Informazioni generali

• Anno di corso: 3°
• Semestre: 1°
• CFU: 6

Docente responsabile

Sandra CORASANITI

Obiettivi del corso

L’obiettivo principale del corso è fornire gli elementi fondamentali della gestione energetica al fine di  acquisire una capacità di valutazione termodinamica ed economica dell’uso dell’energia. I concetti sono introdotti anche attraverso la discussione di esempi derivanti da applicazioni. Al termine del corso lo studente avrà acquisito le competenze necessarie per analizzare le problematiche inerenti gli impianti derivanti da un’analisi di primo e secondo principio della termodinamica.

Prerequisiti

Corso di Fisica Tecnica

Contenuti del corso

Analisi exergetica

• Bilancio di Exergia e Teorema di Gouy-Stodola
• Misura delle irreversibilità
• Rendimento exergetico e difetto d’efficienza
• Analisi dei componenti
• Turbina
• Compressore e pompa
• Scambiatori di calore:

-scambiatori a superficie

– scambiatori a miscela

– generatore di vapore

– condensatore

– evaporatore di un impianto frigorifero

– condensatore di una pompa di calore

• Conversione energia termica-meccanica
• Generalità
• Ciclo di Carnot
• Ciclo Rankine con surriscaldamento (Hirn)
• Cicli inversi
• Generalità
• Ciclo Rankine inverso. Frigorifero
• Ciclo Rankine inverso. Pompa di calore
• Diagramma exergia – entalpia
• Diagramma exergia – entropia
• Analisi di ottimizzazione strutturale
• Analisi exergetica dei processi di trasformazione dell’energia solare
• Contenuto energetico della radiazione solare
• Comportamento di radiatori
• Concentratore ideale. Sistema cilindro-parabola
• Rendimento exergetico ed efficienza energetica dei collettori solari

 Termoeconomia

• Analisi e valutazione termoeconomica:

-turbina a gas

– caldaia

– impianto di cogenerazione

• Costi, relazioni ausiliarie e costi medi associati al combustibile
• Costi non exergetici
• Costo della  distruzione di exergia
• Differenza di costo relativo
• Fattore exergoeconomico

Sistemi di immagazzinamento

• Bagno per immagazzinamento di calore sensibile
• Generazione di entropia durante il processo di immagazzinamento

Limiti dello sviluppo

• Risultati del metodo della dinamica dei sistemi
• Equazione di Maltus-Verhulst

 Economia basata sulle risorse non rinnovabili

• Legge di Hotelling
• Prezzo ottimale per lo sfruttamento
• Costo di estrazione costante
• Esaurimento in tempo finito
• Riserve di qualità diversa, tecnologia backstop
• Equazione di conservazione della massa e dell’energia/capitale:

– Generalizzazione di Hotelling;

– Estensione alle risorse vendute al mercato;

– Curve dell’offerta delle risorse non –rinnovabili.

Previsioni dei fabbisogni energetici

• Ripartizione delle fonti energetiche
• Legame col PIL ed elasticità.

• Funzione logistica
• Trattazione empirica della funzione logistica
• Esempi di sostituzione.

Ulteriori informazioni sul corso e sulle lezioni, in particolare le modalità e le date di esame, il materiale didattico, sono resi disponibili attraverso le pagine del corso all’indirizzo: http://didattica.uniroma2.it

Materiale di studio consigliato

• Fondamenti di Energetica” R. Mastrullo, P. Mazzei e R. Vanoli e, Liguori Editore, 1992
• Advanced Engineering Thermodynamics, A.Bejan, Wiley 1998
• Thermal Design and Optimization, A.Bejan, G.Tsatsaronis e M.Moran, Wiley, 1996
• Dispense distribuite a lezione

Modalità d’esame

L’esame di Gestione dell’energia prevede una prova scritta e una prova orale. All’orale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito una valutazione alla prova scritta di almeno 18 punti su 30. La prova orale concorre alla valutazione finale nei termini di una media pesata.

 

 

Energy Management

 

Aim of the Course

The main objective of the course is to discuss fundamental elements of the energetic management to acquire a capacity of thermoeconomic evaluation for the energy use. The concepts will be introduced through discussion of examples arising from applications in the field of the energy. At the end of the course the student will have acquired the skills necessary to analyze the problems about the plants applying the first and the second law of the thermodynamics.

Prerequisites

Technical Physics (Thermodynamics and Heat Transfer)

Contents

Exergy analysis

• Exergy equation and the Gouy-Stodola theorem
• Evaluation of the irreversibility
• Exergetic efficiency
• Component analysis
• Steam or gas turbine
• Compressor and pump
• Heat exchangers
• Power plants
• Carnot cycle
• Rankine cycle with reheating (Hirn)
• Refrigeration plants and heat pumps
• Diagram Exergy-Entalpy
• Diagram Exergy-Entropy
• Analysis of structural optimization
• Exergetic analysis of energy solar processes
• Exergy of the solar radiation
• Solar collectors
• Exergetic and energetic efficiency of solar collectors

 Thermoeconomic analysis

• Thermoeconomic analysis and evaluation:

– steam or gas turbine

– boiler

– simple cogeneration system

• Cost rates, auxiliary relations and average costs associated with fuel and product
• Non-exergy-related costs for streams of matter
• Costing of exexergy destruction
• Relative cost difference
• Exergoeconomic factor

 Storage systems

• Time – dependent operation of a storage unit
• Entropy generation during the storage process

 Limits of the development

• Dynamic of the systems
• Maltus-Verhulst equation

 Economy based on non-renewable resource

• Hotelling law
• Optimal price for exhausting
• Extraction cost
• Exhausting in a finished time
• Reserves of different quality, backstop technology
• Mass and energy equations and energy/capitals equation

Prediction of the energetic needs

• Distribution of the energetic sources
• Relation with the PIL and elasticity
• Logistic function
• Empirical study of the logistic function
• Examples of substitution

Further information about the course and lectures (procedure and date of final tests, learning material) are available in the pages of the course at the web address: http://didattica.uniroma2.it

Study material

• Fondamenti di Energetica” R. Mastrullo, P. Mazzei e R. Vanoli e, Liguori Editore, 1992
• Advanced Engineering Thermodynamics, A.Bejan, Wiley 1998
• Thermal Design and Optimization, A.Bejan, G.Tsatsaronis e M.Moran, Wiley, 1996
• Material given by the teacher during lectures

Examination procedures

The exam of Energy Management consists of a test and an oral examination. Students who achieve a score of at least 18/30 in the test are admitted to the oral. The oral examination shall contribute to the final evaluation in terms of a weighted average.