Author: Amministratore

Informazioni generali (English version below)

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 1°
• CFU: 9

Docente responsabile

Prof.Ing.Marco Gambini

Prof.Ing.Michela Vellini

Obiettivi del corso

Il corso si propone di fornire una panoramica sui fabbisogni di energia, sulle fonti energetiche e sui sistemi di conversione dell’energia.

Vengono quindi introdotte le metodologie di analisi degli impianti di conversione dell’energia: analisi di primo e secondo principio, sviluppo della metodologia di analisi basata sui “fattori termodinamici”: fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti. Vengono poi introdotte metodologie di analisi tecnico-economica: rendimento globale, costi fissi e costi variabili in una centrale termoelettrica, costo dell’elettricità prodotta. Infine vengono affrontate le tematiche relative alle emissioni ed inquinanti prodotti da centrali termoelettriche alimentate a combustibili fossili.

Prerequisiti

Corso di Macchine

Contenuti del corso

Centrali termoelettriche convenzionali:

• Centrali termoelettriche a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle modifiche al ciclo base. Schemi impiantistici delle centrali in relazione alla taglia d’impianto, parametri di esercizio, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, combustibili utilizzabili, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle centrali a vapore. Gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC)
• Centrali termoelettriche con turbine a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle eventuali modifiche al ciclo base. Configurazioni impiantistiche mono e bi-albero, combustibili utilizzabili, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle turbine a gas.
• Centrali termoelettriche a ciclo combinato gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas: configurazione impiantistica e considerazioni generali. Le caldaie a recupero: criteri di calcolo e di ottimizzazione dei parametri caratteristici. Cicli a vapore a recupero: criteri di ottimizzazione delle prestazioni. Schemi impiantistici, prestazioni, regolazione, costo dell’elettricità prodotta, emissioni inquinanti.

Centrali termoelettriche avanzate e/o innovative:

• Cicli misti gas-vapore: il ciclo con iniezione di vapore (ciclo STIG). Cenni ai cicli misti innovativi e analisi dei processi fisico-termodinamici non convenzionali (condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili ed espansione di miscele di vapore e in condensabili).
• Impianti combinati integrati con sistemi di gassificazione del carbone (IGCC): analisi delle tecnologie di gassificazione e dell’integrazione tra ciclo termodinamico e sistema di produzione e depurazione del syngas. Bilanci energetici e prestazioni degli IGCC. Esperienze, confronti e possibili evoluzioni.

Cogenerazione ad alto rendimento (CAR):

• Produzione combinata di energia elettrica e termica: la cogenerazione. Fondamenti termodinamici e benefici energetici della cogenerazione. Le prestazioni e la regolazione degli impianti in modalità cogenerativa. Aspetti economici, ambientali e analisi di fattibilità.

Testi di riferimento

1. Materiale fornito dai docenti
2. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
3. Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016

Modalità d’esame

L’esame di Centrali Termoelettriche si articola in una prova scritta ed una orale. Per accedere alla prova orale è necessario aver superato la prova scritta. In ogni sessione di esame sono previsti due appelli. Lo studente può sostenere l’esame in entrambi gli appelli. La prova scritta positiva viene mantenuta valida esclusivamente nella sessione di esame in cui è stata sostenuta.

THERMAL POWER PLANTS (9 CFU)

• Year of the course: 1°
• Semester: 1°
• CFU: 9

Instructors

Prof.Ing.Marco Gambini

Prof.Ing.Michela Vellini

Aim of the course

Analysis and optimization of thermodynamic processes, of their efficiency and of the cost of energy produced. Thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact for thermal power plants.

Specific learning outcomes

Steam cycle power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact

Gas turbine power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact

Combined Cycle Power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact

Combined heat and power plants: technology assessment, economic feasibility, operating conditions, environment impact, energy savings, evaluation indexes.

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Power Plants: technology assessment, operating conditions, environment impact. Techniques for a clean utilization of heavy fuels (gasification of coal and refinery residuals).

Steam injection gas turbine (STIG) cycle: thermodynamic cycle, technology assessment, operating conditions, environment impact

Carbon capture and storage (CCS): study of the capture technologies (pre-combustion capture, post-combustion capture and oxyfuel combustion) and their application to the power plants

Textbooks

1. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
2. Teaching materials, prepared by instructors, available at DidatticaWeb (http://didattica.uniroma2.it)
3. Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016

Exam

The exam consist of a written test (numerical exercises) and an oral exam (only after a positive written test). A positive written test is valid only in the exam session.

It is possible to take exam 6 times in a year: 2 times in each exam session (July, September and February)

Informazioni generali

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 2°
• CFU: 6

Docenti responsabili

Gino BELLA

Luca ANDREASSI

Informazioni generali

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 9

Docente responsabile

Giuseppe Leo GUIZZI

Programma del corso

• Criteri di similitudine e loro utilizzo nel progetto, verifica e sperimentazione in scala ridotta ed in scala 1:1 nelle macchine dinamiche operatrici e motrici e nelle apparecchiature di scambio termico. Similitudini (geometrica, cinematica, dinamica, agli scambi termici, etc.) ed associati indici di forma. Gruppi adimensionali di variabili; parametri “corretti” e loro utilizzo.
• Definizione dei parametri caratteristici prestazionali di macchine ed apparecchiature e correlazioni esistenti tra di loro. Curve caratteristiche dimensionali ed effettive.
• “Fuori progetto” delle turbomacchine motrici e operatrici: compressori e pompe dinamiche; espansori a gas e a vapore.
• Elementi di progettazione di apparecchiature di scambio termico proprie degli impianti a vapore: condensatori, rigeneratori, generatori di vapore a combustibile (GVC) e a recupero (GVR). Disamina delle problematiche fenomenologiche e funzionali; individuazione delle specifiche tecniche e lineamenti di calcolo per il dimensionamento delle apparecchiature e delle superfici di scambio termico.
• “Fuori progetto” di apparecchiature di scambio termico a convezione e ad irraggiamento e applicazione a condensatori, rigeneratori, GVC e GVR.
• Elementi per il calcolo del “fuori progetto” di sistemi energetici: applicazione alle TG mono e bialbero, agli impianti a vapore e ai cicli combinati.
• Lineamenti e implicazioni fenomenologiche alla base della regolazione di componenti e di sistemi di conversione termomeccanica dell’energia.

Risultati d’apprendimento previsti

Elementi fondamentali per l’interpretazione del comportamento di macchine, scambiatori di calore e sistemi energetici in condizioni diverse da quelle di progetto.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente
• O. Acton, Turbomacchine, UTET, Torino, 1986, ISBN-13: 9788802039787.
• O. Acton e C. Caputo, Impianti Motori, UTET, Torino, 1986, ISBN-13: 9788802046686.
• A.E. Catania, Complementi di Macchine, Levrotto & Bella, Torino, 1979.
• G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Società Editrice Esculapio, Bologna, 2^a edizione, 2006, ISBN-13: 9788886524087.
• A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons Ltd, New York, 3^a edizione, 2006, ISBN-13: 9780471677635.
• S.M. Yahya, Turbine Compressors and Fans, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 3^a edizione, 2005, ISBN-13: 9780070597709
• R. della Volpe, Macchine, Liguori Editore, Napoli, 2002, ISBN-13: 9788820723170.
• L.A. Catalano e M. Napolitano, Elementi di macchine operatrici a fluido, Pitagora Editrice, Bologna, 2001, ISBN-13: 9788837112417.

Informazioni generali (English version below)

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Luca ANDREASSI

Programma del corso

• Formazione e caratterizzazione dei principali inquinanti atmosferici primari e secondari. (le piogge acide, il “buco” nell’ozono, l’effetto serra). Azioni per la riduzione delle emissioni di CO2).
• Controllo delle emissioni in atmosfera negli impianti a vapore. Rimozione del particolato: cicloni, filtri elettrostatici, filtri in tessuto, precipitatori ad umido. Rimozione degli SOx: desolforazione ad umido, a semi-secco, a secco. Controllo degli NOx e rimozione con sistemi catalitici (SCR) e non catalitici (SNCR).
• Controllo delle emissioni in atmosfera negli impianti a turbina a gas.
• Controllo delle emissioni nei motori a combustione interna.
• Diffusione e dispersione degli inquinanti. Elementi di meteorologia. La stabilità dell’atmosfera e le classi di stabilità atmosferica. Dispersione degli inquinanti in atmosfera. Il modello gaussiano per la valutazione della diffusione degli inquinanti prodotti dalle sorgenti di emissione.
• Cenni di inquinamento termico ed acustico

Risultati d’apprendimento previsti

Formazione e controllo degli inquinanti negli impianti di produzione di energia. Modelli di dispersione degli inquinanti in atmosfera.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente
• G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE Ed., 2004

Interaction between machines and environment

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Instructor

Luca ANDREASSI

Aim

The course aims to provide the basic principles and methodological basis for the setting of environmental impact studies related to energy production systems with special attention to composition processes and pollutant reduction systems.

Contents

• Atmospheric pollutant emissions characterization and classification. Main formation mechanisms.
• Pollutant emissions in steam turbines power plants. Removal mechanisms for particulate matters (filters, electrostatic precipitators), for SOx (Flue gas desulphurization) for NOx (Selective Catalytic and non Catalytic Reactors).
• Pollutant emissions formation and control in gas turbines power plants.
• Pollutant emissions formation and control in internal combustion engines.
• Elements of meteorology. Diffusion and dispersion of atmospheric pollutant emissions. Stability of atmosphere. Stability classes. The gaussian model to evaluate the pollutant emissions dispersion and diffusion.
• An outline of acoustic and thermal pollution

Textbooks

• Teacher’s lectures
• G. Cau, D. Cocco, L’impatto ambientale dei sistemi energetici, SGE Ed., 2004

Informazioni generali (English version below)

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 2°
• CFU: 6

Docente responsabile

Stefano CORDINER

Obiettivi del corso

Il corso si prefigge l’obiettivo di fornire agli allievi una formazione scientifica approfondita per affrontare correttamente i problemi di progettazione, scelta e gestione dei motori a combustione interna e della loro interazione con l’ambiente nonché di creare i presupposti per lo sviluppo di soluzioni innovative. A tal fine gli allievi svilupperanno conoscenze approfondite dei principi di funzionamento dei motori e apprenderanno procedure di simulazione per la verifica e il dimensionamento di un motore alternativo a combustione interna e dei suoi principali componenti. Particolare attenzione è infine dedicata allo sviluppo tecnologico più recente della tecnologia dei motori a combustione interna finalizzati a superare gli attuali limiti in termini di emissioni ed efficienza e consentono di definire scenari innovativi di mobilità sostenibile.

Prerequisiti

Macchine, Centrali Termoelettriche

Programma del corso

Generalità sui motori alternativi a combustione interna: Caratteristiche e classificazione , analisi termodinamica e prestazionale dei motori alternativi a combustione interna, Analisi sperimentale delle prestazioni di un motore a combustione interna

Alimentazione aria Motori 4 tempi: coefficiente di riempimento e sua valutazione; effetti quasi-stazionari; dimensionamento delle valvole; influenza di altri parametri motoristici; sistemi  Variable Valve Actuation. Motori 2 tempi: schemi costruttivi;  Fenomeni non stazionari nei condotti di aspirazione e scarico: inerzia e propagazione ondosa; sistemi a geometria variabile; modelli di calcolo, Alimentazione aria nel motore a quattro tempi; Sovralimentazione

Moti della carica nel cilindro : Turbolenza (cenni); swirl, squish, tumble; motori a carica stratificata

Combustibili tradizionali ed alternativi; Proprietà dei combustibili per motori. Generalità: combustibili; aria stechiometrica; potere calorifico  Combustibili gassosi: gas naturale, idrogeno e miscele. bio-etanolo, bio-diesel e DME. Caratteristiche e loro impiego nei motori: soluzioni tecniche, prestazioni ed emissioni

Alimentazione Combustibile   Motori Otto: carburatore (cenni); sistemi di iniezione; sonda lambda. Motori Diesel: sistemi di iniezione e iniettori; dimensionamento di massima. Prove sperimentali su un sistema di iniezione Diesel Common Rail

Combustione :  Fondamenti analitici dello studio della combustione; termodinamica dei processi di combustione; calcolo della composizione chimica e della temperatura adiabatica in equilibrio; fenomeni di trasporto (cenni); cinetica chimica (cenni). Combustione nei motori Otto e Diesel.

Emissioni e sistemi per il loro abbattimento Emissioni: meccanismi di formazione, effetti sulla salute e sull’ambiente, misura delle emissioni; influenza dei parametri motoristici; cicli di prova e normativa; procedure e sistemi per la riduzione delle emissioni nei motori. Prove sperimentali.

Sistemi di raffreddamento: Flussi termici; trasmissione del calore nel motore; sistemi di raffreddamento a liquido e ad aria: schemi costruttivi e dimensionamento; sollecitazione termica degli organi meccanici.

Mobilità ecosostenibile. Principi di funzionamento dei veicoli ibridi: soluzione serie e parallelo; motori a c.i. ed elettrici impiegati; frenata rigenerativa; batterie al litio, prestazioni e prospettive. Veicoli ibridi plug-in, motori a c.i. “range extender”. Veicoli elettrici, caratteristiche e prospettive

Per tutti gli argomenti del corso verranno presentati gli strumenti di simulazione numerica

Modalità d’esame

L’esame di Motori a Combustione Interna prevede due prove di accertamento, che si svolgono rispettivamente a metà ed al termine del periodo didattico in cui è svolto il corso, e una prova orale. All’orale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito una valutazione complessiva di almeno 18  punti su 30 nelle due prove di accertamento. Opzionalmente, ai fini della discussione orale il candidato può concordare con il docente la realizzazione di un progetto di applicazione dei concetti e delle metodologie studiate durante il corso. In tal caso, la discussione del progetto costituirà la parte prevalente della prova orale. La prova orale concorre alla valutazione finale nei termini di una media pesata.

La valutazione di una singola prova di accertamento viene espressa nei seguenti livelli: ottimo, buono, discreto, sufficiente, insufficiente. La valutazione complessiva delle prove di accertamento o dei recuperi che vertono sull’intero programma viene espressa con un punteggio da 18  a 30,  se sufficiente; insufficiente altrimenti.

Gli appelli di Macchine Applicate alle Tecnologie Ambientali consistono nello svolgimento della prova orale di approfondimento di temi contenuti nelle prove intermedie per coloro che le abbiano superate. Una prova orale approfondita sull’intero programma del corso, è altrimenti necessaria.

Testi di riferimento

• G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1996.

Internal Combustion Engines

• Year: 1°
• Semester: 2°
• CFU: 6

Instructor

Stefano CORDINER

Aim of the course

The course aims to provide students with a thorough scientific knowledge to properly address the problems of design, selection and utilization of internal combustion engines and their interaction with the environment as well as to develop innovative solutions . To this aim, students will develop a detailed knowledge of the basic principles of operation of engines and learn simulation and experimental procedures for designing and testing a reciprocating internal combustion engine with its main components. Particular attention is finally dedicated to the development of the latest technology of internal combustion engines designed to overcome the current emissions and efficiency limitations and allow to cope with innovative scenarios for sustainable mobility.

Contents

General information on internal combustion engines : Characteristics and Classification , thermodynamic and performance analysis. Experimental analysis of the performance of an internal combustion engine

Air Supply for 4-stroke engines: volumetric efficiency and its evaluation, quasi-stationary effects ; valve sizing ; influence of other engine parameters ; Variable Valve Actuation systems .  Air supply for 2-stroke engines : construction schemes ; non-stationary phenomena in the intake and exhaust : inertia and wave propagation ; variable valve geometry systems, computational models , air supply in the four-stroke engine; Supercharging

Motions of the charge in the cylinder: Turbulence ; swirl , squish , tumble , stratified charge engines Traditional and alternative fuels ;

Fuels general properties : fuel , air stoichiometric ; calorific value gaseous fuels : natural gas , hydrogen and mixtures thereof. bio -ethanol , bio- diesel and DME . Features and their use in engines: technical solutions , performance and emissions

Fuel metering.  Otto engines : carburetor  ; injection systems ; lambda probe. Diesel engines: fuel injectors and injection systems , dimensioning . Experimental tests on a diesel injection system Common Rail

Combustion: Fundamentals of analytical study of combustion , thermodynamics of combustion processes , calculation of the chemical composition and temperature in adiabatic equilibrium transport phenomena (notes) , chemical kinetics (notes). Combustion in Otto and Diesel engines .

Emissions and their control systems: emissions  formation mechanisms, effects on health and environment, measurement of emissions; influence of engine parameters , test cycles and legislation ; procedures and systems for the reduction of emissions in engines. Experimental tests .

Cooling system : Heat flows , heat transfer in the engine cooling systems , liquid and air : structural layouts and sizing ; thermal stress of the mechanical parts .

Sustainable mobility . Principles of operation of hybrid vehicles : series and parallel solution ; engines there and electrical workers , regenerative braking , lithium batteries, performance and prospects . Plug-in hybrid vehicles , engines c.i. ” Range extender ” . Electric vehicles, characteristics and perspectives

For all the topics of the course the numerical simulation tools will be presented

Examination procedures

The exam of consists of two assessment tests, which take place in the middle and at the end of the semester in which the course is held, and an oral examination. Students who achieve a score of at least 18/30 in the two assessment tests are admitted to the oral. Optionally, for the oral discussion students may arrange the realization of an application project using concepts and methods studied during the course. In this case, the discussion of the project will form the main part of the oral examination. The oral examination shall contribute to the final evaluation in terms of a weighted average.

The exam evaluation of any single assessment test and of the overall exam is expressed in the following levels: excellent, very good, good, more than sufficient, sufficient, non-sufficient. The overall final assessment or the eventual overall recovery for those that are not admitted to the oral – which  consists of an oral examination on the entire program – is expressed on a scale from 18 to 30, if sufficient, otherwise non-sufficient.

The exam sessions normally consists in carrying out the oral examination for those who have passed the assessment tests discussing some topics contained in the tests. A complete oral exam on the whole program program will be required otherwise.

Textbooks

• G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1996.

Informazioni generali (English version below)

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Loredana SANTO

Programma del corso

• La sostenibilità industriale
• I sistemi di fabbricazione e le problematiche ambientali.
• Progettazione sostenibile. Design For the Environment. Life-Cycle Analysis.
• Organizzazione, management e innovazione dei sistemi produttivi.
• Valutazione dei sistemi produttivi.
• La qualità dell’aria e l’impatto ambientale dei sistemi produttivi.
• Il disassemblaggio.
• Tecnologie per il riciclaggio.
• Valutazione energetica dei sistemi produttivi.

Testi consigliati

Myer Kutz, Environmentally Conscious Manufacturing, Wiley Series in Environmentally Conscious Engineering.

Appunti dalle lezioni.

Risultati d’apprendimento previsti

Il corso si propone di fornire le opportune competenze relative alla sostenibilità industriale dei sistemi produttivi e gli strumenti per un’analisi critica dei processi analizzati.

Testi di riferimento

• Myer Kutz, Environmentally Conscious Manufacturing, Wiley Series in Environmentally Conscious Engineering.
• Appunti dalle lezioni.

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Manufacturing Systems and Industrial Sustainability

• Industrial sustainability.
• Manufacturing systems and environmental issues.
• Design for the Environment. Lyfe-Cycle Analysis.
• Organization, management and improvement of manufacturing systems.
• Manufacturing systems evaluation.
• Environmentally conscious manufacturing.
• Air quality and environmental impact assessment in manufacturing.
• Disassembly
• Technologies for recycling.
• Industrial energy efficiency.

Informazioni generali

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 2°
• CFU: 6

Docente responsabile

Roberto VERZICCO

Programma del corso

La fisica della turbolenza

• Descrizione fenomenologica della turbolenza
• Cascata di energia e dissipazione
• Equazione di Burgers
• Significato fisico dei termini delle equazioni di Navier-Stokes
• Turbolenza, frattali e leggi di scala
• Vorticita’ e cascata dell’energia: dinamica tridimensionale, dinamica bidimensionale, cascata diretta ed inversa
• Turbolenza omogenea ed isotropa
• Turbolenza di parete
• Cascata dell’energia, ipotesi di continuo e relazioni costitutive
• Equazioni di Reynolds
• Ipotesi di Boussinesq e viscosità turbolenta
• Viscosità turbolenta e lunghezza di mescolamento

Simulazione numerica della turbolenza

• Simulazione Diretta (DNS)
• Modellistica RANS e modelli K-epsilon
• Large Eddy Simulation (LES)
• Risoluzione di parete
• Cenni sui metodi computazionali per la simulazione numerica della turbolenza

Concetti base sui metodi computazionali per la fluidodinamica e la simulazione della turbolenza

Risultati d’apprendimento previsti

Questo corso ha come obiettivo quello di presentare la rilevanza del fenomeno della turbolenza nei fenomeni che ci circondano con particolare attenzione alle applicazioni ingegneristiche. A tal fine vengono prima illustrati i fenomeni che governano la dinamica della turbolenza e quindi i più importanti strumenti di modellistica.

Testi di riferimento

• Dispense fornite dal docente

Informazioni generali

• Anno di corso: 1°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docenti Responsabili

• Vincenzo MULONE

Programma del Corso

• Equazioni della fluidodinamica delle turbomacchine
  • Descrizione sollecitazione.
  • Descrizione materiale e non materiale del moto. Teorema del Trasporto Reynolds
  • Equazioni integrali e differenziali di continuità, q.d.m. (Navier-Stokes), energia in forma termica meccanica e entropica
  • Flussi rotazionali e irrotazionali. Azioni su profili alari.
  • Moto relativo. Forze di inerzia.
  • Strato limite: parametri locali e globali, transizione laminare turbolento, cenni sul controllo.
• Generalità sul funzionamento delle turbomacchine
  • Variabili adimensionali principali
  • Classificazione e scelta delle turbomacchine attraverso i parametri adimensionali
  • Influenza della viscosità, degli effetti di scala e della cavitazione.
  • Similitudine in turbomacchine termiche.
  • Curve di funzionamento.
• Trasformazioni nelle turbomacchine
  • Rendimenti, coefficienti di perdita.
  • Lavoro di Eulero, equazione integrale del momento della quantità di moto.
  • Analisi monodimensionale di uno stadio, rappresentazione grafica.
  • Grado di reazione di uno stadio.
  • Analisi adimensionale di uno stadio
  • Stadio ripetuto, stadio normale.
• Analisi del flusso nelle turbomacchine
  • Coordinate e sistemi di riferimento; schematizzazione del campo di moto.
  • Definizioni geometriche profili in schiera, prestazioni schiere.
  • Schiera piana, schiera radiale.
  • Equilibrio radiale, vortice libero e forzato.
  • Flussi secondari, perdite di profilo e miscelamento.
  • Teoria generale dei diffusori, rendimento, coefficiente di recupero di pressione.
• Compressori assiali
  • Descrizione generale.
  • Triangoli di velocità, rendimento, grado di reazione, ottimizzazione dello stadio.
  • Confronto fra stadi a diverso grado di reazione. IGV.
  • Principali profili impiegati. Distribuzione di pressione e velocità sul profilo. Calcolo angoli ottimali.
  • Principali correlazioni schiere. Criteri di carico per schiere assiali. Perdite profilo.
  • Comportamento schiere fuori progetto.
  • Cenni sul comportamento di pale supersoniche.
  • Perdite di anello, secondarie e nei giochi.
  • Considerazioni su ventilatori assiali e eliche propulsive.
  • Cenni alle metodologie di progetto 3D di pale complesse.
• Compressori centrifughi
  • Descrizione generale.
  • Funzionamento reale dei compressori centrifughi.
  • Coefficiente di riduzione di carico (slip-factor). Teoria di Stodola, principali correlazioni.
  • Elementi di progetto della girante. Canale meridiano, numero di pale, rendimento, incidenza, diffusori lisci e palettati. Cassa a spirale. Principali tipologie di perdite.
  • Note sui ventilatori centrifughi.
• Funzionamento anomalo dei compressori.
  • Stallo, pompaggio: generalità.
  • Teoria elementare dello stallo rotante.
  • Teoria elementare del pompaggio.
  • Complementi sull’instabilità dei compressori.
• Analisi dell’accoppiamento macchina-circuito.
  • Curva caratteristica esterna, match con la curva caratteristica della macchina.
  • Macchine e sistemi per fluidi comprimibili e incompressibili.
  • Circuiti complessi.
  • Cavitazione per macchine operatrici a fluido incompressibile.
  • Regolazione della portata in circuiti: strategie di strozzamento, bypass e regolazione numero di giri. Regolazione portata in macchine a fluido comprimible.

• Equations of turbomachine fluid dynamics.
  • Stress description.
  • Material and non-material description. Reynolds transport theorem.
  • Integral and differential equations: continuity, momentum (Navier-Stokes), energy.
  • Rotational and irrotational flows. Actions on airfoils.
  • Relative flow, inertial forces.
  • Boundary layer theory: local and global parameters, laminar to turbulent transition, Notes on boundary layer control.
• Generalities on turbomachine behavior.
  • Dimensionless parameters.
  • Classifaction and choice of turbomachines through dimensionless parameters.
  • Viscosity, scale and cavitation effects.
  • Similitude analysis in thermal turbomachines.
  • Operating maps.
• Transformations in turbomachines
  • Efficiency, losses coefficients.
  • Euler work, intergral equation of moment of momentum.
  • One dimensional analysis of a stage. Graphical representation.
  • Degree of reaction of a stage.
  • Non-dimensional analysis of a stage. Repeated and normal stages.
• Analysis of the flow in turbomachines.
  • Coordinates and frames of references. Schematization of the flow field.
  • Geometrical definitions in blade rows. Performance of blade rows.
  • Planar and radial rows.
  • Radial equilibrium, free and forced vortexes.
  • Secondary flows, blade losses, mixing losses.
  • General theory of diffusers, efficiency, coefficient of pressure.
• Axial compressors
  • General description.
  • Velocity triangles. Effiicency, degree of reaction, optimization of the stage.
  • Comparison among different degrees of reaction stages. IGV.
  • Main used blade profiles. Distribution of pressure and velocity on the profile. Optimal angles.
  • Correlation for the design of blade rows. Load criteria. Blade losses.
  • Off-design behavior for blade rows.
  • Notes on supersonic blades.
  • Ring and secondary losses.
  • Design considerations on axial fans and propellers.
  • Notes on 3D design techniques.
• Centrifugal compressors.
  • General description.
  • Real behavior of centrifugal compressors.
  • Slip factor. Stodola theory and main design correlations.
  • Rotor design. Channel, number of blades, losses.
  • Notes on centrifugal fans.
• Anomalous behavior of compressors.
  • Stall, surge: generalities.
  • Elementary theories of stall and surge. Instability of compressors.
• Analysis of machine-system coupling.
  • External characteristic curve. March with the machine.
  • Machines and systems for compressible and incompressible fluids.
  • Complex circuits.
  • Cavitation for compressible fluid machines.
  • Flow control: throttling, by-passing, velocity variation. Flow control in compressible machines.

Obiettivo del Corso

Conoscenza di base dei processi termofluidodinamici dei flussi comprimibili e incomprimibili con applicazioni sia allo studio dei flussi intubati sia all’interazione flusso-palettatura nelle giranti operatrici radiali per fluidi incomprimibili. Capacita di progettare l’insieme circuito-pompa degli impianti di sollevamento.

Testi di Riferimento

• Osnaghi, Teoria delle Turbomacchine, Esculapio
• Karassi et al., Pump Handbook, Mcgraw Hill.

Si rimanda ai seguenti testi per approfondimenti:

• D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics, Oxford University Press
• D. Pnueli, C. Gutfinger, Ffluid Mechanics, Cambridge University Press
• O. Acton, Turbomacchine, UTET
• C. Pfleiderer, H. Petermann, Turbomacchine, Liguori

Informazioni generali

• Anno di corso: 2°
• Semestre: 2°
• CFU: 6

Docenti Responsabili

• Stefano CORDINER
• Vincenzo MULONE

Programma del Corso

• Fonti energetiche rinnovabili: quadro generale; contesto globale, europeo e nazionale; bilanci energetici ed obiettivi generali di sviluppo
• Energia solare: disponibilità della fonte, potenza radiativa solare. Processi di conversione dell’energia solare: principi di funzionamento di componenti per la conversione fotovoltaica e solare termodinamica. Curve caratteristiche di carico e potenza. Fondamenti di progettazione di impianti fotovoltaici. Componenti e sistemi per lo sfruttamento dell’energia solare termica. Sistemi fotovoltaici a concentrazione: usi termici dell’energia solare.
• Energia eolica: disponibilità della fonte, distribuzioni statistiche di velocità del vento, producibilità potenziale. Principi di funzionamento di aeromotori eolici, teoria di Betz, aerodinamica delle pale, curve di carico, controllo degli aeromotori, curve di potenza. Fondamenti di progettazione di impianti eolici.
• Energia dalle biomasse: disponibilità della fonte, processi di conversione termochimica: gassificazione e combustione. Principi di funzionamento di impianti per la conversione dell’energia a partire da biomasse basati su turbine a vapore, a gas e motori a combustione interna.
• Energia geotermica ad alta e bassa entalpia: Principi di funzionamento di impianti per la conversione dell’energia geotermica, cicli ORC, recuperi termici a bassa temperatura
• Energia idroelettrica: disponibilità della fonte, macchine idrauliche ed impianti idraulici, scambio di energia tra fluido e girante in funzione delle specifiche di progetto; mini e micro idroelettrico; energia idroelettrica da onde e maree.
• Fondamenti di calcolo economico per studi di fattibilità di impianti per la conversione di energia da fonti rinnovabili.

Obiettivi del Corso

SCEFR will provide the students with both theory and application fundamentals of Energy Conversion from Renewable Sources with emphasis on the deployment of local resources and to the Distributed Generation scheme. Students will learn the basic principles of energy conversion from Renewables as well as fundamental theory, practice and analysis tools for the design of highly efficient power generation systems characterized by low environmental impact. To achieve the outcome, students should be able to attain the following goals: – Translate a set of energy and power requirements into design solutions in terms of power generation from renewables. – Choose a proper design solution with respect to available supply resources and given environmental and local restraints. – Develop and verify the layout of the power generation system. Students will furthermore be required to show a comprehensive knowledge of the different power generation solutions as well as of techno-economical evaluation basics by the end of the semester. Practical applications will also be discussed and specific design activities on a selected test case will be part of the course.

Testi di Riferimento

Dispense fornite dai docenti.

Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 2°
• CFU: 9

Docente responsabile

Marco GAMBINI

Obiettivi del corso

Il corso si propone di fornire le metodologie di analisi ed i criteri di scelta e dimensionamento dei sistemi di trasformazione (macchine a fluido) e di conversione termomeccanica (cicli termodinamici) dell’energia. Vengono pertanto dapprima forniti gli elementi di base della termofluidodinamica delle macchine ed i principi di funzionamento, i campi di applicazione ed i criteri di scelta delle macchine motrici ed operatrici. Vengono successivamente analizzati i cicli di conversione dell’energia, basati sull’interconnessione di macchine motrici, operatrici ed apparecchiature di scambio termico, fornendo per ciascuno di essi i criteri di valutazione delle prestazioni e di scelta dei parametri di funzionamento.

Prerequistiti

Corso di Fisica Generale I, Corso di Fisica Tecnica Industriale I.

Programma

Termofluidodinamica delle macchine. Il principio della conservazione e dell’equivalenza: il 1° Principio della Termodinamica. Il Principio dell’Evoluzione e le irreversibilità: il 2° Principio della Termodinamica. L’equazione dell’energia in termini termodinamici e meccanici. Proprietà dei fluidi tecnici. Le trasformazioni dei fluidi tecnici: lavoro scambiato, rendimento e potenza nelle fasi di compressione ed espansione. Elementi di fluidodinamica applicata allo studio delle macchine: efflusso di fluidi comprimibili e incomprimibili nei condotti, le equazioni cardinali dell’efflusso, espressione termo-fluidodinamica dell’equazione dell’energia, scambio di lavoro fluido-macchina.

Le macchine a fluido. Generalità e classificazione delle macchine a fluido. Principi di funzionamento delle macchine dinamiche. Le macchine dinamiche: macchine motrici (a fluido comprimibile) ed operatrici (pompe). Principi di funzionamento delle macchine volumetriche. Le macchine volumetriche operatrici: pompe e compressori alternativi.

Metodologie di analisi degli impianti di conversione dell’energia. Analisi di primo e secondo principio. Analisi entropica. Sviluppo della metodologia di analisi basata sui “fattori termodinamici”: fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti.

Cicli a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento limite e reale. Scelta dei parametri operativi del ciclo: le condizioni al condensatore e al generatore di vapore. Modifiche al ciclo base: il risurriscaldamento del vapore, la rigenerazione termica tramite spillamenti di vapore. Tipologie di rigeneratori, il degassatore. Schema impiantistico di un ciclo a vapore rigenerato e dotato di risurriscaldamento del vapore.

Cicli a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento ideale, limite e reale semplificato. Scelta dei parametri operativi del ciclo: rapporto di compressione e temperatura massima. Eventuali modifiche al ciclo base: rigenerazione, frazionamento della compressione e/o della espansione.

Cicli combinati gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas e sezione a vapore.

Testi Consigliati

M. Gambini, M. Vellini – Appunti per le lezioni di Macchine

M. Gambini – Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia

Modalità di esame.

L’esame di Macchine si articola in una prova scritta e in una prova orale.  Per accedere alla prova orale è necessario aver superato la prova scritta. In ogni sessione di esame sono previsti due appelli. Lo studente può sostenere l’esame in entrambi gli appelli. La prova scritta positiva viene mantenuta valida esclusivamente nella sessione di esame in cui è stata sostenuta.