Appunti degli studenti per corsi ed esami del Prof. Chiesa Paolo

Appunti che contengono i seguenti argomenti trattati durante il corso: - Lo scenario energetico nazionale e internazionale: Fonti e consumi di energia. Classificazione, evoluzione e prestazioni delle principali tecnologie di conversione dell’energia. Scenari e prospettive per il XXI secolo. - Processi di combustione e impatto ambientale; Caratteristiche fisico-chimiche degli idrocarburi. Bilanci atomici, di massa e di energia delle reazioni di combustione. Richiami di termochimica: specie elementari, entalpia di formazione, calore di reazione. Cenni di cinetica chimica. Fiamme pre-miscelate e di diffusione. Meccanismi di formazione delle principali sostanze inquinanti da combustione. Combustione di idrocarburi e strategie di controllo per limitare la formazione di inquinanti. Sistemi di trattamento per l'abbattimento degli inquinanti. Misura delle emissioni. Esternalità e normative sulle emissioni inquinanti. Effetto serra. - Analisi di secondo principio. Produzione entropica. Definizione di exergia e lavoro reversibile. Rendimento di secondo principio. L'analisi di secondo principio dei sistemi energetici: principali processi irreversibili nelle macchine fluidodinamiche, negli scambiatori di calore e nelle reazioni chimiche. Applicazione ai cicli di potenza. - Cicli a vapore. Caratteristiche termodinamiche e tecnologiche dei cicli Rankine. Rigenerazione e ri-surriscaldamento. Criteri per l’ottimizzazione dei parametri operativi. Generatori di vapore: tipologie e aspetti costruttivi, problematiche di scambio termico, caratteristiche della combustione, perdite e rendimento. Processi e tecnologie per il contenimento dell’impatto ambientale. Fondamenti della regolazione. - Cicli a gas e cicli combinati. Termodinamica del ciclo Brayton ideale e reale. Raffreddamento delle palettature. Influenza sulle prestazioni dei principali parametri progettuali. Applicazioni industriali ed aeronautiche. Varianti del ciclo a gas semplice. Cicli combinati gas-vapore: configurazioni di impianto, assetto della caldaia a recupero, scelta della pressione di evaporazione, indici di prestazione. Cenni sulla regolazione di turbine a gas e cicli combinati. Tecniche per il contenimento dell’impatto ambientale. - Fondamenti di valutazione economica di sistemi energetici. Stima del costo di generazione dell'energia elettrica. Struttura del mercato elettrico. Programmazione e gestione della rete elettrica. Implicazioni dei vincoli ambientali. - Scambiatori di calore. Tipologie di scambiatori. Criteri di scelta. Fondamenti del comportamento fuori progetto. Tecnologie, problematiche e dimensionamento dei sistemi per la cessione di calore in cicli a vapore e combinati: sistemi ad acqua fluente, a secco, con torri evaporative. - Cogenerazione di elettricità e calore. Fondamenti termodinamici, benefici energetici e ambientali. Applicazioni industriali e civili con turbine a vapore, turbine a gas, cicli combinati e motori alternativi. Parametri di merito della cogenerazione. Regolazione di impianti cogenerativi: sistemi a uno e due gradi di libertà. Problematiche economiche: scelta del punto di funzionamento ottimo di un sistema cogenerativo. Massimo profitto istantaneo, bilanci economici annuali, indicatori di merito economico. - Cicli frigoriferi e pompe di calore. Cicli termodinamici inversi. Fluidi di lavoro e loro impatto ambientale. Componenti d'impianto e indici di prestazioni per impianti frigorigeni e pompe di calore. Progetto e regolazione di impianti a compressione. Macchine ad assorbimento.