N13314 Servizi Energetici per l'industria

Il corso si compone di due parti: la prima, sui fondamenti della termodinamica applicata, è propedeutica alla seconda, sulle tecnologie e i sistemi energetici per l'industria.

La prima parte porta lo studente alla conoscenza dei fondamenti della termodinamica necessari allo studio e all'analisi delle tecnologie e dei sistemi energetici, apprendendo in particolare l'uso delle equazioni di bilancio per la massa, l'energia e l'entropia per sistemi chiusi e sistemi aperti al flusso di massa e comprendendo la differenza tra energia ed energia disponibile. Lo studente apprende, infine, l'uso di relazioni costitutive per descrivere il comportamento di sostanze pure e sistemi a più costituenti (aria umida).

A conclusione della parte applicativa del corso, si vuole portare lo studente ad una conoscenza sufficiente delle tecnologie utilizzate per il soddisfacimento del fabbisogno energertico di un'industria (centrali termiche e frigorifere, alimentazione elettrica da rete e distribuzione nello stabilimento, cogenerazione, approvvigionamento dei combustibili) e renderlo  in grado di stimare su base annua i quantitativi di energia necessari per una determinata finalità, calcolarne il valore economico e risolvere valutazioni di ottimizzazione, con la scelta della souzione energetica che consente il minimo costo (o massimo risparmio) fra le alternative disponibili.
 

Fondamenti di termodinamica
Definizioni: sistema, proprietà, stato di un sistema, cambiamento di stato, interazione fra sistemi, processo, processo meccanico, processo reversibile, processo stazionario.
Prima e seconda legge della termodinamica: energia, energia disponibile, entropia.
Interazioni fra sistemi: lavoro e calore. Equazioni di bilancio energia ed entropia per sistemi chiusi.
Stati di equilibrio stabile: relazione fondamentale fra energia, entropia, volume e quantità di costituenti; temperatura, pressione, potenziali totali dei costituenti.
Sistemi semplici: stati omogenei ed eterogenei, fasi, regola delle fasi.
Sostanze pure: stati bifase, diagrammi u-s-v, T-s, h-s, p-v, T-p.
Comportamenti ideali: liquido e solido incomprimibile ideale, gas ideale e perfetto; equazioni di stato.
Sistemi multicomponenti: miscele di gas ideali, proprietà dell'aria umida.

Termodinamica applicata
Macchine termiche a ciclo diretto ed indiretto: motore termico, frigorifero, pompa di calore. Rendimento termico, COP, efficienza termodinamica.
Sistemi aperti: interazione di tipo flusso di massa; scambi di energia ed entropia in un interazione di tipo flusso di massa, lavoro di pulsione. Equazioni di bilancio per sistemi aperti: massa, energia, entropia.
Componenti delle macchine termiche e sistemi energetici: pompe, compressori, turbine, scambiatori, ebollitori, condensatori.
Analisi dei cicli termodinamici (motori: Rankine, Brayton, Otto e Diesel; operatori: ciclo frigorifero).
Concetti fondamentali di idraulica: leggi della statica, cinematica e dinamica dei fluidi.

Analisi energetica
Quadro normativo che regola le materie energia e ambiente.
Nozioni di base: regolazione, dimensionamento dei sistemi, teoria affidabilistica, analisi dei fabbisogni energetici di uno stabilimento industriale.
Tecnologie per l'approvvigionamento o la produzione di energia: centrali termiche e frigorifere, approvvigionamento e distribuzione dell'energia elettrica, cogenerazione, approvvigionamento dei combustibili.
Calcolo di grandezze energertiche ed economiche utili per la contabilità industriale  e per la soluzione di problemi di ottimizzazione: costi annui di esercizio per produrre energia, analisi di fattibilità di interventi di risparmio energetico col metodo del DCF, individuazione di criteri guida per l'ottimizzazione dei costi in fase gestionale.

 

Lezioni frontali, affiancate da esercitazioni che hanno l'obiettivo di sviluppare la capacità di impostare correttamente e risolvere semplici problemi applicativi di interesse ingegneristico. In particolare, nella seconda parte del corso vengono presentati con continuità esempi e casi reali, con la finalità di rendere lo studente sin d'ora conscio delle situazioni nelle quali si troverà a lavorare e dovrà utilizzare le nozioni in fase di apprendimento.

 

Prova scritta con domande in forma aperta ed esercizi numerici da impostare e risolvere.

Durante il corso lo studente può sostenere due prove parziali scritte che, se superate, equivalgono all'esame offerto durante gli appelli d'esame.