistemi a biomasse: progettazione e valutazione economica, Maggioli editore, 2011.

Giuseppe Bianchi, Torquato Mussini ,Elettrochimica, Tamburini Masson Editore, 1976

Gianfronco Pistoia, Electric and Hybrid Vehicles, Elsevier, 2010

Handbook of Fuel Cell (Sixth Edition), EG&G Technical Services, Inc. Science Applications International Corporation, November 2002

Linden, D., Reddy,Handbook of Batteries (3rd Edition), McGraw-Hill, 2002

MODALITÀ DELL’ESAME FINALE

Prova scritta e/o orale (l’orale o la prova scritta sono sempre composti da 1 domanda di teoria (tipologie …, ecc) e 1 esercizio (bilancio reazioni di un processo o dimensionamento) sia per i processi termochimici sia per i processi elettrochimici).


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