11801 - SISTEMI ENERGETICI

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili Agire per il clima

Anno Accademico 2019/2020

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del modulo, lo studente conosce gli strumenti di base necessari per l'analisi termodinamica dei principali sistemi energetici semplici e complessi e loro componenti. Durante il corso vengono richiamati i principi fondamentali della termodinamica e in particolare l'equazione del moto dei fluidi sia in forma termica che meccanica, il ciclo di Carnot, i diagrammi termodinamici per l'aria e per il vapore e il dimensionamento degli scambiatori di calore.

Programma/Contenuti

Sistemi energetici a vapore

 Si descrivono i principali componenti del ciclo a vapore, la termodinamica del ciclo e la determinazione dei flussi energetici. Influenza della pressione di condensazione, vaporizzazione e della temperatura di surriscaldamento sul rendimento termodinamico del ciclo. L'influenza della rigenerazione e del risurriscaldamento nel ciclo a vapore. Analisi exergetica del ciclo di Hirn. Architettura del degasatore e cenni sul funzionamento. Considerazioni di base sulle caratteristiche dei combustibili, il potere calorifico superiore ed inferiore, la massa d'aria stechiometrica, l'eccesso d'aria, le emissioni inquinanti e il loro abbattimento. Considerazioni sulle comuni architetture dei generatori di vapore: diagramma di scambio termico nel generatore ad irraggiamento, determinazione della temperatura di combustione, rendimento, carico termico e limitazioni delle sue potenzialità. Limitazioni sulla temperatura dei fumi al camino: il fenomeno della rugiada acida. Limiti sulle temperature massime ammissibili in un impianto a vapore. Il condensatore di vapore, bilanci energetici e suo dimensionamento. Cenni sulle trasformazioni energetiche nella turbina a vapore e definizione del rendimento interno. La definizione del rendimento complessivo dell'impianto a vapore semplicemente surriscaldato e suo legame con il rendimento termodinamico del ciclo di Hirn e i rendimenti dei singoli componenti. Schema di un impianto a vapore risurriscaldato a tre spillamenti, suo diagramma (T,s), determinazione delle portate di vapore in tutti i condotti tra i diversi componenti dell'impianto in funzione della potenza meccanica richiesta all'albero della turbina a vapore, e definizione del rendimento termodinamico dell'impianto nel suo complesso.

Sistemi energetici a turbina a gas

 Schema dell'impianto semplice e suo diagramma termodinamico (T,s), definizione del ciclo di Brayton. Rendimento interno del compressore e della turbina. Influenza della temperatura dopo la fase di combustione e del rapporto di compressione sul calore specifico introdotto, sul lavoro specifico ottenuto e sul rendimento termodinamico del ciclo di Brayton. Analisi exergetica del ciclo di Brayton. Architettura dalla camera di combustione, sua analisi energetica e rendimento. Problema delle temperature massime ammissibili in un impianto di turbina a gas. Rendimento termodinamico e rendimento d'impianto di un gruppo turbogas. Cenno ai problemi di regolazione dei gruppi turbogas e schemi d'impianto mono e bialbero. Gruppi turbogas con recupero di calore dai gas di scarico. L'adozione della compressione frazionata interrefrigerata e della espansione frazionata interriscaldata.

Confronto tra gli impianti a vapore e turbogas

I valori del rendimento termodinamico e il massimo livello di temperatura ammesso nei due impianti, differenze nelle fasi di introduzione di calore nei due impianti e conseguente effetto sull'efficienza del componente.

Sistemi frigoriferi e pompe di calore

Schemi di impianto e diagrammi termodinamici (T,s) e (p,h) per i cicli a uno e due livelli di pressione. Definizione del coefficiente di effetto frigorifero e del coefficiente di pompa di calore. I fluidi frigoriferi e il loro impatto ambientale.

Testi/Bibliografia

G. Negri di Montenegro,M. Bianchi, A. Peretto, Sistemi Energetici e loro componenti, Pitagora.

Metodi didattici

Le lezioni sono di tipo frontale in aula. Il docente, in sostituzione della tradizionale lavagna, utilizza un tablet collegato al proiettore per sviluppare i concetti e per mostrare il materiale didattico di supporto. Al termine della lezione il docente mette a disposizione il materiale proiettato in un file pdf, scaricabile dalla piattaforma IOL.

La frequenza è fortemente consigliata per un migliore apprendimento dei concetti e delle nozioni, ma non incide sul processo di valutazione finale.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in un esame orale della durata di circa 45 minuti nel corso del quale lo studente deve rispondere a due quesiti estratti casualmente dall’elenco di circa ottanta domande, che coprono il programma svolto, reso disponibile all’ultima lezione del corso nella stessa cartella dropbox che raccoglie tutto il materiale presentato durante le lezioni.

Nel corso del colloquio, relativamente ai sistemi energetici, ai loro componenti e funzioni, viene valutata la capacità dello studente di:

  • utilizzare correttamente gli strumenti della termodinamica
  • descriverne il funzionamento;
  • giustificarne teoricamente l’architettura;
  • rappresentarne la geometria con uno schema a mano libera;
  • valutarne le prestazioni;

La valutazione, espressa in trentesimi, sarà tanto più alta quanto più lo studente è:

  • autonomo nell’argomentare le risposte ai due quesiti;
  • esaustivo nell’esporre le argomentazioni;
  • preciso nel rappresentare la funzionalità degli schemi rappresentati a mano libera.

L’insegnamento di Sistemi Energetici (6 CFU) è uno dei due moduli che, insieme al corso di Macchine (6 CFU), costituisce il corso integrato di Sistemi Energetici e Macchine CI (12 CFU). La votazione che verrà verbalizzata sarà data dalla media aritmetica delle singole votazioni che lo studente avrà ottenuto nei due moduli. Se il risultato della media presenta il numero decimale 0.5 la votazione sarà arrotondata all’intero superiore. Il “30 e lode” viene associato al numero 31. Di conseguenza, per ottenere come valutazione finale “30 e lode” lo studente dovrà essere in uno dei due seguenti casi:

  • avere ottenuto “30 e lode” in entrambi i moduli
  • avere ottenuto “30 e lode” in un modulo e 30 nell’altro.

Il calendario delle prove è reso disponibile con ampio anticipo sulla piattaforma web AlmaEsami dell'Ateneo di Bologna. L’iscrizione all’appello è possibile da 7 a 2 giorni prima della data d’esame. Al momento della prova lo studente deve presentarsi con un documento di riconoscimento.

Strumenti a supporto della didattica

Il corso verrà svolto tramite l'impiego di:

  • Slides e supporti audiovisivi

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Moro