DINAMICA E CONTROLLO DEI SISTEMI ENERGETICI

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
MACCHINE A FLUIDO (ING-IND/08)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Lo studente acquisirà
(i) conoscenze di base per lo studio del comportamento dinamico dei processi energetici e delle macchine e il loro controllo
(ii) strumenti per la simulazione dinamica di sistemi complessi
(iii) capacità di modellazione di componenti di sistemi di diversa natura, tipologia e configurazione, dei quali sarà in grado di valutare la complessità effettuando le appropriate semplificazione per ottenere risultati di accuratezza adeguata anche in relazione a quella delle misure disponibili per calibrazione, validazione e confronto.
(iv) competenze per l'applicazione delle conoscenze fondamentali e dei metodi di analisi appresi per l’approfondimento della materia a livello superiore con particolare riferimento allo studio dei sistemi energetici più complessi e delle tecniche di controllo più avanzate.

Contenuti dell'insegnamento

Introduzione al corso. Rassegna sulla modellazione dinamica e applicazione alle turbine a gas.

Introduzione ai controlli automatici.
Le strategie di controllo. La progettazione di un sistema di controllo e i suoi requisiti.
La dipendenza dell’azione correttiva dall’errore (esempio di regolazione turbina a vapore).

Il controllo di livello. Esercitazione regolazione livello serbatoio con Scilab.

Sistemi orientati. La matrice di trasferimento di sistemi dinamici lineari tempo-invarianti.
Sistemi energetici basati sul ciclo a vapore e ciclo turbogas. Cogenerazione. Analisi ingressi/uscite del generatore di vapore.

Analisi ingressi/uscite della turbina a vapore e del turbogas. Richiami sulla cogenerazione.
Il controllo modulante e il controllo logico/sequenziale.
Il governor del gruppo a vapore.

Il controllo locale di generatore di vapore e turbina in un gruppo a vapore.
Il governor meccanico del turbogas.

Il governor elettronico del turbogas.
Lo start up di turbogas.

Lo shutdown di turbogas.
Start up e shutdown di impianti a vapore.
Le architetture di controllo Direct Digital Control e Distributed Control System di impianti per la conversione dell’energia.

La definizione di strategie ottimali per la gestione di un sistema energetico. Esempio di programmazione lineare applicata ad un impianto a vapore a derivazione.

Il processo di modellazione matematica e le sue fasi.

Classificazione dei modelli. Il ruolo dei modelli nello sviluppo di un nuovo prodotto/processo.
I modelli nello spazio degli stati.

Procedura per lo sviluppo di modelli nello spazio degli stati.
Analogie tra domini meccanico, elettrico, termico e fluidodinamico.

Esempio di sviluppo di un modello dinamico di un calorimetro. Implementazione in Matlab, Scilab e OpenModelica.

Introduzione alla rappresentazione mediante bond graph.
Il legame energetico e quello di controllo. I componenti sorgente, accumulo, dissipatore, giunzione 0 e 1, trasformatore e giratore.

Il convection bond e i componenti termofluidodinamici.
La causalità.

Esempio di rappresentazione di un banco prova motore mediante bond graph.
Introduzione alla linearizzazione.

La linearizzazione dell’equazione di stato e dell’equazione di uscita di un modello nello spazio degli stati.

L’identificazione parametrica.

Esempio di identificazione parametrica applicata ad un manometro.

Modello statico dettagliato, modello dinamica dettagliato e modello dinamico lineare di turbogas aeronautico.

L’incertezza di validazione.
Introduzione alla diagnostica.

Bibliografia

Bacchelli, Danielli, Sandrolini, "Dinamica e controllo delle macchine a fluido", Pitagora Editrice
Doebelin, “System Dynamics – Modeling, Analysis, Simulation, Design”, Marcel Dekker Inc.
Brown, “Engineering system dynamics – A Unified Graph-Centered Approach”, Taylor and Francis, 2nd Edition
Ordis et al, "Modelling and simulation of power generation plants", Springer-Verlag
Bruni, Ferrone, "Metodi di stima per il filtraggio e l'identificazione dei sistemi", Aracne Editrice
Kulikov et al, "Dynamic Modelling of Gas Turbines", Springer
Coleman, Steele, "Experimentation, Validation, and Uncertainty Analysis for Engineers", John Wiley & Sons

Metodi didattici

Lezioni frontali

Modalità verifica apprendimento

Esame orale consistente nella discussione di un progetto elaborato in gruppo e in alcune domande riguardanti i contenuti del corso.

Il progetto consiste nello sviluppo di un modello di un sistema fluidodinamico o termodinamico e nell'implementazione dello stesso in due ambienti di calcolo a scelta tra Matlab, Scilab e Openmodelica.