SISTEMI ENERGETICI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- MAURO VENTURINI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-IND/09
Obiettivi formativi
- Il corso si propone di fornire le conoscenze di base e gli strumenti fisico-matematici e metodologici per l'analisi dei principali sistemi per la produzione di energia da fonti fossili e rinnovabili, come cicli a vapore, cicli turbogas, cicli combinati, motori alternativi a combustione interna e sistemi cogenerativi.
Tali conoscenze sono finalizzate a fornire le capacità necessarie per l’analisi e l’ottimizzazione delle prestazioni dei sistemi energetici considerati. Prerequisiti
- Per sostenere l’esame è obbligatorio aver superato gli esami dei corsi di “Analisi matematica” e “Fisica generale I”; è necessario inoltre avere acquisito e assimilato le conoscenze fornite dal corso di “Fisica Tecnica”.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 60 ore di didattica frontale in aula tra lezioni ed esercitazioni.
Gli argomenti sviluppati durante le lezioni in aula sono i seguenti.
Sistemi energetici a vapore (18 ore)
Cicli di Rankine e di Hirn; influenza sul rendimento del ciclo termodinamico della pressione di condensazione, della pressione di vaporizzazione, della temperatura di surriscaldamento e delle pressione di risurriscaldamento. Cicli a vapore rigenerativi. Circuito termico a tre spillamenti. Cicli Rankine a fluido organico (ORC - Organic Rankine Cycle).
Generatore di vapore (6 ore)
Potere calorifico di un combustibile e determinazione dell’aria necessaria per la combustione. Temperatura di combustione. Fenomeno della rugiada acida. Evoluzione dei generatori di vapore: dalla caldaia Cornovaglia alla caldaia Babcok. Separatore di vapore. Disposizione degli scambiatori lungo il percorso dei fumi. Surriscaldatore parzialmente irraggiato e in equi-corrente. Diagramma di scambio termico in presenza dell’economizzatore e del preriscaldatore dell’aria. Carico termico. Caldaia ad irraggiamento: geometria, componenti, disposizione degli scambiatori. Rendimento del generatore di vapore per via diretta e per via indiretta.
Turbogas (10 ore)
Ciclo di Brayton: influenza sul rendimento e sul lavoro specifico della temperatura di ingresso in turbina e del rapporto di compressione; raffreddamento delle pale della turbina. Componenti di turbogas e mappe di prestazione. Regolazione della potenza. Influenza del punto di funzionamento e della temperatura ambiente. Cicli turbogas rigenerativi. Cicli a compressione frazionata e interrefrigerata e ad espansione frazionata e interriscaldata.
Impianti a ciclo combinato (8 ore)
Impianti a ciclo combinato ad un livello di pressione: influenza sul rendimento della postcombustione, del risurriscaldamento e degli spillamenti di vapore. Ciclo combinato a due livelli di pressione: bilanci di potenza negli scambiatori, ottimizzazione della ripartizione della portata, ottimizzazione delle pressioni. Ciclo combinato a tre livelli di pressione: schema di impianto, diagramma termodinamico. Dimensionamento e regolazione degli impianti a ciclo combinato.
Sistemi cogenerativi (10 ore)
Cogenerazione: definizioni e indici energetici. Gruppi cogenerativi con turbine a gas. Gruppi cogenerativi con turbina a vapore in contropressione. Gruppi cogenerativi con turbina a vapore in derivazione. Gruppi combinati cogenerativi.
Motori alternativi a combustione interna (8 ore)
Cicli termodinamici Sabathè, Otto e Diesel: rendimento ed analisi termodinamica. Valutazione della potenza per “via termica”: definizione di tonalità termica, pressione media indicata e pressione media effettiva, rendimenti. Valutazione della potenza per “via meccanica” e influenza della velocità media. Curve di prestazione dei motori alternativi a combustione interna: influenza della velocità di rotazione, valori tipici per il consumo specifico. Gruppi cogenerativi con motori a combustione interna. Metodi didattici
- Il corso è organizzato con lezioni ed esercitazioni numeriche in aula sugli argomenti del corso (60 ore).
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame si svolge in 2 parti:
- prova scritta (con domande di tipo sia teorico sia numerico), su tutti gli argomenti trattati nel corso e sui concetti fondamentali, con lo scopo di valutare lo studio della materia e la comprensione degli argomenti di base. Di norma, vengono posti due o tre quesiti;
- prova orale, nella quale sarà valutata la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi trattati durante il corso.
Per superare l’esame è necessario dimostrare di possedere le conoscenze di base su tutti gli argomenti del corso; la gradazione del voto positivo da 18 a 30 è funzione dell’approfondimento e del rigore con cui il candidato dimostra di conoscere gli argomento trattati. Testi di riferimento
- Testi consigliati
- Negri di Montenegro G., Bianchi M., Peretto A., 2008, “Sistemi Energetici 1 – Macchine a fluido”, Pitagora Editrice, Bologna.
- Cantore G., 1996, “Macchine”, Progetto Leonardo (Ed. Esculapio).
- Morandi G., 1974, “Macchine ed apparecchiature a vapore e frigorifere”, Pitagora Ed., Bologna.
Testi di consultazione
- Dossena V., Ferrari G., Gaetani P., Montenegro G., Onorati A., Persico G., 2015, “Macchine a fluido”, CittàStudi Edizioni.
- Lozza G., 2016, “Turbine a gas e cicli combinati”, Edizioni Esculapio (3a edizione).
- Cornetti G., Millo F., 2015, “Scienze termiche e macchine a vapore - Vol. 2A”, Ed. Il Capitello.
- Cornetti G., Millo F., 2015, “Macchine a gas - Vol. 2B”, Ed. Il Capitello.
- Bettocchi R. , Spina P. R. , "Propulsione aerospaziale con turbogas", Pitagora Editore.
- Cocco D., Palomba C., Puddu P., 2010, “ Tecnologie delle energie rinnovabili”, S.G.E., Padova
- Ferrari G., “ Motori a combustione interna ”, Ed. Il Capitello.
- Cohen H., Rogers G.F.C., Saravanamuttoo H.I.H., 1996, “Gas Turbine Theory”, Longman.
- Heywood J. B., “ Internal combustion engine fundamentals”, McGraw-Hill.
Altro materiale didattico
Le immagini proiettate durante il corso sono disponibili al link:
http://www.unife.it/ing/meccanica/insegnamenti/Sistemi_energetici/materiale-didattico-prof-m-venturini
