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PORTALE DELLA DIDATTICA

Energetica e fonti rinnovabili

01MUSMK

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 66
Esercitazioni in aula 33.5
Tutoraggio 21
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Caruso Sebastiano Docente esterno e/o collaboratore   39 23 0 0 4
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 10 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica
2018/19
Il corso, proposto al primo semestre del terzo anno della laurea in Ingegneria Energetica, si propone di fornire gli strumenti metodologici e le conoscenze ingegneristiche utili per l'analisi e la valutazione dei principali sistemi energetici industriali e civili, con particolare attenzione per la produzione e l'utilizzazione dell'energia termica ed elettrica. Vengono descritte e analizzate le soluzioni tecnologiche, impiantistiche e di sistema e viene dedicata particolare attenzione alle soluzioni innovative in merito all'uso razionale delle risorse primarie e alla compatibilità ambientale. Per quanto riguarda in particolare le fonti rinnovabili, gli allievi devono essere in grado di conoscere i principi di funzionamento dei dispositivi e degli impianti di conversione dell'energia fornita da sorgenti rinnovabili, la potenzialità delle singole fonti ed i rapporti costi/benefici delle stesse. Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni con applicazioni di calcolo e valutazioni tecniche di diverse tipologie di impianti.
The course, offered in the first semester of the third year of the degree in Energy Engineering, aims to provide methodological tools and engineering knowledge for the analysis and evaluation of the main energy systems and industries, with particular attention to the production and the use of heat and electricity. It describes and analyzes the technological solutions, plant and system and is paid special attention to innovative solutions on rational use of primary resources and environmental compatibility. Concerning in particular renewables, students must be able to know the principles of operation of devices and systems for converting energy supplied from renewable sources, the potential of the individual sources and the cost / benefit ratio of the same. The course consists of lectures and exercises with computing applications and technical evaluations of different types of plants.
Al termine del corso gli allievi devono conoscere le principali tipologie di impianti energetici, le loro caratteristiche costruttive e funzionali nonché essere in grado di effettuare i bilanci energetici degli impianti, nel loro complesso e dei singoli componenti.
At the end of the course students should know the main types of power plants, their structural and functional characteristics and be able to carry out the energy balances of the plant, as a whole and of the individual components.
Si richiedono conoscenze pregresse di analisi matematica, fisica, chimica, termodinamica e trasmissione del calore.
They will require prior knowledge of calculus, physics, chemistry, thermodynamics and heat transfer.
Di seguito sono illustrati i programmi delle due parti, Energetica e Fonti Rinnovabili, che verranno sviluppate in parallelo. A) ENERGETICA 1) CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI DI ENERGIA 2) IL SISTEMA ENERGETICO ITALIANO NEL CONTESTO INTERNAZIONALE 2.1 Fabbisogno di energia primaria 2.2 Fabbisogno di energia elettrica 2.3 Consumi finali per settore di attività 3) COMBUSTIBILI FOSSILI 3.1 Il ruolo della combustione 3.2 Il petrolio 3.2.1 Raffinazione del petrolio 3.2.2 Utilizzazione dei prodotti petroliferi 3.3 La filiera del gas naturale 3.3.1 Il mercato del gas naturale 3.3.2 La tariffa del gas naturale 3.3.3 Utilizzazione del gas naturale 3.4 Il carbone 3.4.1 Impiego del carbone 4) COMBUSTIONE 4.1 Caratteristiche dei principali combustibili commerciali 4.2 Stechiometria della combustione 4.2.1 Grandezze stechiometriche relative ai combustibili commerciali 4.2.2 Composizione dei prodotti della combustione 4.2.3 Inquinanti gassosi e solidi prodotti nella combustione 4.2.4 Analisi dei prodotti della combustione 4.2.5 Controllo delle emissioni inquinanti 4.2.6 Triangolo di Ostwald 5) GENERATORI DI CALORE 5.1 Classificazione in funzione del fluido termovettore 5.2 Classificazione in funzione del combustibile utilizzato 5.3 Classificazione in funzione della pressione in camera di combustione 5.4 Classificazione per fasce di potenza termica 5.5 Caldaie a condensazione 5.6 Bilancio energetico di un generatore di calore 5.6.1 Rendimento termico utile e rendimento di combustione 5.6.2 Perdita al camino per calore sensibile 5.6.3 Perdita al camino per calore latente 5.6.4 Perdita per convezione e irraggiamento 5.7 Strumenti e misure 5.7.1 Manometri ad U ad acqua e pressodeprimometri 5.7.2 Misure di portate (volumetriche e ponderali) 5.7.3 Misure di temperature mediante trasduttori di temperatura 5.7.4 Misure di opacità nei fumi mediante pompa di Bacharach 6) COGENERAZIONE E CICLI COMBINATI GAS - VAPORE 6.1 Termodinamica e tecnologie 6.2 Vantaggi energetici e ambientali della cogenerazione 6.3 Tecnologie di cogenerazione 6.3.1 Cogenerazione con motori diesel 6.3.2 Cogenerazione con turbine a vapore a contropressione e a spillamento 6.3.3 Cogenerazione con turbine a gas 6.3.4 Cogenerazione con cicli combinati gas - vapore 7) TELERISCALDAMENTO E MACCHINE FRIGORIFERE-POMPE DI CALORE 7.1 Teleriscaldamento 7.2 Consumi termici 7.3 Macchine frigorifere a compressione di vapore-pompe di calore 7.4 Cogenerazione e trigenerazione 7.5 Confronto tra generatori di calore e pompe di calore 8) CENNI SULLE CELLE A COMBUSTIBILE B) FONTI RINNOVABILI 1) ENERGIA SOLARE La risorsa sole: radiazione solare diretta, diffusa e riflessa. Disponibilità dell'irraggiamento solare sul territorio. - Descrizione dei principi di funzionamento, delle prestazioni e delle caratteristiche costruttive di collettori solari. Calcolo della producibilità col metodo f-chart. Valutazioni economiche ed energetiche. Cenni alle centrali solari a concentrazione (CSP). - Celle fotovoltaiche, principi di funzionamento, parametri significativi e relativa influenza sul rendimento. Tipologie di celle e schemi di impianti fotovoltaici. Valutazione della producibilità annua. 2) ENERGIA EOLICA Disponibilità della risorsa vento sul territorio italiano ed europeo. Principi di funzionamento e limite di Betz. Parametri caratteristici (dimensioni, numero di pale e curva caratteristica velocità del vento-potenza) di turbine eoliche. Centrali e parchi eolici, aspetti economici, impatto ambientale. 3) GEORISORSE La risorsa geotermica e sua disponibilità sul territorio. Principi di funzionamento e caratteristiche costruttive degli impianti geotermici. Tipologie impiantistiche, componenti principali e impatto ambientale delle centrali geotermoelettriche. Impianti a bassa entalpia: pompe di calore geotermiche (GCHP). 4) ENERGIA IDROELETTRICA La risorsa: portata, deflusso e curva di durata, concetto di Deflusso Minimo Vitale (DMV). Salto idraulico, perdite distribuite e concentrate e salto netto. Rendimento globale e potenza effettiva. Concetto di producibilità. Impianti idroelettrici ad acqua fluente e a deflusso regolato (a bacino, serbatoio e pompaggio). Tipologie e componenti degli impianti idroelettrici. Le turbine idrauliche. Scelta della turbina in funzione di caduta e portata. 5) BIOMASSE La risorsa biomassa: disponibilità sul territorio italiano, applicazione e relative filiere, i biocombustibili, 'tronchetti', 'cippato' e 'pellets'. Combustione diretta, gassificazione, pirolisi, principi di funzionamento e caratteristiche costruttive di caldaie ed impianti a biomasse legnose. Cenni sugli RSU (Rifiuti Solidi Urbani) e sulla tecnologia cogenerativa.
Here are the programs of the two parties, Energy and Renewable Energy, which will be developed in parallel. A) GENERAL ENERGETICS 1) CLASSIFICATION OF ENERGY SOURCES 2) THE ITALIAN ENERGY SYSTEM IN THE INTERNATIONAL CONTEXT 2.1 Primary energy demand 2.2 Requirement of electricity 2.3 Final consumption by business segment 3) FOSSIL FUELS 3.1 The role of combustion 3.2 Oil 3.2.1 Oil refining 3.2.2 Use of petroleum products 3.3 The natural gas industry 3.3.1 The natural gas market 3.3.2 The price of natural gas 3.3.3 Use of natural gas 3.4 Coal 3.4.1 Use of coal 4) COMBUSTION 4.1 Characteristics of the main commercial fuels 4.2 Stoichiometry Combustion 4.2.1 Stoichiometric quantities relative to commercial fuels 4.2.2 Composition of combustion products 4.2.3 Gaseous and solid pollutants produced in the combustion 4.2.4 Analysis of combustion products 4.2.5 Control of emissions 4.2.6 Ostwald Triangle 5) HEAT GENERATORS 5.1 Classification according to the heat transfer fluid 5.2 Classification according to the fuel used 5.3 Classification according to the pressure in the combustion chamber 5.4 Classification by ranges of thermal power 5.5 Condensing boilers 5.6 Energy balance of a heat generator 5.6.1 Thermal efficiency and combustion efficiency 5.6.2 sensible heat loss to the chimney 5.6.3 latent heat loss to the chimney 5.6.4 Loss by convection and radiation (jacket loss) 5.7 Instruments and measures 5.7.1 Manometers and micromanometers 5.7.2 Measurements of volumetric flow and mass flow 5.7.3 Temperature transducers 5.7.4 Measurement of exhaust gas opacity with Bacharach pump 6) COGENERATION AND COMBINED CYCLE GAS - STEAM 6.1 Thermodynamics and technologies 6.2 Energy and environmental benefits of cogeneration 6.3 Cogeneration technologies 6.3.1 Cogeneration with diesel engines 6.3.2 Cogeneration with steam turbines counter-pressure and bleed 6.3.3 Cogeneration with gas turbines 6.3.4 Cogeneration with combined cycle gas – steam 7) DISTRICT HEATING AND CHILLERS-HEAT PUMPS 7.1 District heating 7.2 Heating Consumption 7.3 Chillers (vapor compression) and heat pumps 7.4 Cogeneration and trigeneration 7.5 Comparison between cogeneration and heat pumps 8) OUTLINE OF FUEL CELLS B) RENEWABLE ENERGY 1) SOLAR ENERGY Direct, diffuse and reflected solar radiation. Availability of solar radiation on the territory. - Description of the operating principles, performance and design characteristics of solar collectors. Calculation of solar fraction with f-chart method. Economic evaluations and energy. Outline of concentrated solar power plants (CSP). - Photovoltaic cells, principles of operation, significant parameters and their influence on performance. Types of cells and patterns of photovoltaic systems. Assessment of yearly productivity . 2) WIND POWER Availability of the wind resource on the Italian and European territory. Principles of operation and Betz limit. Parameters (size, number of blades and characteristic wind speed-power) of wind turbines. Power plants and wind farms, economics, environmental impact. 3) GEORISORSE The geothermal resource and its availability. Operating principles and constructional features of geothermal plants. Types of systems, components and main environmental impacts of geothermal power plants. Low enthalpy systems: ground coupled heat pumps (GCHP). 4) HYDROPOWER Resource: Flow duration curve, the concept of minimum vital flow (DMV). Hydraulic fall, distributed and concentrated losses and net head. Overall performance and actual power. Productivity calculation. Run-of-the-river and dam based hydroelectric plants .Pumping plants. Types and components of hydroelectric plants. Hydraulic turbines. Choice of the turbine as a function of flow rate and fall. 5) BIOMASS The resource biomass: availability on the Italian territory, application and related sectors, biofuels, solid biomass. Direct combustion, gasification, pyrolysis, operating principles and design characteristics of boilers and wood biomass. Notes on MSW (Municipal Solid Waste) and cogeneration technology.
Esercitazioni che riguardano l’analisi dei fabbisogni di energia elettrica e termica di uno stabilimento industriale: si esaminano e confrontano, dal punto di vista energetico, diverse soluzioni tecnologiche. Esercizi sui generatori di calore, sulle pompe di calore, sugli scambiatori di calore presenti negli impianti studiati, ecc. Esercizi sul dimensionamento di massima di impianti basati sulle fonti rinnovabili. Stima della producibilità, dei costi e della convenienza economica. Esercizi applicativi di alcuni aspetti della teoria.
Tutorials involving the analysis of the needs of electricity and heat for an industrial plant: are examined and compared, in terms of energy, different technological solutions. Exercises on heat generators, on heat pump, on the heat exchangers present in the studied plants, etc. Exercises on the dimensioning of installations based on renewable sources. Estimation of productivity, cost and cost-effectiveness of renewable energy sources.
• G. Comini,G. Croce, S. Savino: Energetica generale, V Edizione, SGE Editoriali, Padova 2011 • B. Sørensen, Renewable Energy, Associated Press, 2000. • M. Cucumo, D. Kaliakatsos, V. Martinelli, Energetica, Pitagora Editrice, Bologna 2006. • M. Calì Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane. (con la collaborazione di Borchiellini R, Fracastoro G, Lanzini A, Leone P, Lucia U e Napoli R). Esculapio Editrice, 2014 http://www.editrice-esculapio.com/cali-guida-allenergia-nella-natura-e-nelle-civilta-umane/ • G. Toso, Fonti Rinnovabili di energia, Voll. I e II, Levrotto & Bella, 2011 • Materiale caricato sul sito dai docenti
• G. Comini, G. Croce, S. Savino:Energetica generale, V Edizione, SGE Editoriali, Padova 2011 • B. Sørensen, Renewable Energy, Associated Press, 2000. • M. Cucumo, D. Kaliakatsos, V. Martinelli, Energetica, Pitagora Editrice, Bologna 2006. • M. Calì (Editor), Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane. (other authors Borchiellini R, Fracastoro G, Lanzini A, Leone P, Lucia U e Napoli R). Esculapio Editrice, 2014 http://www.editrice-esculapio.com/cali-guida-allenergia-nella-natura-e-nelle-civilta-umane/ • G. Toso, Fonti Rinnovabili di energia, Voll. I e II, Levrotto & Bella, 2011 • Lecture notes uploaded by the teachers.
Modalità di esame: prova scritta;
Prova scritta con esercizi numerici e domande di teoria. Lo scopo è la verifica dell'apprendimento dei concetti di base legati all'uso delle varie fonti di energia, delle soluzioni impiantistiche nei loro aspetti tecnico economici, e della interazione con l'ambiente legata all'uso della energia.
Exam: written test;
Written exam with numerical exercises and theoretical questions. The aim is the Assessment of the basic concepts related to the use of different sources of energy, the system solutions in their economic and technical aspects, and the interaction with the environment related to the use of energy.


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