B2373 - MACHINES AND SUSTAINABLE ENERGY SYSTEMS

Conoscenze e abilità da conseguire

The student is able to face the design of modern energy systems (combined groups, cogeneration groups) for the production of electricity and refrigeration cycles (compression, absorption, air). He is also able to deal with the fluid-dynamic design of the compressible turbomachines. Finally, the student acquires the basic knowledge on systems for the production of electricity and heat from renewable sources.

Contenuti

SISTEMI ENERGETICI

• Panorama energetico MONDIALE
• CICLI COMBINATI GAS-VAPORE:
  • Rendimento complessivo
  • 1 livello di pressione
  • Con risurriscaldamento
  • Con spillamento: T di rugiada acida
  • Con post-combustione
  • 2 livelli di pressione
  • -ottimizzazione della portata spillata dal corpo separatore di bassa pressione
  • 3 livelli di pressione: solo lay-out, diagramma T-S e di scambio termico T-q
  • COGENERAZIONE
  • INDICI DI VALUTAZIONE DI POTENZA E DI ENERGIA
  • Sistema cogenerativo con TURBOGAS
  • Sistema cogenerativo con TURBINA a VAPORE
  • In CONTROPRESSIONE
  • In DERIVAZIONE
  • Gruppi combinati cogenerativi
  • ENERGIA EOLICA
  • Limite di Betz - Lancaster
  • ENERGIA IDRAULICA
  • Gestione dei sistemi termo-elettrici
  • ENERGIA GEOTERMICA
  • Impianti idrotermali
  • A vapore dominante
  • A scarico ambientale
  • A condensazione
  • Ad acqua dominante
  • A vapore di flash
  • A ciclo binario
  • Cicli geotermici IBRIDI
  • Con TURBOGAS
  • Con CICLO a VAPORE a SPILLAMENTI
  • ENERGIA SOLARE
  • Termico: produzione di acqua calda per scopi sanitari.
  • Fotovoltaico: produzione di energia elettrica tramite l’utilizzo di semiconduttori.
  • Termodinamico: si sfrutta l’energia termica per far evaporare olii/sali, che poi espandono in una turbina producendo energia elettrica.
  • FUEL CELLS
  • Introduzione
  • Funzionamento
  • PEM
  • Applicazioni motoristiche (novità)
  • IDROGENO
  • Vettore energetico
  • Caratteristiche
  • Stoccaggio
  • Produzione: tipi di idrogeno
  • Calcolo a confronto con il metano
  • L’idrogeno come combustibile nei moderni m.c.i. (novità)

MACCHINE

• Rendimenti ISOENTROPICO e POLITROPICO di compressione/espansione
• MACCHINE A FLUIDO
• Definizione
• Classificazione
• TURBOMACCHINE
• Flusso RADIALE
• Flusso ASSIALE
• Flusso MISTO
• STADIO di una TURBOMACCHINA
• Equazioni di NAVIER-STOKES per lo studio del flusso e semplificazioni
• Equazioni fondamentali per lo studio delle turbomacchine
• Gas perfetti
• Gas reale
• Funzioni di stato
• Trasformazioni termodinamiche
• PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA MASSA
• PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
• Sistema CHIUSO
• Forme differenziale ed integrale
• Macchina Motrice ed Operatrice
• Forma MECCANICA e TERMICA
• Sistema APERTO
• Forme differenziale ed integrale
• Macchina Motrice ed Operatrice
• Forma MECCANICA e TERMICA
• Equazione di BERNOULLI (forma MECCANICA per macchina MOTRICE)
• LAVORO SECONDO EULERO NELLE TURBOMACCHINE
• Formulazione DIRETTA
• Osservatore FISSO e MOBILE (RELATIVO)
• Potenziale (gravitazionale, centrifugo) ed Energia Potenziale
• Rotalpia
• Formulazione INDIRETTA o LAVORO alla DIFFERENZA delle ENERGIE CINETICHE
• PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA MASSA
• PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA
• Sistema CHIUSO
• Forme differenziale ed integrale
• Macchina Motrice ed Operatrice
• Forma MECCANICA e TERMICA
• Sistema APERTO
• Forme differenziale ed integrale
• Macchina Motrice ed Operatrice
• Forma MECCANICA e TERMICA
• Equazione di BERNOULLI (forma MECCANICA per macchina MOTRICE)
• LAVORO SECONDO EULERO NELLE TURBOMACCHINE
• Formulazione DIRETTA
• Osservatore FISSO e MOBILE (RELATIVO)
• Potenziale (gravitazionale, centrifugo) ed Energia Potenziale
• Rotalpia
• Formulazione INDIRETTA o LAVORO alla DIFFERENZA delle ENERGIE CINETICHE
• SOLUZIONE DEL FLUSSO ISOENTROPICO IN UN CONDOTTO PURAMENTE CONVERGENTE
• CHOKING
• Ugello di DE LAVAL (CONVERGENTE-DIVERGENTE)
• MACCHINE OPERATRICI (COMPRESSORI)
• COMPRESSORI
• VOLUMETRICI
• TURBOCOMPRESSORI (STADIO=ROTORE + STATORE)
• ASSIALI
• CENTRIFUGHI
• CONFRONTO COMPRESSORE ASSIALE – CENTRIFUGO
• DIAGRAMMI h-s per rotore, statore, stadio di compressione
• PARAMETRI PRESTAZIONALI
• Rendimento TOTAL to TOTAL
• Rendimento TOTAL to STATIC
• Rendimento STATIC to STATIC
• ASPETTI GEOMETRICI
• Componente MERIDIANA della velocità
• COMPRESSORE CENTRIFUGO (TURBOCOMPRESSORE)
• Pale AVANTI, INDIETRO, RADIALI
• Ventre e dorso della pala: andamento delle pressioni in funzione del raggio
• STALLO
• POMPAGGIO
• Grado di REAZIONE
• Carico palare
• Girante
• SLIP FACTOR (difetto di deviazione): formulazione EMPIRICA di STANITZ
• DIFFUSORI
• Palettati
• Non palettati
• COMPRESSORE ASSIALE (TURBOCOMPRESSORE)
• Grado di reazione
• Pale simmetriche
• COMPRESSORE VOLUMETRICO (NON È UNA TURBOMACCHINA)
• Alternativo
• Ciclo ideale
• Ciclo reale
• Rotativo
• A lobi (‘ROOTS’)
• A palette
• MACCHINE MOTRICI (TURBINE)
• Introduzione
• Turbine termiche
• Assiali
• Centripete
• Stadio
• Parametri prestazionali
• Rendimento TOTAL to TOTAL
• Rendimento TOTAL to STATIC
• Rendimento STATIC to STATIC
• Curve caratteristiche
• TURBINA CENTRIPETA
• Diagramma h-s
• Rendimenti TOTAL to TOTAL, TOTAL to STATIC, STATIC to STATIC
• Curve prestazionali
• Forza fluido-pala
• Grado di reazione
• TURBINA ASSIALE
• Rotalpia
• Grado di reazione
• Rendimento
• Minima energia cinetica allo scarico
• Calcolo semplificato di uno stadio
• Stadio ad AZIONE semplice: turbina di DE LAVAL
• Rotore a pale simmetriche
• Rotore a pale asimmetriche
• Caso reale
• Turbina a REAZIONE
• Caso ideale
• Caso ottimizzato
• Confronto stadio AZIONE – REAZIONE
• TURBINA RADIALE CENTRIPETA
• Considerazioni per applicazioni sui m.c.i.

Testi/Bibliografia

"Sistemi Energetici e Macchine a Fluido" Vol. 1 (Macchine a Fluido) e 2 (Complementi), G. Negri di Montenegro, M. Bianchi, A. Peretto

Pitagora Editore.

"Fundamentals Of Renewable Energy Processes" – Aldo Vieira Da Rosa, Juan Carlos Ordonez, Academic Press – ISBN 978-0-12-816036-7

"Advanced Power Generation Systems ", Ibrahim Dincer and Calin Zamfirescu, Elsevier

"Sustainable Power Generation (Current Status, Future Challenges, and Perspectives)", Nikolay Belyakov, Academic Press

"Gas-Turbine Power Generation" - 1st Edition - February 24, 2016 - Paul Breeze - ISBN: 9780128040058

"Macchine a Fluido" DOSSENA V.; FERRARI G.; GAETANI P.; MONTENEGRO G.; ONORATI A.; PERSICO G.

HOEPLI Editore

"Turbomachinery Flow Physics and Dynamic Performance" Meinhard T. Schobeiri – Springer – 2nd edition

"Gas Turbine Theory" - H.I.H. Saravanamuttoo, G.F.C. Rogers, H. Cohen, Paul Straznicky, A. C. Nix - Ed. Pearson

"Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery", Dixon S.L., Hall C., Ed. Butterworth-Heinemann

"Principles of turbomachinery in air breathing engines", E.A. Baskharone, Cambridge University press

Metodi didattici

L'obiettivo principale del corso è quello di dare agli studenti la capacità di affrontare i principali problemi relativi agli argomenti elencati nel programma del corso. In particolare si cerca di guardare all'energia rinnovabile da un punto di vista critico, dando agli studenti un'idea di pro e contro delle nuove risorse energetiche.

PIATTAFORMA ‘VIRTUALE’ (https://virtuale.unibo.it/): Lezioni e/o presentazioni caricate al termine della lezione.

SI RACCOMANDA VIVAMENTE DI CONSULTARE SEMPRE I LIBRI ELENCATI IN PRECEDENZA.

Le lezioni sono frontali in aula. Il docente, in sostituzione della tradizionale lavagna, utilizza un tablet collegato al proiettore per sviluppare i concetti e mostrare il materiale didattico di supporto. Al termine della lezione il docente mette a disposizione il materiale illustrato in un file pdf, scaricabile dalla piattaforma VIRTUALE. OGNI forma di distribuzione di questo materiale è VIETATA: ogni STUDENTE ISCRITTO può scaricarlo in AUTONOMIA. Questo materiale NON vuole essere una DISPENSA ma è SOLO un sistema di supporto allo studio. Il docente NON fornisce alcuna DISPENSA, ma INVITA gli studenti all'utilizzo dei LIBRI DI TESTO.

La frequenza è fortemente consigliata per un migliore apprendimento di concetti e nozioni, ma non pregiudica il processo di valutazione finale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Le modalità di verifica consistono in una parte orale della durata di circa 30 minuti, durante la quale lo studente deve rispondere ad una domanda per i sistemi energetici ed una per le macchine a fluido: le domande sono estratte dall'intero programma.

Durante l'esame, relativamente alle macchine a fluido, ai loro componenti e funzioni, viene valutata la capacità dello studente di:

- utilizzare correttamente gli strumenti termodinamici;

- descrivere il loro funzionamento;

- giustificare teoricamente la loro architettura;

- rappresentarne la geometria con uno schizzo a mano libera;

- valutare le loro prestazioni;

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

- autonomo nell'articolare le risposte alle due domande;

- esaustivo nell'esporre gli argomenti;

- preciso nel rappresentare la funzionalità degli schizzi a mano libera.

Le date degli esami vengono preventivamente comunicate tramite la piattaforma web AlmaEsami dell'Università di Bologna. E' possibile iscriversi all'esame fino a 3 giorni prima della data d'esame. Al momento dell'esame lo studente dovrà essere munito di documento di riconoscimento.

Strumenti a supporto della didattica

PIATTAFORMA VIRTUALE: lezioni/presentazioni in formato PDF.



Il corso sarà svolto mediante l'utilizzo di:

- Tablet collegato al proiettore, utilizzato in alternativa alla lavagna.
- Ogni lezione verrà caricata sulla piattaforma VIRTUALE, come ausilio agli studenti, in formato PDF. 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Stefania Falfari