Il corso si propone di presentare tecniche di analisi di impianti per la conversione di energia finalizzate all’utilizzo ottimale dell’energia primaria, attraverso integrazione di processo e design improvement. Il corso è articolato in lezioni ed esercitazioni e laboratori. Nelle lezioni si illustrano i metodi e le tecniche di analisi: pinch analysis e analisi exergetica. Inoltre sono approfonditi gli aspetti impiantistici ed energetici relativi ad alcune tecnologie, che costituiranno poi l’oggetto delle esercitazioni. Nelle esercitazioni si propone l’applicazione le tecniche di analisi ad alcuni casi di studio.

Acquisire padronanza delle tecniche di analisi di processi di conversione energetica, finalizzate all’integrazione, ottimizzazione e design improvement. Sapere applicare correttamente le metodologie a impianti di conversione dell’energia.

Termodinamica a applicata e trasmissione del calore

Introduzione al corso. Breve cenno all’evoluzione degli scenari energetici e alle tematiche di ricerca in ambito energetico. Ruolo dell’integrazione, ottimizzazione e design improvement di processi energetici.
Il metodo della pinch analysis. Analisi del processo produttivo e determinazione dei vincoli del processo. Individuazione dei principali flussi e costruzione grafica della curva composita. Scelta della minima differenza di temperatura; implicazioni termodinamiche ed economiche. Determinazione del pinch point per via grafica. Calcolo del pinch point per via analitica. Rappresentazione di una rete di scambiatori di calore. Regole per il tracciamento della rete di scambiatori corrispondente al minimo fabbisogno di energia. Il minimo numero di scambiatori di calore: cenno alla teoria dei grafi. Determinazione della rete corrispondente al minimo numero di scambiatori di calore. Rilassamento del sistema.
Applicazione del metodo della pinch analysis a impianti di produzione industriale ed impianti per la conversione di energia: esempi nell’ambito dell’industria alimentare e chimica, impianti innovativi per la termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani, cicli integrati di celle a combustibile ad alta temperature (FC+ORC, FC+GT), sistemi di retrofit per la cattura di CO2.
Analisi exergetica. Determinazione dell’equazione dell’energia utilizzabile. L’ambiente di riferimento. Calcolo dell’exergia fisica e chimica. Utilizzi dell’analisi exergetica nel design improvement di impianti energetici. Costing exergetico. Applicazione dell’analisi exergetica: teleriscaldamento (dimensionamento e calcolo di una rete di teleriscaldamento, analisi di reti a bassa temperatura, analisi di utenze a bassa temperatura, third pary access, accumulo termico), impianti a pompa di calore e loro integrazione in processi industriali, geotermia.

Esercitazioni sviluppate in aula relative all’applicazione dell’analisi exergetica e della pinch analysis a impianti di produzione industriali e a sistemi per la conversione di energia.

Libro di testo (in corso di preparazione, disponibile all’inizio dell’anno accademico 2013-2014)
Dispense integrative fornite dal docente.

L'esame è composto da due parti, una prova scritta e una orale.
Lo scritto è costituito da due o più esercizi su Pinch Analysis e Analisi Exergetica.
L'orale comprende domande relativo all'intero corso e vi si accede con un punteggio superiore a 16/30.
Per il calcolo del voto finale, il voto dello scritto concorre per i 2/3 mentre l'orale vale 1/3.