31399 - SISTEMI ENERGETICI T

Conoscenze e abilità da conseguire

Studio dei gruppi turbogas a ciclo di Brayton. Ottimizzazione delle grandezze caratteristiche (rendimento e lavoro specifico) in funzione del rapporto di compressione e della temperatura massima. Gruppi turbogas bialbero. Accoppiamento compressore turbina. Regolazione e gestione dei gruppi turbogas. Impianti a vapore con surriscaldamento, risurriscaldamento e rigenerativi. Ottimizzazione termodinamica di rendimento e lavoro in funzione delle grandezze caratteristiche di funzionamento. Regolazione dei gruppi a vapore. Studio di gruppi combinati: grandezze di uso comune, principali tipologie di impianti. Ottimizzazione termoeconomica di gruppi combinati. Dimensionamento del bottomer per diversi livelli di pressione per assegnata taglia di turbina a gas. Utilizzo di codici di calcolo per la valutazione delle prestazioni di gruppi a ciclo combinato gas-vapore.

Contenuti

- Richiami. Trasformazioni di compressione ed espansione. Rendimenti interno e politropico per una compressione ed espansione. Rendimento isoentropico in funzione del rapporto di compressione e del rendimento politropico.

- Gruppo turbogas a ciclo di Brayton. Schema impiantistico di un gruppo turbogas a ciclo di Brayton. Ottimizzazione termodinamica delle prestazioni di un gruppo turbogas considerando il fluido ideale. Andamento di lavoro e rendimento in funzione del rapporto di compressione del ciclo, del rendimento politropico e della TIT. Equazioni che regolano il funzionamento di un gruppo a turbogas nel caso di gas reale.

- Scambiatori di calore. Coefficiente globale di scambio termico. Temperatura di parete. Scambiatori in equi e controcorrente. Diagramma temperatura, potenza termica e definizione di efficienza di uno scambiatore. Capacità termica oraria. Valutazione dell'efficienza di uno scambiatore per via grafica nel diagramma T-Q. DT medio logaritmico e metodo del e-NTU.

- Gruppi a vapore. Schema elementare. Diagramma T-s e h-s. Lavoro di compressione di un liquido. Valutazione analitica della convenienza di variare i parametri termodinamici di un gruppo a vapore (dh/ds<h/s). Variazione della pressione massima di un ciclo di Rankine e sua massimizzazione. Variazione della pressione e temperatura massima di un ciclo di Hirn e loro massimizzazione. Influenza dell'abbassamento della pressione di condensazione di un gruppo a vapore. Ottimizzazione della pressione di risurriscaldamento di un gruppo a vapore. Ottimizzazione termodinamica conseguente all'adozione di n spillamenti in un gruppo a vapore (grado di rigenerazione). Schema di impianto a tre spillamenti. Diagramma T-s e di Mollier per l'acqua. Equazioni che regolano il funzionamento di un gruppo a vapore. Regolazione dei gruppi a vapore.

- Il condensatore. Schema a uno e più passaggi. Velocità dell'acqua di raffreddamento dentro tubi e sua influenza sul coefficiente globale di scambio termico e sulle perdite di carico. Accorgimenti costruttivi per aumentare le prestazioni di un condensatore aumentando il coefficiente globale di scambio termico.

- Il generatore di vapore. Schema e principio di funzionamento. Percorso acqua e percorso fumi. Il problema della temperatura dei fasci vaporizzatori. Lo scambiatore Ljungstrom. Il carico termico. La temperatura di combustione ed il rendimento del generatore di vapore. Il grado di schermatura e suo aumento con le potenzialità del generatore di vapore.

- Gruppi a ciclo combinato gas-vapore. Gruppo combinato monolivello: schema e principio di funzionamento. Influenza sul rendimento dell'adozione del risurriscaldamento e degli spillamenti. Gruppo combinato con post-combustione, valutazione analitica del rendimento e del rapporto delle potenze; massimo lavoro del turbogas e massimo rendimento nel caso di post-combustione. Schema di gruppo a due livelli di pressione. Diagramma T-s. Espressione analitica del rendimento di conversione. Andamento del rendimento di recupero in funzione del rapporto tra la portata di bassa pressione e la portata al condensatore. Individuazione del criterio ottimale per la ripartizione delle portate e della temperatura di scarico dalla caldaia a recupero. Criteri generali di ottimizzazione e di progettazione conseguente.

- Le turbomacchine a fluido comprimibile. Grandezze statiche e totali. Equazioni del moto dei fluidi per condotti mobili. La velocità del suono, regimi di moto. L'efflusso di un fluido comprimibile da un ambiente a stato fisico definito. Il chocking. L'andamento delle aree di passaggio attraverso un condotto di portata assegnata a seconda del regime di moto: equazione di Hugoniot. Equazione di Eulero e alle differenze di energia cinetica per una schiera rotorica. Lo stadio ad azione: i triangoli di velocità, il lavoro massimo, rappresentazione degli stati fisici sul diagramma entalpico. Lo stadio a reazione delle turbine assiali; triangoli di velocità, grado di reazione, lavoro massimo, rendimento total to total, , rendimento total to static, rappresentazione degli stati fisici nel diagramma entalpico.

- La turbina di De Laval e limiti del salto entalpico smaltibile. La ruota Curtis e triangoli di velocità. Valutazione del rendimento per uno due e tre salti di velocità. La turbina a salti di pressione e il fattore di recupero. La turbina a reazione. Limiti sulla portata in volume all'ingresso e all'uscita di una turbina a reazione. Le turbine miste e a doppio flusso.

Testi/Bibliografia

SISTEMI ENERGETICI 1– Macchine a fluido – G. Negri di Montenegro, M. Bianchi, A. Peretto – Ed. Pitagora

Metodi didattici

L’insegnamento si compone di  9 CFU in un unico modulo.

Il modulo prevede lezioni di teoria e alcune lezioni in cui verranno presentati una serie di esempi numerici

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame di fine corso ha lo scopo di valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici, verificando le conoscenze che lo studente ha acquisito riguardo agli aspetti progettuali, costruttivi, funzionali e di gestione relativi ai sistemi energetici ed al loro impatto ambientale

Il voto finale viene definito mediante un'unica prova orale che mira ad accertare le conoscenze dello studente in tutti gli argomenti trattati.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico
tramite internet.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Melino

Consulta il sito web di Gian Marco Bianchi