- Docente: Andrea De Pascale
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-IND/08
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
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Corso:
Laurea Magistrale in
Ingegneria meccanica (cod. 0938)
Valido anche per Laurea Magistrale in Ingegneria energetica (cod. 0935)
Conoscenze e abilità da conseguire
L'allievo studia l'impatto ambientale determinato dall'utilizzo di sistemi energetici per la produzione di energia termica ed elettrica e la loro gestione volta alla minimizzazione di tali emissioni.
Contenuti
Prerequisiti/Propedeuticità consigliate
Il corso richiede le fondamentali conoscenze dei corsi di base sui Sistemi Energetici e le Macchine.
PROGRAMMA
Introduzione al corso.
Il panorama energetico mondiale ed italiano. Fonti primarie, trasformazioni energetiche e l'impatto.
Inquinamento termico dai sistemi energetici.
La potenza termica scaricata dagli impianti termoelettrici: effetto del rendimento.
Sistemi di raffreddamento. Circuito aperto ed impatto ambientale.
Torre evaporativa: schema, bilancio termico e calcolo della massa di acqua evaporata.
Torre a secco e ibrida: problema del pennacchio.
Condensatore ad aria, diagr. di scambio, confronto con cond. acqua e sistema con condensatori acqua/ aria in parallelo.
Le emissioni di PM da torri di raffreddamento: cicli di concentrazione e modelli EPA e Reisman & Frisbie.
Inquinamento atmosferico dai sistemi energetici.
Percorso degli inquinanti in atmosfera: gradiente termico, stabilita' atmosferica.
Dispersione inquinanti dal camino: concentrazione in aria e al suolo con funzione gaussiana; punto di massima concentrazione.
Inquinanti chimici-Unita' di misura: concentrazioni, diluizione con O2, fattori di emissione input/output based.
NOx: meccanismi di formazione; velocita' formazione thermal NOx; effetti sull'ambiente: smog fotochimico, distruzione O3 d'alta quota e deposizioni acide.
CO: formazione e velocita' di rimozione; effetti sull'ambiente. SOx: formazione; effetti sull'ambiente. Gli HC e l'ambiente.
Il particolato atmosferico: caratterizzazione; distribuzione dimensionale; formazione; effetti nocivi.
I CFC e i sistemi frigoriferi: impianto a doppia compressione; impianti frigoriferi per la liquefazione dei gas; fluidi frigoriferi e l'impatto sull'ambiente; l'ODP e il TEWI.
La CO2: la produzione dai combustibili; l'effetto serra: lo spettro di emissione terrestre e il GWP.
Elementi di combustione ai fini dell'impatto dei sistemi energetici.
Rapporto di equivalenza, limiti di infiammabilita' , temperatura di fiamma; fiamme premiscelate: velocita' di propagazione in regime laminare e turbolento; fiamme diffusive.
Impatto ambientale dei gruppi turbogas e dei cicli combinati.
Condizioni al contorno della combustione del TG ed intensita' di combustione.
Camera di combustione convenzionale: architettura e funzioni dei componenti. Diffusore e contropressione di inerzia.
Lo Swirler: numero di Swirl e la sua funzione aerodinamica.
Formazione inquinanti nel TG, localizzazione e metodi per il controllo emissioni.
Tecnologie per combustori a ridotto impatto: inerti, staging, lean premix, combustore GE ed altri esempi.
Sistemi di post-trattamento: l'SCR e lo SCONOX.
Emissioni da combustori convenzionali e DLE al variare del carico; altri fattori che influenzano le emissioni a consuntivo.
Impatto ambientale dei gruppi a vapore.
Gruppi a vapore convenzionali e gruppi USC per il carbone.
Bruciatori per il polverino. Emissioni e controllo degli NOx (air staging, fuel staging, FGR).
Post-trattamento DeNOx, DeSOx, cattura polveri. Confronto emissioni CC e centrale a polverino.
Combustione a letto fluido: tipologie, regimi di moto e sorbente DeSOx.
PFBC: layout e rapporto tra la potenza del TG e la potenza della sezione a vapore.
Gassificazione carbone: tipologie, temperature, rendimento. Il sistema IGCC: layout, rendimento del sistema.
Layout del sistema integrato gassificatore-PFBC e sezione di potenza.
Tecniche di contenimento delle emissioni di CO2: la cattura pre-combustione. L'efficienza dell'ASU. La separazione chimica e fisica efficienza di cattura/sequestro CO2 con compressione / liquefazione.
Impatto di alcuni sistemi a fonti rinnovabili.
Energia eolica: la potenza disponibile all'aerogeneratore, limite di Betz, efficienza aerodinamica della pala di un aerogeneratore. Studio anemologico del sito: distribuzione di Weibull e criterio della velocita' piu' probabile o della massima energia raccolta.
Sistemi geo-termoelettrici: impianto con scarico in depressione, impianto a condensazione, impianto a vapore di flash, impianto a ciclo binario. Impianti con integrazione tra fonte geotermica e fonte fossile. Pompe di calore geotermiche.
I sistemi energetici ORC per il recupero di calore: architettura del ciclo termodinamico, caratteristiche dei fluidi, prestazioni.
Testi/Bibliografia
Sistemi Energetici - Impatto Ambientale (Vol. 3)
M. Bianchi, A. De Pascale, A. Gambarotta, A. Peretto
Ed. Pitagora
(limitati argomenti del corso sono trattati nel Volume 2 della medesima collana)
Metodi didattici
Lezioni didattiche frontali in aula, prevalentemente mediante l'ausilio della lavagna, inerenti tutti gli argomenti in programma.
Si prevede la visita ad impianti oggetto del programma.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Esame orale.
L'esame finale individuale,
relativo a tutti i contenuti sopra illustrati, come da lezioni in aula, con riferimento 1) alle funzioni, 2) agli schemi e 3) ai parametri quantitativi,
mira a valutare il raggiugimento degli obiettivi didattici fondamentali del corso:
-Conoscenza dei principali fattori che influenzano la formazione degli inquinanti chimici e termici derivanti dai sistemi energetici;
-Conoscenza approfondita degli apparati e delle tecnologie di controllo delle emissioni nei sistemi energetici, con riferimento in primis a: turbogas, cicli combinati, sistemi frigoriferi, caldaie di impianti con turbine a vapore e fonti rinnovabili.
Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento . Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave, alla mancata padronanza del linguaggio tecnico.
Strumenti a supporto della didattica
Il docente può avvalersi in alcuni casi del pc e/o più frequentemente della lavagna luminosa, per proiettare gli schemi più complessi di alcuni impianti e sistemi oggetto di studio.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Andrea De Pascale