Descrizione della commessa "Conversione efficiente di energia da fonti diversificate e sviluppo di tecnologie di combustione e combustibili innovativi (ET.P02.009)"

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  • Descrizione della commessa "Conversione efficiente di energia da fonti diversificate e sviluppo di tecnologie di combustione e combustibili innovativi (ET.P02.009)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • - Utilizzo efficiente di fonti rinnovabili intermittenti non programmabili in micro-grid - Propulsione aeronautica e generazione di energia elettrica più efficiente e a basso impatto ambientale; - Produzione di energia da combustibili generati da biomasse di scarso valore intrinseco (rifiuti, scarti industriali, liquami, ecc.). - Produzione efficiente di energia da fonti rinnovabili intermittenti - Comprensione di fenomenologie di base inerenti la combustione di combustibili da biomasse per la produzione di energia a basso impatto ambientale da fonti rinnovabili o di scarso valore commerciale. - Riduzione dei consumi e delle emissioni inquinanti in caso di poligenerazione di piccola taglia (literal)
Strumentazione
  • - Microturbina commerciale opportunamente strumentata e modificata per attività di ricerca - Impianto fotovoltaico da 20 kW - Elettrolizzatore da 8 kW - Impianto per lo studio della combustione di spray in regime termico controllato. - Impianto per lo studio della combustione di singole gocce a pressioni fino a 100 bar; - Impianto per la levitazione ed intrappolamento ottico di particelle; - Sistema per la levitazione in regime di Leidenfrost di goccioline; - Motore a c.i. monocilindrico ad a.c. a rapporto di compressione modificabile e multi combustibile - \"Medium Hybrid\" monocilindrico da 30 kW - Banco di frenatura dinamico a bassa inerzia ed elevata velocità di rotazione; - Banco di analisi con frequenza di acquisizione medio-alta per lo studio dei transitori dei motori a c.i; - Motogeneratore da 10 kWe per prove di carico elettrico variabile - Laser continuo ioni Ar+; - Laser quasi continuo a CO2; - Laser doppio impulso Nd-YAG; - Camera CMOS per imaging ad alta velocità e risoluzione; - Camera CCD intensificata per imaging ad alta risoluzione; - Spettrofotometri; - Transient recoder; - Banco resistenza elettriche da 24 kWe; - Sistema di acquisizione multicanale (literal)
Tematiche di ricerca
  • - Sistemi energetici basati su fonti rinnovabili intermittenti non programmabili e stoccaggio dell'energia in idrogeno. - Studio sperimentale e CFD della combustione in turbina a gas alimentata con combustibili innovativi, da fonti rinnovabili (biogas) e di processo (syngas, oli vegetali). - Sviluppo di diagnostica ottica per la caratterizzazione di gocce e spray in motori a c.i. ed in sistemi di laboratorio in condizioni controllate di pressione e temperatura. - Analisi delle caratteristiche fondamentali di combustione di oli algali di terza generazione. - Formulazione di microemulsioni e studio delle caratteristiche di combustione. - Deposizione laser di enzimi destinati alla produzione di biodiesel - Studio di sistemi energetici complessi: processi termo-fluidodinamici nei motori primi; cicli termodinamici non convenzionali; cicli combinati; - Progettazione termo-fluidodinamica, strutturale e tribologica di dimostratori pre-industriali e dei singoli componenti - Analisi ed integrazione di tecnologie e materiali non convenzionali per la riduzione delle usure; - Studio di sistemi di alimentazione e di accensione non convenzionali - Modellazione interazione luce – materia (literal)
Competenze
  • - Progettazione, realizzazione e sviluppo a livello pre-industriale di prototipi di motore a c.i. macchine elettriche, sistemi di isolamento e recupero termico in micro generatori di diversa taglia di potenza. - Tecniche di diagnostica ottica per la caratterizzazione di particelle e specie gassose (diffusione elastica di luce da particelle solide e da goccioline liquide; spettroscopia di assorbimento di specie gassose e di nanoparticelle, fluorescenza); - Combustione di combustibili fossili, riformulati ed alternativi da biomasse, a pressione tipiche di motori e turbine; - Formazione di particolato carbonioso submicronico e di particelle nanometriche prodotte ad alta temperatura e pressione; - Levitazione ed intrappolamento ottico di particelle; - Modellazione dell'interazione luce-materia - Formulazione microemulsioni - Modellazione termo fluidodinamica - Deposizione di film sottili di enzimi per produzione di biodiesel mediante tecniche laser. - Controllistica (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • - Impianti di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili intermittenti non programmabili - Ottimizzazione della combustione in turbine di combustibili gassosi (syngas da biomasse e processi industriali) e liquidi (da biomasse ed emulsioni). - Sviluppo di strumentazione ottica per la caratterizzazione ed il controllo della combustione; - Sviluppo di strumentazione ottica per il controllo di processo di sistemi produttivi di beni ed energia. - Sviluppo di sistemi energetici ad alta efficienza per lo sfruttamento di fonti rinnovabili stabili ed intermittenti - Sviluppo di processi per la produzione di combustibili innovativi. - Sviluppo di sistemi microcogenerativi di varia potenza compresa tra 1 e 50 kW elettici a basso costo ed alta efficienza - Ottimizzazione dei motori a c.i. di piccola taglia per l'impiego di combustibili alternativi e biocombustibili gassosi; (literal)
Tecnologie
  • - Modellazione termofluidodinamica e di cinetica chimica. - Modellazione numerica della diffusione elastica di luce da particelle omogenee al variare delle proprietà fisiche e chimiche. - Modellazione numerica della diffusione elastica di luce da particelle inomogenee ed irregolari; - Reverse Engineering (literal)
Obiettivi
  • - Sviluppo di sistemi energetici integrati basati su fonti di energia primarie diversificate - Accumulo di energia da fonti energetiche rinnovabili intermittenti e non programmabili - Sviluppo sistemi di produzione di energia a basse emissioni ed alta efficienza basati su MGT. - Ottimizzazione funzionamento turbina a gas alimentata con combustibili liquidi e gassosi rinnovabili e di opportunità. - Database delle proprietà di combustione di combustibili innovativi. - Modelli combustione di combustibili liquidi sintetici e da biomasse - Caratterizzazione del processo di evaporazione di miscele acqua/urea - Modelli per l'interazione radiazione elettromagnetica/materia. - Strumenti di diagnostica ottica - Sviluppo di tecniche laser per l'immobilizzazione di enzimi destinati alla produzione di biocombustibili. - Motorizzazioni non convenzionali per sistemi policombustibili di generazione localizzata e veicoli a basso consumo e a basso impatto ambientale - Sviluppo di strategie di alimentazione ed accensione con sistemi innovativi per motori a c.i. - Ottimizzazione di piccoli motori a c.i. in sistemi di generazione elettrica di piccola potenza (<20 kWel) (literal)
Stato dell'arte
  • La produzione sostenibile di energia richiede l'utilizzo di fonti primarie diversificate. Ciò implica lo sviluppo di impianti e sistemi di controllo per l'integrazione efficiente delle diverse fonti energetiche. L'utilizzo di energia da fonti non programmabili (fotovoltaica ed eolica) pone il problema ulteriore dello stoccaggio dell'energia prodotta in eccesso e della sua cessione quando richiesta. Nel campo dei combustibili, le tematiche di maggior interesse si concentrano nello sviluppo di combustibili rinnovabili e di opportunità. La diagnostica ottica è alla base della progettazione di sistemi di combustione avanzati, per lo studio di combustibili innovativi e per il controllo di processo. Aspetti di grande interesse sono lo sviluppo di tecniche per la misura della temperatura di gocce e la caratterizzazione di gocce e spray di combustibili innovativi in regime evaporativo e combustione. Gli studi sugli impianti di poligenerazione di piccola taglia (<100kW) sono focalizzati sull'ampliamento del campo di funzionamento dei motori endotermici in termini di flessibilità al variare del carico e del combustibile e di durata dell'impianto. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le attività si basano sull'utilizzo di macchine commerciali opportunamente modificate e strumentate e di sistemi di laboratorio operanti in condizioni controllate di temperatura e pressione. Le metodologie impiegate sono: - Diffusione elastica 1D e 2D di luce per la caratterizzazione fisica, chimica e fluidodinamica degli spray ed insiemi di particelle; il gruppo proponente ha sviluppato tecniche di diagnostica ottica originali. Tra queste la tecnica GSI-V; - Particle Imaging Velocimetry (PIV) - Diffusione anelastica e spettroscopia di assorbimento di luce per il riconoscimento di specie chimiche; - Levitazione ed intrappolamento ottico; - Levitazione in regime di Leidenfrost - Imaging shadowgrafico ad alta velocità - Cromatografia su strato sottile per la caratterizzazione dei prodotti di reazione - Motori monocilindro a banco per lo studio dei transitori e prove in funzionamento dinamico (literal)
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