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PORTALE DELLA DIDATTICA

Sistemi energetici

12CINNC

A.A. 2019/20

2018/19

Sistemi energetici

L'insegnamento si propone di fornire gli elementi fondamentali delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, con particolare riferimento al principio di funzionamento, agli aspetti di carattere costruttivo, alla valutazione delle prestazioni delle macchine e degli impianti nei quali operano.

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The module aims at supplying the fundamentals of fluid-flow machines and energy systems, with specific reference to the principles of operation, the constructive aspects, the evaluation of performance of both the machines and the plant in which they operate.

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L'insegnamento fornisce agli studenti le capacità per le scelte relative per i principali sistemi energetici, i loro componenti e le loro applicazioni, tenendo in conto gli aspetti funzionali, energetici, economici ed ambientali.

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The module provides the students the abilities to make choices about the main energy systems, their components and their applications, taking in account the operational, energetic, economical and environmental aspects.

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Conoscenze preliminari di base di Termodinamica e Meccanica.

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Preliminary basic knowledge of Thermodynamics and Mechanics.

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Richiami di Termodinamica, Termochimica e Fluidodinamica [4.5 h Lez., 1.5 h Es.] Classificazione delle macchine a fluido. I Principio della Termodinamica in forma Lagrangiana ed Euleriana. II Principio della Termodinamica. Legge di stato dei gas. Leggi di evoluzione. Equazioni di conservazione della massa, quantità di moto e momento della quantità di moto. Definizione dei rendimenti e calcolo del lavoro per le macchine motrici ed operatrici. Ugelli e Diffusori [3 h Lez., 3 h Es.] Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Flusso isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e "fuori progetto". Rendimento di ugelli e diffusori. Impianti Termoelettrici a Vapore [6 h Lez., 4.5 h Es.] Il ciclo Rankine-Hirn. Metodi per aumentare il rendimento del ciclo. Impianti a vapore cogenerativi. Regolazione degli impianti a vapore. Turbine a Vapore e a Gas [7.5 h Lez., 3 h Es.] Richiami sull’espressione del lavoro in una turbomacchina; triangoli di velocità. Turbina assiale semplice ad azione; descrizione della macchina, triangoli di velocità, profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale. Turbina assiale a salti di velocità; descrizione della macchina, triangoli di velocità e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale. Turbina a salti di pressione: fattore di recupero. Turbina assiale semplice a reazione; grado di reazione; triangoli di velocità e profili delle palettature; espressione del lavoro e del rendimento nel caso ideale e reale. Perdite caratteristiche delle turbine a reazione. Turbocompressori [6 h Lez., 3 h Es.] Richiami sul lavoro di compressione ideale e reale con scambi termici, rendimento isoentropico ed idraulico. Compressore centrifugo: triangoli di velocità, lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionali. Determinazione della caratteristica manometrica del compressore centrifugo. Compressore assiale: triangoli di velocità e profili delle palettature. Espressione del lavoro di compressione e sua espressione in funzione dei coefficienti adimensionali; caratteristica manometrica del compressore assiale. Instabilità di funzionamento: ciclo di pompaggio e stallo rotante. Regolazione dei turbocompressori. Turbopompe [6 h Lez., 3 h Es.] Definizioni delle grandezze caratteristiche di funzionamento e dei rendimenti delle macchine idrauliche operatrici e motrici. Caratteristica di una turbopompa centrifuga e assiale. Funzionamento in similitudine delle turbopompe: numero di giri caratteristico. Regolazione delle turbopompe. Problematiche relative all'installazione delle turbopompe: cavitazione ed NPSH. Impianti Turbogas [6 h Lez., 1.5 h Es.] Il ciclo Joule-Brayton. Calcolo del rendimento e del lavoro ideale e reale. La rigenerazione. Impianti Turbogas cogenerativi. La regolazione degli impianti turbogas. Impianti a Ciclo Combinato Gas-Vapore [1.5 h Lez., 1.5 h Es.] Impianti combinati gas-vapore. Bilancio energetico e calcolo del rendimento. Il Generatore di Vapore a Recupero. Cicli combinati cogenerativi. Motori Alternativi a Combustione Interna [6 h Lez., 3 h Es.] Motori a ciclo Otto e Diesel, calcolo del rendimento, della potenza e della pressione media. Apparato della distribuzione nei motori alternativi, coefficiente di riempimento, alimentazione del combustibile e combustione nei motori alternativi a combustione interna. Variazione della potenza utile con le condizioni di alimentazione e sovralimentazione dei motori. Caratteristica meccanica e di regolazione. Applicazioni alla cogenerazione. Turbine idrauliche [4.5 h Lez., 3 h Es.] Principali caratteristiche costruttive, di funzionamento e di regolazione delle turbine Pelton, Francis e Kaplan.

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Generalities of fluid-flow machines and energy systems; definitions and classifications Basic Thermodynamics, Thermo Chemistry and Fluid Dynamics for application to fluid-flow machine and energy systems. [8 h] Steam turbines. Steam power plants [10 h] Gas turbines. Gas turbine power plants [10 h] Combined cycle power plants [10 h] Cogeneration power plants [8 h] Hydro turbines [6 h] Turbo pumps. Pumping systems [6 h] Turbo compressors [6 h] Volumetric compressors [4 h]

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Oltre alle lezioni in aula, sono previste esercitazioni in aula ed eventuali visite ad impianti. Le esercitazioni in aula consistono nello svolgimento di esercizi e problemi applicativi dei concetti sviluppati a lezione ed hanno lo scopo sia di migliorare il grado di apprendimento sia di fornire gli ordini di grandezza dei vari parametri. Se possibile sarà organizzata una visita ad una o più centrali di generazione elettrica.

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In addition to lectures, the course programme includes classroom training and technical visits. The classroom training consists of solving exercises and practical problems by applying the concepts covered in the lessons, with the aim to give the order of magnitude of the main parameters and to improve the understanding of the energy system operation. [24 h] Visits to thermal and hydro power plants. [4 h]

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Materiale didattico verrà distribuito in aula dal docente. Testi per approfondire singoli argomenti sono i seguenti: Catania, Complementi di macchine, Levrotto & Bella, Torino, 1979 Lozza , Turbine a gas e cicli combinati, Progetto Leonardo, Bologna, 1996 Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1992 Dadone, Macchine idrauliche, Clut, Torino 1980

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Lecture notes.

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Modalità di esame: prova scritta; elaborato scritto individuale;

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L’esame è scritto e comprende una domanda di teoria e due esercizi. La domanda di teoria e ciascuno degli esercizi concorrono per un terzo alla formazione del voto finale. Per le domande di teoria non sarà possibile consultare testi o utilizzare calcolatori tascabili, mentre per gli esercizi saranno ammessi sia testi sull’argomento, sia i calcolatori. La durata dell’esame è di 2 ore.

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Exam: written test; individual essay;

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The exam consists of a written test on practical problems and theory: usually 1 questions about theory issues has to be discussed, then the student has to solve 2 numerical problems. Each theory question/problem worth 1/3 of the final mark. The test duration is approximately 2 hours.



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