Principali argomenti trattati nel corso:
Situazione energetica e problematiche ambientali.
Impianti motori a vapore.
Introduzione alla combustione
Cicli frigoriferi a compressione semplici e perfezionati.
Impianti motori con turbine a gas.
Motori a combustione interna alternativi.
Cogenerazione e cicli combinati.
Introduzione alle Energie Rinnovabili e agli ORC
Sono previste lezioni teoriche ed esercitazioni
Impianti conversione Energetica
S. Stecco Ed. Pitagora
Turbomacchine
S.Stecco e G. Manfrida Ed. Pitagora
Lezioni disponibili su Moodle https://e-l.unifi.it/ nella sezione specifica del corso
Obiettivi Formativi - Cognomi A-L
Il corso intende fornire allo studente le basi per la valutazione, la verifica e la progettazione corrente dei sistemi di conversione dell'energia, con particolare riferimento a quelli più impiegati attualmente negli impianti industriali.
Saper conoscere e classificare i principali e comuni sistemi energetici, descriverne i principi di funzionamento dei vari componenti. Eseguire
valutazioni delle prestazioni degli impianti sulla base di bilanci energetici tenendo conto delle relative caratteristiche delle macchine e dei fluidi impiegati; Saper infine individuare gli approcci algoritmici ed utilizzare database per il raggiungimento degli obiettivi formativi citati.
In riferimento alle conoscenze (CC) identificate per il CdS si fa riferimento ai seguenti descrittori:
cc4: La conoscenza della termodinamica, teorica ed applicata agli impianti ed ai sistemi energetici, e dei fenomeni fluidodinamici nonché dei modelli in grado di rappresentarli; la conoscenza dei sistemi e delle macchine per la produzione e la conversione dell’energia, con riferimento particolare alle turbomacchine ed agli apparati industriali di combustione. La comprensione del ruolo svolto dalle diverse tecnologie energetiche al fine di garantire la sostenibilità ambientale ed economica della produzione.
cc9: "La conoscenza delle tecnologie informatiche, del ruolo che svolgono a supporto della progettazione. La comprensione dell’organizzazione dell’informazione in basi di dati e della progettazione informatica a supporto dei processi".
Mentre in riferimento alle competenze acquisite (CA) identificate per il CdS si fa riferimento ai seguenti descrittori:
ca4: La capacità di scegliere e applicare appropriati metodi analitici, di modellazione e di sperimentazione per progettare, analizzare e collaudare macchine a fluido, motori termici e di sistemi per la conversione dell'energia, includendo: l’applicazione dei criteri di progettazione degli impianti tecnici e termotecnici, di distribuzione dei fluidi e dell'energia; l’applicazione dei principi della termodinamica a sistemi semplici; la comprensione dei principali cicli termodinamici e la lettura di diagrammi termodinamici; l’individuazione dei meccanismi di trasmissione del calore significativi per le applicazioni ingegneristiche; l’analisi e la progettazione funzionale di apparati di interesse meccanico quali turbomacchine, impianti di conversione energetica e motori a combustione interna; la valutazione delle prestazioni energetiche, economiche e ambientali di macchine a fluido, termiche e di elementi oleodinamici.
Prerequisiti - Cognomi A-L
Conoscenze di base dell'analisi matematica, della Fisica generale (meccanica), della Fisica Tecnica (Termodinamica) e dell'Informatica.
Metodi Didattici - Cognomi A-L
Lezioni, esercitazioni. Esercitazioni in aula.
Modalità di verifica apprendimento - Cognomi A-L
Lo studente può partecipare a 3 prove intermedie durante l'anno. Sono fissati criteri di valutazione che consentono di superare le prove intermedie anche di una assenza o prova valutata con votazione inferiore a 17.
Superate le prove intermedie si accede direttamente alla prova orale (una sola domanda) e alla votazione finale.
Nel caso non si partecipi o non si superino le prove intermedie è necessario superare un test scritto (molto simile ad una delle prove intermedie) e la prova orale.
Le prove sono orientate a verificare le abilità Ca4, in stretta relazione con gli obiettivi cc4 e cc9. In particolare i test scritti valutano la capacità di selezionare ed utilizzare adeguati modelli matematici e approcci algoritmici per la descrizione e la stima delle prestazioni di cicli termodinamici e corrispondenti sistemi energetici, la prova orale è invece dedicata alla valutazione delle capacità di descrivere sistemi energetici e loro componenti evidenziandone le peculiarità e le caratteristiche prestazionali (cc4). Lo studente deve essere in grado di mostrare una conoscenza almeno sufficiente dei metodi di modellazione matematica/fisica dei sistemi energetici di generale interesse (test scritto - in cui errori marginali di calcolo consentono di pervenire alla sufficienza a patto di una corretta descrizione del sistema e della adeguata impostazione dei modelli) e di una conoscenza sufficiente dei componenti e sistemi energetici descritti nel corso (test orale - è richiesta una descrizione sufficiente e coerente del sistema/ciclo con adeguata applicazione dei principi di conservazione- dettagli ed approfondimenti concorrono ad elevare il voto finale)
N.B. per la definizione di cc e ca, si veda la sezione obiettivi formativi.
Appelli previsti:
11 Gennaio 2021
1 Febbraio 2021
22 Febbraio 2021
14 Giugno 2021
28 Giugno 2021
19 Luglio 2021
13 Settembre 2021
per iscriversi utilizzare l'apposito
servizio si prenotazione esami gestito da CSIAF/UNIFI. http://sol.unifi.it
Gli studenti di ordinamenti disattivati, possono contattare il docente per
informazioni bruno.facchini@unifi.it.
Programma del corso - Cognomi A-L
Situazione energetica nazionale ed internazionale. Problematiche
ambientali.
Impianti motori a vapore. Cicli a vapore semplici e perfezionati.
Surriscaldamenti ripetuti. Rigenerazione. Componenti: condensatori,
scambiatori a superficie ed a miscela, torri di raffreddamento.
Introduzione alla combustione (sistemi reattivi). Potere calorifico
superiore ed inferiore. Eccesso d?aria; rapporto di equivalenza.
Stechiometria della combustione. Temperatura adiabatica di fiamma.
Equilibri chimici e dissociazione, cenni di cinetica chimica. Generatori di
vapore. Tipologia: caldaie a tubi da fumo e a tubi d?acqua. Sistemi di
combustione. Problemi di corrosione e pulizia dei generatori di vapore.
Cenni al contenimento delle emissioni. Scambio termico nei generatori di
vapore: irraggiamento e convezione. Cenni alla regolazione dei
generatori di vapore. Rendimento dei generatori di vapore (metodo
diretto ed indiretto).
Cicli frigoriferi a compressione semplici e perfezionati. Cicli frigoriferi ad
assorbimento. Caratteristiche e compatibilità ambientale dei fluidi
frigoriferi.
Impianti motori con turbine a gas. Ciclo semplice. Rigenerazione e
miglioramento del ciclo. Mappe di prestazioni e regolazione. Camere di
combustione e refrigerazione delle parti calde. Tendenze di sviluppo.
Motori a combustione interna alternativi. Ciclo ideale e ciclo limite per
accensione comandata e spontanea a quattro tempi. Ciclo reale e
prestazioni.
Cogenerazione e cicli combinati. Vantaggi termodinamici della
cogenerazione: parametri di analisi e cenni normativi . Impianti
cogenerativi con turbine a vapore, a gas e con motori termici volumetrici.
Cicli combinati gas-vapore. Principi di funzionamento e tipologie.
Cicli Rankine con fluidi organici ORC e cenni alle principali soluzioni per lo sfruttamento dell'Energia Rinnovabile