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Anno Accademico 2016/17
01MUGND
Centrali termoelettriche e nucleari e regolazione
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
De Salve Mario ORARIO RICEVIMENTO     72.5 10.5 15 0 8
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/19 10 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica e nucleare
Presentazione
L'obiettivo del corso, proposto al primo anno della laurea specialistica in Ingegneria Energetica e Nucleare, è di completamento ed approfondimento delle conoscenze relative alle caratteristiche costruttive e funzionali delle centrali termiche e nucleari per la produzione di energia elettrica, considerando gli aspetti multidisciplinari connessi alla combustione, al trasporto dell'energia termica dai fumi al fluido termovettore, all'abbattimento degli inquinanti, allo studio dei sistemi ausiliari e di sicurezza, ed infine alla regolazione e controllo dell'intero processo.
I principi di funzionamento dei componenti e sistemi insieme alle logiche di regolazione e controllo saranno affrontati con l'ottica di una progettazione degli impianti in termini di massimo rendimento, minimo costo di esercizio, massima sicurezza ed affidabilità e competitività tra le diverse soluzioni progettuali. Il corso sarà articolato in due parti: la prima parte affronta i temi propri del progetto ed esercizio di alcuni componenti delle centrali termoelettriche e nucleari. La seconda parte riguarderà i temi propri della regolazione e controllo di processi applicati alle centrali termoelettriche e nucleari.
Risultati di apprendimento attesi
I contenuti del corso saranno calibrati in modo da addestrare i discenti alla lettura ed analisi di schemi di impianto anche complessi verificando la capacità alla individuazione dei componenti di impianto, alla funzione da essi svolta, alla individuazione delle specifiche tecniche per il progetto del componente e/o dei sottosistemi. Segue l'acquisizione delle abilità a progettare semplici sistemi termo-meccanici quali scambiatori di calore prodotti di combustione- fluidi termo vettori, condensatori , sistemi di movimentazione di fluidi, sistemi di regolazione. Con la seconda parte del corso oltre ad acquisire alcune conoscenze di base relative ai controlli automatici, gli allievi , si cimenteranno a descrivere il comportamento dinamico degli impianti e sulla base di approfondimenti individuali e monotematici potranno dimostrare le loro capacità a comunicare quanto acquisito in forma autonoma e critica.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Si richiedono conoscenze pregresse sulle leggi di conservazione della massa, energia e quantità di moto. La conoscenza dei contenuti dei corsi della laurea in Energetica e in particolare dei corsi di Energetica, Centrali termoelettriche e nucleari, Termocinetica e Trasmissione del calore, Macchine, Elettrotecnica costituiscono la base culturale su cui innestare i contenuti del corso proposto
Programma
1 Centrali termoelettriche
1.1 Termodinamica della combustione,combustibili fossili, combustione in presenza di dissociazioni termiche.
1.2 Movimentazione dei combustibili in centrale.
1.3 Componenti e sistemi dei generatori di vapore a combustibili fossili: camere di combustione, bruciatori.
1.4 Cenni sui preriscaldatori dell'aria. Cicloni, sistemi per la gestione e trattamento delle ceneri.
1.5 Sistemi per la protezione ambientale: controllo degli ossidi di azoto, degli ossidi di zolfo, del particolato. Sistemi per il monitoraggio degli effluenti gassosi.

2 Centrali nucleari
2.1 Centrali nucleari ad acqua pressurizzata: componenti del circuito primario e sistemi ausiliari del reattore.
2.2 Centrali nucleari ad acqua bollente (BWR): Descrizione dell'impianto e sistemi ausiliari del reattore.
2.3 Reattori ad acqua pesante (CANDU) e Reattori a gas grafite. Cenno agli HTGR.
2.4 Sicurezza degli impianti nucleari: Principi generali di sicurezza nucleare. Difesa in profondità. Stabilità intrinseca. Ridondanza e diversificazione. Barriere di contenimento.
2.5 Classificazione dei possibili incidenti. Definizione, fenomeni aggravanti, tipologia degli incidenti negli impianti nucleari. Incidenti alla base del progetto (DBA) per i reattori LWR. Sistema di protezione del reattore (RPS). Refrigerazione del reattore spento. Incidenti di reattività. Incidenti di mancato raffreddamento. Incidenti di perdita del fluido termovettore (LOCA). Valutazione del grado di sicurezza. Generalità. Analisi degli incidenti. Scala internazionale degli eventi nucleari.
2.6 Calcolo della dose assorbita al passaggio della nube radioattiva.
2.7 Criteri di sicurezza.
2.8 Metodi probabilistici. Valutazione deterministico-probabilistica del rischio di incidente. Livelli di PRA. Curve di Farmer. Wash 1400.

3 Regolazione
3.1. Problematiche di dinamica e controllo di sistemi finalizzati alla produzione di energia termica ed elettrica.
3.2. Controllo gerarchico e suoi livelli, funzioni di controllo automatico, supervisione e regolazione dei processi di produzione dell'energia.
3.3. Sistemi fisici, formulazione dei modelli dinamici e loro classificazione.
3.4. Formulazione dei modelli dinamici in termini di variabili di stato con simulazione nel dominio del tempo.
3.5. Formulazione di sistemi dinamici con determinazione delle funzioni di trasferimento e studio nel dominio della frequenza.
3.6. Schemi a blocchi e loro algebra.
3.7. Studio della stabilità.
3.8. Sistemi meccanici con moto di traslazione e di rotazione, sistemi elettromeccanici.
3.9. Sistemi termoidraulici.
3.10. Sistemi a parametri distribuiti, Sistemi non lineari.
3.11. Sistemi di regolazione: classificazione ed esemplificazione, regolatori, Errori a transitorio esaurito.
3.12. Attuatori pneumatici, idraulici, elettromagnetici, di dinamica di alcuni strumenti di misura.
3.13. Studio delle funzioni di trasferimento: luogo delle radici, risposta in frequenza, rappresentazioni di Bode e di Nyquist, progetto dei regolatori.
3.14. Le regolazioni nelle centrali termoelettriche: Logiche di regolazione; regolazioni principali per il generatore di vapore, turbina-alternatore e ciclo.
3.15 Regolazione della frequenza.
Organizzazione dell'insegnamento
Dimensionamento di una camera di combustione, dimensionamento di un condensatore di una centrale termoelettrica.
Utilizzo del MATLAB e del Simulink insieme al 'Toolbox Control' per lo studio nel dominio del tempo e della frequenza di sistemi dinamici di tipo meccanico, elettromeccanico, termofluidodinamico.
Esemplificazione del funzionamento dei regolatori.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
M. De Salve e B. Panella, Appunti del corso.
C. Lombardi, Impianti nucleari, Città Studi, 2004.
M. Cumo, Impianti nucleari. Casa Editrice Università La Sapienza, 2008.
Babcock & Wilcox, Steam, its generation and use, Eds. Stultz and Kitto, Babcock & Wilcox Company, 1992.
T. C. Elliot, K. Chen, R.C. Swanekamp, Standard Handbook of Power Plant Engineering, Mc Graw Hill, 1997.
Paolo Bolzern, Riccardo Scattolini, Nicola Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, Mc Graw Hill, 1998.
John J. D'Azzo, Constantine H. Houpis , Linear Control System Analysis and Design Conventional and Modern, McGraw - Hill, 3rd Edition, 1988.
A. Tewari, Modern control design with Matlab and Simulink, J. Wiley eds., 2002.
Control System Toolbox For Use with MATLAB, getting started, The MathWorks inc., 2000.
Control System Toolbox, The MathWorks inc., 2000 SIMULINK, Dynamic System Simulation for MATLAB, The MathWorks inc., 2000.
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame sarà scritto per i due moduli, Centrali termoelettriche/Regolazione, e Centrali nucleari. Per entrambi i moduli è richiesta la sufficienza.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2016/17
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