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.

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.

Si richiedono conoscenze pregresse di analisi matematica, fisica, chimica, termodinamica e trasmissione del calore.

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

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

• 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.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto individuale;

Exam: Written test; Individual essay;

... La prova scritta è incentrata con un tema progettuale che copre i principali argomenti del corso. A completamento di questa sono previste alcune domande che prevedono lo svolgimento di calcoli. Il numero delle domande è variabile a seconda dell’articolazione del tema progettuale. Lo scopo di questa prova è quello di verificare la capacità degli studenti di analizzare il funzionamento dei sistemi a combustione e applicarvi i bilanci energetici a livello di sistema e di componente. L’esame ha una durata complessiva di 2 ore. Non è possibile consultare materiale didattico durante la prova. Il voto massimo della prova è 28/30. L’esame si completa con la presentazione delle relazioni progettuali relative a 4 esperienze di laboratorio svolte durante l’anno. Questa prova ha lo scopo di verificare la capacità dello studente di redigere una relazione tecnica relativa al rilevamento delle condizioni di funzionamento di sistemi a combustione. Il punteggio massimo per questa parte della prova di esame è 4/30. Le relazioni vanno consegnate prima dello svolgimento della prova scritta.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.