Questo insegnamento si occupa dell'analisi dei sistemi di conversione energetica per la produzione di energia elettrica e termica. Saranno richiamati i fondamenti di termodinamica e sarà illustrata la loro applicazione a differenti sistemi energetici. Lo scopo principale dell'insegnamento è di migliorare le abilità dello studente nella soluzione dei problemi per l'analisi ingegneristica dei sistemi energetici da un punto di vista tecnico ed economico.

Approfondire la comprensione dei concetti energia, potenza e lavoro. Applicazione dei concetti base della termodinamica come temperatura, pressione, sistema, proprietà, processo, stato, ciclo ed equilibrio. Applicazione dei bilanci di primo e secondo principio a sistemi aperti e chiusi. Capacità di identificare le proprietà delle sostanze su diagrammi di stato e tabelle. Capacità di formulare, modellare e risolvere problemi relativi a sistemi energetici e impianti di conversione di energia. Capacità di valutare le prestazioni tecnico-economiche dei sistemi energetici. Prerequisiti

Elementi di base di termodinamica.

Le lezioni dell'insegnamento includono gli argomenti seguenti: Introduzione ai sistemi energetici (2 CFU): - Forme di energia, concetti fondamentali e teoremi della termodinamica. - Proprietà termodinamiche e concetto di lavoro, calore e energia. - Le proprietà dei gas. Diagrammi di stato di fluidi di lavoro reali. - Applicazione del primo principio e secondo principio ai sistemi chiusi e aperti. - Applicazione ai cicli frigoriferi e pompe di calore. - Metodologie di analisi tecnico-economica dei sistemi energetici. - Esempi di macchine operatrici e motrici all'interno di sistemi industriali. Sistemi basati su ciclo Brayton-Joule (1,5 CFU): - L'equazione fondamentale delle turbomacchine. - Rendimenti nei compressori, turbine. - Introduzione alla combustione e alla stechiometria. Primo principio per i sistemi reagenti. Camera di combustione turbogas. - Componenti principali delle turbomacchine e sistemi aero-derivati e heavy-duty. - Applicazione a sistemi reali di produzione di energia elettrica. Sistemi basati su ciclo Rankine (1,5 CFU): - Concetti di base e leggi per la trasmissione del calore. Scambiatori di calore. - Generatori di vapore. - Turbina a vapore. - Ciclo a vapore semplice e metodi di innalzamento del rendimento. - Applicazione a sistemi reali di produzione di energia elettrica. - ORC ed applicazioni (recupero termico, geotermico e biomasse). Sistemi basati su cicli combinati gas-vapore (0,5 CFU): - Concetti di base. - Layout di impianto. - Bilanci di primo principio su sistemi complessi. - Esempi di centrali reali e teleriscaldamento. Impianti di cogenerazione (1 CFU): - Confronto tra sistemi cogenerativi e produzione separata. - Analisi energetica e principali indicatori prestazionali. - Soluzioni tecnologiche (turbine a gas e a vapore, motori alternativi, altre tecnologie) . - Elementi di analisi tecnico-economica ed esempi di applicazione a casi industriali. Sistemi basati su fonti rinnovabili (1,5 CFU): - Introduzione alle fonti rinnovabili - Idroelettrico e sistemi di pompaggio come stoccaggio energetico. - Fotovoltaico - Eolico - Altre fonti rinnovabili

L'insegnamento prevede lezioni sui concetti teorici ed esercitazioni svolte in classe. 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 prendere dimestichezza con valori tipici dei vari parametri di interesse.

Il materiale di supporto alla didattica verrà distribuito dal docente. Ulteriori testi per approfondire i concetti svolti in aula sono i seguenti: - Cengel Y.A., Boles M. Termodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill, 2019 - Carcasci C., Facchini B., Esercitazioni di sistemi energetici, Esculapio, 2019 - Mancò S., Dispense del corso di Sistemi Energetici. Epics, 2017

Slides;

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Exam: Written test; Computer-based written test in class using POLITO platform; ... Prima parte: prova scritta sui temi di teoria svolti nel corso. L'esame potrà contenere domande a risposta chiusa e/o a risposta aperta, ed essere effettuato in modalità cartacea o con l'ausilio di PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo. Il punteggio massimo della prima parte sarà di 12.0 punti ed il punteggio minimo per passare alla seconda parte dovrà essere di almeno 7.0 punti. La durata prevista per la prima parte è di 30 minuti. Seconda parte (ammessi/e solo con punteggio pari o superiore a 7.0 nella prima parte): prova scritta: svolgimento di esercizi. Il punteggio massimo della seconda parte è 20/30. Durata: 1 ora 20 minuti. Note: o Il voto massimo complessivo è 30 e Lode. o Durante la prima parte dell'esame non possono essere utilizzati (né presenti sul banco): libri, appunti, altro materiale didattico, cellulare/tablet, pena l'interruzione immediata dell'esame ed il deferimento alla commissione disciplinare PoliTo in caso di infrazione. o Durante la seconda parte dell'esame possono essere utilizzati esclusivamente: una calcolatrice scientifica, il diagramma entalpico di Mollier e le tabelle delle curve limite (disponibili, oltre che nelle dispense, sul portale). Inoltre, è consentito l'uso di un formulario appositamente predisposto in autonomia dallo studente, di 1 singola pagina, in formato A4 fronte-retro. o Non è tuttavia consentito in nessuna parte dell'esame l'uso di cellulare e tablet, che devono essere spenti sin dall'inizio della prova.

Gli studenti e le studentesse con disabilita 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'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.