CODICE 60318 ANNO ACCADEMICO 2022/2023 CFU 6 cfu anno 2 INGEGNERIA MECCANICA - ENERGIA E AERONAUTICA 9270 (LM-33) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/09 LINGUA Italiano SEDE GENOVA PERIODO 2° Semestre MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE Il corso affronta la teoria e la pratica della dinamica e controllo dei sistemi energetici, sia a scala di laboratorio che a scala industriale. OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI 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. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO 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 PREREQUISITI Propedeuticità: Impianti per l'Energia MODALITA' DIDATTICHE Lezioni,esercitazioni e laboratorio PROGRAMMA/CONTENUTO 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. TESTI/BIBLIOGRAFIA 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. DOCENTI E COMMISSIONI STEFANO BARBERIS Ricevimento: Su appuntamento (richiesta via mail al docente), una volta a settimana Commissione d'esame STEFANO BARBERIS (Presidente) MARIO LUIGI FERRARI LOREDANA MAGISTRI LUCA MANTELLI ALBERTO TRAVERSO LEZIONI INIZIO LEZIONI https://corsi.unige.it/9270/p/studenti-orario Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME 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. MODALITA' DI ACCERTAMENTO 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. Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 17/02/2023 09:30 GENOVA Esame su appuntamento 14/09/2023 09:30 GENOVA Esame su appuntamento ALTRE INFORMAZIONI Propedeuticità : Turbomacchine e Impianti per l’Energia.
