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CENTRALI TERMOELETTRICHE
(obiettivi)
Il corso si propone di fornire una panoramica sui fabbisogni di energia, sulle fonti energetiche e sui sistemi di conversione dell'energia.
Vengono quindi introdotte le metodologie di analisi degli impianti di conversione dell'energia: analisi di primo e secondo principio, sviluppo della metodologia di analisi basata sui "fattori termodinamici": fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti. Vengono poi introdotte metodologie di analisi tecnico-economica: rendimento globale, costi fissi e costi variabili in una centrale termoelettrica, costo dell'elettricità prodotta. Infine vengono affrontate le tematiche relative alle emissioni ed inquinanti prodotti da centrali termoelettriche alimentate a combustibili fossili.
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GAMBINI MARCO
( programma)
Centrali termoelettriche convenzionali: Centrali termoelettriche a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle modifiche al ciclo base. Schemi impiantistici delle centrali in relazione alla taglia d’impianto, parametri di esercizio, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, combustibili utilizzabili, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle centrali a vapore. Gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC) Centrali termoelettriche con turbine a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle eventuali modifiche al ciclo base. Configurazioni impiantistiche mono e bi-albero, combustibili utilizzabili, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle turbine a gas. Centrali termoelettriche a ciclo combinato gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas: configurazione impiantistica e considerazioni generali. Le caldaie a recupero: criteri di calcolo e di ottimizzazione dei parametri caratteristici. Cicli a vapore a recupero: criteri di ottimizzazione delle prestazioni. Schemi impiantistici, prestazioni, regolazione, costo dell’elettricità prodotta, emissioni inquinanti. Centrali termoelettriche avanzate e/o innovative: Cicli misti gas-vapore: il ciclo con iniezione di vapore (ciclo STIG). Cenni ai cicli misti innovativi e analisi dei processi fisico-termodinamici non convenzionali (condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili ed espansione di miscele di vapore e in condensabili). Impianti combinati integrati con sistemi di gassificazione del carbone (IGCC): analisi delle tecnologie di gassificazione e dell’integrazione tra ciclo termodinamico e sistema di produzione e depurazione del syngas. Bilanci energetici e prestazioni degli IGCC. Esperienze, confronti e possibili evoluzioni. Cogenerazione ad alto rendimento (CAR): Produzione combinata di energia elettrica e termica: la cogenerazione. Fondamenti termodinamici e benefici energetici della cogenerazione. Le prestazioni e la regolazione degli impianti in modalità cogenerativa. Aspetti economici, ambientali e analisi di fattibilità.
 M. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005 Teaching materials, prepared by instructors, available at DidatticaWeb (http://didattica.uniroma2.it) Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; società Editrice Esculapio, 2016
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VELLINI MICHELA
( programma)
Centrali termoelettriche convenzionali: Centrali termoelettriche a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle modifiche al ciclo base. Schemi impiantistici delle centrali in relazione alla taglia d’impianto, parametri di esercizio, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, combustibili utilizzabili, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle centrali a vapore. Gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC) Centrali termoelettriche con turbine a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle eventuali modifiche al ciclo base. Configurazioni impiantistiche mono e bi-albero, combustibili utilizzabili, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle turbine a gas. Centrali termoelettriche a ciclo combinato gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas: configurazione impiantistica e considerazioni generali. Le caldaie a recupero: criteri di calcolo e di ottimizzazione dei parametri caratteristici. Cicli a vapore a recupero: criteri di ottimizzazione delle prestazioni. Schemi impiantistici, prestazioni, regolazione, costo dell’elettricità prodotta, emissioni inquinanti. Centrali termoelettriche avanzate e/o innovative: Cicli misti gas-vapore: il ciclo con iniezione di vapore (ciclo STIG). Cenni ai cicli misti innovativi e analisi dei processi fisico-termodinamici non convenzionali (condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili ed espansione di miscele di vapore e in condensabili). Impianti combinati integrati con sistemi di gassificazione del carbone (IGCC): analisi delle tecnologie di gassificazione e dell’integrazione tra ciclo termodinamico e sistema di produzione e depurazione del syngas. Bilanci energetici e prestazioni degli IGCC. Esperienze, confronti e possibili evoluzioni. Cogenerazione ad alto rendimento (CAR): Produzione combinata di energia elettrica e termica: la cogenerazione. Fondamenti termodinamici e benefici energetici della cogenerazione. Le prestazioni e la regolazione degli impianti in modalità cogenerativa. Aspetti economici, ambientali e analisi di fattibilità.
 TESTI DI RIFERIMENTO Materiale fornito dai docenti M. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005 Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016
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ING-IND/09
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Attività formative caratterizzanti
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8037647 -
ELETTROTECNICA INDUSTRIALE
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BONAIUTO VINCENZO
( programma)
Programma del corso Il campo elettromagnetico e le leggi dell'elettromagnetismo. Ipotesi di costanti concentrate. I circuiti elettrici: equazioni costitutive e limiti di validità. I circuiti magnetici: la corrente di induzione e la tensione indotta. L'induttore ideale. Energia immagazzinata nei dispositivi magnetici. Flussi dispersi e traferri. Non linearità e saturazione. Esempio di calcolo di circuiti magnetici: problemi diretti e inversi, lineari e non lineari. Ciclo di isteresi e correnti parassite. Perdite nel ferro. L'induttore reale (caso lineare e non lineare). Il trasformatore: caso del trasformatore ideale. Schema equivalente del nucleo. Il trasformatore perfetto. Schema equivalente completo del trasformatore. Accorgimenti costruttivi. Diagramma vettoriale. Prove a vuoto e in corto circuito. Trasformatore trifase. Effetti non lineari nel trasformatore. Risposta in frequenza. Magneti permanenti ed elettromagneti. Conversione elettromeccanica dell'energia. Macchina ideale in continua. Caratteristica meccanica. Dinamo. Struttura dello statore: macchine a due poli e a più poli. Forme d'onda indotte negli avvolgimenti di armatura. Struttura del collettore. Disposizione degli avvolgimenti di armatura e disposizione delle spazzole. Macchine con avvolgimenti di campo in serie e in parallelo. Cenni sulla reazione d'armatura. Avviamento delle macchine in corrente continua e frenatura elettrica. Caratteristiche di alcuni motori usati per trazione. Macchine sincrone. Caratteristiche costruttive dell'indotto e del rotore: disposizione degli avvolgimenti. Funzionamento dell'alternatore a vuoto e sotto carico. Reazione di armatura. Funzionamento dell'alternatore in corto circuito. Alternatori in parallelo. Funzionamento della macchina sincrona come motore e come condensatore rotante. Campi di applicazioni del motore sincrono.Il campo rotante e le macchine asincrone. Motori asincroni: scorrimento e rendimento di conversione. Caratteristica meccanica e avviamento del motore. Reazione di indotto e circuito equivalente. La macchina asincrona come generatore. Campi di applicazione del motore asincrono.
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BIFARETTI STEFANO
( programma)
Programma del corso Il campo elettromagnetico e le leggi dell'elettromagnetismo. Ipotesi di costanti concentrate. I circuiti elettrici: equazioni costitutive e limiti di validità. I circuiti magnetici: la corrente di induzione e la tensione indotta. L'induttore ideale. Energia immagazzinata nei dispositivi magnetici. Flussi dispersi e traferri. Non linearità e saturazione. Esempio di calcolo di circuiti magnetici: problemi diretti e inversi, lineari e non lineari. Ciclo di isteresi e correnti parassite. Perdite nel ferro. L'induttore reale (caso lineare e non lineare). Il trasformatore: caso del trasformatore ideale. Schema equivalente del nucleo. Il trasformatore perfetto. Schema equivalente completo del trasformatore. Accorgimenti costruttivi. Diagramma vettoriale. Prove a vuoto e in corto circuito. Trasformatore trifase. Effetti non lineari nel trasformatore. Risposta in frequenza. Magneti permanenti ed elettromagneti. Conversione elettromeccanica dell'energia. Macchina ideale in continua. Caratteristica meccanica. Dinamo. Struttura dello statore: macchine a due poli e a più poli. Forme d'onda indotte negli avvolgimenti di armatura. Struttura del collettore. Disposizione degli avvolgimenti di armatura e disposizione delle spazzole. Macchine con avvolgimenti di campo in serie e in parallelo. Cenni sulla reazione d'armatura. Avviamento delle macchine in corrente continua e frenatura elettrica. Caratteristiche di alcuni motori usati per trazione. Macchine sincrone. Caratteristiche costruttive dell'indotto e del rotore: disposizione degli avvolgimenti. Funzionamento dell'alternatore a vuoto e sotto carico. Reazione di armatura. Funzionamento dell'alternatore in corto circuito. Alternatori in parallelo. Funzionamento della macchina sincrona come motore e come condensatore rotante. Campi di applicazioni del motore sincrono.Il campo rotante e le macchine asincrone. Motori asincroni: scorrimento e rendimento di conversione. Caratteristica meccanica e avviamento del motore. Reazione di indotto e circuito equivalente. La macchina asincrona come generatore. Campi di applicazione del motore asincrono.
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ING-IND/32
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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8039705 -
FISICA DELL'ENERGIA NUCLEARE
(obiettivi)
Fornire agli studenti di ingegneria energetica le basi conoscitive per comprendere e partecipare alle attività per l’utilizzazione a fini energetici della energia nucleare nelle applicazioni pacifiche mediante i processi di fissione e di fusione.
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M-5297 -
FISICA MODERNA
(obiettivi)
Fornire agli studenti di ingegneria energetica le basi conoscitive per comprendere e partecipare alle attività per l’utilizzazione a fini energetici della energia nucleare nelle applicazioni pacifiche mediante i processi di fissione e di fusione.
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ROMANELLI FRANCESCO
( programma)
Introduzione. Dimensioni dell’atomo e del nucleo, spettrometro di massa, isotopi, neutrone. Sezione d'urto. Richiami di meccanica statistica. Le evidenze sperimentali della meccanica quantistica. Corpo nero, spettri di assorbimento ed emissione, l’atomo di Bohr, l’effetto fotoelettrico, i fotoni, effetto Compton, diffrazione degli elettroni, relazione massa energia, cenni di meccanica relativistica, dualità onda-particella, proprietà ondulatorie della materia, relazione di De Broglie. Le basi teoriche della meccanica quantistica. L’equazione di Schrödinger dipendente da tempo. Significato fisico della funzione d’onda. Equazione di Schrödinger indipendente dal tempo. Stati stazionari. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Soluzione dell’equazione di Schrödinger indipendente dal tempo in alcuni casi rilevanti: particella libera, buca di potenziale, barriera di potenziale (effetto tunnel). I fenomeni nucleari e la loro interpretazione. Difetto di massa, energia di legame, modelli nucleari, energia di reazione, urti elastici, energia di legame per nucleone, fissione e fusione. Radioattività naturale e trasmutazioni, decadimenti radioattivi e vita media, famiglie radioattive, equilibrio secolare, esempi di reazioni nucleari da alfa, beta, gamma, neutroni, attivazione indotta da neutroni, attività, dose ed altre unità radiometriche. Calore da decadimento nucleare, danni da radiazione. Interazioni tra neutroni e materia, rallentamento dei neutroni, sezioni d’urto neutroniche, cammino libero medio, flusso, fluenza, ed altre grandezze. Equazioni di trasporto (Boltzmann). Fissione nucleare. Reazioni di fissione, catene di reazioni, tempi, criticità, neutroni pronti e ritardati, reattori a fissione, materiali fissili e fertili, principi di funzionamento, arricchimento, uranio impoverito, moderatore e refrigerante, avvelenamento, schermo biologico, riflettore, modelli di reattori, BWR, PWR, CANDU, reattori in funzione e in costruzione, scorie, sicurezze. Fusione nucleare. Reazioni di fusione, reattori a fusione, ciclo deuterio-trizio, confinamento magnetico, principi ed esempi, JET, ITER, cenno alla Road Map. Cenno al confinamento inerziale. Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, fenomeni di rallentamento collisionale, resitivita' dei plasmi termonucleari. Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura ideale di ignizione, determinazione del punto di lavoro del reattore a fusione. Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici debolmente disomogenei, moti di deriva, confinamento in equilibri toroidali, trasformata rotazionale, configurazioni magnetiche assialsimmetriche e non assialsimmetriche (tokamak e stellarator). Richiami di elettromagnetismo, campi magnetici statici, equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica, campo verticale, equazione di Grad-Shafranov. Induzione della corrente di plasma, trasformatore, bilancio del flusso magnetico, dimensionamento di un reattore tokamak. Smaltimento del calore e delle ceneri. Modelli per la dinamica del plasma nello scrape-off layer. L'interazione plasma-parete. Il divertore. Blanket per produzione di trizio e per schermatura dei neutroni, metodi numerici per la soluzione dell’equazione del trasporto, metodo Monte Carlo, calcolo di attivazione, trasmutazione, calore di decadimento e danno da radiazione nei componenti dei reattori a fusione.
 Materiale di studio consigliato:
Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.
Testi per consultazione:
F. Romanelli Plasma Physics and Engineering Nuclear Energy Encyclopedia Steven Krivit (Editor) ISBN: 978-0-470-89439-2 August 2011
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FIS/01
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Attività formative affini ed integrative
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M-5298 -
FISICA DEI REATTORI NUCLEARI
(obiettivi)
Fornire agli studenti di ingegneria energetica le basi conoscitive per comprendere e partecipare alle attività per l’utilizzazione a fini energetici della energia nucleare nelle applicazioni pacifiche mediante i processi di fissione e di fusione.
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ROMANELLI FRANCESCO
( programma)
Introduzione. Dimensioni dell’atomo e del nucleo, spettrometro di massa, isotopi, neutrone. Sezione d'urto. Richiami di meccanica statistica. Le evidenze sperimentali della meccanica quantistica. Corpo nero, spettri di assorbimento ed emissione, l’atomo di Bohr, l’effetto fotoelettrico, i fotoni, effetto Compton, diffrazione degli elettroni, relazione massa energia, cenni di meccanica relativistica, dualità onda-particella, proprietà ondulatorie della materia, relazione di De Broglie. Le basi teoriche della meccanica quantistica. L’equazione di Schrödinger dipendente da tempo. Significato fisico della funzione d’onda. Equazione di Schrödinger indipendente dal tempo. Stati stazionari. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Soluzione dell’equazione di Schrödinger indipendente dal tempo in alcuni casi rilevanti: particella libera, buca di potenziale, barriera di potenziale (effetto tunnel). I fenomeni nucleari e la loro interpretazione. Difetto di massa, energia di legame, modelli nucleari, energia di reazione, urti elastici, energia di legame per nucleone, fissione e fusione. Radioattività naturale e trasmutazioni, decadimenti radioattivi e vita media, famiglie radioattive, equilibrio secolare, esempi di reazioni nucleari da alfa, beta, gamma, neutroni, attivazione indotta da neutroni, attività, dose ed altre unità radiometriche. Calore da decadimento nucleare, danni da radiazione. Interazioni tra neutroni e materia, rallentamento dei neutroni, sezioni d’urto neutroniche, cammino libero medio, flusso, fluenza, ed altre grandezze. Equazioni di trasporto (Boltzmann). Fissione nucleare. Reazioni di fissione, catene di reazioni, tempi, criticità, neutroni pronti e ritardati, reattori a fissione, materiali fissili e fertili, principi di funzionamento, arricchimento, uranio impoverito, moderatore e refrigerante, avvelenamento, schermo biologico, riflettore, modelli di reattori, BWR, PWR, CANDU, reattori in funzione e in costruzione, scorie, sicurezze. Fusione nucleare. Reazioni di fusione, reattori a fusione, ciclo deuterio-trizio, confinamento magnetico, principi ed esempi, JET, ITER, cenno alla Road Map. Cenno al confinamento inerziale. Classificazione dei plasmi, lunghezza di Debye, collisioni tra particelle cariche, fenomeni di rallentamento collisionale, resitivita' dei plasmi termonucleari. Schema del reattore a fusione, bilancio di potenza, criterio di Lawson, temperatura ideale di ignizione, determinazione del punto di lavoro del reattore a fusione. Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici debolmente disomogenei, moti di deriva, confinamento in equilibri toroidali, trasformata rotazionale, configurazioni magnetiche assialsimmetriche e non assialsimmetriche (tokamak e stellarator). Richiami di elettromagnetismo, campi magnetici statici, equilibrio di una configurazione toroidale assialsimmetrica, campo verticale, equazione di Grad-Shafranov. Induzione della corrente di plasma, trasformatore, bilancio del flusso magnetico, dimensionamento di un reattore tokamak. Smaltimento del calore e delle ceneri. Modelli per la dinamica del plasma nello scrape-off layer. L'interazione plasma-parete. Il divertore. Blanket per produzione di trizio e per schermatura dei neutroni, metodi numerici per la soluzione dell’equazione del trasporto, metodo Monte Carlo, calcolo di attivazione, trasmutazione, calore di decadimento e danno da radiazione nei componenti dei reattori a fusione.
 Materiale di studio consigliato:
Materiale distribuito a lezione. Appunti tratti dalle lezioni.
Testi per consultazione:
F. Romanelli Plasma Physics and Engineering Nuclear Energy Encyclopedia Steven Krivit (Editor) ISBN: 978-0-470-89439-2 August 2011
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FIS/07
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Attività formative affini ed integrative
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ITA |
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8037660 -
TERMOTECNICA 2
(obiettivi)
Approfondimento teorico delle basi di fluidodinamica, termodinamica e trasmissione del calore per lo sviluppo della mentalità progettativa volta al dimensionamento di componenti e impianti termotecnici.
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COPPA PAOLO
( programma)
Programma del corso Termodinamica applicata: funzioni termodinamiche estrinseche: exergia, potenziali chimici; soluzione di alcuni problemi di termofluidodinamica. Trasmissione del calore: soluzioni particolari di problemi di conduzione termica, metodi numerici di soluzione: differenze finite e elementi finiti; analogia termomeccanica di Reynolds e Prandtl Taylor; teoria di Nusselt della condensazione; scambi radiativi tra superfici solide e gas (teoria di Hottel). Componenti: generatori di vapore; camini; tubi di calore; torri evaporative; compressori alternativi e centrifughi; valvole termostatiche; sistemi di regolazione. Impianti termotecnici: approfondimento sugli impianti ad acqua e aria; frigoriferi ad assorbimento, pompe di calore; impianti criogenici; impianti di accumulo termico. Esercitazioni: verifica del dimensionamento di un generatore di vapore a tubi di fumo; dimensionamento dei camini per lo smaltimento di fumi.
 Testi di riferimento L. Borel, Thermodinamique et energetique, vol. I, 2° tomo, cap. 10 e 11, Presses Politechnique Romande, 1987. G. Guglielmini, C. Pisoni, Elementi di trasmissione del calore, Editoriale Veschi (Milano), 1990. F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori (Napoli), 1975. C. Bonacina, A. Cavallini, L. Mattarolo, Trasmissione del calore, CLEUP (Padova), 1985. E. Bettanini, F. Brunello, Lezioni di impianti tecnici, vol. 1° e 2°, CLEUP (Padova), 1990. P. Andreini, F. Pierini, La conduizione dei generatori di vapore, HOEPLI (Milano), 1988. C. Pizzetti, Condizionamento dell'aria e refrigerazione, teoria e calcolo degli impianti, Masson Italia Editori, 1988.
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6
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ING-IND/10
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60
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Attività formative caratterizzanti
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Gruppo opzionale:
Gruppo opzionale Chimica Applicata - (visualizza)
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