TECNOLOGIE ENERGETICHE PER LA SOSTENIBILITÀ DELLE ATTIVITÀ INDUSTRIALI – TESDI

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Descrizione

Le attività di ricerca del gruppo CREA del Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione abbracciano numerosi campi di ricerca relativi alle applicazioni della termodinamica, della fluidodinamica, della combustione e delle energie da fonti rinnovabili.

Nell’ambito delle energie rinnovabili le principali attività hanno riguardato: l’applicazione di tecniche di forecasting sulla producibilità della potenza degli impianti eolici e fotovoltaici (modelli Autoregressivi del tipo Moving Average, reti neurali artificiali, Adaptive Neuro-Fuzzy, Least Squares Support Vector Machines, metodi ibridi con Wavelet Decomposition and Principal Component Analysis) lo sviluppo e la realizzazione di un impianto solare ad alta temperatura per la produzione di energia elettrica in modo diretto da cicli termodinamici e indiretto tramite processi termochimici per la produzione di combustibili ricchi in idrogeno e l’utilizzo di nanofluidi; la caratterizzazione fluidodinamica e l’ottimizzazione dell’efficienza di turbine eoliche attraverso l’utilizzo di sistemi di controllo attivo del flusso; lo studio di scambiatori di calore orizzontali in impianti con pompe di calore geotermiche (HAGHE); analisi della combustione di carburanti alternativi; progettazione di impianti termotecnici ed impiantistica ad alta efficienza integrati con fonti di energia rinnovabile, edilizia ad alta efficienza ZEB.

Nell’ambito dello sviluppo di sistemi di combustione a basso impatto ambientale ed alta efficienza l’area d’interesse include la modellazione e caratterizzazione sperimentale di motori diesel e benzina, e di combustori industriali. In particolare si studiano le opportunità e le problematiche connesse con l’utilizzo di combustibili alternativi, finalizzata alla produzione di energia elettrica e/o termica, mediante macchine volumetriche o rotative. Le attività vengono sviluppate tanto a livello sperimentale quanto numerico. A livello sperimentale, si dispone di tre banchi prova motore di varie potenze per la caratterizzazione meccanica dei motori volumetrici. Un sistema di miscelamento di gas – idrogeno, metano, ossido di carbonio, anidride carbonica e azoto – permette di formulare sinteticamente una miscela gassosa con cui alimentare i motori stessi. E’ così possibile simulare gas risultanti da processi quali gassificazione, digestione, ecc e caratterizzarne il consumo specifico e le emissioni inquinanti. Il motore è anche equipaggiato con sistemi di iniezione diretta in camera, con cui è possibile testare biocombustibili liquidi (olii, biodiesel, ecc). A livello numerico è possibile simulare il sistema motore eventualmente integrato con sistemi di post trattamento – con approccio 0D/1D – per la riduzione delle emissioni regolamentate allo scarico. E’ possibile inoltre modellare i fenomeni caratterizzanti il processo di combustione all’interno della camera di combustione – con approccio 3D.

Si dispone inoltre di un banco prova per la caratterizzazione sperimentale di combustione ultra-lean in un combustore alimentato a combustibile liquido, che può operare sia in condizioni di iniezione singola che multipoint (combustione parzialmente premiscelata e premiscelata), tipico di turbine a gas. Tale attività ha riguardato in particolare:

  • Caratterizzazione di processi di combustione industriali mediante tecniche di flame imaging, laser induced incandescence e chemiluminescenza.
  • Misure delle emissioni gassose e di particolato allo scarico ed in diluito
  • Caratterizzazioni termo fluidodinamiche mediante l’utilizzo di tecniche avanzate di diagnostica laser (Stereo PIV, LDV, anemometria a filo caldo) e mediante l’uso di visualizzazioni ad alta velocità nel visibile, UV e Infrarosso.
  • Sviluppo di tecniche per il controllo attivo dei flussi mediante microattuatori al plasma.
  • Analisi termo fluidodinamica attraverso codici di calcolo di fluidodinamica computazionale.

Nell’ambito della combustione magra è stato inoltre affrontato il tema dell’instabilità di fiamme ultra-magre in prossimità dello spegnimento e del loro controllo. In particolare è stata condotta un’attività sperimentale per lo studio delle potenzialità degli attuatori al plasma del tipo a scarica a barriera dielettrica (DBD) nell’ambito del controllo di fiamme magre.

Nell’ambito dello sviluppo di sistemi avanzati propulsivi sono stati condotti la modellazione, il controllo e la progettazione di powertrain ibridi alimentati con motori a combustione interna e/o celle a combustibile.

Nel corso delle attività di ricerca applicata sono stati inoltre studiati e testati metodi evoluzionistici non aggregativi basati sugli algoritmi genetici. In particolare, gli algoritmi genetici sono stati applicati ai seguenti problemi multy- e many- objective utilizzando sia codici proprietari sia ambienti di ottimizzazione commerciale come Matlab e Modefrontier (Esteco):

  • ottimizzazione della geometria di componenti motore (iniettori, camere di combustione, sistemi di post trattamento) anche per l’adattamento al funzionamento con gas naturale e biocombustibile;
  • ottimizzazione di powertrain ibridi elettrici per applicazioni stradali e aeree in termini di taglia dei componenti e/o strategie di gestione energetica;
  • ottimizzazione di impianti termici elettrici.
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Obiettivi

  • Sviluppo di sistemi di combustione a basso impatto ambientale ed alta efficienza
  • Sviluppo di metodi di forecasting per applicazioni nel settore di energie rinnovabili
  • Sviluppo di impianti con pompe di calore geotermiche (HAGHE)
  • sviluppo di componentistica ed impianti solari termodinamici ad alta temperatura e termici a bassa entalpia basati sull’impiego di nanofluidi
  • sviluppo di componentistica ed impianti nel settore delle biomasse
  • sviluppo di processi di carbonizzazione idrotermale
  • sviluppo di nanorectenne per la conversione diretta della radiazione solare in elettricità
  • sviluppo di componentistica nel settore dei grandi motori navali
  • sviluppo di fluidi termovettori innovativi
  • Caratterizzazione (prestazioni, consumi, emissioni inquinanti) dei motori a combustione interna alimentati con combustibili tradizionali, biocombustibili, combustibili gassosi e in modalità dual-fuel;
  • Caratterizzazione delle prestazioni del motore in termini di coppia e potenza dei motori a combustione interna;
  • Simulazione 0D-1D del sistema motore (prestazioni, architetture di sovralimentazione);
  • Simulazione 3D dei processi (combustione, lavaggio, flussaggio) in motori a combustione interna con particolare riferimento ai motori diesel e dual fuel;
  • Ottimizzazione dei parametri geometrici e di controllo del motore;
  • Caratterizzazione di componenti automotive vari, quali pompe di alta pressione, iniettori (diesel e benzina) con realizzazione di schede di controllo.
  • Sviluppo di modelli per la simulazione numerica di motori ad iniezione diretta e dual fuel
  • Modelli per la dinamica dello spray
  • Modelli per l’autoaccensione, combustione e formazione emissioni inquinanti per motori Diesel
  • Modellazione della combustione dual fuel
  • Modellazione dei fenomeni di accensione e formazione delle sostanze inquinanti nei motori HCCI
  • Sviluppo e test di algoritmi genetici a più obiettivi
  • Applicazione dei modelli e degli algoritmi di ottimizzazione a sistemi energetici e componenti di macchine
  • Metodologia automatica per l’ottimizzazione della camera di combustione in motori Diesel, HCCI e DUAL FUEL
  • Progettazione, simulazione e controllo di veicoli ibridi con motori a combustione interna o celle a combustibile
  • Simulazione di spray di Adblue in sistemi di post trattamento dei gas di scarico SCR
  • Minimizzazione dell’impatto ambientale di vetture plug-in
  • Previsione del ciclo di guida futuro
  • Analisi dell’impatto ambientale con approccio WTW (Well-to-wheel) e LCA (Life Cycle Assessment)
  • Sistemi avanzati per la propulsione aeronautica
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Settori di interesse

  • trazione stradale;
  • propulsione aeronautica e navale.
  • accumulo energetico
  • uso efficiente dell’energia
  • Sostenibilità energetica ed economica degli impianti per la produzione di energia;
  • Utilizzo di fonti di energia alternative e rinnovabili;
  • Impatto ambientale delle macchine e dei sistemi energetici.
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Composizione della Sezione

Coordinatore:

  Nome cognome, Prof. Antonio Ficarella
email: antonio.ficarella@unisalento.it
t. +39.3393719379
Sede: Università del Salento, Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Via per Monteroni, Lecce.

Unità di ricerca:

Principali collaborazioni scientifiche internazionali:

  • VON KARMAN INSTITUTE FOR FLUID DYNAMICS (VKI), SINT-GENESIUS-RODE, BELGIUM
  • The Ohio State University, Center for automotive research (CAR);
  • B.V.B. College of Engineering and Technology, Hubli, 580 031, Karnataka, India
  • Center for Research in Sustainable Aviation, University of Toronto Institute for Aerospace Studies, 4925 Dufferin St., Toronto, Ontario M3H 5T6, Canada
  • Mississipi State University (USA);
  • Tarbiat Modares University (IR);
  • Biofuel Research Team (IR).
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Attività

  • Progetti di ricerca

    2011-2014 BUILDINGS ENERGY ADVANCED MANAGEMENT SYSTEM – BEAMS – ammesso a finanziamento nell’ambito del bando VII FP – Collaborative projects (Comunità Europea). L’obiettivo del progetto è lo sviluppo di un sistema integrato ed avanzato (smart, con capacità di apprendimento) per la gestione efficiente dell’energia negli edifici e nelle infrastrutture esterne in presenza di impianti di produzione dell’energia da fonti rinnovabili.

    2013-2017 PROGETTO MEA – Gestione ibrida dell’energia per applicazioni aeronautiche, Avviso n. 713/Ric. del 29/10/2010 Titolo III – “Creazione di nuovi Distretti e/o Aggregazioni Pubblico Private”. Il progetto si propone di impostare, valutare, analizzare e sviluppare architetture propulsive ibride per applicazioni UAV e Aviazione Generale che permettano di ottimizzare le prestazioni in termini di gestione dell’energia a bordo velivolo.

    2013-2016 Greening the Propulsion – Sviluppo di uno strumento di simulazione e valutazione tecnologica per un sistema propulsivo aeronautico ibrido (PON2007/13). Il progetto “Greening the Propulsion”, presentato nell’ambito del Cluster “Aerospazio”, riguarda la Propulsione Ibrida per applicazioni Aeronautiche in cui si studiano possibili architetture ibride per un sistema propulsivo aeronautico, prendendo in considerazione le più innovative ed avanzate tecnologie per i sistemi elettrici aeronautici, e si analizzano i benefici che tali soluzioni ibride possono portare in termini di prestazioni, impatto ambientale e costi.

    P.R.I.M.E. – Progetto di un sistema di ricarica intelligente per la mobilità elettrica Bando del Ministero dell’Ambiente, della Tutela del Territorio e del Mare;

    SEB – Ricerca e sviluppo di sistemi per la produzione efficiente, la gestione e l’accumulo di energia elettrica e termica, integrati e interconnessi in un virtual power plant (PON2007/13)

    DICET-INMOTO – Definizione e realizzazione di modelli, processi e strumenti innovativi per lo sviluppo sostenibile di un territorio intelligente attraverso la valorizzazione dei suoi beni culturali e risorse ambientali e la promozione e commercializzazione della loro offerta turistica (PON2007/13)

    MALET – Sviluppo di tecnologie per la propulsion ad alta quota e lunga autonomia di velivoli non abitati (PON2007/13)

    07/2013-12/2016: APULIA SPACE – PON03PE-0M67-6 Asse I – Reti per il rafforzamento del potenziale scientifico-tecnologico delle Regioni della Convergenza. Il progetto di ricerca è realizzato dal Distretto Tecnologico Aerospaziale (DTA) srl attraverso i soci esecutori Planetek Italia s.r.l., EnginSoft S.p.A., SITAEL S.p.A., CNR, ENEA, Politecnico di Bari, Università di Bari, Università del Salento, con ALTA S.p.A., GAP s.r.l. – Geophysical Applications Processing, IMT s.r.l. – Ingegneria Marketing Tecnologia. L’attività di ricerca è nell’ambito della combustione assistita al plasma e prevede la caratterizzazione e il testing di attuatori al plasma DBD su un apparato sperimentale di micro-combustore assistito al plasma cosi come su prototipi per potenziali applicazioni in sistemi propulsivi di velivoli ipersonici. Tale attività è stata svolta in collaborazione in particolare con CNR Nanotec (ex CNR Imip) per la caratterizzazione delle fiamme in presenza di scariche al plasma e su prototipi potenziali applicazioni in velivoli ipersonici e con SITAEL S.p.A, nell’ambito della progettazione del microcombustore ad alta pressione.

    2008-2015 “Progetto di un laboratorio pubblico/privato per lo sviluppo di tecnologie innovative nel campo della generazione diffusa di potenza elettrica da fonte solare – SOLAR” finanziato nell’ambito del PON Ricerca e Competitività 2007-2013 – Il progetto proposto riguarda la creazione di un centro-laboratorio specializzato nella ricerca di soluzioni tecniche innovative per la realizzazione di impianti solari ad alta temperatura per la produzione di energia elettrica in modo diretto da cicli termodinamici e indiretto tramite processi termochimici per la produzione di combustibili ricchi in idrogeno. Tra i partner si citano Turboden srl, COG srl, Costruzioni Solari srl e il Politecnico di Bari. Dal 01-07-2008 al 31-12-2014;

    2012-2015 “Ricerca e sviluppo di sistemi per la produzione efficiente, la gestione e l’accumulo di energia elettrica e termica, integrati e interconnessi in un virtual power plant – SMART ENERGY BOXES finanziato nell’ambito del PON Ricerca e Competitività 2007-2013 – Il progetto ha, tra i principali obiettivi, la realizzazione di unità equipaggiate con tecnologie ad alta efficienza, basate su motore alternativo a combustione interna, in grado di gestire in maniera integrata ed ottimizzata vettori energetici diversi per il soddisfacimento della domanda energetica di complessi. Tra i partner si citano Avio S.p.A., CNR – Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia e Politecnico di Bari;

    2011-2015 “Sviluppo di tecnologie per la propulsione ad alta quota e lunga autonomia di velivoli non abitati – MALET” finanziato nell’ambito del PON Ricerca e Competitività 2007-2013 – Il progetto mira alla acquisizione di tecnologie, e alla loro validazione, per sviluppare sistemi propulsivi di velivoli senza pilota a bordo (UAV) che debbano svolgere missioni ad alta quota e per lungo tempo. Tra i partner si citano Alenia Aeronautica, CMD srl, Avio spa, Consorzio Italiano di Ricerche Aerospaziali (CIRA) e Politecnico di Bari;

    PROGETTO ENERWOOD: ENERGIA RINNOVABILE E GESTIONE DEL PATRIMONIO BOSCHIVO-PIC INTERREG IIIA Transfrontaliero Adriatico – Asse 1– Misura 1.1 (42 mesi). Scopo dell’attività è la realizzazione di progetti pilota come esempi concreti di produzione ed uso di energia e generata da biomasse e rifiuti, contribuendo così a contenere l’impatto dell’emissioni dei sistemi produttivi sperimentando anche l’uso di biocombustibili.

    2012-2015 Sviluppo di tecnologie innovative nel campo del solare a concentrazione –INNOVASOL.

    2012-2015 MODELLO INNOVATIVO DI FILIERA CORTA PER L’UTILIZZO DEI SOTTOPRODOTTI OLIVICOLI PER LA MICROGENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA BIOGAS (OLIGAS). Data inizio:

    2016-in corso Development of a New Hydrothermal Carbonization REActor with Renewable Energy Supply for Biomass Treatment (CREA)

    2012-2015 Soluzioni innovative per l’efficienza energetica in edilizia (Effedil).

    2012-2015 Promozione di Processi ECO-sostenibili per la valorizzazione delle Produzioni agroalimentari Pugliesi (EcoP4)

    2012-2015 Sviluppo di prodotti alimentari innovativi mediante soluzioni biotecnologiche, impiantistiche e tecnologiche (Proinnobit)

    2009-2010 Nano-Rectenna per la conversione diretta ad alta efficienza di luce solare in elettricità (RECTENNA).

    2015-in corso Fluel flexible, near-zero emissions, adaptive performance marine engine (Hercules)

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  • Attività di formazione

    2010-2011 Formazione avanzata per Tecnici specializzati nel settore energetico – SOLAR

    2012-2013 Master “Formazione di esperti in progettazione di motori per velivoli senza pilota a bordo (UAV)” (II livello)

    2016 Progetto di Formazione “MEA – Tecnologo dei sistemi di propulsione ibridi per applicazioni aeronautiche” nell’ambito del progetto PON03PE_00067_8

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  • Attività di fornitura di servizi tecnico – scientifici
    • Determinazione della configurazione aerodinamica ottimale per UAV (Unmanned Aerial Vehicle) di tipo VTOL (Vertical Take Off and Landing)
    • Ottimizzazione del rendimento e/o dell’impatto ambientale di una caldaia alimentata a pellet;
    • Miglioramento del sistema di controllo dinamico nella fase di affinazione al convertitore;
    • sviluppo di componentistica ed impianti solari termodinamici ad alta temperatura e termici a bassa entalpia basati sull’impiego di nanofluidi
    • sviluppo di componentistica ed impianti nel settore delle biomasse
    • sviluppo di processi di carbonizzazione idrotermale
    • sviluppo di nanorectenne per la conversione diretta della radiazione solare in elettricità
    • sviluppo di nanorectenne per la conversione diretta della radiazione solare in elettricità
    • sviluppo di fluidi termovettori innovativi
    • Sistema on-board/remoto per il monitoraggio real-time e la pianificazione degli interventi di manutenzione su flotte veicolari;
    • Controllo e gestione di impianti cogenerativi a biomasse lignocellulosiche;
    • Sistema multigenerazione cogeneratore policombustibile multifunzione;
    • Allestimento sperimentale, realizzazione sperimentazione e analisi risultati di una simulazione di incendio doloso e colposo di una carrozza metropolitana – Linea C Roma metropolitane;
    • Ibridizzazione del sistema di trazione di un trattore da traino per velivoli;
    • Progettazione e realizzazione di motore diesel avanzato per applicazione su nautica da diporto;
    • L’elettrospray applicato all’iniezione di Adblue;
    • Diagnosi e monitoraggio con mezzi non intrusivi del malfunzionamento dei dispositivi meccanici e del processo di combustione nei motori a combustione interna.
    • Sistema integrato gassificatore-motore per l’utilizzo di biomasse ligno-cellulosiche in assetto cogenerativo
    • Applicazione Delle Reti Neurali Artificiali Per La Previsione Dell’energia Eolica Nel Medio Periodo Del Parco Eolico Di Serra Cortina (Mt)
    • Studio della previsione della produttività del sito eolico di Serra Cortina, attraverso modellazione fluidodinamica
    • analisi termofluidodinamica relativa al bruciatore a carbone

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  • Attività di sviluppo e dimostrazione tecnologica
    • “L’elettrospray applicato all’iniezione di Adblue”, commissionato da BOSCH – Centro Studi Componenti per Veicoli (CVIT) S.p.A. dal 01-02-2007 al 30-09-2008;
    • “Ibridizzazione del sistema di trazione di un trattore da traino per velivoli”, commissionato da S.i.m.e. s.u.r.l. dal 01-03-2008 al 31-12-2008;
    • “Controllo e gestione di impianti cogenerativi a biomasse lignocellulosiche”, commissionato da Socoges s.r.l. dal 16-12-2009 al 20-05-2011;
    • “Sistema on-board/remoto per il monitoraggio real-time e la pianificazione degli interventi di manutenzione su flotte veicolari”, commissionato da Union Key s.r.l. dal 16-12-2009 al 22-05-2011;
    • “Ottimizzazione del rendimento e/o dell’impatto ambientale di una caldaia alimentata a pellet”, commissionato da Domoconfort s.r.l. dal 22-07-2014 al 30-06-2015.
    • “Progettazione fluidodinamica e strutturale del profilo alare e progettazione del sistema di incorporamento e scelta sensori per l’individuazione di separazione del flusso sul profilo”, commissionato da CMC s.r.l., 2013-2014.
    • “ Determinazione della configurazione aerodinamica ottimale per UAV (Unmanned Aerial Vehicle) di tipo VTOL (Vertical Take Off and Landing)” commissionato da International Aviation Supply IAS s.r.l., 2010-2011
    • Applicazione Delle Reti Neurali Artificiali Per La Previsione Dell’energia Eolica Nel Medio Periodo Del Parco Eolico Di Serra Cortina (Mt)

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  • Organizzazione eventi scientifico – tecnologici
    • XXXVIII Meeting of the Italian Section of the Combustion Institute, Lecce, Italy, September 20-23, 2015
    • 72° CONGRESSO NAZIONALE ATI “GESTIONE INTELLIGENTE E OTTIMALE DEI SISTEMI ENERGETICI” , 6-8 SETTEMBRE 2016
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