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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)"
- Type
- Label
- 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)
- Descrizione di
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