CODICE | 60318 |
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ANNO ACCADEMICO | 2022/2023 |
CFU |
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SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE | ING-IND/09 |
LINGUA | Italiano |
SEDE |
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PERIODO | 2° Semestre |
MATERIALE DIDATTICO | AULAWEB |
Il corso affronta la teoria e la pratica della dinamica e controllo dei sistemi energetici, sia a scala di laboratorio che a scala industriale.
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti la capacità di comprendere e quantificare i principali fenomeni dinamici nelle macchine e sistemi energetici, attraverso la padronanza delle tecniche di simulazione dinamica e controllo. La simulazione viene implementata mediante l'ausilio di Matlab-Simulink, la cui conoscenza viene approfondita nello svolgimento del corso. Le esercitazioni svolte in classe riguardano principalmente la modellistica statica e dinamica di turbine a gas e relativi componenti.
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- comprendere la dinamica dei principali componenti dei sistemi energetici
- interpretare criticamente le performance in transitorio degli impianti per l'energia
- realizzare modelli di simulazione dinamica delle macchine e dei sistemi energetici
- valutare le scale temporali dei principali fenomeni dinamici
- progettare sistemi di controllo per gli impianti energetici e le relative macchine
- stabilizzare i sistemi di controllo per impianti di processo
Propedeuticità: Impianti per l'Energia
Lezioni,esercitazioni e laboratorio
Introduzione allo studio dei servocomandi (Scheda A)
(fornita nelle dispense ma non affrontata a lezione)
Richiami di studio matematico dei sistemi dinamici (Scheda B)
(fornita nelle dispense ma non affrontata a lezione)
Richiami di modelli dinamici lineari (Scheda C)
Sistemi a stati continui e stati discreti. Linearizzazione. Richiami di: trasformata secondo Laplace, funzioni di trasferta, poli e zeri, risposta in frequenza, diagramma di Bode, filtri di segnale.
Esercizi: C1) Linearizzazione dello schema elettrico di Fig. 3.1, con disturbi esterni. C2) Modello dinamico a stati (esempio 3.6). C3) Linearizzazione di un serbatoio piezometrico. C4) Linearizzazione di un serbatoio di gas (plenum). C5) Modello dinamico a stati di fornace.
Sistemi digitali (Scheda D)
Campionamento dati. Trasformata z. Cenni all’integrazione numerica. Cenni alle macchine a stati tramite Stateflow.
Esercizi: D1) Integratore e derivatore discreti, D2) Esempio di Stateflow applicato al controllo di una fornace.
Controllo PID classico (Scheda E)
Struttura del PID. Tuning mediante Ziegler-Nichols oscillation method. Tuning mediante la curva di reazione. Tuning mediante assegnazione dei poli.
Esercizi: F1) Esempi di tuning empirico di PID. F2) Tuning di controllore PID per fornace.
Modelli dinamici di sistemi energetici (Scheda F)
Equazioni di base. Il modello “dynamic” e “lumped volume”. Il componente “plenum”. Caratterizzazione temporale.
Esercizi: F1) Modello di plenum. F2) Compilazione automatica di modelli.
Componentistica principale e modelli dinamici (Scheda G)
Flussi e componenti Active/Inactive. Mixer-splitter. Matcher. Le valvole di controllo. Albero rotante. Piping. Scambiatore di calore. Compressore dinamico. Espansore dinamico (a gas e a vapore). Combustore di turbina a gas. Generatore elettrico. Caldaia e rete di teleriscaldamento.
Esercizi: G1) Modello di shaft. G2) Modello di pipe. G3) Esempio di network di teleriscaldamento.
Controllo delle turbine a gas (Scheda H)
Controllo di una turbina a gas. Controllo di una microturbina a gas. Controllo di una microturbina a gas a combustione esterna. Controllo del turbogetto e turbofan. Rappresentazione matematica semplificata di una turbina a gas. Cenni al controllo degli M.C.I..
Esercizi: H1) Rappresentazione semplificata di TG. H2) Off-design di mGT. H3) Dinamica e controllo di mGT con e senza volume. H4) Instabilità di un sistema pompa/serbatoio.
Sistemi di Compressione (Scheda I)
I sistemi di compressione basati su compressori dinamici; l’interazione dinamica fra il compressore ed il sistema; condizioni di instabilità statica e dinamica; pompaggio e stallo rotante; il modello di Greitzer e l’influenza delle dimensioni del volume di valle sulle traiettorie del sistema; tecniche per limitare l’insorgere del pompaggio in turbine a gas o sistemi di compressione. Cenno ai sistemi di controllo attivo e passivo.
Controllo degli impianti (Scheda L)
Controllo degli impianti a vapore. Controllo delle turbine a vapore. Controllo dei cicli combinati.
G.C. Goodwin, S. F. Graebe, M. E. Salgado, “Control System Design”, Prentice Hall, 2001, disponibile all’indirizzo http://csd.newcastle.edu.au/index.html
G. Bacchelli, F. Danielli, S. Sandolini, “Dinamica e Controllo delle Macchine a Fluido”, Facoltà di Ingegneria, Università di Bologna, Officine Grafiche Pitagora-Tecnoprint.
Informazioni circa il reperimento del materiale bibliografico indicato vengono fornite direttamente dal Docente.
Le dispense sono reperibili su aula web.
Ricevimento: Su appuntamento (richiesta via mail al docente), una volta a settimana
STEFANO BARBERIS (Presidente)
MARIO LUIGI FERRARI
LOREDANA MAGISTRI
LUCA MANTELLI
ALBERTO TRAVERSO
L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.
L’esame consta di una parte orale ed una parte dedicata alla discussione di un progetto autonomamente proposto dallo studente (e precedentemente approvato dal docente): tale progetto deve riguardare i contenuti del corso. Di seguito vengono riportati alcuni esempi.
Esempio 1: modellizzazione dinamica in Matlab-Simulink di un compressore assiale per il pompaggio del gas naturale accoppiato al gasdotto, ed implementazione del relativo controllo PID.
Esempio 2: modellizzazione dinamica in Matlab-Simulink di un network di trasporto di vapore di processo, con valvole di parzializzazione, ed implementazione del relativo controllo a stati mediante Stateflow.
Esempio 3: modellizzazione dinamica in Matlab-Simulink di un Auxiliary Power Unit (microturbina a ciclo semplice) per aerei passeggeri, ed implementazione del relativo controllo di velocità.
Progetto scritto in gruppo di lavoro: tale prova consentirà di valutare la capacità di elaborazione personale dello studente degli argomenti presentati a lezione, nonché l'attitudine a porre nella pratica ingegneriestica le nozioni teoriche apprese. Lo scritto viene valutato nella sua completezza, organizzazione, chiarezza e completezza di esposizione, analisi dei risultati.
Domanda orale: tale prova consentirà di valutare la capacità logica dello studente nel dimostrare concetti affrontati a lezione e giustificati/quantificati mediante formule matematiche. La prova orale viene valutata nella chiarezza espositiva, correttezza delle dimostrazioni, familiarità con gli argomenti trattati a lezione.
Data | Ora | Luogo | Tipologia | Note |
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17/02/2023 | 09:30 | GENOVA | Esame su appuntamento | |
14/09/2023 | 09:30 | GENOVA | Esame su appuntamento |
Propedeuticità :
Turbomacchine e Impianti per l’Energia.