Insegnamenti

Seleziona l'Anno Accademico:     2016/2017 2017/2018 2018/2019 2019/2020 2020/2021 2021/2022
Docente
GIORGIO CAU (Tit.)
MARIO PETROLLESE
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2018]  PERCORSO COMUNE 6 60
[70/85]  INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2019]  PERCORSO COMUNE 9 90
[70/88]  INGEGNERIA CHIMICA E DEI PROCESSI BIOTECNOLOGICI [88/00 - Ord. 2020]  PERCORSO COMUNE 6 60

Obiettivi

Il corso si propone di fornire le principali conoscenze sui moderni sistemi di conversione dell’energia ad elevata efficienza per la generazione elettrica e per applicazioni industriali.
Il corso è articolato in due parti principali: Sistemi energetici avanzati e Tecnologie per l’efficienza energetica.
Nella prima parte il corso fornisce un approfondimento sulle più moderne tecnologie di conversione industriale dell’energia basate sull’impiego dei combustibili fossili, con particolare riferimento agli impianti di generazione elettrica con cicli combinati gas-vapore, agli impianti di cogenerazione e ai sistemi con tecnologie CCS integrati con processi di produzione di combustibili pregiati e dell’idrogeno in particolare.
Nella seconda parte, il corso fornisce dei cenni sulle moderne tecnologie di accumulo energetico, indispensabili per la gestione efficace ed efficiente delle fonti rinnovabili non programmabili, sulle apparecchiature di scambio termico e sui motori a fluido organico (ORC).

Gli obiettivi formativi e i risultati attesi sono i seguenti:
1. Acquisire le conoscenze specialistiche e la capacità di interpretazione delle caratteristiche costruttive e funzionali degli impianti combinati gas-vapore, di cogenerazione e di sistemi e processi industriali per l’uso razionale dell’energia, dei principi di funzionamento, prestazioni, implicazioni ambientali, evoluzione tecnologica, anche in relazione all’evoluzione del quadro normativo e della struttura della domanda e dell'offerta di energia.
2. Conseguire la capacità, a partire dalle conoscenze acquisite, di rappresentare, analizzare e valutare nel dettaglio i processi energetici e gli schemi funzionali degli impianti di interesse, di impostare e risolvere i bilanci di materia e di energia dell’impianto e dei suoi componenti fondamentali e di valutarne le prestazioni caratteristiche e i costi.
3. Acquisire la capacità di riconoscere componenti di impianto e soluzioni impiantistiche di diversa taglia, tipologia e configurazione, di stimare gli ordini di grandezza dei diversi indici di prestazione in relazione alle suddette caratteristiche e di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano energetico, economico e ambientale.
4. Acquisire la capacità di rappresentare, schematizzare, descrivere, sintetizzare e commentare, in forma grafica, scritta e orale, i cicli termodinamici, i processi fisici, gli schemi funzionali, le configurazioni impiantistiche, le soluzioni tecnologiche e la formulazione dei bilanci energetici, anche complessi, degli impianti combinati gas-vapore, di cogenerazione, degli impianti innovativi di nuova generazione, di sistemi e processi per l’efficienza energetica.
5. Acquisire la capacità di utilizzare le conoscenze e i metodi di analisi e di valutazione appresi per l’approfondimento della materia a livello specialistico, con particolare riferimento allo studio dei sistemi energetici complessi e di nuova generazione, delle tecnologie più avanzate e in via di sviluppo, delle materie correlate concernenti l’uso razionale dell’energia, l’impatto ambientale, la modellistica, la simulazione e l’ottimizzazione dei sistemi energetici.

Obiettivi

Il corso fornisce un approfondimento sulle più moderne tecnologie di conversione industriale dell’energia basate sull’impiego dei combustibili fossili, con particolare riferimento ai sistemi di generazione elettrica basati sui cicli combinati, sulla cogenerazione e sui sistemi con tecnologie CCS integrati con processi di produzione di combustibili pregiati e dell’idrogeno in particolare.

Gli obiettivi formativi e i risultati attesi sono i seguenti:
1. Acquisire le conoscenze specialistiche e la capacità di interpretazione delle caratteristiche costruttive e funzionali degli impianti combinati gas-vapore e di cogenerazione, dei principi di funzionamento, prestazioni, implicazioni ambientali, evoluzione tecnologica, anche in relazione all’evoluzione del quadro normativo e della struttura della domanda e dell'offerta di energia.
2. Conseguire la capacità, a partire dalle conoscenze acquisite, di rappresentare, analizzare e valutare nel dettaglio i processi energetici e gli schemi funzionali degli impianti di interesse, di impostare e risolvere i bilanci di materia e di energia dell’impianto e dei suoi componenti fondamentali e di valutarne le prestazioni caratteristiche e i costi.
3. Acquisire la capacità di riconoscere componenti di impianto e soluzioni impiantistiche di diversa taglia, tipologia e configurazione, di stimare gli ordini di grandezza dei diversi indici di prestazione in relazione alle suddette caratteristiche e di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano energetico ed economico.
4. Acquisire la capacità di rappresentare, schematizzare, descrivere, sintetizzare e commentare, in forma grafica, scritta e orale, i cicli termodinamici, i processi fisici, gli schemi funzionali, le configurazioni impiantistiche, le soluzioni tecnologiche e la formulazione dei bilanci energetici, anche complessi, degli impianti combinati gas-vapore, di cogenerazione, degli impianti innovativi di nuova generazione.
5. Acquisire la capacità di utilizzare le conoscenze e i metodi di analisi e di valutazione appresi per l’approfondimento della materia a livello specialistico, con particolare riferimento allo studio dei sistemi energetici complessi e di nuova generazione, delle tecnologie più avanzate e in via di sviluppo, delle materie correlate concernenti l’uso razionale dell’energia, la modellistica, la simulazione e l’ottimizzazione dei sistemi energetici.

Prerequisiti

Conoscenza della Termodinamica, della Fluidodinamica, delle Macchine a fluido e dei Sistemi Energetici.

Contenuti

Il corso si articola in 4 parti (su 4 tematiche distinte) come di seguito specificato:
1. Scenari energetici e ambientali. Consistenza ed evoluzione della domanda mondiale di energia. Scenari globali e locali. Implicazioni ambientali. Produzione di CO2 da combustibili fossili. (2h lez.).
2. Impianti combinati con turbine a gas e a vapore. Cicli combinati, bilancio energetico, caratteristiche costruttive e funzionali degli impianti a c.c., rendimento e potenza, impianti a semplice recupero e con post-combustione. Generatori di vapore a recupero, caratteristiche costruttive e funzionali. Repowering di impianti a vapore esistenti mediante integrazione con turbine a gas. Bilanci energetici e prestazioni. Turbine a gas con iniezione d’acqua e di vapore. (28h lez., 8h es.).
3. Produzione combinata di energia elettrica e termica. Principi informatori della cogenerazione, sistemi e tecnologie di cogenerazione. Indici di merito della cogenerazione. Cogenerazione con motori alternativi a combustione interna, impianti a vapore a condensazione e a contropressione, turbine a gas, impianti a cicli combinati gas-vapore. Gestione degli impianti di cogenerazione. Aspetti normativi, valutazioni economiche. (12h lez., 5h es.).
4. Impianti di gassificazione con cicli combinati gas-vapore (IGCC). Gassificatori a letto fisso, fluido e trascinato. Sistemi di trattamento (pulizia e trasformazione) del syngas.
Tecnologie CCS e sistemi innovativi di produzione di idrogeno da combustibili fossili. Produzione di idrogeno da combustibili fossili mediante processi di gassificazione e di reforming. Tecnologie CCS, processi chimici e fisici di separazione della CO2 da syngas e da prodotti di combustione. (3h lez., 2h es.).

Contenuti

Il corso si articola in due parti principali: Sistemi Energetici ad alta efficienza e Tecnologie per l’efficienza energetica..

PARTE I – SISTEMI ENERGETICI AVANZATI
1. Scenari energetici e ambientali. Consistenza ed evoluzione della domanda mondiale di energia. Scenari globali e locali. Implicazioni ambientali. Produzione di CO2 da combustibili fossili. (2h lez.).
2. Impianti combinati con turbine a gas e a vapore. Cicli combinati, bilancio energetico, caratteristiche costruttive e funzionali degli impianti a c.c., rendimento e potenza, impianti a semplice recupero e con post-combustione. Generatori di vapore a recupero, caratteristiche costruttive e funzionali. Repowering di impianti a vapore esistenti mediante integrazione con turbine a gas. Bilanci energetici e prestazioni. Turbine a gas con iniezione d’acqua e di vapore. (28h lez., 8h es.).
3. Produzione combinata di energia elettrica e termica. Principi informatori della cogenerazione, sistemi e tecnologie di cogenerazione. Indici di merito della cogenerazione. Cogenerazione con motori alternativi a combustione interna, impianti a vapore a condensazione e a contropressione, turbine a gas, impianti a cicli combinati gas-vapore. Gestione degli impianti di cogenerazione. Aspetti normativi, valutazioni economiche. (12h lez., 5h es.).
4. Impianti di gassificazione con cicli combinati gas-vapore (IGCC). Gassificatori a letto fisso, fluido e trascinato. Sistemi di trattamento (pulizia e trasformazione) del syngas.
Tecnologie CCS e sistemi innovativi di produzione di idrogeno da combustibili fossili. Produzione di idrogeno da combustibili fossili mediante processi di gassificazione e di reforming. Tecnologie CCS, processi chimici e fisici di separazione della CO2 da syngas e da prodotti di combustione. (3h lez., 2h es.).

PARTE II – TECNOLOGIE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA
1. Tecnologie di accumulo dell’energia. Sistemi e tecnologie di accumulo dell’energia meccanica, elettrica, chimica e termica. Applicazione dei sistemi di accumulo dell’energia nel settore industriale e della generazione elettrica. Approfondimenti sull’accumulo dell’energia termica. Tecnologie di accumulo a calore sensibile e a calore latente. Approfondimenti sull’accumulo di idrogeno. (5h lez., 2h es.).
2. Apparecchiature di scambio termico. Apparecchiature di scambio termico e curve caratteristiche di prestazione. Gli scambiatori di calore: tipologie, principali applicazioni, criteri di scelta. Progetto e dimensionamento preliminare degli scambiatori. Metodo Q-ΔTml e metodo ε-NTU. Scambiatori a tubi e mantello, scambiatori a piastra, scambiatori a doppio tubo. (8h lez., 4h es.).
3. Impianti motori a fluido organico (ORC). Caratteristiche fisico-chimiche dei fluidi di lavoro. Cicli termodinamici. Caratteristiche costitutive dei principali componenti di impianto. Applicazioni nel settore delle energie rinnovabili e del recupero di calore nei processi industriali. (8h lez., 3h es.).

Metodi Didattici

Le quattro parti in cui si articola il corso comprendono lezioni frontali ed esercitazioni applicative in aula, per un totale di circa 45 ore di lezione e 15 ore di esercitazione.
In accordo a quanto previsto dal Manifesto degli Studi, la didattica verrà erogata in modalità mista, sia in presenza sia online, in relazione a quella che sarà l’organizzazione definita a livello di Ateneo. In tal senso, verrà privilegiato l’utilizzo di lavagne virtuali, dispense e altra documentazione fruibile anche dagli studenti che seguono le lezioni online.

Metodi Didattici

Le due parti in cui si articola il corso sono suddivise per argomenti principali, quattro la prima parte, tre la seconda parte, comprendenti lezioni frontali ed esercitazioni applicative in aula, per un totale di circa 66 ore di lezione, e 24 ore di esercitazione, comprensive, eventualmente, di alcune sessioni di lezione/esercitazione in laboratorio.
In accordo a quanto previsto dal Manifesto degli Studi, la didattica verrà erogata in modalità mista, sia in presenza sia online, in relazione a quella che sarà l’organizzazione definita a livello di Ateneo. In tal senso, verrà privilegiato l’utilizzo di lavagne virtuali, dispense e altra documentazione fruibile anche dagli studenti che seguono le lezioni online.

Verifica dell'apprendimento

L’esame di Tecnologie Energetiche Industriali è basato su una prova orale e sullo svolgimento di alcune esercitazioni (di norma 3 sulla prima parte del corso e 2 sulla seconda parte,) che dovranno essere consegnate al docente per la valutazione prima dell’esame. Le esercitazioni vengono spiegate in aula e possono essere svolte a casa, anche in gruppo al più di tre studenti.
L’esame orale verte sulla verifica della conoscenza degli argomenti trattati nel corso delle lezioni e delle esercitazioni. Durante l’esame, basato di norma su 3-4 domande su argomenti inerenti all’intero programma del corso, lo studente dovrà dimostrare principalmente di possedere le seguenti competenze:
- avere padronanza delle conoscenze di base delle macchine e dei sistemi energetici necessarie per lo studio dei sistemi energetici complessi (piani termodinamici, cicli termodinamici, prestazioni dei cicli e degli impianti, ecc.);
- sapere rappresentare graficamente e descrivere gli schemi funzionali degli impianti combinati e di cogenerazione nelle diverse configurazioni studiate durante il corso;
- conoscere e sapere descrivere le caratteristiche funzionali delle macchine e dei componenti di impianto;
- sapere rappresentare e descrivere le caratteristiche funzionali dei generatori di vapore a recupero;
- sapere impostare e risolvere i bilanci energetici degli impianti combinati e degli impianti di cogenerazione, nelle diverse configurazioni di interesse, e dei loro componenti;
- conoscere e saper descrivere le caratteristiche basilari delle diverse tecnologie di accumulo dell’energia in forma meccanica, elettrica, chimica e termica;
- conoscere e sapere descrivere le principali caratteristiche costruttive e funzionali delle diverse tipologie di apparecchiature di scambio termico e le loro più comuni applicazioni in relazione alle loro caratteristiche;
- conoscere e sapere applicare le metodologie di dimensionamento preliminare degli scambiatori di calore;
- conoscere e saper descrivere i cicli e i fluidi termodinamici, i vari componenti degli impianti motori a fluido organico (ORC) e le loro principali applicazioni;
- avere dimestichezza con le unità di misura delle grandezze fisiche che caratterizzano i processi delle macchine a fluido e dei sistemi energetici e dei loro componenti in genere;
- conoscere gli ordini di grandezza dei principali parametri operativi (pressioni, temperature, ecc.) e delle principali caratteristiche funzionali (rendimenti, potenze, ecc.) dei sistemi energetici studiati durante il corso e dei loro singoli componenti.

Verifica dell'apprendimento

L’esame di Tecnologie Energetiche Industriali è basato su una prova orale e sullo svolgimento di alcune esercitazioni (di norma 3) che dovranno essere consegnate al docente per la valutazione prima dell’esame. Le esercitazioni vengono spiegate in aula e possono essere svolte a casa, anche in gruppo al più di tre studenti.
L’esame orale verte sulla verifica della conoscenza degli argomenti trattati nel corso delle lezioni e delle esercitazioni. Durante l’esame, basato di norma su 2-3 domande su argomenti inerenti all’intero programma del corso, lo studente dovrà dimostrare principalmente di possedere le seguenti competenze:
- avere padronanza delle conoscenze di base delle macchine e dei sistemi energetici necessarie per lo studio dei sistemi energetici complessi (piani termodinamici, cicli termodinamici, prestazioni dei cicli e degli impianti, ecc.);
- sapere rappresentare graficamente e descrivere gli schemi funzionali degli impianti combinati e di cogenerazione nelle diverse configurazioni studiate durante il corso;
- conoscere e sapere descrivere le caratteristiche funzionali delle macchine e dei componenti di impianto;
- sapere rappresentare e descrivere le caratteristiche funzionali dei generatori di vapore a recupero;
- sapere impostare e risolvere i bilanci energetici degli impianti combinati e degli impianti di cogenerazione, nelle diverse configurazioni di interesse, e dei loro componenti;
- avere dimestichezza con le unità di misura delle grandezze fisiche che caratterizzano i processi delle macchine a fluido e dei sistemi energetici e dei loro componenti in genere;
- conoscere gli ordini di grandezza dei principali parametri operativi (pressioni, temperature, ecc.) e delle principali caratteristiche funzionali (rendimenti, potenze, ecc.) dei sistemi energetici studiati durante il corso e dei loro singoli componenti.

Testi

Giovanni Lozza, “Turbine a Gas e Cicli Combinati”, Società Editrice Esculapio, Bologna
Il testo fornisce una traccia non esaustiva sui temi concernenti gli impianti combinati e la cogenerazione.

Testi

Giovanni Lozza, “Turbine a Gas e Cicli Combinati”, Società Editrice Esculapio, Bologna
Il testo fornisce una traccia non esaustiva sui temi concernenti gli impianti combinati e la cogenerazione.

S. Kakac, H. Liu, A. Pramuanjaroenkij “Heat Exchangers - Selection, Rating, and Thermal Design”, CRC Press Taylor & Francis Group
Il testo rappresenta un riferimento esaustivo per lo studio degli scambiatori di calore.

Altre Informazioni

Il corso è mutuato dalla prima parte del corso di Tecnologie Energetiche Industriali per gli allievi della L.M. in Ingegneria meccanica.
Durante il corso viene fornito agli studenti materiale didattico integrativo (slides) sui principali argomenti trattati.
Il docente è coadiuvato da collaboratori (assegnisti di ricerca e dottorandi) nello svolgimento delle esercitazioni e nell’assistenza allo studio, di norma disponibili tutti i giorni nel normale orario di lavoro.

Altre Informazioni

Il corso è mutuato dalla prima parte del corso di Tecnologie Energetiche Industriali per gli allievi della L.M. in Ingegneria meccanica.
Durante il corso viene fornito agli studenti materiale didattico integrativo (slides) sui principali argomenti trattati.
Il docente è coadiuvato da collaboratori (assegnisti di ricerca e dottorandi) nello svolgimento delle esercitazioni e nell’assistenza allo studio, di norma disponibili tutti i giorni nel normale orario di lavoro.

Altre Informazioni

Durante il corso viene fornito agli studenti materiale didattico integrativo (slides) sui principali argomenti trattati.
Il docente è coadiuvato da collaboratori (assegnisti di ricerca e dottorandi) nello svolgimento delle esercitazioni e nell’assistenza allo studio, di norma disponibili tutti i giorni nel normale orario di lavoro.

Questionario e social

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