Triennale

 

Insegnamenti previsti dal Corso di Studio

70/0082-M - SISTEMI ENERGETICI

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
GIORGIO ​CAU (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/78] ​ ​INGEGNERIA MECCANICA [78/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE990
Obiettivi

Il corso è volto allo studio dei principali impianti motori termici per la produzione industriale di energia meccanica. Gli obiettivi formativi e i risultati attesi sono i seguenti:
1. Acquisire le conoscenze fondamentali e la capacità di interpretazione delle caratteristiche costruttive e funzionali degli impianti motori termici con turbine a vapore e a gas, dei principi di funzionamento, prestazioni, implicazioni ambientali, evoluzione tecnologica in relazione all’evoluzione del panorama energetico mondiale.
2. Conseguire la capacità, a partire dalle conoscenze acquisite, di rappresentare, analizzare e valutare i cicli termodinamici e gli schemi funzionali degli impianti a vapore e a gas, di impostare e risolvere i bilanci di materia e di energia dell’impianto e dei suoi componenti fondamentali e di valutarne le prestazioni caratteristiche.
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.
4. Acquisire la capacità di rappresentare, 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 degli impianti a vapore e a gas e dei loro componenti fondamentali.
5. Acquisire la capacità di utilizzare le conoscenze fondamentali e i metodi di analisi appresi per l’approfondimento della materia a livello superiore con particolare riferimento allo studio dei sistemi energetici più complessi ed efficienti, delle tecnologie più avanzate in via di sviluppo, delle materie correlate concernenti in particolare l’uso razionale dell’energia in genere e l’impatto ambientale dei sistemi energetici.

Prerequisiti

Lo studente deve possedere adeguate conoscenze e competenze sulle discipline di base e specificamente (ma non esaustivamente):
Matematica: equazioni algebriche, funzioni trigonometriche ed esponenziali, limiti, derivate e integrali.
Fisica: principi della meccanica, grandezze fisiche e loro unità di misura.
Termodinamica: principi della termodinamica, concetto di “sistema” (chiuso e aperto), equazioni di stato, funzioni di stato e proprietà termodinamiche dei fluidi, calore specifico, piani termodinamici (T-s, h-s, p-v), cicli termodinamici, bilanci di materia e di energia.
Fluidodinamica: concetto di “volume di controllo” (sistema aperto), caratteristiche dei flussi stazionari monodimensionali, bilancio di materia e di energia applicato al volume di controllo.
Il corso è fortemente correlato con il corso di Macchine a Fluido.

Contenuti

Il corso si articola in 5 parti (su 5 tematiche distinte) come di seguito specificato:
1. Fondamenti generali di analisi e valutazione dei sistemi energetici e delle loro prestazioni. Fonti di energia primaria, statistiche energetiche. Equazione dellenergia per i sistemi a combustione interna ed esterna. Richiami di termodinamica . Analisi dei cicli motori in sede ideale, limite e reale. Rendimento di un impianto motore termico, rendimento composto. Fattore di utilizzo di un impianto motore termico, costo dellenergia prodotta. (20h lez. - 6h es.).
2. Impianti motori a vapore. Cicli di Rankine e di Hirn. Rendimento e Lavoro specifico. Metodi per aumentare il rendimento. Rigenerazione con spillamenti di vapore. Bilanci energetici. Schemi di impianto e caratteristiche dei componenti. Generatore di vapore; turbina a vapore; condensatore, degasatore, scambiatori rigenerativi, pompe di estrazione e di alimento. Combustibili per gli impianti a vapore. Controllo delle emissioni negli impianti a vapore. (18h lez. - 13h es.).
3. Impianti motori a gas. Circuito elementare e ciclo termodinamico. Rendimento e lavoro dei cicli ideale limite e reale. Impianti di turbina a gas a circuito chiuso. Rigenerazione termodinamica. Bilancio energetico degli impianti di turbina a gas. Regolazione della potenza. Tecnologie correnti delle turbine a gas industriali e aeronautiche. Materiali per alte temperature. Combustibili per gli impianti di turbina a gas. Controllo delle emissioni negli impianti di turbina a gas. (14h lez. - 4h es.).
4. Cenni sugli impianti combinati e sugli impianti di cogenerazione. Impianti a cicli combinati gas-vapore; principi informatori e schemi semplificati di impianto. Bilancio energetico e rendimento dei cicli combinati. Impianti per la produzione combinata di energia elettrica e termica. Indici caratteristici della cogenerazione. (4h lez. - 2 es.).
5. Cenni sugli impianti motori idraulici. Generalità e classificazione. Impianti ad acqua fluente e a bacino. Impianti di accumulazione e pompaggio. (2h lez., 1h es.).
Visita a Laboratori dipartimentali (2h)
Visite a Impianto termoelettrico. Nellambito del corso è di norma prevista una visita ad un impianto termoelettrico (4h).

Metodi Didattici

Le 5 tematiche distinte in cui si articola il corso comprendono ciascuna lezioni frontali ed esercitazioni applicative in aula, per un totale di circa 50 ore di lezione e 25 ore di esercitazione. Il corso prevede anche una visita ad una centrale termoelettrica di grande potenza in Sardegna della durata effettiva di circa 5 ore, con approfondimenti sul tema degli impianti termoelettrici a vapore; di norma la visita è preceduta da un seminario svolto dagli addetti alla centrale.

Verifica dell'apprendimento

Lesame di Sistemi energetici è basato su una prova scritta e una orale.
La prova scritta è volta a verificare la capacità di applicare le conoscenze e gli strumenti di analisi acquisiti durante il corso alla soluzione di problemi pratici. La prova consiste nello svolgimento di alcuni esercizi sui principali argomenti desame (valutazione di prestazioni di impianti a vapore e a gas, calcoli di consumo specifico e costi, bilanci energetici di componenti di impianti, ecc.) sulla falsariga delle esercitazioni in classe.
Durante il corso sono previste due prove scritte parziali di valutazione intermedia. Sono esonerati dalla prova scritta prevista nei normali appelli ufficiali desame, limitatamente alla sessione di giugno-luglio successiva alla fine del corso, gli studenti che hanno sostenuto entrambe le prove parziali con voto non inferiore a 18/30. Coloro che non fossero soddisfatti del voto conseguito nelle prove parziali possono ripetere la prova scritta. La ripetizione di una prova scritta comporterà lannullamento della prova precedente. La prova scritta e le prove di valutazione intermedie saranno considerate sufficienti se tutti gli esercizi di cui si compongono saranno svolti con esito positivo.
La prova scritta sostenuta nei normali appelli ha validità limitata a tre appelli ufficiali consecutivi, incluso quello della prova in oggetto, anche di sessioni diverse. Oltre questo termine la prova scritta dovrà essere ripetuta. La prova scritta decade e dovrà comunque essere ripetuta nel caso di esame orale con esito negativo.
Nel caso di appelli molto ravvicinati (appelli aggiuntivi rispetto agli appelli ufficiali), lesame (scritto/orale) sostenuto con esito negativo non potrà essere ripetuto, di norma, prima di due settimane.
La valutazione della prova scritta tiene conto della correttezza formale e concettuale dei procedimenti adottati, nonché della correttezza dei calcoli, delle assunzioni adottate, della gestione delle unità di misura, della chiarezza espositiva, ecc. La somma dei punti conseguiti nei diversi esercizi esprime il voto della prova scritta in 30mi.
La prova orale è volta a verificare la conoscenza degli aspetti più concettuali della materia. Durante la prova orale, basata su 2-3 domande su tutti gli argomenti del corso, lo studente dovrà dimostrare di possedere le seguenti competenze:
- sapere rappresentare graficamente nei piani termodinamici le trasformazioni e i cicli termodinamici degli impianti a vapore e a gas nelle diverse configurazioni sedi di indagine (ideale, limite e reale), saperne fornire la loro descrizione e indicare le modalità di calcolo;
- sapere rappresentare graficamente e descrivere gli schemi funzionali degli impianti suddetti;
- conoscere e sapere descrivere le caratteristiche funzionali delle macchine e dei componenti di impianto;
- avere padronanza delle conoscenze di base della termodinamica richiamate durante il corso (principi della termodinamica, grandezze di stato e non, equazione di stato dei gas perfetti, equazioni delle trasformazioni, ecc.);
- sapere individuare i confini di un sistema (dal singolo componente allintero impianto) ai fini della determinazione dei bilanci di materia e di energia;
- sapere applicare e risolvere i bilanci di materia e i bilanci di energia di sistemi con flussi multipli in assenza e in presenza di reazioni chimiche;
- avere dimestichezza con le unità di misura delle grandezze fisiche di interesse;
- conoscere gli ordini di grandezza dei principali parametri operativi (pressioni, temperature, ecc.) e delle principali caratteristiche funzionali (rendimenti, potenze, ecc.) dei sistemi energetici studiati e dei loro singoli componenti.
Ai fini della valutazione complessiva prevale, di norma, lesito dellesame orale.

Testi

Carmelo. Caputo, Cinzio Arrighetti, “Gli impianti convertitori d’energia”, Masson.
Giorgio Cornetti, “Macchine termiche”, Edizioni il Capitello - Torino

Altre Informazioni

Durante il corso viene fornito agli studenti materiale didattico integrativo (slides) sui principali argomenti trattati, oltre a testi di esame.
La prova scritta verte essenzialmente sulle esercitazioni svolte in aula durante il corso.
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.

Obiettivi di Apprendimento – Percorso 2019-2020

credits unica.it | accessibilità Università degli Studi di Cagliari
C.F.: 80019600925 - P.I.: 00443370929
note legali | privacy

Nascondi la toolbar