Anno:periodo5:1 Lezioni,esercitazioni,laboratori: 4+2+2(ore settimanali) Docente: Evasio Lavagno
Il corso si propone di analizzare le metodologie e le procedure di localizzazione di impianti, infrastrutture e sistemi energetici con particolare attenzione rivolta alle soluzioni tecnologiche di salvaguardia ambientale. La scelta tra soluzioni alternative,a parità di servizi resi,viene impostata sulla base di un approccio di tipo sistemico, che si pone obiettivi di razionalizzazione tecnico-economica ed ambientale. Viene sviluppata una applicazione progettuale con caratteristiche di studio di fattibilità.
REQUISITI
Fisica tecnica.Macchine.(Energetica e sistemi nucleari).
PROGRAMMA
1. Elementi di ecologia e di energetica. [8 ore]
(gliargomenti segnati con
*
verranno sviluppati principalmente per gli studenti che non hanno seguito il corso di Energetica e sistemi nucleari).1.1.Elementi di ecologia
*
Gli ecosistemi. Gli elementi costitutivi dell'ambientenaturale e i principali cicli materiali nell'ambiente naturale. Le perturbazioni naturali e antropogeniche.
1.2.Le forme e le trasformazioni dell'energia
*
Le forme dell'energia. Le trasformazioni dell'energia: spontanee, reversibili, irreversibili.
Energia, exergia, anergia. Analisi energetica di processi e sistemi: metodi, modelli e applicazioni.
1.3. Cenni storici e scenari per il futuro
*
I contributi delle varie forme primarie al soddisfacimento dei fabbisogni;fonti primarie, risorse, riserve; processi di trasformazione; fabbisogni energetici ed usi finali.
Evoluzione storica dei consumi; descrizione di alcune situazioni nazionali caratteristiche;
previsioni e scenari. La situazione italiana nel contesto europeo.
1.4. L'approccio sistemico all'analisi dei sistemi energetici.
I cicli energetici: le fonti primarie e quelle rinnovabili. L'energia nucleare. I combustibi lifossili:carbone, olio,gas naturale. I combustibili secondari: i prodotti delle trasformazioni del carbone e della biomassa. Il ciclo dell'idrogeno.
2. Gli impianti.icicli edisistemi energetici. [20 ore]
2.1. Impianti e sistemi per la produzione di energia elettrica e di energia termica.
I processi di combustione (richiami). Caldaie, turbine a vapore e a gas, motori alternativi; cicli combinati; celle a combustibile. Impianti nucleari. La produzione combinata di energia elettrica e termica. Le pompe di calore.
2.2. Schemi di impianto.
Descrizione di alcune schemi particolarmente significativi in merito alle soluzioni tecnologiche adottate per la riduzione dell'impatto e del rischio ambientali.
2.3. Valutazioni qualitative e quantitative dei rilasci di esercizio e dei rilasci incidentali.
Tecniche di controllo e riduzione delle emissioni 2.4. La prevenzione del rischio.
175
2.5. Leinfrastrutture necessarieper lagestione dei cicli energetici.
Il vettoriamentodell' ener gia ele retienergetiche. Le interconnessionisovranazionali.
2.6. Il ciclocompletodelcombust ibile el'impattoambientale complessivo.
3. Ilcontesto normativain meritoai processidi localizzazionedei sistemienergeticieagli standards ambientali. [8 ore]
3.1. Norme e procedure della legislazionenazionaleed internazionale . Glistandardsdiqualit àambient ale. NormativaUSA,CEEed italiana.
3.2. Analisicritica di alcuni casi rilevanti di processi localizzativi.
Le localizzazion idi impiant i elettro nucleari. 4. Analisi di impiantiesistemi energetici. [24 ore]
4.1. Definizion edei parametridivalutazi one.
In termini divalidi tà: tecnologica,energetica,socio-economica, territoriale , ambientale . Le analisi costi/benefici.
4.2.Criteri e metodi per la valut azi onedelle alternative.
Lamodellazione dei sistemi energetici. Modelli integrali. Modelli per la valutazione delle alternativedilocalizzazione . Le procedureper lascelta e la qualificazionedei siti: l'esperienza nucleare.
4.3. Energia e aree urbane.
La pianificazione energetica territoriale. Le aree urbane. La zonizzazione territoriale.
ESERCITAZIONI
Le esercitazioni e le attività del laboratorio didattico consistono nello sviluppo di casi concernenti diversi sistemi energetici, produttivi e/o territoriali. Verrà sviluppata una applicazione a livello di studiodifattibil ità.
BIBLIOGRAFIA
Verrà messo a disposizione materiale di documentazione e verranno forniti riferimenti bibliografici.
ESAM E
Il colloquio di esamecomprende la discussionedeglielaborati di esercitazionee laboratorio.
R 3114 Macchine (r)
(Corso ridotto)
Anno:periodo3:2 Lezioni, esercitazioni, laboratori:3+1 (ore settimanali) Docente: Salvatore Mancò
Combinando concetti di termodinamica e fluidodinamica,il corso tratta i principali sistemi di conversione dell'energia . Esso illustra inoltre i principi di funzionamento e i metodi per la previsione delle prestazioni degli impianti per la generazione di potenza. I contenuti del corso consentono altresì agli allievi di valutare le interazioni con l'ambiente dei sistemi di produzione e trasformazionedell'energia.
REQUISITI
Fisica, chimica,idraulica,fisica tecnica.
PROGRAMMA
- Termodinamicaefluidodinamica.
L'equazione di continuità. Principio di conservazione dell'energia per i sistemi chiusi e aperti.
Il secondo principio della termodinamica. Termodinamica di un flusso compressibile. Stato di ristagno. Velocità del suono e numero di Mach. Flusso unidimensionale e stazionario in un condotto funzionamento di un ugello convergente e convergente-divergente. L'equazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto in un sistema aperto: l'equazione di Eulero per le turbomacchine. Le trasformazioni di compressione e espansione. Definizioni di rendimento della trasformazione.
- Turbomacchine.
Turbopompe. Classificazione. Prevalenza potenza assorbita rendimenti. Le turbopompe centrifughe. Moto del fluido e triangoli di velocità. Curve caratteristiche. NPSH. Curve caratteristiche adimensionali. Leggi di similitudine. Numero di giri caratteristico.
Turbopompe assiali. Moto del fluido e triangoli di velocità. Curve caratteristiche.
Accoppiamento circuito esterno pompa. Instabilità di funzionamento. Pompe collegate in serie e in parallelo. Pompe multistadio.
Turbineidrauliche. Classificazione. Caduta utilizzabile potenza rendimenti. Numero di giri caratteristico. Turbine ad azione e a reazione. La turbina Pelton.
Turbocompressori. Classificazione. Lavoro di compressione e rendimenti. Compressori centrifughi. Principio di funzionamento. Curve caratteristiche. Mappa di un compressore in coordinate adimensionate. Similitudine. Instabilità di funzionamento: pompaggio e stallo. Turbocompressori assiali. Compressori multistadio.
- Termochim ica.
Reazioni di combustione. Calore di reazione e potere calorifico. Temperatura adiabatica di combustione. Dissociazione.
- Impianti di potenza.
Turbine a gas. Cicli ideali. Cicli rigenerativi. Cicli con imer-refrigerazione e ricombustione.
Cicli reali. Rendimento e consumo specifico di combustibile. Previsione delle prestazioni in condizioni di progetto. Combustione e combustori. Controllo turbine a gas aeronautiche e industriali. Cicli aperti e chiusi. Impianti mono-albero e bi-albero.
177
Impianti a vapore. Cicli di Rank ine e Hirn. Potenza,rendimento e consumo specifico di combustibile. Metod iperaumentareil rend imentodegli impianti. Rigenerazione. Imp ianti a ricuperototale e parziale. Ciclicombinatigas/vapore.
Motori alternativi a combustione interna. Confro nto cicli Sabathè, Otto e Diesel. Ciclo limite. Motori a 2 e 4temp i. Descrizionemotori a combustio ne interna:motor i adaccensione comandata e ad accensio ne per compressio ne. Curve caratter istiche. Coefficiente di riempimento. Rendim ento meccanico. Coppia e pressio ne medi a effettiva. Potenza e consum o specifico di combustibile. Caratteristica meccanica. Combustio ne neimotori ad accensionecomand ata. Caratteri sticadi regolazione. Detona zione . Combustibili. Emissio ni e marmitta catalitica. Combust ione nei motori Diesel. Caratteristica di regolazione.
Combustibili. Emissio niemetod idiriduzione.
ESERCITAZ IONI
Vengono proposte agliallievi le seguentisetteesercitaz ioni: l. Applicazio ni ditermodinam ica;
2.applicazioni difluidodin amica;
3. progett odisistemi di pomp aggio;
4. previsionidelleprestazioni di turbocornpresso ri;
5. calcolodellepresta zioni di impiantidi turbine a gas in condizionidi progetto;
6. calcolodelleprestazioni di impianti avapor d'acqua in condizion idiprogetto;
7. esercizi sui motori acombustioneinterna.
Le esercita zioni sono costituiteda esercizi che rispecchianoper quanto possibilela realtà con relativirisultati. Gliesercizivengonorisolti inaula e commentati.
BIBLIOGRA FIA Testidi riferimento:
Appunti deldocente
Cornetti,Macchinea fluido,IlCapitello,Torino.
Testi ausi liari:
Catania,Complementi di macchine,Levrotto & Bella,Torino.
Cohen, Gas turbinetheory,Longman,Lond on.
Dixon,FIl/idmechanics:thermodynamics ofturbomachinery,Pergam on,Oxford.
White,FIl/idmechanics,McGraw-H ill,NewYork .
ESAME
Esame orale. A fine corso gli allievi possono sottoporsi ad un'accertamento scritto sul programmadi esercitazioni della durata'di 2 ore e senza possib ilità di consultare testi . Il risultato della prova che contribuisce per metà al voto finale potràessere utilizzato per un anno.