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Industrial use of energy

05BHAND

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Energy And Nuclear Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 80
Esercitazioni in aula 20
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Badami Marco Professore Ordinario ING-IND/09 33 7 0 0 17
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/08
ING-IND/09
3
7
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Ingegneria energetica e nucleare
Ingegneria energetica e nucleare
2019/20
Nel quadro dell’indirizzo Uso Razionale dell’Energia e Progettazione Termotecnica della Laurea Specialistica in Ingegneria Energetica e Nucleare, il corso affronta il tema degli usi e delle trasformazioni dell’energia nel settore industriale. Nella prima parte del corso si descrivono l’attuale regolamentazione del settore energetico italiano, i meccanismi per l’incentivazione del risparmio energetico e delle fonti rinnovabili e le condizioni di approvvigionamento di energia sul mercato libero. Parallelamente si affronta il tema dell’efficienza energetica nei sistemi industriali, con particolare riferimento al dimensionamento e alla regolazione delle macchine e alla produzione e distribuzione dei vettori energetici. Si trattano le applicazioni industriali della cogenerazione, esaminando le principali macchine e configurazioni di impianto. Vengono forniti gli elementi teorici e pratici necessari per affrontare i problemi connessi con le misure sperimentali, il rilievo e la verifica delle prestazioni di macchine, impianti, e dei loro componenti in generale.
The purpose of this course is to provide the main concepts concerning the efficient use and production of energy in the industrial sector. In the first part of the course the actual energy-sector regulations are discussed and the incentives for energy savings and for the renewable energy production are presented. In the second part, the theme of industrial energy audits is discussed, showing how to discover energy loss areas, how to improve production processes upgrading or replacing equipment and also showing how to determine the cost, return on investment and payback period for different kinds of projects. Finally industrial applications of cogeneration and trigeneration are studied and assessed in comparison with more traditional systems of electrical end thermal energy production.
Capacità di svolgere analisi di consumi energetici nel settore industriale. Capacità di effettuare valutazioni tecnico-economiche delle condizioni di fornitura di servizi e vettori energetici. Sviluppo o analisi di proposte preliminari di cogenerazione e di risparmio energetico.
The course provides the students with the ability to carry out analysis of the stream of different energies which are transformed inside any industrial process. Moreover he will learn how to perform technical and economical evaluations of cogeneration plants, energysaving investments and feasibility studies and financing.
Nozioni di Termodinamica e Termocinetica, di Macchine e di Sistemi Energetici del I livello
Preliminary knowledge acquired in the courses of Hydraulic, Thermal Machines Fundamentals, Thermodynamics and Thermo-kinetics.
Lezioni Introduzione - Generalità sui sistemi e le trasformazioni energetiche in ambito industriale - Panoramica sui consumi energetici dei vari settori industriali nazionali (estrattivo, agroalimentare, cartario e grafico, tessile, petrolchimico, chimico, metallurgico, meccanico, costruzioni, altre industrie manifatturiere) Monitoraggio e manutenzione dei sistemi energetici - Metodi e strumenti di misura. - Metodi di analisi dei dati rilevati sperimentalmente - Modalità di collaudo e manutenzione degli impianti - Metodi per il controllo e il monitoraggio a fini manutentivi - Esempi di piani di manutenzione e gestione degli interventi manutentivi Mercato dell’energia - Liberalizzazione del settore elettrico e del gas naturale; organizzazione dei mercati (operatori, unbundling, regolazione); modalità di acquisto (clienti idonei, contrattazione bilaterale, borsa elettrica) - Promozione del risparmio energetico e delle fonti rinnovabili (Titoli di efficienza energetica, Certificati verdi) - Tariffe energetiche (componenti tariffarie, principali tariffe di fornitura in ambito industriale, condizioni di acquisto sul mercato libero) Efficienza dei sistemi energetici industriali - Cabine elettriche: ottimizzazione del dimensionamento dei trasformatori - Motori elettrici ad alta efficienza - Pompe: richiami e regolazione - Compressori: richiami e regolazione - Centrali termiche: efficienza ed emissioni delle caldaie - Scambiatori di calore, condensatori, torri evaporative - Reti di fluidi: analisi economica delle dispersioni di calore e delle fughe - Gruppi frigoriferi a compressione e assorbimento, pompe di calore Cogenerazione nell’industria - Generalità sulla cogenerazione, criteri di dimensionamento - Impianti a vapore e regolazione - Impianti turbogas, rigenerazione, microturbine - Motori alternativi Interventi di efficienza energetica nell’industria - Audit energetici, analisi degli investimenti - Presentazione di casi studio
Introduction - Energy transformations in industries - Energy Management Systems, Energy Audit, Energy Service Companies. - Energy-saving case studies - Excursus of industrial energy consumptions for the different sectors Monitoring, operation and maintenance of energy transformation plants - Energy measurement units. - Main measurement techniques and instruments - Monitoring systems - Testing methods and Plants maintenance Energy Markets - Electric and natural gas sectors: operators and market architecture. - Electric energy tariffs (main components, taxes, etc.) - Natural gas tariffs - Incentives for energy-saving investments and for renewable sources plants Increasing the efficiency in industrial plants and systems - Electrical substations - Electric motors and power electronic devices - Pumps and fans - Air compressors and compressed air systems - Boilers plants - Heat exchange and recovery - Thermal pipeline losses and insulation - Absorption and compression chillers - Heat pumps Cogeneration and trigeneration plants in industry - Main feasibility criteria for cogeneration - Steam turbine cogeneration plants - Gas turbine plants - Internal combustion engine plants - High efficiency cogeneration, primary energy saving - Practical examples
Esercitazioni Mercato dell’energia - Forniture energetiche Efficienza dei sistemi energetici industriali - Trasformatori: dimensionamento - Caldaie: rendimento e emissioni - Applicazioni degli impianti di refrigerazione e delle pompe di calore - Regolazione di pompe Cogenerazione nell’industria - Analisi energetica ed economica di impianti di cogenerazione/trigenerazione - Regolazione di impianti a vapore e turbogas - Caratteristica meccanica e di regolazione dei motori alternativi
The classes consist in solving exercises and practical problems by applying the concepts covered in the lessons. The aim of the work is to give the students the instruments to perform technical and economical evaluations of cogeneration plants and energy-saving investments.
Bibliografia Testi di consultazione ed approfondimento Petrecca, Industrial Energy Management, Kluwer Academic Publishers, 1993 Andreini, Pierini, La conduzione dei generatori di vapore, Milano, Hoepli, 2000 Anglesio, Elementi di impianti termotecnici, Bologna, Pitagora, 1997 Chiesa, Dall'O' , Gestione delle risorse energetiche del territorio, Milano, Masson, 1997 Cornetti, Macchine Termiche, Torino, Il capitello, 2003 Gas turbine world Handbook 2004, Pequot Publishing, 2004 Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Milano, Progetto Leonardo - Esculapio, 1997 Stultz, Kitto, Steam 40th. Its generation and use, Babcock & Wilcox, 1992 Wegner, Raimondi, Il servizio di produzione calore ed energia, Milano, Franco Angeli, 1987 Holman - Experimental Methods for Engineers - Ed. McGraw Hill. Minelli - Misure Meccaniche - Ed. Pàtron, Bologna. Beekwith, Buck - Mechanical Measurements - Ed. Addison-Wesley, Londra. Benedict - Fundamentals of Pressure, Temperature and Flow Measurements - Ed. Wiley & Sons. Doebelin - Measurement Systems - Ed. McGraw Hill. Sirohi, Rada Krishna - Mechanical Measurements - Ed. Wiley & Sons. Worthing, Geffner - Elaborazione dei dati sperimentali - Ed Ambrosiana, Milano. Automotive Handbook - Bosch GmbH. Test Methods for Rating Motor, Diesel, Aviation Fuels - Annual ASTM Standards. Documentazione presente su siti internet Autorità per l’energia elettrica e il gas, www.autorita.energia.it Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale, www.gse.it Gestore del Mercato Elettrico, www.mercatoelettrico.org Federazione Italiana per l’Uso Razionale dell’Energia, www.fire-italia.it
The lectures slides, text of exercises as well as other materials regarding the class lessons will be available on the course website. Some of the reference textbooks for improving the study can be summarized as follows: Andreini P., Pierini F., La conduzione dei generatori di vapore, Milano, Hoepli, 2000 Anglesio P., Elementi di impianti termotecnici, Bologna, Pitagora, 1997 Chiesa G., Dall'O' G., Gestione delle risorse energetiche del territorio, Milano, Masson, 1997 Cornetti G., Macchine Termiche, Torino, Il capitello, 2003 Gas turbine world Handbook 2004, Pequot Publishing, 2004 Lozza G., Turbine a gas e cicli combinati, Milano, Progetto Leonardo - Esculapio, 1997 Stultz S.C., Kitto J.B. (a cura di), Steam 40th. Its generation and use, Babcock & Wilcox, 1992 Wegner R., Raimondi G., Il servizio di produzione calore ed energia, Milano, Franco Angeli, 1987 Autorità per l’energia elettrica e il gas, www.autorita.energia.it Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale, www.grtn.it Gestore del Mercato Elettrico, www.mercatoelettrico.org Federazione Italiana per l’Uso Razionale dell’Energia, www.fire-italia.it.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
L’esame è scritto e comprende solitamente 4 domande di teoria e 1 esercizio ed il peso nella determinazione del voto di ogni domanda/esercizio è di circa il 20% ciascuno. Le domande di teoria sono volte a verificare le capacità acquisite nella valutazione dei consumi energetici aziendali e delle metodologie volte al miglioramento dell’efficienza nel settore industriale. L’esercizio permette invece la verifica delle capacità acquisite dall’allievo nella valutazione tecnico-economica di impianti di cogenerazione e di risparmio energetico. La durata dell’esame è di 2 ore e non sarà possibile consultare testi o appunti durante l’esame. Durante il corso gli studenti dovranno inoltre svolgere due tesine sulle tematiche affrontate; tali tesine concorreranno fino ad 1 punto in più sul voto finale dell’esame.
Exam: Written test;
The exam is written and usually includes 4 theory questions and 1 exercise. The weight in determining the grade of each question / exercise is approximately 20% each. The theoretical questions are aimed at verifying the skills acquired in assessing company energy consumption and methods to improve efficiency in the industrial sector. The exercise instead allows the verification of the skills acquired by the student in the technical-economic evaluation of cogeneration and energy saving systems. The duration of the exam is 2 hours and it will not be possible to consult texts or notes during the exam. During the course, students will also have to carry out two short reports on the topics addressed; these dissertations will give a bonus up to 1 point more on the final exam mark.


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