IMPIANTI TERMOTECNICI
Anno accademico 2024/2025 - Docente: ARTURO PAGANORisultati di apprendimento attesi
Il corso ha l'obiettivo di fornire una dettagliata conoscenza teorica ed applicativa che consenta agli allievi di procedere al dimensionamento dei principali impianti termotecnici, con particolare riferimento:
- agli impianti di produzione di vapore e per la generazione e distribuzione del calore, per usi civili, industriali e per la generazione di potenza;
- alle tecnologie del freddo, per applicazioni civili ed industriali
- all'analisi ed alla caratterizzazione dei fabbisogni energetici per la climatizzazione degli edifici
- agli impianti deputati alla climatizzazione degli ambienti civili
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento verrà svolto mediante lo svolgimento di lezioni ed esercitazioni in aula o, qualora le condizioni lo richiedessero, in modalità mista o a distanza.
Prerequisiti richiesti
Contenuti dei corsi di termodinamica applicata, trasmissione del calore e macchine a fluido.
Frequenza lezioni
Lo studente è tenuto a frequentare almeno il 70% delle lezioni del corso. L’iscrizione al corso è obbligatoria sul sito studium.unict.it.
Contenuti del corso
1. Richiami di Fisica Tecnica sui cicli termodinamici per la generazione di potenza e per la refrigerazione e sugli scambiatori di calore.
2. I combustibili, la combustione ed i prodotti della combustione: energia termica, fumi, ceneri e principali inquinanti.
3. Le fornaci ed i generatori di calore per applicazioni industriali e per la generazione di potenza. Tecnologie e sistemi di combustione per i generatori di calore.
4. Impianti frigoriferi e pompe di calore a compressione di vapore e ad assorbimento per usi civili ed industriali.
5. Principi di Cogenerazione.
6. Caratteristiche dell'involucro edilizio e relative prescrizioni normative riguardanti il sistema edificio-impianto termico. Ventilazione degli ambienti confinati e benessere termoigrometrico.
7. Impianti di riscaldamento ed impianti di climatizzazione per gli ambienti civili: principi e criteri di dimensionamento.
Testi di riferimento
Textbook 1 - Boilers for Power and Process, K. Rayaprolu, CRC Press - Taylor & Francis, 2009
Textbook 2 - Thermal Power Plant - Design and Operaration, D.K. Sarkar - Elsevier, 2015
Textbook 3 - Aria Umida - Climatizzazione ed involucro edilizio, L. Bellia, P. Mazzei, F. Minichello, D. Palma - Liguori Editore, 2006
Textbook 4 - Refrigeration, air conditioning and heat pumps, G.F. Hundy, A.R. Trott, T.C. Welch, ed. Butterworth-Heinemann (Elsevier).
Textbook 5 - La ventilazione per una migliore qualità dell’aria, A. Magrini, M. Ozel-Ballot, 2ed - EPC libri, 2005.
Textbook 6 - Benessere termico e qualità dell'aria, G. Moncada Lo Giudice, M. Coppi - Ed. Masson 1997.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Boiler Technology: Boiler classification criteria and design variables; general structure and energy analysis of a boiler. Schematic of the furnace-boiler set-up. | Text 1 and 2 |
| 2 | Two-phase flows and the Nukiyama curve for pool and flow boiling: Departure from Nucleate Boiling and Critical Heat Flux. Evaluation of heat transfer coefficients. | Text 1 and 2, course material |
| 3 | Optimal and safe boiler operations. Natural and forced circulation schemes. Subcritical and supercritical boilers. | Text 1 and 2, course material |
| 4 | Water treatments for boilers: feedwater treatments and boiler water conditioning. | Text 1 and 2 |
| 5 | Fuel constituents: Proximate Analysis and Ultimate Analysis. Fundamental phases of the combustion process for coals. Evaluation of stoichiometr combustion air and of excess air. Flue gas analysis. | Text 1, course material |
| 6 | Fuels classification and relevant characteristics of coals, oil, natural gas, waste and derived fuels, biomasses. Fuel ash and related issues: erosion, slagging and fouling, corrosion. Ash related design criteria for furnaces and boilers. | Text 1, course material |
| 7 | Technologies and firing equipment for boiler furnaces 1/2: Stocker-fired furnaces for boilers - mass burning stockers and spreader stockers; burners for oil and gas fired boilers and related furnace schemes; design criteria for Low-NOx burners; duct burners for Heat Recovery Steam Generators, HRSGs. | Text 1 and 2 |
| 8 | Technologies and firing equipment for boiler furnaces 2/2: Pulverized Fuel boilers and related boiler structures, milling technology; Fluidized Bed Combustion technologies and issues related to inbed desulfurization; Bubbling Fluidized Bed Combustors, BFBCs; Circulating Fluidized Bed Combustors, CFBCs, cyclone technologies and related boiler design schemes. | Text 1 and 2 |
| 9 | Optimal design of the boiler heating surfaces and related fuel and energy recovery issues. Dust collecting equipment and flue gas DeNOx and DeSOx treatments. | Text 1, course material |
| 10 | Refrigeration systems and Heat Pumps: fundamental thermodinamic cycles and advanced solutions | Text 4, Course material |
| 11 | Refrigeration systems and Heat Pumps: technologies and main components | Text 4, Course material |
| 12 | Energy analysisis of buildings. Transmittance evaluation and measurement, limitations imposed by the Italian legislation concerning: a) opaque elements; b) thermal bridges; c) transparent elements. | Course material, CENED tables, Text 3 |
| 13 | Energy analysis of the building envelope 2/2 - Dynamical behaviour of the building envelope and related performances; Strategies for controlling solar radiation; Thermal-hygrometric perfomances. | Course material, Text 3 |
| 14 | Legislative framework for Indoor Air Quality, IAQ . Natural and mechanical ventilation. Thermal comfort analysis and related building design issues. | Course material, Text 5, Text 6 |
| 15 | HVAC systems: thermodynamics of humid air and psycrometric diagrams | Course material, Text 3 |
| 16 | HVAC systems: basic components and related processes; HVAC system classification | Course material, Text 3 |
| 17 | HVAC systems: total air HVAC systems | Course material, Text 3 |
| 18 | HVAC systems: primary-secondary air mixed HVAC systems | Course material, Text 3 |
| 19 | HVAC systems: design test and exercises | Course material |
| 20 | Technologies for air conditioning: single and multi split autonomous air conditioner | Course material, Text 3 |
| 21 | Technologies for air conditioning: air distribution network, air grids and diffusers, water distribution network, fancoils | Course material |
| 22 | Domestic heating systems: types of heaters, distribution network | Course material |
| 23 | Presentation and use of a software tool for the energy analysis and classification of the performance of the building envelope and thermal plants. | Course material |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consta di due parti: uno scritto ed un orale. All'orale si è ammessi previo superamento della prova scritta. Sia lo scritto sia l'orale mirano a verificare la capacità dell'allievo di discutere ed argomentare gli aspetti teorici della materia e di risolvere i problemi pratici e/o progettuali. Nel corso dell'esame orale, inoltre, sarà discussa una relazione prodotta nel corso delle attività esercitative svolte durante il corso.
Lo scritto è strutturato in domande teoriche, formulate in maniera da consentire una risposta sintetica, ed in problemi pratici di calcolo e/o progettuali di componenti ed impianti termotecnici.
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti iscritti al CInAP possono concordare con il docente eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del DICAR.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- Descrivere la struttura generale di un boiler e del set-up fornace-boiler
- Ricavare l'equazione di bilancio dell'energia di un boiler, discutendo i termini che la compongono
- Discutere la curva di Nukiyama per le condizioni di pool boiling e flow boiling
- Schematizzare i principali schemi di circolazione naturale, forzata o mista in uso nei boiler
- Descrivere le fasi fondamentali del processo di combustione del carbone
- Criteri di classificazione del carbone, frazioni forndamentali e loro effetti sul processo di combustione
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- Descrizione dettagliata delle principali tecnologie di combustione: bruciatori per olio combustibile, gas e carbone polverizzato; combustori a letto fluido bollente/circolante; bruciatori canalizzati per generatori di vapore a recupero di calore (HRSG)
- Cicli avanzati e relativi schemi di impianto per macchine frigorifere e pompe di calore
- Fluidi frigorigeni, tecnologie e componenti principali per la refrigerazione e le pompe di calore
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- Impianti di climatizzazione (HVAC systems):
- Impianti di climatizzazione (HVAC systems):