corsi di “macchine e sistemi energetici” e...
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Corsi di “Macchine e
Sistemi Energetici” e di
“Termodinamica e
Macchine”
Facoltà di Ingegneria e
Architettura
Daniele CoccoDipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei
Materiali, Università degli Studi di Cagliari
Mail: daniele.cocco@unica.it
Web: http://people.unica.it/danielecocco/
A.A. 2017-2018
Cosa è l’Energia?
L’energia può essere definita come la capacità
di produrre cambiamenti, ovvero di produrre
trasformazioni.
Pertanto, l’energia entra in gioco ovunque vi sia
del movimento, del calore scambiato o una
reazione chimica. L’energia è alla base di
qualunque nostra attività e la utilizziamo per
alimentarci, riscaldarci, spostarci, produrre beni
e servizi, etc.
La Conversione dell’Energia
Fonti Primarie Fonti Secondarie
Sole
(radiante)
Vento
(cinetica)
Acqua
(potenziale)
Combustibili
(chimica)
Uranio
(nucleare)
Energia
meccanica
Energia
termica
Energia
elettrica
Generatore
Fotovoltaico
Fuel
cell
Turbina
eolica
Combustore
Reattore nucleare
Pannello
solare
Turbina
idraulica
Ciclo
termodinamico
Energia Meccanica
H0
Sezione di presa (obacino di monte)
Sezione di scarico(o bacino di valle)Centrale
Condottaforzata
Canale a pelolibero
Vasca dicarico
Pozzopiezometrico
1
2A S
Gli argomenti del corso
I. Termodinamica Applicata
(30 ore, 3 Crediti)
II. Macchine a Fluido
(30 ore, 3 Crediti)
III. Sistemi Energetici
(30 ore, 3 Crediti)
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I. Termodinamica Applicata
Argomenti del corso Ore
PARTE I – Termodinamica Applicata 30 (3 CF)
Primo Principio della Termodinamica. Sistema termodinamico e proprietà. Le diverse forme di energia. Primo principio per sistemi chiusi. Energia interna ed entalpia. Calori
specifici. Conservazione della massa. Primo principio per sistemi aperti.
10
Sostanze pure e miscele di gas. Piani TS e HS e loro proprietà. Diagrammi di fase PT, PV e
PVT. Equazione di Clapeyron. Titolo del vapore, proprietà termodinamiche in equilibrio
bifase liquido-vapore. L’acqua, diagramma TS e HS (di Mollier) e tabelle termodinamiche
dell’acqua. Composizione massica, molare volumetrica delle miscele di gas. Leggi di Dalton
e di Amagat. Proprietà volumetriche e termodinamiche delle miscele di gas ideali.
8
Cicli e secondo principio della Termodinamica. Cicli termodinamici. Definizione di
rendimento, Ciclo di Carnot, Otto, Rankine, Stirling, Brayton. Teorema di Carnot e
definizione della temperatura assoluta. Secondo principio della termodinamica.
Reversibilità e irreversibilità. Formulazioni di Kelvin e di Clausius. Diseguaglianza di Clausius e definizione dell’entropia.
8
Fondamenti di Trasmissione del calore. Conduzione, legge di Fourier, conducibilità
termica. Convezione, legge di Newton, convezione naturale e forzata. Coefficiente di convezione, resistenza termica coefficiente globale di trasmissione del calore. Irraggiamento,
legge di Stefan-Boltzman.
4
I. Termodinamica Applicata
È possibile sapere quanti kg di gas
(azoto, ossigeno, metano, etc.) sono
contenuti in un serbatoio misurandone
solo pressione e temperatura?
I. Termodinamica Applicata
Quanto gasolio consuma una caldaia
che produce 100 litri/giorno di acqua
calda sanitaria a 50 °C?
I. Termodinamica Applicata
Quale spessore di isolante occorre
prevedere per evitare che la
temperatura di un fluido che scorre in
una tubazione diminuisca meno di 1°C?
II. Macchine a Fluido
PARTE II – Macchine a Fluido 30 (3 CF)
Prestazioni delle macchine a fluido. Classificazione delle macchine a fluido. Le
trasformazioni di compressione e di espansione: lavori e rendimenti. Problemi di progetto e
di verifica.
8
Principi di funzionamento delle macchine a fluido. Il concetto di stadio di una
turbomacchina: lo statore ed il rotore. L’equazione di Eulero ed i triangoli di velocità. Ugelli
e diffusori: grandezze di ristagno, forma dei condotti e rendimenti. Il flusso nei condotti rotorici: grado di reazione, forma delle palettature e rendimenti.
8
Macchine motrici. Classificazione e prestazioni. Turbine ad azione e turbine a reazione.
Caratteristiche costruttive delle turbine a vapore e delle turbine a gas. Cenni alle turbine idrauliche ed alle turbine eoliche.
6
Macchine operatrici. Macchine dinamiche: pompe, compressori e ventilatori. Prestazioni e
principali caratteristiche costruttive. Problemi di scelta della macchina operatrice in relazione al circuito. Macchine operatrici in serie e in parallelo. Avviamento e cavitazione
delle pompe. Cenni alle macchine operatrici volumetriche alternative e rotative.
8
II. Macchine a Fluido
Quale pompa si deve scegliere per far
circolare una portata di 20 l/minuto di
acqua in un impianto solare?
II. Macchine a Fluido
Posso utilizzare una pompa installata a
livello del suolo per prelevare acqua da
un pozzo profondo 20 metri?
III. Sistemi Energetici
PARTE III – Sistemi Energetici 30 (3 CF)
Gli impianti motori termici. Rendimento globale e consumo specifico di un impianto
motore termico. Fattore di utilizzazione e costo di produzione dell’energia elettrica. Cenni
agli impianti idroelettrici.
4
Impianti a vapore. Ciclo di riferimento, bilancio energetico e rendimento. Influenza dei
parametri operativi sulle prestazioni di un ciclo a vapore. Surriscaldamenti ripetuti e
rigenerazione termica. Schemi di impianto. I principali componenti di impianto: generatore di vapore, condensatore, pompe, degasatore e rigeneratori. Cenni alle emissioni inquinanti.
10
Turbine a gas. Ciclo di riferimento, bilancio energetico e rendimento. Condizioni di
massimo lavoro utile e di massimo rendimento. Turbine a gas rigenerate, con compressione interrefrigerata e con ricombustione. Tecnologie correnti delle microturbine a gas e delle
turbine a gas per uso industriale. Cenni alle emissioni inquinanti.
10
Impianti combinati. Gli impianti a ciclo combinato gas/vapore: schema d’impianto e prestazioni. Il bilancio energetico al generatore di vapore a recupero.
4
Impianti di cogenerazione. La produzione combinata di energia elettrica e termica.
Configurazioni impiantistiche e prestazioni (rendimenti e risparmio di energia primaria). 2
III. Sistemi Energetici
Come si valuta il costo di produzione
dell’energia di una centrale
termoelettrica (per poi confrontarlo con
il costo dell’energia in bolletta!)?
III. Sistemi Energetici
Quanto combustibile si può risparmiare
installando in azienda un impianto di
cogenerazione?
Libri di testo consigliati
Yunus A. Cengel,
“Termodinamica e
Trasmissione del Calore”,
McGraw-Hill Libri Italia
Vincenzo Dossena e Al.,
“Macchine a Fluido”,
CittàStudi Edizioni
Per approfondimenti
Renato Della Volpe,
“Esercizi di Macchine”,
Liguori Editore
Carlo Carcasci e Bruno
Facchini, “Esercitazioni di
Sistemi Energetici”, Società
Editrice Esculapio
Giorgio Cornetti,
“Macchine idrauliche” e
“Macchine termiche”,
Edizioni il Capitello
Materiale didattico e informazioni:
http://people.unica.it/danielecocco
Ricevimento studenti: Tutti i giorni, previo appuntamento
(meglio via mail)
Modalità d’esame: una prova scritta e una prova orale.
Sono previste 3 prove (2 per i corsi da 6 CFU) di
valutazione intermedia:
27 Ottobre - Termodinamica Applicata
6 Dicembre - Macchine a Fluido
8 Gennaio 2018 - Sistemi Energetici
Il superamento delle prove intermedie esonera dalla
prova scritta (fino a tutto Febbraio 2018).
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