Risposte ai quesiti esami di stato

PROVA ORALE

CRITERIO DI VALUTAZIONE: Si valuterà la cultura generale del candidato nel campo dell'ingegneria e la sua competenza specifica nell'ambito prescelto.

Esempi di domande:

Per tutti: Percorso accademico e professionale.

Ing. ENERGETICA-NUCLEARE:

• Fluidi organici per applicazioni energetiche - Reattori CANDU - Plasma medicali
• Energetica residenziale HVAC - Sistemi di condensazione per gruppi a vapore. Reattori nucleari fluido refrigerante.
• Meccanismi formazione Nox, processi decadimento radioattivo, spettro Uranio.
• Deposizione di materiali mediante plasma, Plasma caldi e freddi, Gruppi a vapore a rigenerazione.
• Impatto ambientale degli impianti frigoriferi, Moderatori dei reattori nucleari.
• Domotica ed energetica, Sistemi a fissione e fusione, Sistemi per l'abbattimento del particolato.

Ing. AEROSPAZIALE:

• Tipologia di configurazione alare dei veicoli ad ala fissa, ali a freccia positiva vs freccia negativa.

potenza basati sul ciclo a vapore d'acqua. Esistono diverse tipologie di caldaie, tra cui la caldaia ad irraggiamento e la caldaia a recupero. La caldaia ad irraggiamento è caratterizzata da uno schema impianto specifico, che prevede la presenza di scambiatori di calore posizionati in modo tale da permettere un'efficace trasmissione di calore. Questa disposizione degli scambiatori è fondamentale per garantire un'ottimale distribuzione del calore all'interno della caldaia. La distribuzione dei fasci tubieri all'interno della caldaia ad irraggiamento è un altro aspetto importante. I fasci tubieri sono disposti in modo da massimizzare la superficie di scambio termico e garantire un'efficace trasmissione del calore all'acqua. La tipologia di circolazione dell'acqua all'interno della caldaia ad irraggiamento può variare a seconda delle esigenze del sistema energetico. È possibile avere una circolazione naturale, in cui l'acqua si muove grazie alla differenza di densità causata dal riscaldamento, oppure una circolazione forzata, in cui l'acqua viene pompata attraverso il sistema. La caldaia a recupero, invece, è progettata per sfruttare il calore residuo proveniente da altri processi industriali. Questo tipo di caldaia è in grado di recuperare il calore in eccesso e utilizzarlo per generare energia termica. Lo schema impianto, la posizione degli scambiatori e la distribuzione dei fasci tubieri possono variare a seconda delle specifiche esigenze del sistema di recupero. In conclusione, le caldaie per i sistemi energetici di potenza basati sul ciclo a vapore d'acqua presentano caratteristiche funzionali specifiche, che dipendono dalla tipologia di caldaia utilizzata e dalle esigenze del sistema energetico. La corretta progettazione e disposizione degli elementi all'interno della caldaia sono fondamentali per garantire un'efficace trasmissione di calore e un'ottimale produzione di energia termica.

Le caldaie a recupero di potenza basate sul ciclo a vapore si dividono principalmente in 2 categorie: le caldaie a recupero di calore e le caldaie a irraggiamento.

Si analizzi per prima la caldaia ad irraggiamento, il suo schema è il seguente. Una caldaia ad irraggiamento in genere è un edificio molto grande, alto circa 20 m. Come si può vedere dal semplice schema riportato, la zona nella quale avviene la combustione è circondata dai fasci tubieri del vaporizzatore. In essi il fluido, che proviene dal corpo cilindrico, passa dalla condizione di liquido saturo a quella di miscela liquido-vapore con un titolo che non deve superare un certo valore (x = 0,2 – 0,3), al fine di garantire il miglior scambio termico possibile. Se infatti rappresentiamo l'andamento del coefficiente di scambio termico della miscela acqua-vapore in funzione del titolo, notiamo il seguente andamento. I fasci tubieri del vaporizzatore sono posti nella zona più calda della caldaia e si vuole evitare di bruciare basso.

È necessario che il fluido che scorre al loro interno abbia il maggior coefficiente di scambio termico possibile, dato che, come noto, la temperatura alla quale si porterà la superficie dei tubi è pari alla media delle temperature lato freddo e lato caldo pesata sui coefficienti di scambio termico, quindi per avvicinare la temperatura di pelle a quella dell'acqua e non a quella dei fumi è necessario che l'acqua abbia un elevato coefficiente di scambio termico. Proseguendo lungo il percorso dei fumi si incontra il primo scambiatore di calore, il SH 1. Questo scambiatore è molto particolare, infatti è l'unico scambiatore presente in caldaia ad essere in equicorrente. È ben noto che uno scambiatore in equicorrente scambia meno calore rispetto ad uno in controcorrente. Questa scelta è stata fatta a causa della posizione dello scambiatore che si trova in prossimità della zona di combustione e quindi è soggetto a fumi molto caldi. Per proteggere questo

scambiatore dall'irraggiamento termico dovuto alla fiamma e realizzato il cosiddetto naso di caldaia e per evitaredi bruciare il generatore stesso lo si è reso in equicorrente in maniera tale da scambiare calore ma non troppo (Al suointerno c'è un fluido monofase chi riduce il coefficiente di scambio termico). a seguire, sempre lungo il percorso deifumi, si incontrano gli scambiatori relativi ai risurriscaldatori e nuovamente il surriscaldatore ed infine l'economizzatoreche riscalda l'acqua fino a portarla in condizione prossime alla saturazione. in genere, poiché i classici impianti a vaporeprevedono l'adozione di spilla menti per preriscaldare l'acqua in ingresso all'economizzatore, dopo l'economizzatore eposto uno scambiatore rotante di massa di accumulo, detto Ljungstrom, che sfrutta il calore ancora presenti nei fumiper preriscaldare l'aria in ingresso alla caldaia.La seconda tipologia di caldaia utilizzata nei

sistemi energetici di potenza che si basano Sul ciclo a vapor d'acqua e la caldaia a recupero, chiamata anche Heat Recovery Steam Generator, presente in genere negli impianti a ciclo combinato. Questa caldaia è particolare, poiché in genere, al suo interno non vede la presenza di reazioni di combustione, ma è attraversata dai fumi ancora molto caldi provenienti da un altro sistema, tipicamente, nel caso di impianti a ciclo combinato, il turbogas. Lo schema di questa caldaia era presentato di seguito. Come si vede, nonostante l'architettura di questa caldaia sia diversa da quella di una caldaia ad irraggiamento, si ritrovano sempre gli stessi scambiatori: RH, SH, VAP, ECO. Una grande differenza presente tra una caldaia ad irraggiamento ed una a recupero è rappresentata dal posizionamento dei fasci tubieri del vaporizzatore. In una caldaia ad irraggiamento infatti, questi tappezzano tutta la superficie della caldaia mentre in una caldaia a recupero sono posti in.utilizzando pompe per spingere l'acqua attraverso i fasci vaporizzatori. Questo permette di aumentare la velocità di circolazione e quindi la superficie di scambio termico. Nelle caldaie a tubi d'acqua, l'acqua circola all'interno dei tubi che sono immersi nel combustibile. Questo tipo di caldaia è particolarmente adatto per la produzione di vapore ad alta pressione e temperatura. Nelle caldaie a tubi di fumo, i gas di combustione circolano all'interno dei tubi e l'acqua è esterna ad essi. Questo tipo di caldaia è utilizzato principalmente per la produzione di acqua calda o vapore a bassa pressione. Entrambe le tipologie di caldaia sono progettate in modo da massimizzare la superficie di scambio termico. Il corpo cilindrico presente in entrambe le caldaie svolge diverse funzioni, tra cui quella di separare la fase liquida da quella vapore e di fungere da polmone che compensa le variazioni di carico. La circolazione all'interno dei fasci vaporizzatori può essere naturale o forzata. Nella circolazione naturale, si sfrutta la differenza di densità dell'acqua in ingresso nel fascio vaporizzatore e la densità della miscela in uscita da esso come motore di circolazione. Tuttavia, questa differenza di densità è minore rispetto alla pressione presente nel corpo cilindrico. Pertanto, nelle grandi centrali a vapore, dove le prestazioni sono maggiori e la pressione massima del ciclo è più elevata, si utilizza la circolazione forzata, che prevede l'uso di pompe per spingere l'acqua attraverso i fasci vaporizzatori.che prevede l'utilizzo di una pompa di circolazione. Questa pompa deve essere posta sotto battente per non lavorare con un liquido saturo ed andare quindi incontro al problema della cavitazione. Oltre a queste due varianti che riguardano i fasci vaporizzatori, esiste una terza configurazione nella quale non è presente il corpo separatore. Questo determina una riduzione dei costi, infatti il corpo separatore, essendo un recipiente impressione, è dotato di notevoli spessori e quindi costa parecchio, e la caldaia si presenta come un unico scambiatore di calore nel quale avviene il cambiamento di fase. Questa configurazione, detta One-Through, in genere non si utilizza più in quanto, avendo eliminato il corpo separatore, c'è una bassa inerzia e si regola male poiché non si riesce a localizzare precisamente dove avvenga il cambiamento di fase. 1 SESSIONE 2011, 1 PROVA SCRITTA Il candidato discuta il ruolo dell'ingegnere energetico nelelettrica che di combustibili fossili. Una delle soluzioni possibili è puntare sull'uso delle fonti rinnovabili, come ad esempio l'energia solare, eolica, idroelettrica e geotermica. Queste fonti sono inesauribili e non producono emissioni nocive per l'ambiente. Inoltre, è importante investire nella ricerca e nello sviluppo di sistemi di accumulo dell'energia, in modo da poterla utilizzare quando necessario, anche durante i periodi di bassa produzione delle fonti rinnovabili. Un altro obiettivo da perseguire è l'efficientamento energetico, cioè l'adozione di tecnologie e pratiche che consentano di utilizzare l'energia in modo più razionale ed efficiente. Questo può comportare il risparmio di energia e la riduzione dei costi. Tutte queste azioni sono necessarie per raggiungere gli obiettivi dell'Unione Europea, noti come obiettivi 20/20/20. Questi obiettivi prevedono una riduzione del 20% delle emissioni di gas serra, un aumento del 20% dell'efficienza energetica e una quota del 20% di energia prodotta da fonti rinnovabili entro il 2020. In conclusione, è fondamentale per il nostro paese ridurre la dipendenza dalle importazioni di energia, puntando sull'uso delle fonti rinnovabili, sull'efficientamento energetico e sulla ricerca di nuove soluzioni per l'accumulo dell'energia. Solo così potremo rendere il nostro paese più forte e meno vulnerabile alle fluttuazioni dei prezzi dell'energia sul mercato internazionale.elettrico che quello dei combustibili. Da ciò si capisce come il tema della gestione dell'energia del nostro paese non sia marginale per la crescita dello stesso. Inoltre, si deve anche considerare che l'Italia, membro dell'Unione Europea, ha aderito al programma 20/20/20 che ha come obiettivi da soddisfare entro il 2020 quello di ridurre i consumi (cioè efficientare il sistema energetico nazionale) del 20%, ridurre le emissioni di CO2 in atmosfera del 20% rispetto ai valori del 1990, al 20% la produzione di energia da fonte rinnovabile. In questo contesto, brevemente descritto, emerge la necessità di avere una nuova figura professionale: l'ingegnere energetico. Infatti, a tale scopo sia di soddisfare gli obiettivi del programma 20 20 20, sia di ridurre la dipendenza energetica del nostro paese, è necessario una figura professionale che si dedichi completamente al tema dell'energia, un tema che è trasversale ed investe sia il mondo elettrico che quello dei combustibili.

Il ruolo che un ingegnere energetico può assumere nel contesto energetico è fondamentale, sia nell'industria che nel settore residenziale. Può intervenire sui grandi centri di produzione dell'energia elettrica da combustibili fossili, studiando e progettando nuove tipologie di impianti che presentino efficienza sempre più elevate, sostituendo così le vecchie centrali e rinnovando ed efficientando il parco elettrico nazionale.

Inoltre, l'ingegnere energetico svolge un ruolo importante anche nelle grandi aziende energetiche, come gli impianti siderurgici, chimici e altri settori, individuando le inefficienze presenti e proponendo interventi migliorativi. Questi interventi non solo riducono la richiesta di energia e l'impatto ambientale, ma garantiscono anche un significativo ritorno economico. È importante sottolineare che il campo di azione di un ingegnere energetico non è limitato solo all'industria, ma comprende anche il settore residenziale.

è già usato, ambito industriale ma anche a quello civile e residenziale. Il parco immobiliare italiano infatti è antiquato e assorbe tantissima energia.