Programmi e Insegnamenti

 
Seleziona l'Anno Accademico:    2012/20132013/20142014/20152015/20162016/20172017/2018

IA/0033 - TECNOLOGIE ENERGETICHE INDUSTRIALI

Anno Accademico 2017/2018

Docente
GIORGIO CAU (Tit.)
VITTORIO TOLA
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
[70/85]  INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE990
[70/88]  INGEGNERIA CHIMICA E DEI PROCESSI BIOTECNOLOGICI [88/00 - Ord. 2017]  PERCORSO COMUNE660
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.

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 alcuni alcune conoscenze basilari sulle moderne tecnologie di accumulo energetico, indispensabili per la gestione efficace ed efficiente delle fonti rinnovabili non programmabili, sulle apparecchiature di scambio termico e sulla integrazione dei processi mediante reti di scambiatori di calore.

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.

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. (30h 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. (10h lez., 3h 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., 4h es.).

Contenuti

Il corso si articola in due parti principali: Sistemi Energetici ad alta efficienza e Impatto Ambientale dei Sistemi Energetici.

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. (30h 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. (10h lez., 3h 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., 4h 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. Approfondimenti sull’accumulo dell’energia termica. Tecnologie di accumulo a calore sensibile e a calore latente. Impieghi nel settore della generazione elettrica: Impianti CSP, CAES e ACAES. Accumulo di idrogeno. (5h lez., 4h lab.).
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. (7h lez., 3h es.).
3. Integrazione dei processi. Reti di scambiatori di calore, tecnologie di integrazione metodologica dei processi: “Pinch Technology”. Regole di base della pinch technology. Progettazione di un sistema di recupero di energia termica mediante la pinch technology. Criteri di scelta della differenza di temperatura di pinch. (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.

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 65 ore di lezione, e 25 ore di esercitazione, comprensive di alcune sessioni di lezione/esercitazione in laboratorio.

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, di cui una sulle attività in laboratorio) 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, con particolare riferimento ai generatori di vapore a recupero;
- 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 sapere applicare le tecniche di analisi e ottimizzazione delle reti di scambiatori di calore;
- 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, con particolare riferimento ai generatori di vapore a recupero;
- 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.

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.

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

Nascondi la toolbar