I sistemi ed impianti energetici coinvolgono tecnologie essenziali per la società moderna, sia per il soddisfacimento dei fabbisogni primari (es. illuminazione, trasporti, processi industriali, ecc.) sia per la realizzazione di una molteplicità di servizi inclusa la comunicazione a vari livelli (es. dispositivi elettronici e PC, comunicazioni cellulari, rete a banda larga 4G e 5G, ecc.).

La didattica dei sistemi energetici richiede la conoscenza di elementi di termodinamica e di fluidodinamica applicata, quali: Principali piani termodinamici. Sistema chiuso e aperto; lavoro scambiato; significato tecnico del I° e del II° principio della termodinamica. Trasformazioni isobara, isocora, isoterma, adiabatica, politropica. Rendimenti: ideale, limite e reale; rendimento adiabatico e politropico. Equazione dell’energia e del lavoro in forma termodinamica o meccanica, per macchine motrici od operatrici.

Tra le tecnologie per la generazione di energia un ruolo fondamentale è svolto dai  motori alternativi a combustione interna, per i quali si affrontano le basi teoriche e tecnologiche: Schema meccanico e cicli termodinamici di riferimento. Motori a quatto e a due tempi. Motori a combustione interna ad accensione spontanea e ad accensione comandata. I grandi motori marini. Carburazione e iniezione. Distribuzione ideale e reale. Combustione anormali, detonazione e preaccensione. Valutazione della potenza erogata e sua regolazione. Sistemi di sovralimentazione.

Gli impianti di generazione di potenza fanno ancora largo impiego di cicli a vapore, che vengono affrontati nella loro impostazione di base ma anche con dettaglio tecnologico, in particolare: metodi per migliorare il rendimento dei cicli a vapore; la rigenerazione; aspetti generali del circuito. Componenti dei cicli a vapore: turbine e canali di espansione; il condensatore; il degasatore; gli scambiatori rigenerativi a miscela ed a superficie; eiettori per il vuoto al condensatore; generatori di vapore: circolazione naturale e circolazione assistita e forzata.

Un ruolo fondamentale sia per la propulsione aerea che per la generazione stazionaria di elettricità a basse emissione ed elevata flessibilità è svolto dagli impianti a turbina a gas e cicli combinati. Cicli a gas: ciclo semplice ideale e reale; condizioni di massimo rendimento e massimo lavoro utile. Il ciclo rigenerato ideale e reale e prestazioni; il ciclo con intercooling ideale e reale e prestazioni; il ciclo con ricombustione ideale e reale e prestazioni. Cicli combinati: cenni alle tipologie di cicli combinati; la caldaia a recupero ad un livello di pressione, il pinch point e il subcooling; il rendimento dei cicli combinati.

Tutti i motori primi possono trovare applicazione in cogenerazione di elettricità e calore. Le tecnologie di microcogenerazione. Il teleriscaldamento e l’accumulo termico.

Infine, molte tecnologie per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili e sostenibili possono essere considerate “sistemi energetici”, sia per la natura “meccanica” dell’organo che raccoglie l’energia dall’ambiente, sia per la presenza a volte di cicli termodinamici per la conversione dell’energia termica. In particolare: impianti idroelettrici e sistemi di pompaggio. Impianti eolici. Impianti geotermoelettrici, impianti ad energia solare a concentrazione, impianti a biogas, impianti a biomassa.

Docenti

• Aristide F. Massardo
• Loredana Magistri
• Alberto Traverso
• Mario L. Ferrari
• Alessandro Sorce
• Massimo Rivarolo
• Matteo Pascenti

Laboratori

• Thermochemical Power Group and Rolls-Royce UTC laboratory
• Innovative Energy Systems Lab
• Laboratorio cicli chiusi innovativi