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Enrico MATTARELLI
Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Macchine e Sistemi Energetici
Ingegneria Meccanica (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire le conoscenze e le competenze necessarie al riconoscimento
ed alla comprensione dei principali sistemi energetici utilizzati per la produzione di energia elettrica e/o termica, sia basati su combustibili tradizionali (quali gas e carbone) che su fonti rinnovabili (come impianti solari, eolici e idroelettrici). Inoltre il corso fornisce i principi di funzionamento e l’architettura di alcune macchine a fluido ampiamente utilizzate in ambito ingegneristico, quali ad esempio pompe, turbine e motori endotermici alternativi. Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito della frequentazione del presente corso.
Prerequisiti
Conoscenze di Matematica, Fisica Generale, Fisica Tecnica e Inglese.
Programma del corso
- Introduzione al corso e richiami di fisica tecnica, con particolare attenzione ai cicli termodinamici che costituiscono la base dei sistemi energetici analizzati durante il corso.
-Trattazione e analisi critica dei principali sistemi energetici impiegati per la produzione di energia elettrica e/o termica. Sono oggetto di studio gli impianti a vapore (ciclo Rankine, ciclo Hirn, rigenerativi), gli impianti gas (ciclo Brayton, impianti turbogas su due assi, impianti turbogas con post-combustione, impianti turbogas con compressione frazionata), quelli combinati gas-vapore e quelli cogenerativi (con turbina in contropressione o in derivazione).
-Esercitazioni numeriche
-Panoramica sul bilancio energetico mondiale
- Analisi e sfruttamento delle principali fonti energetiche rinnovabili: impianti geotermici (ad acqua dominante, a vapore dominante e sfruttamento della sorgente geotermica attraverso pompe di calore), impianti solari (fotovoltaici e termici), impianti eolici e impianti idroelettrici (analisi di un impianto e cenni sulle turbine idrauliche).
2 CFU (18 ore):
- Principi di funzionamento ed architettura di alcune machine a fluido ampiamente utilizzate in ambito ingegneristico. In particolare vengono studiate le pompe centrifughe e alternative, i compressori alternativi, e le turbine idrauliche.
4 CFU (36 ore)
Introduzione ai motori endotermici alternativi
Principali parametri per la caratterizzazione dei motori
Cicli termodinamici ideali
Espressione della potenza e del rendimento globale
Curve caratteristiche
Analisi del processo di ricambio della carica nei 4 tempi
Analisi della combustione nei motori ad accensione comandata e per compressione
Sistemi di iniezione elettronica
Il controllo delle emissioni inquinanti
Cenno alle nuove tecnologie emergenti (idrogeno, bio-combustibili, e-fuels…)
La ripartizione dei contenuti per CFU è puramente indicativa
Metodi didattici
L’insegnamento viene erogato mediante lezioni frontali in presenza che vengono svolte con l’ausilio di mezzi audiovisivi (presentazioni in Power Point).
La frequenza alle lezioni frontali in presenza non è obbligatoria anche se caldamente consigliata. L’insegnamento è erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
-Macchine, Giuseppe Cantore, Esculapio
- Sistemi Energetici Vol.1, 2 e 3, Bianchi, Melino e Peretto, Pitagora Editrice Bologna
Per quanto riguarda la parte relativa ai Motori a Combustione Interna, le dispense fornite dal docente possono essere integrate dal testo:
- Motori e Sistemi Propulsivi per Autoveicoli, Cantore D'Adamo, Esculapio
Verifica dell'apprendimento
La verifica si svolge in forma orale, secondo le modalità di un colloquio tra Docente ed esaminando/a di durata approssimativa di 45 minuti nell’arco dei quali al/la candidato/a verranno proposte tendenzialmente tre domande, con grado di approfondimento (e difficoltà) crescente e su diverse aree del programma. L'esame si svolgerà al termine dell’insegnamento secondo il calendario ufficiale degli appelli d’esame e per ogni appello lo/a studente/essa che intenda sostenerlo dovrà iscriversi utilizzando la Piattaforma Esse3. Gli indicatori di valutazione della prova sono:
-Padronanza degli argomenti trattati (50%);
-Capacità applicativa delle conoscenze (25%);
-Capacità di collegare le conoscenze (15%);
-Capacità di discutere gli argomenti (10%);
Il voto è espresso in trentesimi ed è necessario ai fini di superamento dell’esame il raggiungimento della soglia dei 18/30 (vale a dire una conoscenza almeno basilare di tutti i temi trattati nel corso, e l'acquisizione di un linguaggio espositivo corretto).
Risultati attesi
1) Conoscenza: lo studente deve sapersi orientare nell’ambito dei sistemi energetici e delle macchine a fluido, riuscendo a descrivere con chiarezza layout e caratteristiche termo-fluido-dinamiche degli impianti nonché il principio di funzionamento delle macchine studiate.
2) Conoscenza applicata: lo studente deve padroneggiare la materia attraverso una terminologia accurata e propria. Inoltre deve saper applicare le nozioni acquisite, ovvero essere in grado di destreggiarsi in un contesto di tipo progettuale.
3) Autonomia di giudizio: lo studente deve maturare la propria capacità di valutazione critica ed autonoma di quanto appreso.
4) Abilità comunicative: lo studente deve saper esprimere in modo razionale le proprie conoscenze.
5) Capacità di apprendimento: lo studente deve saper approfondire le nozioni apprese per proseguire in autonomia il proprio percorso formativo.