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PORTALE DELLA DIDATTICA

Sistemi a combustione

06GKYND

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 38
Esercitazioni in aula 12
Esercitazioni in laboratorio 10
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Caruso Sebastiano Docente esterno e/o collaboratore   38 12 20 0 6
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
Il corso, proposto al primo semestre del primo anno della laurea magistrale in Ingegneria Energetica e Nucleare, si propone di fornire gli strumenti metodologici e le conoscenze ingegneristiche utili per la progettazione, dal punto di vista termodinamico e fluidodinamico, dei generatori nei quali si ha formazione di fiamma. Vengono descritti e analizzati i principali sistemi a combustione, di piccola, media e grande potenza, per la produzione di energia termica: generatori ad aria calda, generatori ad acqua calda e ad acqua surriscaldata, generatori a fluido diatermico, generatori di vapore, ecc. Viene dedicata particolare attenzione alle prestazioni e alle soluzioni innovative in merito all'uso razionale delle risorse primarie e alla compatibilità ambientale. Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni in aula con applicazioni di calcolo e valutazioni energetiche ed ambientali di diverse tipologie di apparecchi a combustione. Sono inoltre previste esercitazioni sperimentali in laboratorio riguardanti: caldaie, bruciatori e loro accessori; misure di potere calorifico, viscosità e densità di combustibili commerciali; bilanci energetici di generatori di calore.
The course, offered in the first semester of the first year of the MSc in Nuclear and Energy Engineering, aims to provide methodological tools and knowledge useful for engineering design, in thermodynamic and fluid dynamics terms, of generators in which a flame is formed. The main combustion systems, of small, medium and large capacity, for the production of thermal energy are described and analyzed: hot air generators, hot water generators and hot water boilers, diathermic oil heaters, steam generators, etc. Special attention is paid to the performance and innovative solutions on rational use of primary resources and environmental compatibility. The course consists of lectures and classroom exercises with computing applications and energy and environmental assessments of various types of combustion appliances. There will also be a number of experimental exercises in the laboratory regarding: boilers, burners and their accessories; measurements of calorific value, viscosity and density of commercial fuels; energy balances of boilers.
Al termine del corso gli allievi devono conoscere le principali tipologie di impianti a combustione, le loro caratteristiche costruttive e funzionali nonché essere in grado di effettuare i bilanci energetici, nel loro complesso e nei singoli componenti.
At the end of the course students should know the main types of combustion systems, their structural and functional characteristics and should be able to make energy balances, on the whole system and on individual components.
Si richiedono conoscenze pregresse di analisi matematica, fisica, chimica, termodinamica e trasmissione del calore.
Prior knowledge of calculus, physics, chemistry, thermodynamics and heat transfer is required.
1. Richiami di Fisica Tecnica 1.1 Scambiatori di calore 1.2 Scambio termico 1.3 Moto dei fluidi nei condotti 1.3.1 Portata 1.3.2 Resistenza meccanica 1.3.3 Resistenza al moto 2. Combustibili 2.1 Combustibili solidi: caratteristiche 2.1.1 La risorsa biomassa: disponibilità sul territorio italiano 2.1.2 Biocombustibili, tronchetti, cippato e pellets 2.1.3 Cenni sugli RSU (Rifiuti Solidi Urbani) 2.2 Combustibili liquidi: caratteristiche 2.2.1 Viscosità, densità, potere calorifico, acqua e sedimenti 2.2.2 Punto di infiammabilità, punto di accensione e punto di scorrimento 2.2.3 Zolfo e ceneri 2.2.4 Oli combustibili e gasolio 2.3 Combustibili gassosi 2.3.1 Gas naturale 2.3.2 Gas di petrolio liquefatti(GPL) 2.3.3 Fuel gas o gas di raffineria 2.3.4 Gas manifatturati 3. Combustione 3.1 Il ruolo della combustione 3.1.1 Generalità 3.1.2 Elementi della combustione 3.2 La chimica della combustione 3.2.1 Combustione teorica completa 3.2.2 Combustione del carbonio, dell’idrogeno, dello zolfo 3.2.3 Combustione teorica incompleta 3.2.4 Combustione pratica 3.2.5 Eccesso d’aria 3.2.6 Triangolo di Ostwald 3.3 Tecnica della combustione 3.3.1 La combustione dei combustibili solidi, liquidi e gassosi 3.3.2 Correlazione tra eccesso d’aria e formazione di incombusti solidi e gassosi 3.3.3 Combustione mista 3.3.4 Punto di rugiada acido 3.3.5 Temperatura di fiamma 4. Apparecchi di combustione: griglie e bruciatori 4.1 Focolari per combustibili solidi 4.2 Bruciatori 4.2.1 Generalità 4.2.2 Campo di regolazione; stabilità della fiamma: controllo forma e dimensioni 4.2.3 Volume della fiamma proporzionato alla camera di combustione 4.2.4 Bruciatori per combustibili liquidi 4.2.5 Bruciatori a polverizzazione meccanica 4.2.6 Bruciatori a polverizzazione pneumatica 4.2.7 Bruciatori per combustibili gassosi 4.2.8 Bruciatori a fiamma di diffusione 4.2.9 Bruciatori a premiscelazione 4.2.10 Bruciatori per combustibili solidi 4.2.11 Bruciatori policombustibili 5. Generatori di calore: generalità 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 in funzione del materiale da costruzione 5.5 Classificazione per fasce di potenza termica 5.6 Caldaie a condensazione 6. Generatori di vapore 6.1 Elementi caratteristici dei generatori di vapore 6.2 Generatori di vapore a grande volume d’acqua 6.2.1 La caldaia Cornovaglia 6.3 Generatori di vapore a medio volume d’acqua 6.3.1 Caldaia Cornovaglia fissa a tubi da fumo 6.3.2 Moderni generatori di vapore a più giri di tubi da fumo 6.3.3 Generatori a tubi da fumo con fondo asciutto e fondo bagnato 6.3.4 Caldaie ad inversione di fiamma 6.3.5 Caldaia tipo marina 6.4 Generatori di vapore multitubolari a piccolo volume d’acqua 6.4.1 Generatori di vapore a tubi d’acqua 6.4.2 Generatori di vapore a convezione, a irraggiamento e a recupero 6.5 Generatori di vapore: componenti principali 6.5.1 Surriscaldatori, economizzatori e preriscaldatori d’aria 7. Generatori a fluido diatermico, ad acqua surriscaldata e ad acqua calda 8. Generatori di aria calda 9. Accessori dei generatori 9.1 Accessori di sicurezza, di osservazione, di regolazione, di blocco e di alimentazione 10. L’acqua nei generatori 10.1 Trattamenti dell’acqua dei generatori di vapore 10.2 Pre-trattamenti 10.3 Impianti di trattamento di tipo chimico 10.4 Impianti di trattamento a resine scambiatrici di ioni 10.4.1 Addolcimento, decarbonatazione e addolcimento, demineralizzazione 10.4.2 I trattamenti a membrana 10.4.3 Gli impianti di degasazione 11. Sistema generatore di calore – camino 11.1 Camini singoli e camini collettivi ramificati 11.2 Tiraggio naturale 11.3 Tiraggio forzato 11.4 Ventilatori 12. Prestazioni energetiche ed ambientali 12.1 Bilancio delle portate a regime permanente 12.2 Bilancio delle potenze a regime permanente 12.3 Bilancio delle potenze a regime tutto o niente 12.4 Rendimento e perdite 12.5 Emissioni 12.5.1 Emissioni attraverso i prodotti della combustione 12.5.2 Limiti alle emissioni 12.5.3 Relazioni tra concentrazioni di inquinanti 13. Calcolo fluidodinamico 13.1 Perdite di carico distribuite e concentrate nei tubi e nei condotti 13.2 Perdite di carico attraverso i fasci tubieri 13.3 Perdite di carico in apparecchi particolari 13.4 Pompe e ventilatori
1. Review of Technical Physics 1.1 Heat exchangers 1.2 Heat transfer 1.3 Fluid flow in pipes 1.3.1 Flow rate 1.3.2 Mechanical strength 1.3.3 Fluid flow resistance 2. Fuels 2.1 Solid fuels: characteristics 2.1.1 The resource biomass: availability on the Italian territory 2.1.2 Biofuels, logs, wood chips and pellets 2.1.3 Notes on the MSW (Municipal Solid Waste) 2.2 Liquid fuels: characteristics 2.2.1 Viscosity, density, calorific value, water and sediments 2.2.2 Flash point, ignition point and pour point 2.2.3 Sulphur and ash 2.2.4 Fuel oil and diesel 2.3 Gaseous fuels 2.3.1 Natural gas 2.3.2 Liquified petroleum gas (LPG) 2.3.3 Fuel gas or refinery gas 2.3.4 Manufactured gas 3. Combustion 3.1 The role of combustion 3.1.1 General 3.1.2 Elements of combustion 3.2 The chemistry of combustion 3.2.1 Theoretical complete combustion 3.2.2 Combustion of carbon, hydrogen, sulphur 3.2.3 Theoretical incomplete combustion 3.2.4 Combustion practice 3.2.5 Excess air 3.2.6 Ostwald Triangle 3.3 Combustion Technology 3.3.1 The combustion of solid, liquid and gaseous fuels 3.3.2 Correlation of excess air and formation of unburned solid and gaseous pollutants 3.3.3 Dual fuel Combustion 3.3.4 Acid Dewpoint 3.3.5 Flame Temperature 4. Apparatus Combustion grates and burners 4.1 Fireplaces for solid fuels 4.2 Burners 4.2.1 General 4.2.2 Range of adjustment; flame stability: control of the shape and dimensions 4.2.3 Volume of the flame in proportion to the combustion chamber 4.2.4 Burners for liquid fuels 4.2.5 Mechanical pulverization burners 4.2.6 Atomization burners 4.2.7 Diffusion flame burners 4.2.8 Premixed burners 4.2.9 Burners for solid fuels 4.2.10 Multi-fuel burners 5. Heat generators: general 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 according to costruction material 5.5 Classification by ranges of thermal power 5.6 Condensing boilers 6. Steam generators 6.1 Elements characteristics of steam generators 6.2 Steam generators for large volume of water 6.2.1 The Cornovaglia boiler 6.3 Steam generators average volume of water 6.3.1 Cornovaglia boiler with fixed fire tube 6.3.2 Modern steam generators with multiple rounds of smoke tubes 6.3.3 Fire tube generators with a dry and wet walls 6.3.4 Reverse flame boilers 6.3.5 Marina type boiler 6.4 Multitubular steam generators with small volume of water 6.4.1 Water tube steam generators, 6.4.2 Steam generators by convection, radiation and recovery 6.5 Steam generators: main components 6.5.1 Superheaters, economizers and air preheaters 7. Diathermic oil, superheated water and hot water generators 8. Hot air generators 9. Generators accessories 9.1 Safety, observation, adjustment, blocking and power accessories 10. The water in the generators 10.1 Water treatments in steam generators 10.2 Pre-treatments 10.3 Chemical treatment plants 10.4 Ion exchange resins treatment plants 10.4.1 Softening, decarbonisation plus softening, demineralization 10.4.2 Membrane treatments 10.4.3 Degassing systems 11. The system heat generator - fireplace 11.1 Individual and branched collective chimneys 11.2 Natural draft 11.3 Forced draft 11.4 Fans 12. Energy performance and environmental 12.1 Steady state fluid flow balance 12.2 Steady state power balance 12.3 On-off regime power balance 12.4 Efficiency and losses 12.5 Emissions 12.5.1 Combustion products emissions 12.5.2 Limits on emissions 12.5.3 Relations between concentrations of pollutants 13. Calculation fluid 13.1 Distributed and concentrated pressure drops in pipes and ducts 13.2 Pressure drops through the tube bundles 13.3 Pressure drop in special equipment 13.4 Pumps and fans
Esercitazioni di laboratorio • Caldaia ad acqua calda e caldaia a pellet: descrizione dei componenti e spiegazione delle loro funzioni • Bruciatori a gas e bruciatori a gasolio a nebulizzazione meccanica e a nebulizzazione pneumatica: descrizione dei componenti e spiegazione delle loro funzioni • Strumentazione usata in centrale termica: analizzatori dei prodotti della combustione, trasduttori di temperatura, manometri, pompa di Bacharach, bomba calorimetrica di Mahler, ecc • Generatore di calore: descrizione del circuito idraulico di raffreddamento • Generatore di calore: bilancio energetico in condizioni di regime permanente. Misura del rendimento termico utile con metodo diretto e metodo indiretto. Andamento della pressione lato aria-fumi dall’aspirazione al camino. Misura delle concentrazioni di inquinanti • Viscosimetro di Engler: viscosità di un combustibile liquido in funzione della temperatura Esercizi applicativi di alcuni aspetti della teoria
Laboratory exercises • Hot water boiler and wood pellet boiler: the component description and explanation of their functions • Gas burners and oil burners in spray mechanical and pneumatic nebulization: description and explanation of the components of their functions • Equipment used in power plants operation and maintenance: combustion products analyzers, temperature transducers, pressure gauges, Bacharach pump, Mahler calorimeter bomb, etc. • Heat generation: description of the hydraulic circuit cooling • Heat generator: energy balance in continuous operation conditions. Measurement of thermal efficiency with the direct method and indirect method. Pressure trend in the supply-air, combustion chamber, chimney system. Measurement of pollutants concentrations • Engler viscometer: viscosity of a liquid fuel as a function of temperature application Exercises of some aspects of the theory
• Paolo Anglesio Elementi di impianti termotecnici. Pitagora Editrice Bologna • P. Andreini F. Pierini Generatori di vapore Hoepli Milano • Donatello Annaratone Generatori di vapore clup Milano • Materiale caricato sul sito dal docente.
• Paolo Anglesio Elementi di impianti termotecnici. Pitagora Editrice Bologna • P. Andreini F. Pierini Generatori di vapore Hoepli Milano • Donatello Annaratone Generatori di vapore clup Milano • Material uploaded to the site by the teacher
Prova scritta con esercizi numerici e domande di teoria
Written exam with numerical exercises and theoretical questions


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