PRESENTAZIONE

L'insegnamento affronta sia a livello teorico che a livello tecnologico i sistemi energetici e ed loro componenti principali. L'attenzione è rivolta principalmente agli impianti di conversione termo-elettrica dell'energia contenuti in combustibili o fonti termiche alternative. L'insegnamento approfondisce, anche dal punto di vista tecnologico, la necessità di dotare una rete elettrica nazionale di fonti di energia programmabili, che possano quindi sopperire alla fluttuazioni stocastiche dei carichi e delle produzioni da fonti rinnovabili. 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Si discutono i fondamenti della progettazione e/o costruzione e/o esercizio di impianti energetici. Partendo dalla termodinamica e fluidodinamica applicate ai sistemi energetici, si affrontano i seguenti temi: motori a combustione interna, impianti a vapore, impianti a turbina e a gas, cogenerazione e cicli combinati, impianti a fonti rinnovabili.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo dell'insegnamento è fornire allo studente conoscenze approfondite sui principali impianti di conversione dell'energia, sul loro funzionamento e sui componenti che li costituiscono.

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

• descrivere il principio di funzionamento, i componenti principali e gli schemi impiantistici dei sistemi energetici trattati nel corso;
• analizzare le prestazioni dei sistemi energetici e dei relativi componenti, individuando i principali parametri che ne influenzano il funzionamento;
• confrontare e valutare vantaggi, limiti e campi di applicazione delle diverse configurazioni impiantistiche;
• risolvere esercizi numerici relativi ai sistemi energetici trattati e analizzarne criticamente i risultati, valutandone la coerenza fisica e impiantistica.
• interpretare criticamente dati sperimentali e risultati di simulazione relativi a impianti energetici
• reperire, selezionare e valutare informazioni tecnico-scientifiche relative alle principali tecnologie per la produzione di energia elettrica;
• sviluppare un semplice modello di simulazione di un motore a combustione interna e utilizzarlo per analizzarne le prestazioni.

PREREQUISITI

Propedeuticità: Modulo di termodinamica applicata

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento si svolge prevalentemente mediante lezioni frontali, supportate da materiale didattico (slide) reso disponibile agli studenti. Le lezioni sono integrate con metodologie di didattica attiva finalizzate a favorire il coinvolgimento degli studenti e l'apprendimento partecipato, attraverso quiz e sondaggi interattivi mediante strumenti digitali (ad esempio Wooclap), attività di Peer Instruction, discussione di casi studio ed esercizi numerici con analisi critica dei risultati. L'insegnamento comprende inoltre esercitazioni in laboratorio informatico dedicate alla simulazione e all'analisi delle prestazioni dei sistemi energetici.

PROGRAMMA/CONTENUTO

L'insegnamento è articolato in sei moduli, di seguito descritti.

A) INTRODUZIONE AI SISTEMI ENERGETICI

Panoramica dei principali sistemi energetici e del loro ruolo nel contesto energetico attuale. Fabbisogno energetico, fonti di energia e consumi energetici. Unità di misura e principali grandezze utilizzate nell'analisi dei sistemi energetici. Classificazione delle macchine a fluido. Rendimenti delle macchine operatrici e motrici, con particolare riferimento a compressori e turbine.

B) COMBUSTIBILI E PROCESSI DI COMBUSTIONE

Classificazione dei combustibili fossili e alternativi. Stechiometria della combustione e bilanci di massa ed energia. Entalpia di formazione e potere calorifico. Temperatura adiabatica di fiamma. Aria teorica, eccesso d'aria e principali emissioni dei processi di combustione.

C) MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA

Generalità e classificazione. Parametri geometrici e prestazionali. Schema meccanico del motore. Motori a due e quattro tempi. Cicli termodinamici di riferimento. Motori ad accensione comandata e ad accensione spontanea. Ciclo ideale, ciclo limite, ciclo reale e ciclo indicato. Diagramma della distribuzione. Curve caratteristiche del motore. Regolazione, sistemi di sovralimentazione ed emissioni. Cenni all'impiego di biogas e altri combustibili alternativi nei motori a combustione interna.

D) IMPIANTI A VAPORE

Cicli a vapore e relativi schemi impiantistici. Rendimento del ciclo e principali tecniche di incremento delle prestazioni. Bilancio termico del ciclo. Impianti cogenerativi e a contropressione. Principali componenti: turbine a vapore, condensatore, degasatore, scambiatori rigenerativi, generatori di vapore e circuito fumi. Acqua di alimento e sistemi di raffreddamento. Metodi di regolazione degli impianti a vapore. Cenni agli impianti geotermoelettrici.

E) IMPIANTI A TURBINA A GAS E CICLI COMBINATI

Cicli a turbina a gas: ciclo semplice ideale, limite e reale. Rendimento e condizioni di massimo lavoro utile. Diagramma lavoro specifico-rendimento. Principali componenti degli impianti a turbina a gas. Cicli rigenerati, con intercooling e con ricombustione: configurazioni e prestazioni. Cicli combinati: configurazioni impiantistiche, caldaia a recupero e valutazione delle prestazioni. Cogenerazione e teleriscaldamento. Cenni agli impianti alimentati a biomassa e biogas.

F) IMPIANTI IDROELETTRICI ED EOLICI

Impianti idroelettrici: classificazione, principali configurazioni impiantistiche, turbine idrauliche e sistemi di pompaggio. Impianti eolici: risorsa eolica, caratteristiche del vento, curve di potenza, principali tipologie di aerogeneratori e criteri di valutazione delle prestazioni.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

ACTON O., CAPUTO C. - (1) Introduzione allo studio delle macchine; (2)  Impianti  motori; (4) Turbomacchine - UTET

BENSON S. - The Thermodynamics and Gas Dynamics of ICE - Clarendon Pres

CLUP A. - Principles of energy conversion - McGraw-Hill

DIXON S.L. - Thermodynamics of Turbomachinery - Pergamon

LOZZA G. - Turbine a gas e cicli combinati - Progetto Leonardo

MORAN, SHAPIRO - Fundamentals of Thermodynamics - J.Wiley

SANDROLINI S, NALDI G. - Macchine - Pitagora

STECCO S. - Impianti di conversione energetica - Ed. Pitagora

TAYLOR C. - The Internal Combustion Engine - MIT 

VAN WYLEN, SONNTAG - Fundamentals of Thermodynamics - Wiley

VARDY A. - Fluid Principles - McGraw-Hill

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/11976/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame finale si articola in una prova scritta, nella forma di esercitazione al calcolatore, e in una prova orale sugli argomenti trattati durante il corso. La prova orale comprende anche la discussione dell'esercitazione svolta.

Si invitano gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali a contattare il docente all’inizio delle lezioni per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali e forniscano idonei strumenti compensativi.

Si rammenta inoltre che la richiesta di misure compensative/dispensative per gli esami dovrà essere inviata, usando il modulo al seguente link https://modulionline.unige.it/richiesta-adattamenti#no-back , al docente del insegnamento, al referente di Scuola (federico.scarpa@unige.it) e al settore (inclusione.studenti@info.unige.it) almeno 7 giorni lavorativi prima della prova, come da linee guida presenti al link https://unige.it/disabilita-dsa/richiesta-servizi

 

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

• Prova orale, costituita da domande aperte sugli argomenti trattati durante il corso, finalizzate a verificare la conoscenza e la comprensione dei contenuti, la capacità di ragionamento critico, l'utilizzo corretto del lessico specialistico e la capacità di descrivere schemi impiantistici e cicli termodinamici. Nel corso della prova orale lo studente dovrà inoltre illustrare e discutere criticamente l'esercitazione al calcolatore svolta.
• Prova scritta, nella forma di un'esercitazione al calcolatore, finalizzata a verificare la capacità di applicare i metodi di calcolo e gli strumenti di simulazione presentati durante il corso.

ALTRE INFORMAZIONI

Per le esercitazioni in laboratorio informatico viene utilizzato il software Matlab.