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IMPIEGO INDUSTRIALE DELL'ENERGIA (011MI)

A.A. 2019 / 2020

Periodo 
Secondo semestre
Crediti 
6
Durata 
48
Tipo attività formativa 
Caratterizzante
Percorso 
[IN15+1+ - Ord. 2016] energia e sostenibilita'
Syllabus 
Lingua insegnamento 

Italiano

Obiettivi formativi 

Conoscenza e capacità di comprensione.
Il corso si propone di fornire agli allievi i criteri generali di valutazione dei processi energetici in ambito industriale. In particolare, vengono analizzati gli impianti nei diversi assetti operativi (generazione, cogenerazione e trigenerazione).
Conoscenza e capacità di comprensione applicate.
Applicare conoscenze, capacità di comprensione ed abilità nel risolvere problemi a tematiche nuove o non familiari, inserite in contesti più ampi (o interdisciplinari) connessi dell’analisi energetica dei processi industriali.
Autonomia di giudizio.
Sviluppare la capacità di integrare le conoscenze e gestire la complessità, nonché di formulare giudizi sulla base di informazioni limitate o incomplete, includendo la riflessione sulle responsabilità sociali ed etiche collegate all’applicazione delle conoscenze e dei giudizi.
Abilità comunicative.
Sviluppare la capacità di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le conclusioni, nonché le conoscenze e la ratio ad esse sottese, a interlocutori specialisti e non specialisti.
Capacità di apprendere.
Sviluppare quelle capacità di apprendimento che consentano di continuare a studiare per lo più in modo auto-diretto o autonomo

Prerequisiti 

Le conoscenze dei contenuti dei corsi di Macchine e Fisica Tecnica sono consigliate.

Contenuti 

1. Introduzione. Criteri generali di valutazione dei processi energetici.
Introduzione al corso. Fonti energetiche e consumi energetici.
Studio dei processi mediante il I° e il II° principio della termodinamica: bilanci generali di I° e II° principio e relativi rendimenti, analisi delle irreversibilità con esempi di applicazione ai processi reali più significativi, contenuto exergetico dei combustibili.
Analisi economica dei processi energetici: struttura dei costi di produzione dell'energia, relazioni tra l'efficienza termodinamica e l'efficienza economica, approccio generale di ottimizzazione dei costi dei componenti in relazione alle variabili energetiche a loro connessi, esempi applicativi.

2. Impianti a vapore
Richiami: ciclo termodinamico, componenti principali, rendimento. Cicli Rankine a fluido organico.
3. Motori a combustione interna
Cenni: ciclo termodinamico, componenti principali, rendimento
4. Turbine a gas
Ciclo termodinamico. Rendimento ideale e reale. Componenti: compressore, turbina, camera di combustione. Cenni al comportamento fuori progetto, influenza delle condizioni ambientali.
Temperature massime raggiungibili e raffreddamento delle pale, tipologie, prestazioni delle macchine presenti sul mercato, regolazione.
Microturbine a gas
5. Cicli combinati
I cicli combinati gas/vapore. Aspetti termodinamici, assetto dei cicli multipressione, ottimizzazione delle caldaie a recupero, prestazioni, regolazione, cenni al repowering.

6. Elementi fondamentali sulle emissioni dai processi di combustione
Tipi di inquinanti emessi, cenni ai meccanismi di formazione, sistemi di rimozione e loro efficienza attese, conversione tra le varie unità di misura delle emissioni per il confronto con i valori di norma.
7. Macchine frigorifere ad assorbimento
Schema di funzionamento, caratteristiche, confronto con i frigoriferi a compressione, settori di utilizzo.
8. Celle a combustibile
Principio di funzionamento, tipologie, rendimento, applicazioni.

9. Cogenerazione e trigenerazione
Fondamenti termodinamici e motivazioni della superiorità termodinamica della produzione termica in cogenerazione rispetto alla produzione indipendente. Il comportamento degli impianti in modalità cogenerativa: regolazione e soddisfacimento dei carichi elettrici e termici con macchine a vapore, turbine a gas in ciclo semplice, cicli combinati e motori alternativi.

Metodi didattici 

Lezioni in aula e laboratorio svolte con l'ausilio di computer e videoproiettore.
Durante il corso sono previste almeno due visite tecniche ad impianti industriali.

Programma esteso 

1. Introduzione. Criteri generali di valutazione dei processi energetici.
Introduzione al corso. Fonti energetiche e consumi energetici.
Studio dei processi mediante il I° e il II° principio della termodinamica: bilanci generali di I° e II° principio e relativi rendimenti, analisi delle irreversibilità con esempi di applicazione ai processi reali più significativi, contenuto exergetico dei combustibili.
Analisi economica dei processi energetici: struttura dei costi di produzione dell'energia, relazioni tra l'efficienza termodinamica e l'efficienza economica, approccio generale di ottimizzazione dei costi dei componenti in relazione alle variabili energetiche a loro connessi, esempi applicativi.

2. Impianti a vapore
Richiami: ciclo termodinamico, componenti principali, rendimento. Cicli Rankine a fluido organico.
3. Motori a combustione interna
Cenni: ciclo termodinamico, componenti principali, rendimento
4. Turbine a gas
Ciclo termodinamico. Rendimento ideale e reale. Componenti: compressore, turbina, camera di combustione. Cenni al comportamento fuori progetto, influenza delle condizioni ambientali.
Temperature massime raggiungibili e raffreddamento delle pale, tipologie, prestazioni delle macchine presenti sul mercato, regolazione.
Microturbine a gas
5. Cicli combinati
I cicli combinati gas/vapore. Aspetti termodinamici, assetto dei cicli multipressione, ottimizzazione delle caldaie a recupero, prestazioni, regolazione, cenni al repowering.

6. Elementi fondamentali sulle emissioni dai processi di combustione
Tipi di inquinanti emessi, cenni ai meccanismi di formazione, sistemi di rimozione e loro efficienza attese, conversione tra le varie unità di misura delle emissioni per il confronto con i valori di norma.
7. Macchine frigorifere ad assorbimento
Schema di funzionamento, caratteristiche, confronto con i frigoriferi a compressione, settori di utilizzo.
8. Celle a combustibile
Principio di funzionamento, tipologie, rendimento, applicazioni.

9. Cogenerazione e trigenerazione
Fondamenti termodinamici e motivazioni della superiorità termodinamica della produzione termica in cogenerazione rispetto alla produzione indipendente. Il comportamento degli impianti in modalità cogenerativa: regolazione e soddisfacimento dei carichi elettrici e termici con macchine a vapore, turbine a gas in ciclo semplice, cicli combinati e motori alternativi.

Modalità di verifica dell'apprendimento 

L’esame è volto ad accertare una adeguata conoscenza degli argomenti teorici e pratici discussi nel corso e la capacità di applicarli per la risoluzione di problemi ingegneristici di base riguardanti principalmente gli impianti per la conversione dell’energia e l’analisi dei consumi energetici nel settore industriale.
L’esame consiste in una prova orale, ed è articolato, normalmente, in tre domande estese.
La valutazione dell’esame è espressa in trentesimi. L’esame è considerato sufficiente con una votazione di almeno 18/30.

Altre informazioni 

Il materiale didattico a supporto delle lezioni è disponibile sulla piattaforma Moodle.

Testi di riferimento 

- A. Cavallini, L. Mattarolo: Termodinamica Applicata CLUEP Editore
- G. Lozza: Turbine a gas e cicli combinati - Progetto Leonardo, Esculapio Editore, Bologna
- E. Macchi, S.Consonni: Libro bianco della cogenerazione - ed. ATIG
- W.F. Stoecker, Design of Thermal System, McGraw- Hill, 1989.
Dispense disponibili in .pdf


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