69726 - CONVERSIONE E UTILIZZAZIONE DELL'ENERGIA T

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire gli strumenti per analizzare i principali sistemi energetici a fluido destinati alla produzione di energia per uso industriale e civile, ed i più importanti componenti che ne fanno parte. Fornire, inoltre, i principi di funzionamento e caratteristiche dei componenti di un sistema di produzione, trasporto ed utilizzo dell’energia elettrica. Poblemi della sicurezza elettrica.

Contenuti

1. Presentazione dei corso: finalità, argomenti del corso, testi consigliati. Energia: fabbisogno mondiale di energia, fonti primarie e secondarie, rinnovabili e non rinnovabili. Bilancio energetico mondiale giornaliero e ripartizione tra le diverse fonti.

2. Richiami sulle unità di misura di più frequente impiego in campo energetico.

3. Cenni sulla conversione fotovoltaica: Caratteristica di una cella fotovoltaica al silicio, corrente e tensione di corto circuito, filling factor, rendimento di conversione. Centrale di Serre Persano.

4. Richiami di termodinamica: Gas perfetti e ideali. Diagrammi termodinamici T,s (entropico) e h,s (Mollier). Trasformazioni sui piani T,s e h,s. Richiami sulle equazioni di bilancio energetico per il sistema aperto in forma termica e meccanica.

5. Potere calorifico dei combustibili e sua determinazione in via sperimentale ed approssimata. Calorimetro di Junkers e Bomba di Mahler. Massa d'aria per la combustione teorica, volume aria teorica, combustione reale, eccesso d'aria, Diagramma di Ostwald (cenni).

6. Cenni sulla energia eolica: Densità di potenza di una corrente fluida, coefficiente di potenza, limite di Betz. Architettura degli aeromotori, ad asse verticale ed orizzontale, e loro classificazione in base al coefficiente di velocità periferica.

7. Cicli degli impianti a vapore: Ciclo di Carnot. Rendimento termodinamico del Ciclo Rankine. Influenza della pressione di caldaia. Influenza della pressione di condensazione sul rendimento del ciclo.

8. Esempi numerici di determinazione di proprietà termodinamiche e di calcolo di cicli a vapore

9. Ciclo Hirn. Limitazioni ai parametri caratteristici del ciclo. Influenza, del surriscaldamento e del risurriscaldamento sul rendimento del ciclo. Cicli di Carnot equivalenti, temperatura media di somministrazione del calore. Scelta della pressione e della temperatura ottimali di risurriscaldamento.

10. Impianti a spillamenti: schema d'impianto con uno spillamento a miscela. Scelta della pressione ottimale di spillamento.

11. Evoluzione dell'architettura dei generatori di vapore: caldaia Cornovaglia, caldaia marina e Babcok & Wilcox.

12. Bilancio della camera di combustione. Determinazione della temperatura di combustione. Temperatura di parete nei tubi vaporizzatori e surriscaldatori. Diagrammi di scambio. Estrazione di calore dai fumi. Preriscaldo dell'acqua.

13. Rendimento del generatore di vapore per via diretta ed indiretta. Influenza dell'eccesso d'aria e del carico sul rendimento del generatore di vapore. Rugiada acida.

14. Carico termico volumetrico. Limiti al carico termico. Preriscaldo dell'aria.

15. Caldaia ad irraggiamento, architettura e diagramma di scambio.

16. Architettura di gruppi di turbina a gas per uso industriale e propulsivo. Cenni sul raffreddamento delle pale.

17. Impianti motori con turbina a gas. Lavoro specifico e rendimento del ciclo di Brayton. Condizione di autosufficienza.

18. Cogenerazione: Definizione dei parametri principali per la caratterizzazione di un impianto cogenerativo (indice di utilizzazione del combustibile, indice di risparmio di combustibile primario e di risparmio energetico

19. Impianti cogenerativi con turbina a vapore a contropressione e con turbina a vapore a condensazione-derivazione. Diagramma di funzionamento ai carichi parziali. Cenni su altre tipologia di impianti cogenerativi.

20. Schema di un impianto a ciclo combinato gas-vapore. Diagrammi entropico e di scambio. Efficienza di recupero. Diagramma di Sankey.

21. Rendimento del ciclo combinato gas-vapore. Influenza delle caratteristiche dei cicli componenti sul rendimento totale del ciclo combinato. Architettura di caldaie a recupero. Cenni sui cicli combinati con spillamenti e con più livelli di pressione.

22. Macchine volumetriche alternative e rotative. Tipologie e campi d'impiego

23. Metodi di rilievo delle caratteristiche di pompe oleodinamiche

24. Compressore volumetrico alternativo.Diagrammi di indicatore ideale e reale. Rendimento volumetrico apparente e di carica.

25. Equazioni del moto per un osservatore mobile. Equazioni di Eulero ed alle energie cinetiche.

26. Efflusso del vapore. Grandezze di ristagno. Equazione di Hugoniot. Ugello di De Laval.

27. Generalità sulle turbine a vapore. Turbina a vapore ad azione semplice: Architettura della macchina.

28. Turbina a vapore ad azione semplice: Triangoli delle velocità. Lavoro specifico e rendimento. Limiti al salto entalpico sfruttabile con una turbina a vapore monostadio.

29. Turbina Curtis a salti di velocità: triangoli delle velocità e lavoro specifico nel caso di macchina ideale.

30. Turbina a salti di pressione rendimento dello stadio e fattore di recupero.

31. § Turbina a reazione: architettura della macchina. Lavoro specifico e rendimento dello stadio di turbina a reazione.

32. § Equilibramento delle spinte assiali, tamburo equilibratore. Tenute a labirinto.

33. § Limiti della turbina a reazione: Portata in volume all'ingresso Turbina mista: Cenni sui problemi allo scarico delle turbine a reazione.

34. § Macchine a più corpi, a doppio flusso. Regolazione per parzializzazione e per strozzamento.

35. Macchine idrauliche operatrici a fluido incomprimibile. Pompa centrifuga: Architettura della macchina.

36. Studio elementare del flusso secondo la teoria monodimensionale, triangoli delle velocità. Lavoro idraulico e prevalenza in funzione della portata. Curve caratteristiche.

37. Cenni sulla teoria della similitudine. Leggi di trasposizione.

38. Determinazione del punto di funzionamento della pompa in relazione alle caratteristiche dell'impianto. Schema di un impianto di prova per pompe centrifughe e cenni alle normative di collaudo

39. Problemi di installazione: Adescamento e cavitazione. Problemi all'aspirazione delle pompe centrifughe: NPSH limite e d'impianto. Cenni sulle modalità di determinazione sperimentale delle curve di NPSH limite.

40. Sfruttamento delle risorse idrauliche per impianti di generazione idroelettrica. Definizioni e tipologie d'impianto.

41. Turbina Pelton: Architettura del distributore, forma delle pale. Lavoro specifico, rendimento.

42. Dimensionamento di massima della turbina Pelton.

43. Turbina Francis: Architettura. Triangoli delle velocità. Impianti di pompaggio (cenni).

44. Indice Caratteristico. Cenni sulla dipendenza dell'architettura delle turbine idrauliche a reazione dall'indice caratteristico.

45. §Cenni sull'impiego di diagrammi statistici nella progettazione delle turbine idrauliche. Turbina ad elica. Triangoli delle velocità. Studio del flusso sul piano meridiano.

46. §Determinazione della forma dei profili delle macchine parziali e loro assemblaggio. Comportamento in regolazione, turbina Kaplan.

47. Diagrammi collinari per le turbine idrauliche. Costuzione del diagramma collinare dai dati di collaudo.

48. Motori a combustione interna alternativi: definizioni, principi di funzionamento. Architettura dei motori a combustione interna a quattro tempi. Diagrammi di indicatore ideale limite e reale. Diagramma polare della distribuzione.

49. Distribuzione a camme in testa soluzioni costruttive per l'azionamento delle valvole. Analisi termodinamica dei cicli per i M.C.I. ad accensione comandata e per compressione. Cicli Beau de Rochas (Otto), Diesel e Sabathè.

50. Confronto cicli Diesel e Otto sul piano termodinamico. Parametri caratteristici per il dimensionamento dei M.C.I.: pressione media indicata ed effettiva.

51. Parametri caratteristici per il dimensionamento dei M.C.I.: velocità media del pistone. Rapporto corsa/diametro. Potenza e rendimento per via termica.

52. Motori policilindrici. Dimensionamento di massima di un motore a quattro tempi a combustione interna.

53. Prestazioni dei motori a combustione interna: Curve caratteristiche di coppia, potenza e consumo specifico a piena ammissione. Ed in regolazione.

54. Emissioni di inquinanti dai M.C.I. e metodi per il loro contenimento.

55. § Motori a due tempi ad accensione comandata: architettura e soluzioni costruttive.

56. § Diagramma di indicatore del cilindro e del carter. Cenni sulla influenza del condotto di scarico sul ricambio della carica.

57. Visita a CENTRALE IDROELETTRICA O TERMOELETTRICA

§ solo per il CdL in ing. Chimica

Testi/Bibliografia

Testi consigliati:

Sandrolini S., Naldi G., “ Macchine 1: Fluidodinamica e termodinamica delle turbomacchine”,Pitagora BO, 1996,ISBN 88-371-0827-3

Sandrolini S., Naldi G., “ Macchine 2: Le turbomacchine motrici e operatrici”, Pitagora BO, 1997, ISBN 88-371-0862-1

Sandrolini S., Naldi G., “ Macchine 3: Gli impianti motori termici e i loro componenti”, Pitagora BO, 2003, ISBN 88-371-1317-X

Altri testi consigliati:

Cantore G., “Macchine”, Progetto Leonardo, 1995 BO, 3a ed. 1999.

Cornetti G., “Macchine idrauliche”, Il Capitello, TO, 1989, 2a ed. 1991, rist. 1994.

Cornetti G., “Macchine termiche”, Il Capitello, TO, 1989, rist. 1994.

Ferrari G., “Motori a combustione interna”, il Capitello, Torino, 1992.

Minelli G., “Macchine idrauliche”, Pitagora, BO, s.d..

Minelli G., “Motori endotermici alternativi”, Pitagora, BO, s.d..

Morandi G., “Macchine ed apparecchiature a vapore e frigorifere”, Pitagora, BO.

Negri di Montenegro G., Bianchi M., Peretto A.,“Sistemi energetici e loro componenti, Pitagora, BO, 2001, ISBN-88-371-1256-4.

Negri di Montenegro G., Moro D., Naldi G., “Corso di macchine - 1 Sistemi e componenti termici, Pitagora, BO, 1992, nuova ed. 1998.

Negri di Montenegro G., Naldi G., Peretto A., “Corso di macchine - 2 Macchine volumetriche Trasmissioni meccaniche”, Pitagora, BO, 1993.

Sandrolini S., Borghi M., Naldi G., “ Turbomacchine Termiche - Turbine”, Pitagora, BO, 1992.

Metodi didattici

1. Esposizione degli argomenti indicati nel programma mediante "gesso e lavagna"

2. Proiezione di presentazioni in formato Power Point (scaricabili dal sito docente)

3. Svolgimento di brevi esercitazioni numeriche in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Interrogazione orale sugli argomenti indicati nel programma.

Si richiede la conoscenza degli schemi delle macchine trattate nel corso, lo svolgimento di brevi calcoli relativi alla determinazione di proprietà termodinamiche, od a bilanci elementari, anche dal punto di vista numerico.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico integrativo: Schemi di macchine ed impianti (disp. Copisteria Facoltà) Programma del corso e parte del materiale didattico scaricabile dal sito: http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Naldi

Consulta il sito web di Pier Luigi Ribani