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Descrizione dell'insegnamento |
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Il corso è suddiviso in tre parti;
Nella prima vengono richiamati i principi di termodinamica generale, come le riflessioni sulla qualità dell’energia, I e II principio della termodinamica con i concetti di reversibilità ed irreversibilità, Entropia ed Exergia. Seguono poi lo studio delle trasformazioni termodinamiche (come l’eq. dell’Energia per sistemi aperti e chiusi) e delle proprietà termodinamiche dei gas visti come fluidi di lavoro, completato dal concetto di Entalpia di un fluido.
Nella seconda parte vengono studiate le macchine semplici, i cicli termodinamici e gli impianti ad essi relativi, con una particolare attenzione verso gli impianti di piccola e media taglia dedicati alla generazione distribuita ed alla cogenerazione, dove saranno trattate anche le problematiche generali dello scambio termico e dei sistemi di storage dell’energia, sia essa meccanica, elettrica che termica, con particolare attenzione ai sistemi di batteria. Verrà poi affrontato lo studio dei cicli frigoriferi e delle pompe di calore.
Nella terza parte verrà affrontato lo studio di alcuni impianti di generazione elettrica e termica dal punto di vista dell’energetica e dell’exergetica, questo con una particolare considerazione degli aspetti impiantistici e gestionali che hanno una decisiva influenza sul piano economico, sulla convenienza e sui tempi di ritorno dell’investimento in regime di attualizzazione del capitale e di variabilità del costo delle fonti primarie di energia. |
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Prerequisiti |
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Scopi |
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Il corso di Energetica applicata si prefigge di illustrare criticamente le più attuali metodologie e tecnologie di conversione energetica e di tutti i elementi (macchine a fluido e scambiatori) che realizzano nella pratica tali trasformazioni, comprese le moderne tecniche di storage energetico, sia esso elettrico che termico. Tali conoscenze verranno poi confrontate con gli attuali assetti energetici in base ad un approccio di ottimizzazione exergetica di tipo applicativo e non meramente teorico, ovvero che prenda in massima considerazione gli aspetti impiantistici, gestionali, economici ed ambientali. |
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Contenuti |
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La didattica è organizzata in modo tale che ogni corso di studio venga erogato tre volte l’anno e ciascuna erogazione dura due mesi e mezzo. Il sistema consente sempre agli studenti di avere accesso ai contenuti, ma durante il periodo di erogazione, lo studente viene inserito in una classe dove al massimo ci sono presenti altri 20 allievi, in cui svolgere le attività organizzate nel tempo con la guida di un tutor esperto della materia che segue i processi di apprendimento.
Questo modello di erogazione è stato adottato per consentire agli studenti di iscriversi durante tutto l’anno all’Università e di avere la possibilità di entrare nelle classi a seconda del periodo in cui si iscrivono.
Il presente corso, che fornisce 9 crediti formativi, è strutturato in 3 macroargomenti ed è composto da 28 videolezioni, da vedere due volte, per un totale minimo di 56 ore di attività dello studente.
Le video-lezioni trattano i seguenti argomenti:
• Lezione n. 1: Il fabbisogno energetico nazionale, europeo e mondiale. Previsioni
• Lezione n. 2: Le fonti energetiche accertate e presunte. Previsioni.
• Lezione n. 3: I combustibili primarie legame con la produzione CO2. Le fonti energetiche alternative.
• Lezione n. 4: Richiami di termodinamica.
• Lezione n. 5: Il fluido di lavoro e le proprietà termodinamiche.
• Lezione n. 6: Le trasformazioni termodinamiche di base.
• Lezione n. 7: Generalità delle macchine (compressori e turbine); Eq. Di Eulero.
• Lezione n. 8: I sistemi di adduzione e sottrazione di calore (combustori e scambiatori di calore).
• Lezione n. 9: Generalità dei cicli termodinamici e degli impianti motore primi.
• Lezione n. 10: I cicli di turbina a vapore.
• Lezione n. 11: Gli impianti di turbina a vapore.
• Lezione n. 12: I cicli di turbina a gas.
• Lezione n. 13: Gli impianti di turbina a gas.
• Lezione n. 14: Gli impianti combinati.
• Lezione n. 15: I cicli dei motori a combustione interna alternativi (Otto e Diesel).
• Lezione n. 16: Il motore ad accensione comandata (Otto).
• Lezione n. 17: Il motore Diesel.
• Lezione n. 18: I cicli non convenzionali (Stirling ed ORC).
• Lezione n. 19: I cicli frigoriferi ed a pompa di calore.
• Lezione n. 20: Impianti di cogenerazione e trigenerazione.
• Lezione n. 21: I sistemi di storage energetico (meccanico, elettrico e termico).
• Lezione n. 22: Bilanci di exergia rispetto alle macchine semplici.
• Lezione n. 23: Bilanci di exergia rispetto ai sistemi complessi.
• Lezione n. 24: L’approccio energetico nelle applicazioni reali; le problematiche impiantistiche ed economiche.
• Lezione n. 25: L’approccio energetico nelle applicazioni reali; le problematiche impiantistiche ed economiche (2).
• Lezione n. 26: Caso applicativo 1: gli impianti di produzione elettrica della rete centralizzata.
• Lezione n. 27: Caso applicativo 2: cogeneratori e microcogeneratori.
• Lezione n. 28: Caso applicativo 3: gli impianti di condizionamento ambientale.
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Testi |
I testi d'esame per il corso di Macchine e Sistemi per l’Energetica sono:
R. Della Volpe: Macchine. Ed. Liguori,Napoli
T.J. Kotas: The exergy method of thermal plants analysis, Ed. Krieger (USA) |
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Esercitazioni |
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Per ognuno dei 3 macroargomenti del corso saranno disponibili esercizi di autovalutazione che prevedono lo sviluppo tecniche di calcolo e di risoluzione di problemi che consentiranno agli studenti di esercitarsi e di mettere in pratica le conoscenze erogate attraverso le videolezioni e le aule virtuali. Si stima che gli esercizi, corredati di soluzione o provvisti di sistema di correzione automatica del risultato, richiederanno circa 25 ore di impegno allo studente. |
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Docente |
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Pietro Capaldi
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