B2385 - EXERGY AND PINCH POINT ANALYSIS FOR SUSTAINABLE ENERGY USE

Conoscenze e abilità da conseguire

On completion of this course, the student will be able to calculate entropy generation and Energy losses in a thermodynamic/energy system; determinie conditions leading to minimal entropy generation in a system; make the necessary assumptions on system definition, operating conditions etc. required to carry out a consistent Energy analysis, suggesting possible improvements; calculate Energy content, reversible work, isentropic efficiency, Energy loss and irreversibility and energy efficiency for different parts of an energy system; apply the Energy analysis method to energy systems; calculate adiabatic flame temperature and Energy loss in combustion processes; determine the pinch temperature and the minimal required thermal load for a suitable industrial process; design heat exchanger networks according to the principles of pinch analysis; suggest measures to reduce heating and cooling needs in an existing heat exchanger network; evaluate pros and cons of traditional and renewable energy sources within the framework of sustainable energy use.

Contenuti

Metodi termodinamici per un uso efficiente ed efficace dell'energia: minimizzazione della generazione di entropia e analisi exergetica. Definizione di exergia, stato morto, equilibrio termodinamico, condizioni di riferimento, sistema esteso e ambiente circostante, generazione di entropia all'interfaccia, equazioni di bilancio di entropia, energia ed exergia per sistemi chiusi e aperti, ed exergia come funzione non di stato. Equazioni per il contenuto energetico e la variazione di exergia per sistemi chiusi, sistemi aperti con deflusso stazionario ed exergia termica. Distruzione di exergia ed efficienza exergetica (efficienza di seconda legge) per processi e cicli tecnologici. Analisi esergetica per processi di miscelazione e separazione. Analisi exergetica per processi di combustione.

Analisi esergetica per componenti e sistemi: scambiatori di calore, centrali termoelettriche a vapore, turbine a gas, cogenerazione, centrali geotermiche, celle a combustibile, impianti fotovoltaici, impianti solari termici, turbine eoliche.

Exergia nei processi: refrigerazione e liquefazione,miscelazione, separazione, essiccazione, desalinizzazione, trasporto ed edilizia.
Exergia e sostenibilità.

Analisi di punto di strizione (pinch point).

Concetti di base come temperatura di strizione, fabbisogno minimo di riscaldamento e raffreddamento esterni, curve composite e GCC (Grand Composite Curve), targeting energetico, esemplificati attraverso la ricerca e la letteratura attuali. Progettazione di reti di scambiatori di calore in base al targeting energetico.

Testi/Bibliografia

Le lezioni si basano su due testi: "E.Michelides - Exergy Analysis for Energy Conversion Systems, Cambridge University Press, 2021" per l'analisi esegetica e "I. Kemp - Pinch Analysis and Process Integration, 2nd Edition, Butterworth and Heinemann, 2006" per il metodo pinch point. Ulteriore materiale sarà disponibile sulla piattaforma Virtuale secondo necessità.

Di seguito è riportato un elenco di bibliografia consigliata per i lettori interessati.

- Kotas – The Exergy Method of Thermal Plant Analysis
- Bejan, Tsatsaronis, Moran - Thermal Design and Optimization
- Kemp - Pinch Analysis for Energy and Carbon Footprint Reduction
- Rutledge - Energy. Supply and Demand.
- Sala Lizarrga, Picallo-Lopez - Exergy Analysis and Thermoeconomics of Buildings.

 

Metodi didattici

L'insegnamento avviene tramite lezioni frontali in aula. Tutte le materie sono illustrate anche attraverso esercizi numerici, svolti durante le lezioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La frequenza alle lezioni è fortemente raccomandata per una solida comprensione della materia, ma non è obbligatoria né significativa ai fini della determinazione del voto finale, che si basa esclusivamente sulla prestazione dei candidati durante l'esame.

La valutazione avviene tramite esami orali individuali, consistenti in un problema numerico e due domande inerenti gli argomenti trattati a lezione. L'unico materiale consentito per la soluzione dell'esercizio è la calcolatrice tascabile; se sono necessarie tabelle (ad esempio, tabelle termodinamiche), queste vengono fornite durante l'esame.

Se gli studenti hanno ottenuto dall'Università di Bologna il diritto al Supporto Mirato allo Studio a causa di una disabilità documentata, l'esaminatore ha il diritto di sottoporre tali studenti a un esame adattato o di esaminarli in modo diverso.

Il completamento con successo del corso dà diritto a un voto da 18 (Superato) a 30 con Merito (Lode); voti corrispondenti (ad esempio, Distinction/Pass with some Distinction/Pas) per gli studenti internazionali possono essere assegnati su richiesta. 

A coloro che sono affetti da DSA o disabilità temporanee o permanenti si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile, all'indirizzo (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it [https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it):] ). Sarà cura dell'ufficio proporre eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/la docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Esercitazioni numeriche durante le lezioni. Lavagna, PC, slide proiettate.

Tutto il materiale didattico utilizzato a lezione è disponibile sulla pagina online del corso tramite https://virtuale.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Lorenzini