Introduzione al corso di Sistemi Energetici

Un sistema energetico trasforma una fonte di energia in un'energia che ha un effetto utile, ossia utilizzabile dall'uomo. Le energie che possono avere un effetto utile sono l'energia meccanica, termica, luminosa, elettrica.

I sistemi energetici si possono classificare in base al fluido di lavoro:

• Impianti a vapore
• impianti a gas
• Impianti idraulici

All'interno del corso verranno trattati gli impianti motore, impianti misti (gas vapore), le apparecchiature di scambio termico, ausiliari ecc. Le fonti di energia che alimentano i sistemi energetici che studieremo possono essere fonti di energia rinnovabile (solare, eolica, geotermica, energia delle maree ecc.) o le fonti di energia classiche: energia idraulica, energia nucleare e quella estraibile dai combustibili fossili.

Fonti di energia

L'energia elaborata in un impianto energetico può essere di due tipi: energia primaria o alternativa \sqrt[]{}===Energia primaria=== L'energia primaria comprende quella idraulica, quella nucleare e quella dei combustibili fossili.

Energia idraulica

l' energia idraulica venne sfruttata principalmente nei primi 30 - 40 anni del Novecento. Si parla di energia idraulica quando l'energia potenziale dell'acqua che scorre lungo un fiume viene prima trasformata in energia di pressione, dopo in cinetica ed infine in meccanica. Questa trasformazione viene ottenuta grazie alle turbine idrauliche. Le turbine idrauliche sfruttano alti salti geodetici se disponibili, altrimenti si ricorre allo sbarramento dei fiumi. il tipo di turbina idraulica si sceglie in base al salto geodetico e alla portata d'acqua. Per alti salti e piccole portate si ricorre alla turbina Pelton, se invece il salto è basso e la portata è grande si ricorre alla turbina Kaplan. Sfruttando l'energia idraulica si riescono a raggiungere potenze elevate, anche con le turbine Kaplan che arrivano fino a 700 MW.

Energia nucleare

L'energia nucleare deriva dalla forza che tiene uniti gli atomi. Questa energia può essere estratta in due modi:

• Fissione atomica: Consiste nel estrarre energia dividendo l'atomo in due o più parti. Questa tecnica presenta però il problema della radioattività.
• Fusione atomica: è una tecnica che è ancora allo stato teorico. Consiste nel fatto di ottenere energia unendo due nuclei. In questo modo si ottengono temperature molto elevate alle quali nessun materiale riesce a resistere. Questo problema tecnico rende la fusione atomica inutilizzabile, almeno per il momento.

Tonnellata equivalente di petrolio

Una tonnellata equivalente di petrolio è una unità di misura dell'energia che equivale a 42*10^6kJ. Questa unità di misura ci presenta un veloce confronto tra il contenuto energetico di una certa massa di un qualsiasi carburante e il contenuto energetico di una tonnellata di petrolio grezzo. Se prendiamo in considerazione l'uranio U{238} si ha che 1 kg ha un contenuto energetico pari a 8*10^13 kJ. Quindi se vogliamo esprimere il contenuto energetico di un kilogrammo di uranio: 8/42*10^(13-6)≅2+10^3 tep Quindi l'energia contenuta in una tonnellata di petrolio grezzo corrisponde all'energia contenuta in 0,5 g di U{238}

Energia alternativa

Le fonti di energia alternative sono le maree, il vento, il sole, i geyser, ecc. Le energie alternative hanno il grande vantaggio di essere infinite perché si rinnovano e per questo vengono anche dette rinnovabili. Sono flussi di energia già presenti in natura e quindi non emettono sostanze inquinanti e sono ovviamente a basso impatto ambientale. I principali punti deboli di queste fonti di energia sono l'intermittenza e la bassa densità energetica.

Considerando le maree e le correnti l'energia cinetica delle masse d'acqua in movimento viene trasformata in energia meccanica con delle turbine idrauliche ad elica. Anche lo sfruttamento dell'energia prodotta dal vento avviene tramite delle turbine, queste però sono ovviamente turbine eoliche. Queste turbine sono molto grandi a causa della poca densità energetica di queste fonti di energia.

Possiamo dire che l'energia alternativa regina è quella del sole. Infatti il sole alimenta continuamente la vita sul nostro pianeta. Inoltre l'energia del vento e delle maree ha origine proprio nell'energia del sole. L'energia delle onde elettromagnetiche può essere trasformata in energia termica oppure direttamente in elettricità tramite l'effetto fotoelettrico.

Come scritto in precedenza la diffusione di queste fonti di energia e limitato dalla loro (spesso imprevedibile) intermittenza e difficoltà nella regolazione. Questo porta a svariate difficoltà tecniche.