Gestione delle macchine e dei sistemi energetici

Finalità

Programma

Definizione di macchina, impianto, sistema energetico.
Classificazione delle macchine.
Fonti energetiche, tradizionali e non, disponibilità.
Criteri economici e vincoli sulla quantificazione economica dell'impatto ambientale.
Equazioni fondamentali: continuità, energia e quantità di moto.
Accoppiamento macchina-circuito: la prevalenza nelle macchine operatrici.
Equazione di Eulero per i rotori delle turbomacchine.
Architettura delle turbomacchine, cenni di teoria alare.
Richiami di termodinamica dei gas e dei vapori.
Trasformazioni di compressione e di espansione, recupero, controrecupero, rendimenti di compressione e di espansione.
Sfruttamento dell'energia idraulica: catena dei rendimenti.
Impianti idraulici a bacino e ad acqua fluente. Sfruttamento dell'energia eolica.
Efflusso dei gas: equazione di De St Venant.
Equazione di Hugoniot, numero di Mach, ugelli e diffusori ideali e reali.
Turbine idrauliche: descrizione, regolazione, andamento del rendimento, numero caratteristico, cavitazione.
Sfruttamento dell'energia dei combustibili: reazioni di combustione.
Tipi e proprietà dei combustibili.
Generalità sugli impianti termici: cicli e pseudocicli, 2° principio, cascame termico. Catena dei rendimenti.
Pompe centrifughe e assiali: caratteristica euleriana, caratteristiche reali, numero caratteristico, cavitazione, adescamento
Impianti motori a vapore: circuito elementare, effetto del condensatore e della sua pressione.
Effetto della pressione in caldaia, umidità in turbina e risurriscaldamento
Rigenerazione negli impianti a vapore.
Sfruttamento dell'energia nucleare, principi, reattori. Impianti nucleari di potenza.
Generatori di vapore: classificazioni, tipi. Caldaia Cornovaglia e caldaia ad irraggiamento. Rendimento, corrosione ad alta e bassa temperatura, esigenze di qualità dell'acqua di alimento.
Condensatori: descrizione e calcolo della portata d'acqua di raffreddamento. Torri di raffreddamento.
Impianti turbogas: ciclo di Joule semplice, lavoro unitario e rendimento in funzione di rapporto compressione e rapporto temperature
Problemi delle alte temperature, materiali e raffreddamento delle pale.
Cicli turbogas con rigenerazione, interrefrigerazione, ecc.
Cicli combinati gas-vapore.
Impianti combinati con ricombustione, pressioni multiple, cicli STIG.
Turbine a vapore: descrizione degli stadi ad azione e a reazione, condizioni di massimo rendimento.
Limiti al salto entalpico di stadio, stadio Curtis.
Pressione critica e limiti alla portata in flusso sonico.
Caratteristica interna e meccanica di turbina.
Criteri tecnico-economici per la scelta dell'impianto convenzionale.
Impianti termo e idroelettrici in rete: criteri di gestione, impianti di accumulazione.
Compressori alternativi, compressori volumetrici rotativi: descrizione, rendimento, limiti operativi.
Turbocompressori centrifughi e assiali: descrizione, curve caratteristiche, pompaggio.
Generalità sulla cogenerazione. Criteri tecnici ed economici. Schemi cogenerativi con impianti a vapore, a gas e combinati.
Motori a combustione interna: classificazione e principi di funzionamento. Espressioni della potenza, raffreddamento, bilancio termico. Andamento della combustione, limiti funzionali e di taglia. Prestazioni, emissioni allo scarico.
Sovralimentazione. Curve caratteristiche.
Sfruttamento del calore a bassa temperatura, cogenerazione con motori a combustione interna.
Diagrammi di funzionamento di impianti cogenerativi.
Cogenerazione: criteri di scelta dell'impianto, criteri di gestione dell'impianto.
Applicazione di MCI alla trazione stradale
Effetto del traffico su economia ed emissioni dei veicoli stradali.
Sistemi di trazione elettrici e ibridi, recupero di energia in frenata.
Microproduzione idroelettrica.
Principi di meccanica del volo e di propulsione a reazione.
Turbine a gas aeronautiche
Economia dei trasporti aerei.

Attività d'esercitazione

Modalità d'esame

Propedeuticità

Testi consigliati

Testi d'approfondimento

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