OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire strumenti metodologici di tipo tecnico ed economico per affrontare lo studio del controllo e della gestione ottimizzata di sistemi energetici azionati da motori termici, analizzando il comportamento dei diversi tipi di impianto in condizioni nominali, fuori progetto, dinamiche e il loro impatto locale e globale.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali e esercitazioni) e lo studio individuale consentiranno allo studente di:

- conoscere gli aspetti di base legati all'uilizzo dei combustibili fossili e delle fonti rinnovabili;

- conoscere i concetti di base dei parametri prestazionali dei sistemi energetici (rendimenti, lavoro utile, emissioni, ecc.);

- conoscere le tipologie dei principali sistemi energetici e i loro dettagli applicativi;

- applicare le nozioni di termodinamica al calcolo prestazionale;

- conoscere i principali aspetti tecno/economici dei sistemi energetici;

- identificare ed analizzare i principali componenti di impianto;

- conoscere i principali meccanismi di regolazione.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di termodinamica: I e II principio, funzioni energia interna, entalpia ed entropia, concetto di gas perfetto, trasformazioni di base.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso sarà articolato in: 48 ore di lezioni frontali e 12 ore di esercitazione. Le ore di esercitazione saranno svolte dai docenti titolari del corso con la seguente modalità: introduzione riassuntiva dei contenuti svolti nelle lezioni frontali e sviluppo di esercizi alla lavagna.

PROGRAMMA/CONTENUTO

• I consumi energetici nel mondo ed in Italia e le varie fonti di energia. Classificazione delle macchine: macchine operatrici, motrici, assiali, radiali, dinamiche, volumetriche.
• I combustibili fossili: combustione, aria stechiometrica, eccesso d’aria.
• Aspetti di termodinamica: piani T,S e H,S, il ciclo di Carnot e il suo rendimento.
• Rendimenti: ciclo ideale, limite e reale; rendimento adiabatico e politropico; recupero e controrecupero; rendimento globale e impatto degli ausiliari.
• Cicli a vapore e relativi impianti: espressione del rendimento; metodi per migliorare il rendimento dei cicli a vapore; la rigenerazione; il bilancio termico; aspetti generali del circuito; i principali componenti. La regolazione della turbina a vapore e cenni sugli impianti nucleari.
• Turbine eoliche: aspetti di base e analisi di Betz.
• Cicli a gas: la tecnologia del turbogas; ciclo semplice ideale, limite e reale; rendimento del ciclo ideale; condizioni di massimo lavoro utile; rendimento del ciclo limite e del ciclo reale. Il diagramma Lavoro Specifico e Rendimento; turbine heavy-duty e aereoderivate; principali componenti del turbogas; il ciclo rigenerato ideale e reale e sue prestazioni; il ciclo con intercooling ideale e reale; il ciclo con ricombustione ideale e reale. Cenni alle turbine a gas aeronautiche.
• Cicli combinati: cenni alle tipologie di cicli combinati; la caldaia a recupero ad un livello di pressione, il pinch point e il subcooling; la pressione ottimale di vaporizzazione per un livello di pressione; il rendimento dei cicli combinati.
• I Motori a Combustione Interna: generalità e classificazione; parametri geometrici; cicli di funzionamento a due e quattro tempi; cicli termodinamici di riferimento e rendimenti; confronto tra i cicli di riferimento; il ciclo limite; il ciclo reale; il ciclo indicato; cenni all’accoppiamento del motore all’utilizzatore; alla regolazione dei MCI; alle emissioni dei MCI e al loro controllo; sovralimentazione e parametri caratteristici.
• Curve caratteristiche delle principali macchine a fluido: compressore, turbina, pompa (accoppiamento delle pompe in serie ed in parallelo).
• Macchine idrauliche: l’energia idraulica e valutazione del suo potenziale, tipologie impianti idraulici, potenza massima teorica, tipologie di macchine idrauliche, criteri  di scelta della turbina (turbine Pelton, Francis e Kaplan).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slide utilizzate durante le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aul@web. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aul@web sono sufficienti per la preparazione dell'esame.
I libri sotto indicati sono suggeriti come testi di appoggio:

• O. Acton, C. Caputo, "Macchine a fluido", UTET
• R. Della Volpe, “Macchine”, Liguori Editore