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.
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.
Lo scopo dell'insegnamento è quello di fornire agli studenti conoscenze approfondite sui principali impianti di conversione dell'energia e rispettivi componenti.
Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di
- comprendere e riprodurre schemi impiantistici dei sistemi energetici trattai
- analizzare le prestazioni dei sistemi energetici e dei componenti ivi impiegati e identificare i principali parametri di influenza
- discutere vantaggi e limiti delle diverse configuazioni impiantistiche
- interpretare criticamente le misure provenienti da impianti energetici
- ricercare le caratteristiche salienti delle tecnologie per la produzione di energia elettrica
- simulare al calcolatore le prestazioni di un motore a combustione interna semplice
Propedeuticità: Modulo di termodinamica applicata
Lezioni frontali e laboratorio informatico
L'insegnamento si suddivide in sei moduli, di seguito riassunti.
A) ELEMENTI DI TERMODINAMICA E DI FLUIDODINAMICA APPLICATA
Fabbisogno energetico, fonti energetiche. Unità di misura. Principali piani termodinamici. Sistema chiuso e aperto; significato tecnico del I° e del II° principio della termodinamica. Trasformazioni ideali e rendimenti. Cicli termodinamici. Equazione dell’energia e del lavoro. Classificazione delle macchine. Rendimenti.
B) COMBUSTIBILI E PROCESSI DI COMBUSTIONE
Combustibili fossili e non. Stechiometria e bilanci energetici per le reazioni di combustione, applicazioni ai combustibili comuni. Entalpia di formazione e definizione del potere calorifico. Temperatura adiabatica di fiamma. Aria stechiometrica, eccesso d’aria e principali emissioni.
C) MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA
Generalità e classificazione. Parametri geometrici e prestazionali. Schema meccanico Motori a due e quattro tempi. e cicli termodinamici di riferimento. Motori a combustione interna ad accensione spontanea e ad accensione comandata. Ciclo ideale, limite, reale e ciclo indicato. Diagramma della distribuzione. Curve caratteristiche del motore. Cenni alla regolazione dei MCI e alle emissioni. Cenni ai sistemi di sovralimentazione.
D) IMPIANTI A VAPORE
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; circuiti a contropressione e cogenerativi. Componenti dei cicli a vapore: turbine e canali di espansione; il condensatore; il degasatore; gli scambiatori rigenerativi a miscela ed a superficie;acqua di alimento e impianto; cenni alle torri evaporative ad umido-secco e condensatore a secco; eiettori per il vuoto al condensatore; generatori di vapore e circuito fumi. Metodi di regolazione degli impianti a vapore.
E) IMPIANTI A TURBINA A GAS E CICLI COMBINATI
Cicli a gas: 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; Principali componenti turbogas; il ciclo rigenerato ideale e reale e prestazioni; il ciclo con intercooling ideale e reale e prestazioni; il ciclo con ricombustione ideale e reale e prestazioni.
Cicli combinati e schemi impiantistici: cenni alle tipologie di cicli combinati; la caldaia a recupero ad un livello di pressione, il rendimento dei cicli combinati.
F) IMPIANTI A ENERGIA SOSTENIBILE
Impianti idroelettrici e sistemi di pompaggio. Impianti geotermici. Impianti ad energia solare. Impianti eolici. Cenni ad impianti a biogas, impianti a biomassa, teleriscaldamento e cogenerazione ad altro rendimento.
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
Ricevimento: Contatto via mail (daria.bellotti@unige.it) o teams ad hoc
DARIA BELLOTTI (Presidente)
MASSIMO RIVAROLO
STEFANO BARBERIS (Presidente Supplente)
ALESSANDRO SORCE (Supplente)
ALBERTO TRAVERSO (Supplente)
https://corsi.unige.it/corsi/8784/studenti-orario
L’esame finale prevede una prova orale, in cui è necessario presentare tutti gli esercizi svolti in aula, ed una prova scritta, nella forma di esercitazione al calcolatore.
Esame orale con risposta a domande aperte, teoriche, focalizzate sulla conoscenza e la comprensione (saranno valutati anche la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto del lessico specialistico, la capacità di riprodurre schemi di impianto e cicli termodinamici sui piani di riferimento, la capacità di ragionamento critico)
Esercitazioni svolte in aula e progetto finale soggetto a valutazione.
Per le esercitazioni in laboratorio informatico viene utilizzato il software Matlab.
