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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2018/2019
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 089779 - CONVERSIONE DELL'ENERGIA A
Docente Astolfi Marco
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - BV (477) ENERGY ENGINEERING - INGEGNERIA ENERGETICA*AZZZZ090974 - CONVERSIONE DELL'ENERGIA B
089779 - CONVERSIONE DELL'ENERGIA A

Obiettivi dell'insegnamento

L'obiettivo di questo insegnamento è fornire agli studenti la conoscenza e le competenze per comprendere, progettare in modo preliminare (usando solo carta, penna e calcolatrice), modellizzare accuratamente (usando anche codici numerici e di simulazione) e ottimizzare da un punto di vista energetico, economico e tecnologico gli attuali e futuri impianti di potenza.

L'obiettivo è conseguito attraverso metodi di insegnamento convenzionali e metodi di didattica innovativa  incluso attività di gruppo sia obbligatorie che facoltative.

Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:
- descrivere i metodi di modellizzazione per i fluidi di lavoro, i componenti principali e gli impianti di potenza;
- spiegare le scelte convenzionali per i parametri di progetto, per i fluidi di lavoro, per le condizioni operative e per i componenti utilizzati negli impianti di potenza;
- valutare e giustificare le tipiche prestazioni di impianti di potenza dal punto di vista del primo e secondo principio;
- disegnare i cicli sui principali diagrammi termodinamici e disegnare schemi di impianto per cicli di potenza;
- calcolare le tipiche irreversibilità dei principali componenti di cicli di potenza come scambiatori di calore e turbomacchine.
 
Inoltre lo studente sarà in grado di:
- anticipare, da un punto di vista di primo e secondo principio, l'influenza di diversi fenomeni sull'efficienza degli impianti di potenza;
- sfruttare le conoscenze acquisite per selezionare i più promettenti impianti per lo sfruttamento di sorgenti calde e fredde non convenzionali;
- dimensionare con buona approssimazione i componenti principali per impianti di potenza convenzionali e non convenzionali quali scambiatori di calore e turbomacchine;
- predire le prestazioni in on- e off-design dei principali componenti per impianti di potenza convenzionali e non convenzionali;
- predire e calcolare le tipiche irreversibilità dei principali componenti di impianti di potenza convenzionali e non convenzionali.
 
Infine lo studente sarà in grado di:
- migliorare autonomamente e continuamente il livello di dettaglio sulla conoscenza degli impianti di potenza;
- comprendere generici processi industriali differenti dagli impianti di potenza;
- ideare nuove soluzioni per impianti di potenza e processi industriali;
- sviluppare nuovi concetti per il mercato dell'energia.

Argomenti trattati
L'insegnamento è focalizzato sui metodi di produzione di potenza nei moderni impianti di generazione. Particolare attenzione viene data alla relazione intrinseca fra i fluidi di lavoro, i cicli termodinamici e i componenti di impianto. Aspetti termodinamici e tecnologici sono descritti in dettaglio mentre aspetti economici, organizzativi, ambientali e strategici sono discussi ove necessario. Anche se la maggior parte dell'insegnamento è dedicato ad impianti di potenza di grande taglia alimentati da combustibili fossili, altre tecnologie come motori a fluido organico e micro cogeneratori sono presentate.
L'insegnamento comprende lezioni frontali, esercitazioni numeriche, attività in aula informatizzata per la risoluzione dei 6 progetti assegnati (con l'utilizzo di codici esistenti e lo sviluppo di codici dedicati) e visite tecniche presso impianti di potenza e produttori di componenti. Le attività di gruppo obbligatorie consistono nella risoluzione di 6 progetti di cui sono fornite le tracce a lezione. Le attività di gruppo non facoltative consistono invece nella risoluzione di esercizi numerici (flipped classroom) o nella preparazione di presentazioni su uno specifico argomento (soft-skill).
 
Gli argomenti specifici dell'insegnamento sono:
1. Fluidi di lavoro (A+B): proprietà termodinamiche dei gas ideali; fluidi reali (vapore e liquido); influenza sul progetto delle turbomacchine, degli scambiatori di calore e degli impianti di potenza (cicli convenzionali e non convenzionali, cicli aperti e chiusi).
2. Impianti di potenza (A+B): analisi di secondo principio (bilancio di energia e di entropia) per diversi cicli di potenza; significato fisico di entropia; scelta del pozzo freddo di riferimento.
2.a. Cicli a vapore avanzati (A+B): evoluzione storica delle centrali a polverino di carbone; USC; abbattimento delle emissioni; logiche di controllo e gestione di impianto; analisi di secondo principio e sviluppi futuri; tecnologie clean coal.
2.b. Turbine a gas avanzate e cicli combinati (A+B): evoluzione storica; stato dell'arte per cicli combinati; analisi di secondo principio e sviluppi futuri.
2.c. Cicli chiusi a gas (A): applicazioni; teoria generale; analisi del recuperatore; funzionamento a carico ridotto; prestazioni di fuori progetto.
2.d. Impianti nucleari (A): descrizione del reattore nucleare; scelta del combustibile nucleare, del fluido moderante e del fluido di raffreddamento; descrizione delle principali filiere nucleari e scelta dei parametri operativi.
3. Turbomacchine (A+B): analisi mono dimensionale; ottimizzazione di stadi di turbina assiale (variabili di ottimizzazione, funzione obiettivo e limiti); triangoli di velocità e limiti relativi a flussi transonici e supersonici; effetto dei parametri geometrici sulle prestazioni dello stadio; teoria della similitudine; influenza della scelta del fluido di lavoro sulla geometria.
 
Le dispense relative a ciascun argomento vengono fornite all'inizio di ogni modulo.

 


Prerequisiti

I prerequisiti dell'insegnamento coprono gli argomenti di termodinamica classica, studio di macchine e motori per l'energia e sistemi energetici.


Modalità di valutazione
UL'esame consiste in una prova scritta e una orale. La prova scritta copre gli argomenti delle lezioni frontali (A), delle esercitazioni e dei progetti. La prova scritta è composta da due esercizi di cui è richiesta la soluzione numerica e da quattro domande che richiedono un'argomentazione teorica. Gli esercizi numerici sono strutturati come una sequenza di task con rispettivo punteggio.
La prova scritta valuta la capacità dello studente di:
- spiegare le scelte per i parametri di design;
- disegnare cicli di potenza e diagrammi termodinamici;
- dimensionare i componenti;
- predire le prestazioni;
- quantificare le irreversibilità di impianti di potenza convenzionali e non convenzionali.
 
La prova orale copre gli argomenti  delle lezioni frontali (A+B) e dei progetti al calcolatore. In particolare è obbligatorio presentare alla prova orale le relazioni scritte dei sei progetti assegnati riportanti una breve descrizione della procedura di soluzione e i commenti ai risultati.
La prova orale verifica la capacità dello studente di:
- descrivere i metodi di modellizzazione per componenti ed impianti di potenza;
- disegnare cicli di potenza e diagrammi termodinamici;
- giustificare le tipiche prestazioni di impianti di potenza;
- predire e calcolare le irreversibilità.
 
Il voto finale è così ottenuto:
- il voto della prova scritta è in trentesimi ed espresso in decimali;
- il voto minimo della prova scritta per accedere alla prova orale è pari a 15.00;
- la prova orale può apportare una variazione al voto della prova scritta di ± 5.00;
- punti bonus possono essere ottenuti partecipando alle attuali facoltative;
- la lode viene attribuita a discrezione dell'esaminatore a seconda della qualità della prova orale.
 
Il calendario delle prove orali viene comunicato dopo la pubblicazione dei voti della prova scritta. Tutte le comunicazioni saranno effettuate online e annunciate via email. Lo studente potrà selezionare un giorno e una fascia oraria tra quelle proposte attraverso un form online.
La prova orale deve essere sostenuta nella stessa sessione della prova scritta.
Per le sessioni d'esame di gennaio-febbraio e giugno-luglio in cui sono previste due prove scritte, lo studente potrà decidere di sostenere entrambe le prove scritte ma la consegna del secondo compito annulla l'eventuale voto utile conseguito nel primo appello. Questo non si applica alla sessione di settembre.
 
L'iscrizione all'appello è obbligatorio per sostenere la prova scritta.

Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaM.J. Moran, H.N. Shapiro, D.D. Boettner, M.B. Bailey, Principles of Engineering Thermodynamics, 8th Edition SI Version, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2015, ISBN: 978-1-118-96088-2
Risorsa bibliografica facoltativaP. Kiameh, Power Generation Handbook. 2nd Edition, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2011, ISBN: 978-0071772273

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
47:00
70:30
Esercitazione
18:00
27:00
Laboratorio Informatico
35:00
52:30
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
08/12/2019