Mar 082016
 

Si moltiplicano gli studi nel tentativo di realizzare la batteria del futuro, eco-sostenibile, capiente e duratura. Dopo le varie soluzioni già presentate sulle nostre pagine, mi sono imbattuto in una nuova soluzione questa volta ad opera dei ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology in Germania.

BatteriaMele02

Dalle mele in decomposizione, i ricercatori sono riusciti a realizzare prototipi di batterie agli ioni di sodio, disidratandole e utilizzando il 95% del carbonio prodotto dalla decomposizione delle materie organiche in esse contenute, realizzando un elettrodo ad alte prestazioni.

BatteriaMele01L’elettrodo così realizzato ha una capacità di 230 mAh/g e una curva di degradazione molto limitata; infatti anche dopo oltre 1000 cicli di caricamento e scaricamento il degrado è risultato molto limitato. Un aspetto negativo sta nel peso che la batteria definitiva avrebbe. Infatti il sodio ha un peso tre volte superiore a quello del litio, per cui queste batterie andrebbero utilizzate per applicazioni che non sono vincolate da necessità di leggerezza, tipo le batterie per automobili.

I ricercatori tedeschi ritengono che l’ideale potrebbe essere quello di sfruttare queste batterie in abbinamento a meccanismi di accumulo di energia chiamati grid storage. La combinazione delle due tecnologie potrebbe rendere vantaggiosi questi generatori proprio per autoveicoli o dispositivi elettronici di una certa dimensione.

Il costo di queste materie prime, inoltre, è pari allo zero, potendo utilizzare mele di scarto o con aspetto non proprio ideale, che normalmente vengono eliminate già nella catena di produzione e non utilizzate neppure per produrre concimi. In più tali elementi sono eco-sostenibili perché totalmente bio-degradabili.

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Feb 252016
 

SolareMarocco2

Il sole non manca mai, lo spazio neanche e in questo caso pure la volontà politica ha fatto la sua parte. Sto parlando del Marocco, una delle terre più a ovest del continente africano, affacciato sull’Oceano Atlantico e caratterizzato da un territorio vario e un clima che passa da mediterraneo a desertico.

E’ proprio in una ampia zona desertica vicino alla città di Ouarzazate che è appena stato inaugurato il più grande impanto solare termico del mondo.

L’obiettivo dichiarato dal governo del Marocco, è quello di raggiungere entro il 2020 il 42% dell’energia nazionale da fonti alternative riducendo drasticamente la dipendenza del paese dai combustibili fossili e dagli altri paesi. Inoltre, l’obiettivo che il Marocco si pone è ancora più ambizioso, cioè raggiungere un abbattimento delle fonti inquinanti del 32% entro il 2030.

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L’impianto che sorge in una immensa vallata dello sterminato deserto sahariano utilizzerà differenti tecnologie per produrre energia; un sistema a specchi parabolici da 300 megawatt, un sistema a concentrazione solare da 160 megawatt e una seria di collettori parabolici a cilindro da 150 megawatt.

Il sistema, accumula il calore solare durante la giornata, quando il sole, sempre presente a queste latitudini, infuoca l’arida zona desertica. Durante la notte questo calore accumulato, viene convertito in energia attraverso l’uso di turbine a vapore. Si calcola che l’impianto produca energia per circa 20 ore al giorno e rappresenta solo l’inizio di un immenso progetto energetico che mira a rendere il Marocco totalmente indipendente energeticamente.

SolareMarocco3

Il mega impianto è stato realizzato della compagnia saudita ACWA Power, specializzata nella costruzione di impianti del genere.

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https://www.youtube.com/watch?v=8GFsg34zsLU
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Feb 152016
 

IoSTUDIONella ricerca di fonti alternative di energia per sopperire ai limiti dei combustibili fossili, una delle soluzioni con maggiori prospettive di crescita e sviluppo, è lo sfruttamento dell’oceano e delle sue immense masse d’acqua.

Le possibilità che l’oceano offre da questo punto di vista sono molteplici. Infatti, questa immensa mole d’acqua per tutta una serie di motivazioni, è in costante movimento e la possibilità di sfruttarla come fonte energetica risulta possibile in differenti modi, molti dei quali anche economicamente convenienti.

Dagli oceani, attraverso differenti tecnologie è possibile ricavare energia da trasformare sfruttandolo uno dei seguenti fenomeni:

  • correnti;
  • onde;
  • maree;
  • gradienti (osmosi e talassotermica).
ENERGIA DALLE CORRENTI

Le correnti marine, possono essere considerate come degli immensi fiumi che scorrono in mezzo agli oceani a volte per migliaia di chilometri. Possono essere superficiali o profonde e possono generarsi a causa di una serie di fattori naturali. I fattori primari sono la differenza di temperatura dovuta al riscaldamento solare alle varie latitudini e la rotazione terrestre. I fattori secondari sono le differenze di pressione atmosferica, di densità delle acque e le maree.

STUDIA CON I VIDEO:

A causa di tutti i fattori sopra indicati, in alcune zone del nostro pianeta e soprattutto in presenza degli “stretti”, la velocità di spostamento dell’acqua può essere notevole raggiungendo anche alcuni metri al secondo. L’energia solare assorbita riscalda la superficie del mare, creando una differenza di temperatura fra le acque superficiali, che possono raggiungere i 25°-28°C e quelle situate per esempio a una profondità di 600 m che non superano i 6°-7°C.

Correnti

DALL’ENERGIA CINETICA A QUELLA ELETTRICA

Passaggi-eolico

Le correnti marine si comportano come le correnti aeree e come nelle centrali eoliche, lo spostamento di masse d’acqua (energia cinetica) che impattano contro degli sbarramenti totalmente o parzialmente sommersi, possono generare una grande quantità di energia elettrica. Grandi turbine ad asse verticale (per le correnti costanti) o ad asse orizzontale (per le correnti di marea) sono in corso di studio o sperimentazione in diversi siti mondiali. La più grande centrale di questo tipo si trova in Francia, ma sono in realizzazione grandi centrali anche in Inghilterra, Norvegia e Giappone. In Italia il sito più interessante per lo sfruttamento di questo tipo di energia è lo Stretto di Messina, dove le pale immerse in acqua riescono a generare fino a 15 Mw di potenza.

seaflow

Turbine ad asse verticale

Turbine orizzontali

Turbine ad asse orizzontale

 

 

 

 

 

 

STUDIA CON I VIDEO:

ASPETTI NEGATIVI DI QUESTI IMPIANTI:

In generale questi impianti non creano particolari problemi. L’assenza di sbarramenti, grazie alla parziale o totale immersione in acqua delle turbine, riducono inoltre al minimo il loro impatto ambientale.

ENERGIA DALLE ONDE

Un altro fenomeno sfruttabile per produrre energia dall’oceano, sono le onde che solcano la sua superficie. Le onde si generano a causa del vento che, spirando sulla superficie marina, trasferisce parte della sua Energia Cinetica all’acqua. La quantità di energia sfruttabile dipende, dall’ampiezza delle onde e dal tempo che intercorre tra un’onda e l’altra. Questi parametri dipendono a loro volta dalla velocità del vento e dalla profondità d’acqua sottostante.

DALL’ENERGIA CINETICA A QUELLA ELETTRICA

Passaggi-eolico

Diversi sono i progetti in studio sul pianeta, ma i più promettenti sono:

  • sistemi ad impianti galleggianti;
  • sistemi ad impianti sommersi.
IMPIANTI GALLEGGIANTI

Un progetto di nuova tecnologia che, sfrutta l’energia prodotta dalle onde di superficie degli oceani e permette di produrre elettricità è il Progetto Pelamis, il cui nome deriva da un serpente marino.

Pelamis

Pelamis è un sistema di tubi galleggianti legati tra di loro che, grazie al movimento delle onde genera su dei pistoni idraulici accoppiati a dei generatori, nei punti di snodo tra i tubi, energia meccanica che viene trasformata in energia elettrica. Il primo prototipo è stato installato al centro europeo per l’energia marina delle Isole Orcadi, in Scozia. È stato ufficialmente aperto il 28 settembre 2007. In genere la singola struttura è composta da 5 elementi congiunti, ha un diametro di 3,5m, una lunghezza di 150m capaci di generare  una potenza di 750 kW. I materiali devono essere resistenti all’azione corrosiva dell’acqua di mare e sono previsti accessi alla struttura per eventuali interventi di manutenzione e/o riparazione.

STUDIA CON I VIDEO:

ASPETTI NEGATIVI DI QUESTI IMPIANTI:

I problemi generati dall’utilizzo di questa tecnologia, sono dovuti all’impatto visivo e all’occupazione di superficie marina, potenzialmente pericolosa per la navigazione. Inoltre, sono ancora presenti problemi legati alla produzione di energia a causa dell’irregolarità del moto ondoso.

IMPIANTI SOMMERSI

Questa seconda tecnologia risolve il problema dell’impatto ambientale perché risulta totalmente sommersa. E’ anche questo un impianto off-shore che sfrutta il principio di Archimede. L’impianto è fissato al fondale marino ed è costituito nella sua parte superiore da un cilindro cavo che si muove in verticale a causa del cambiamento di pressione idrostatica generato dal passaggio delle onde.

Approfondisco: il principio di Archimede dice che “ogni corpo immerso parzialmente o completamente in un fluido, riceve una spinta verticale dal basso verso l’alto, uguale per intensità al peso del volume del fluido spostato».

AWS

L’energia meccanica che ne deriva viene trasformata in energia elettrica grazie ad un generatore. Esiste un impianto del genere installato lungo le costa del Portogallo e produce circa 2 MW di potenza elettrica.

ENERGIA DALLE MAREE

Le maree sono il ritmico alzarsi (flusso) ed abbassarsi (riflusso) del livello del mare provocato dall’azione gravitazionale della Luna e del Sole. Oltre alla forza di gravitazione universale in questo fenomeno entra in gioco anche un’altra forza, quella centrifuga di rotazione della Terra.

DALL’ENERGIA CINETICA A QUELLA ELETTRICA

Passaggi-eolico

Questo tipo di impianto è a tutti gli effetti una centrale idroelettrica con turbina kaplan trovandosi al livello del mare, quindi con piccola caduta e portata molto elevata. Questo tipo di impianto che necessita di sbarramenti e bacini di accumulo, funziona in due fasi distinte:

alta marea, l’apertura delle chiuse permette il riempimento del bacino di accumulo;

bassa marea, il rilascio controllato dell’acqua contenuta nel bacino assicura la produzione di grandi quantitativi di energia anche in questa fase.

Isola di Mont Saint Michel in Francia

Impianti mareomotrici
Le turbine funzionano in entrambe le direzioni, sia con l’acqua in ingresso che con l’acqua in uscita.
STUDIA CON I VIDEO:

ASPETTI NEGATIVI DI QUESTI IMPIANTI

Gli aspetti negativi delle centrali maremotrici sono dovuti nell’elevato impatto ambientale, dovuti alla necessità di realizzare grandi infrastrutture e per l’erosione delle coste.

ENERGIA DAI GRADIENTI

Altre due tecnologie legate ai fenomeni marini sono in studio in diversi paesi del mondo. Si tratta di sistemi per ottenere energia da fenomeni fisico-chimici che avvengono in natura.

  • gradiente salino (osmosi)
  • gradiente termico (talassotermia)
GRADIENTE SALINO

Approfondisco: l’osmosi è quel fenomeno fisico spontaneo, ossia senza apporto di energia dall’esterno, per cui quando due liquidi a differente concentrazione salina entrano in contatto, quello a maggior concentrazione tende a diluirsi in quello meno concentrato (riduzione della differenza di concentrazione).

Il fenomeno della differenza di concentrazione salina o osmosi, si manifesta maggiormente in quei luoghi ove due liquidi a diversa concentrazione entrano in contatto, ossia dove i fiumi scaricano le loro acque in quelle salate del mare.

osmosi

In una centrale a gradiente salino, una membrana semipermeabile, separa l’acqua dolce da quella salata. A causa dell’alta concentrazione salina dell’acqua di mare, le molecole d’acqua dolce tendono a trasferirsi naturalmente in quella salata in modo da abbassare il suo grado di salinità e avvicinare cosi le concentrazioni saline dei due liquidi (il fenomeno avviene in questa direzione perché i pori della membrana sono attraversabili solo dalle molecole d’acqua più piccole di quelle dei sali che rimangono concentrate in prossimità della membrana). Il movimento dell’acqua attraverso la membrana genera quella che viene chiamata pressione osmotica, che può essere utilizzata in una turbina per produrre energia.

GRADIENTE TERMICO

Il fenomeno della differenza di gradiente termico o talassotermica, sfrutta invece le differenze di temperatura tra la superficie marina (più calda) e quella delle profondità oceaniche.

Un gradiente termico di 20 °C è sufficiente per produrre energia elettrica in maniera economicamente conveniente, utilizzando la tecnologia OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion).

Talassotermia

In un sistema del genere, il calore delle acque superficiali, fa evaporare il liquido di lavoro, normalmente ammoniaca, fungendo da sorgente calda. Questo vapore entra in un ciclo turbina a vapore-alternatore che trasforma l’energia termica in elettrica. L’acqua proveniente dalle profondità marine, raffredda il vapore condensandolo nuovamente in acqua chiudendo così il ciclo.

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Feb 082016
 

Batterie esplosive01

Le batterie sono sicuramente il tallone di Achille di tutte le apparecchiature elettriche e soprattutto degli smartphone. Tutti i produttori stanno investendo e cercando soluzioni in grado di garantire ai loro dispositivi una maggiore durata e autonomia, consci che chi raggiungerà per primo l’obiettivo acquisirà prestigio e un’enorme fetta di mercato.

Ma la durata è solo uno dei problemi delle batterie di dispositivi elettronici. Infatti, i componenti chimici con cui sono realizzate, possono causare alcune volte l’esplosione delle stesse con gravi conseguenze sia per il dispositivo che per l’utilizzatore.

I ricercatori dell’Università di Stanford stanno sviluppando in questi giorni una tecnologia che mira proprio a garantire un maggiore sicurezza a protezione degli utenti.

Lo studio è condotto sulle normali batterie agli ioni di litio, quelle utilizzate in tutti i dispositivi, composte da due elettrodi e da un gel elettrolita che trasporta le particelle tra i due poli.

In una normale batteria, una accidentale foratura o un sovraccarico, possono provocare un aumento della temperatura fino a oltre i 150°C e l’elettrolita innescare un’esplosione. I ricercatori di Stanford hanno trovato una soluzione ingegnosa ricorrendo alle nano-tecnologie e al miracoloso grafene. Una pellicola di polietilene elastico, viene rivestita con particelle di grafene e nichel e avvolge tutto il corpo della batteria. La pellicola, collegata con uno degli elettrodi consente il passaggio della corrente solo quando le particelle di nichel e grafene si toccano tra di loro. Ma a causa di un corto circuito o di un sovraccarico, la temperatura aumenta e superati i 70°C il polietilene si espande. Le particelle finiscono per allontanarsi tra di loro e non toccandosi più, spengono di fatto la batteria.

Batterie esplosive02

Non appena questa si raffredda, la pellicola plastica si contrae riportando le particelle di nichel e grafene a contatto, riaccendendo la batteria.

Il valore di espansione della pellicola, può essere modificato i base al tipo di polimero utilizzato e al numero di particelle inserite.

L’ulteriore vantaggio deriva dalla reversibilità del sistema. Infatti, altri sistemi già sviluppati in passato consentivano lo spegnimento della batteria prima del raggiungimento dei 150°C, però rendevano la batteria inutilizzabile. Questo approccio consente invece di continuare ad utilizzare la batteria anche dopo diversi cicli di stop garantendo una lunghissima durata alle stesse.

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Gen 282016
 
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Li-Fi-technology

Forse la trasmissione dati a distanza sta per cambiare per sempre. Dall’intuizione e scoperta di Harald Haas dell’università di Edimburgo, si sta passando alla sperimentazione sul campo in alcuni uffici a Tallin in Estonia.

Sto parlando del Li-Fi, un nuovo sistema di trasmissioni dati senza fili che dovrebbe sostituire l’ormai obsoleta connessione Wi-fi che tutti utilizziamo a casa e in ufficio.

Si tratta di un sistema che sfrutta la luce visibile nelle frequenze comprese tra 400 e 800 terahertz, e riesce attraverso un codice binario a trasmettere un enorme quantità di dati ad una velocità fino a 100 volte superiore a quella del wi-fi.

Li-Fi-2

Secondo Haas, l’unica cosa da fare per rendere la rete disponibile in ogni luogo, è quella di inserire un microchip in ogni dispositivo di illuminazione presente negli ambienti domestici e non.

I vantaggi secondo quanto dichiarata dallo stesso ideatore sarebbero molteplici. Innanzitutto la mancanza di interferenze al di fuori dello spettro ottico entro il quale avviene lo scambio dei dati, quindi molta sicurezza nella trasmissione dati.

Si realizzerebbe un notevole risparmio energetico in quanto non sarebbe necessario realizzare dispositivi appositi, ma basterebbe utilizzare le normali lampadine di cui tutti gli ambienti sono dotati.

Si potrebbe diffondere l’uso di questa tecnologia in quegli ambienti in cui è vietata per problemi di interferenze come ad esempio gli ospedali e soprattutto gli aerei, con il vantaggio, inoltre, di poter utilizzare la tecnologia di trasmissione ovunque senza particolari problemi di adattamento o predisposizione utilizzando semplicemente la luce e non le costose e limitate onde radio.

Le promesse sono enormi. Basti pensare che ogni lampadina può diventare un hot-spot di trasmissione e ricezione dati. L’impulso elettrico, trasformato in impulso luminoso viaggerebbe attraverso frequenze non visibili all’occhio umano (infrarossi) raggiungendo gli ipotetici 224 gigsbits al secondo di velocità, inimmaginabili con le normali reti wi-fi.

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Gen 162016
 
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SCHERMO01

Si susseguono tutti i giorni notizie in merito a batterie e sistemi in grado di ricaricare molto rapidamente e di mantenere la carica per tempi molto prolungati rispetto alle 24 ore massimo cui siamo abituati oggi con i nostri smartphone.

La notizia giunge dal giornale inglese Telegraph e riporta i risultati di una ricerca condotta all’Università di Oxford. I ricercatori, hanno evidenziato come la maggior parte dell’energia assorbita da un cellulare dipende dallo schermo (circa il 90%). I produttori stanno cercando delle soluzioni attraverso artifici software che mettono in standby parti hardware del telefono, per allungare al massimo la durata delle batterie, ma tutto questo non riesce comunque a far superare a queste ultima una durata giornaliera.

La società di informatica Bodle Technologies, sta infatti sviluppando il progetto di uno schermo capace di ridurre drasticamente i propri consumi anche in piena operatività.

Il dottor Peiman Hosseini, amministratore della società, ritiene che con questa scoperta, si possa creare un nuovo mercato e aprire prospettive incredibili all’innovazione.

SCHERMO02

Utilizzando una tecnologia laser già sperimentata e utilizzata nella creazione di DVD riscrivibili, Hosseini ha sviluppato degli schermi molto luminosi, che non richiedono energia per mostrare le immagini, dai colori molto vivaci e estremamente visibili anche alla luce del sole.

L’applicazione di questo tipo di tecnologia trova la sua naturale applicazione proprio negli strumenti che più utilizziamo quotidianamente, i nostri smartphone, realizzando in questo modo una enormemente estensione nella durata della batteria.

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Dic 282015
 
ENERGIA EOLICA
Indice Argomenti
1 IL VENTO
2 VENTO PRO E CONTRO
3 AEROGENERATORI E WIND-FARM
4 I PROBLEMI DI UNA WIND-FARM
5 MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO
6 APPROFONDISCI CON I VIDEO

IL VENTO

Anche il VENTO, come l’ACQUA e il SOLE, può essere considerata una fonte di energia e essere sfruttata per convertire la sua forma (energia eolica o cinetica delle masse d’aria) in un’altra forma.

Approfondisco: iPrincipio di Conservazione dell’Energia afferma che “l’energia non si può creare ne distruggere, ma solo trasformare, ossia passare da una forma ad un’altra.

Approfondisco: una Fonte di Energia è l’elemento naturale a disposizione dell’uomo da cui trarre l’energia. Una Forma di Energia, è la modalità in cui l’energia si manifesta. Sono ad esempio fonti, l’acqua, il Sole, il petrolio, il carbone, i rifiuti. Queste possono manifestare l’energia che possiedono in diversi modi, come ad esempio: energia termica, chimica, meccanica, luminosa, sonora, ecc.

Wind-FlagSi chiama VENTO quel fenomeno naturale rappresentato dallo spostamento delle masse d’aria tra zone a differente pressione atmosferica. In pratica la terra cede all’atmosfera il calore ricevuto dal sole, ma non lo fa in modo uniforme. Nelle zone fredde, in cui la Terra cede meno calore, la pressione dei gas atmosferici cresce, mentre nelle zone calde dove viene ceduto più calore, la pressione dei gas diminuisce. Si formano così aree di alta pressione e aree di bassa pressione. Quando diverse masse d’aria vengono a contatto, la zona dove la pressione è maggiore tende a trasferire aria dove la pressione è minore. Tanto maggiore è questa differenza, tanto più veloce sarà lo spostamento di queste masse d’aria e quindi il vento. Un’altra delle cause del VENTO è la rotazione terrestre.

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VENTO PRO E CONTRO

Il vento è una fonte naturale presente in qualche modo su tutta la superficie terrestre capace di generare in alcuni luoghi una grande quantità di energia.

PRO – il vento è una fonte inesauribilegratuita e non inquinante.

CONTRO – il vento è una forma di energia incostante perché non è presente in tutti i luoghi in maniera costante, cambia spesso di intensità e di direzione.

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DA ENERGIA CINETICA A ELETTRICA

Passaggi-eolico

L’energia contenuta nel vento prende il nome di Energia Eolica ed altro non è che lo spostamento di masse d’aria dal basso verso l’alto o viceversa, ossia Energia Cinetica delle masse d’aria. Per sfruttare questa forma di energia e trasformarla in elettricità, vengono realizzati degli appositi aero-genreatori, una sorta di giganteschi mulini a vento capaci di ruotare anche con venti minimi, trasformando l’energia cinetica in Energia Meccanica. La rotazione delle pale, impone una rotazione ad un rotore che, è collegato ad un generatore elettrico (alternatore) trasformando in questo modo, l’energia meccanica in Energia Elettrica.

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AERO-GENERATORI E WIND FARM

WindFARM

Una centrale eolica, chiamata anche wind-farm è costituita da una serie di torri metalliche che montano in cima una grande elica detti aero-generatori. Questi possono sorgere sia sulla terra ferma che in mezzo al mare (wind-farm off-shore) dove il vento soffia più intenso e costante.

EolicoSchema

Un aero-generatore è costituito da 3 parti fondamentali, pale e rotore, gondola o navicella e torre. A questa si aggiungono tutti i sistemi elettrici e di collegamento.

Aerogeneratore

Il rotore è la parte rotante dell’impianto ed è costituito da un mozzo su cui sono fissate le pale (di norma 2 o 3) dell’aero-generatore.

Approfondisco: il mozzo è la parte centrale di una ruota o di un organo rotante che alloggia al suo interno dei cuscinetti a sfera in modo da consentire alla componente che verrà montata sopra di esso di ruotare.

Il mozzo permette la rotazione delle pale e connette il rotore con il guscio metallico che contiene tutti gli apparati meccanici e di controllo dell’aero-generatore chiamato gondola o navicella. Nella gondola sono contenuti l’albero di trasmissione lento, il moltiplicatore di giri, l’albero di trasmissione veloce, il generatore elettrico e i dispositivi ausiliari.

Gondola

L’albero di trasmissione lento è quello che connette il rotore con il resto degli apparati all’interno della gondola. Attraverso un moltiplicatore di giri ossia un sistema di ruote dentate di differente diametro (come i rapporti nel cambio di una bici), l’albero di trasmissione lento trasmette la rotazione delle pale, al generatore. In pratica, questo sistema di ruote dentate, preleva la rotazione del primo asse e la trasmette tramite un secondo asse chiamato albero di trasmissione veloce decisamente più rapido, al generatore elettrico o alternatore in modo da trasformare un quantità di energia maggiore.

Sulla coda della gondola, troviamo due apparati di regolazione dell’aero-generatore chiamati anemometro e timone.

Anemometro

Anemometro

L’anemometro, è uno strumento utilizzato per misurare la velocità o la pressione del vento ed è formato da un asse verticale e da tre coppette che “catturano” l’aria. Comprende sensori di velocità e direzione. Il numero di giri al minuto viene registrato da un congegno elettronico che blocca automaticamente le pale con un sistema frenante qualora la velocità del vento sia superiore ai 25÷30 metri al secondo.

Il timone, molto simile alla coda di un aereo, serve per stabilire la direzione del vento. La sua rotazione trasmette un impulso ai sistemi di controllo che fanno ruotare la gondola sulla torre per posizionare le pale correttamente nella direzione del vento.

Interno-torre-eolica

Interno di una torre

La gondola, è montata attraverso un sistema di ingranaggi ad un sostegno tubolare chiamato torre che può avere, in base alle dimensioni, al suo interno sistemi di accesso verticale (scale o ascensori). L’altezza media di una torre e’ compresa tra i 40 e i 60 metri. E’ ancorata al terreno mediante strutture di fondazione o sistemi di galleggiamento quando sorge in mare. Alla base della torre troviamo anche il trasformatore elettrico e tutti gli altri apparati per la produzione e trasmissione dell’elettricità.

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I PROBLEMI DI UNA WIND-FARM

Le centrali eoliche pur utilizzando come fonte energetica da trasformare il vento, inesauribile, gratuito e non inquinante hanno comunque degli effetti negativi sull’ambiente perché realizzano una profonda trasformazione del territorio, impatto ambientale, generano interferenze elettromagnetiche e creano disturbi al sistema faunistico, modificando i flussi d’aria che conducono gli uccelli nei loro percorsi migratori.

Inoltre, le torri non possono essere installate l’una vicino all’altra, ma debbono distanziarsi longitudinalmente e trasversalmente di almeno 100 metri per non interferire l’una sull’altra sottraendosi vento.

Per evitare i problemi visivi e di impatto ambientale e per risolvere i problemi di dimensione e distanza, le torri oggi vengono realizzate in mare dove sono cresciute enormemente in dimensione e potenza.

Dimensione pale

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MAPPA CONCETTUALE

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APPROFONDISCI CON I VIDEO
COME NASCE IL VENTO? ENERGIA EOLICA
Durata: 2:35 Durata: 2:39
ENERGIA EOLICA (Ovo) WHAT’S INSIDE A WIND TURBINE?
Durata: 1:55 Durata: 5:28
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Nov 062015
 
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E’ da molti anni che gli enti spaziali mondiali, alla ricerca di un propulsore idoneo a lunghi viaggi spaziali, hanno focalizzato la loro attenzione su motori definiti ionici ad effetto Hall. Si tratta di una ricerca che ha origini antiche visto che già dagli anni ’50-’60 Stati Uniti ed ex Unione Sovietica avevano avviato studi in questa direzione.

Ma come funziona un motore ionico e quali sono i suoi vantaggi rispetto ai tradizionali motori a combustibile chimico? Scopriamolo insieme.

Ionica03

I motori ionici, intrappolano degli elettroni in un campo magnetico e li utilizzano per ionizzare il propellente, normalmente xeno. A questo punto, un campo magnetico genera un campo elettrico che accelera gli ioni carichi che, nel loro percorso creano il tipico pennacchio di scarico di plasma capace di spingere un veicolo spaziale. Questo processo, ha il vantaggio di consumare pochissimo. Basti pensare che il propulsore a effetto Hall installato sul veicolo spaziale SMART-1 dell’Agenzia Spaziale Europea in 13 mesi ha consumato circa 60 kg di xeno. Inoltre, lo xeno è un gas non reattivo, per cui non può esplodere rendendo questo combustibile anche sicuro. La propulsione generata da questo tipo di motori è più piccola rispetto a quella generata dai motori chimici, ma la sua efficienza è tale che può alimentare le navette fino a portarle alla velocità nominale di circa 112.000 miglia orarie risultando essere circa 10 volte più efficienti dei motori a propulsione classici.

Tali propulsori, sono già in uso da parecchi anni. Sin dal 1971 sono in orbita, montati sui satelliti geostazionari come propulsori per la loro stabilizzazione. Non sono stati utilizzati nei viaggi spaziali, proprio per la mancanza dell’ottimizzazione della durata e dell’efficienza. I classici propulsori effetto Hall, garantiscono infatti una vita media di 10.000 ore oltre le quali, il flusso di plasma degrada significativamente le pareti del motore rendendolo inutilizzabile.

Ionica01

Un viaggio spaziale importante, come quello che si progetta su Marte, richiederebbe almeno il triplo delle ore di durata per poter essere effettuato in sicurezza.

Sulla base di queste esperienze, un gruppo di fisici francesi è riuscito nell’intento di creare un prototipo di propulsore in grado di consentire un lunghissimo viaggio nello spazio profondo. Questo propulsore fa dell’efficienza la sua arma migliore, infatti, è in grado di consumare fino a 100 milioni di volte in meno il carburante utilizzato dalle normali navette a combustibile chimico. I fisici sono riusciti anche nell’intento di eliminare il danneggiamento fisico delle parti interne del motore. Hanno spostato l’anodo (elettrodo positivo) al di fuori del campo magnetico ottenendo così un propulsore senza pareti, quindi senza i vincoli sia del degrado della struttura che della limitazione della spinta (l’anodo, nella prima versione era posto all’interno del campo magnetico e questo lo faceva interagire con la nube di elettroni riducendo le prestazioni di spinta).

Ionica02

Sicuramente si sono fatti grossi passi in avanti nella ricerca e sperimentazione dei propulsori ionici, ma tanto ancora bisogna fare e capire. Julien Vaudolon, l’autore principale dello studio, ha pubblicato i risultati di questa ricerca confermando i buoni risultati raggiunti, ma anche i numerosi dubbi che si sono aperti e che sono ancora da chiarire.

La conclusione è che grandi miglioramenti sono stati compiuti in questa direzione, però si è ancora lontani dall’aver compreso chiaramente come funziona la fisica dei propulsori ionici. Altre ricerche e studi dovranno essere condotti e i costi sono molto elevati. Le speranze sono grandi, però lungi dall’essere pronti ad utilizzare tali propulsori come motori delle prossime spedizioni spaziali.

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Mag 032015
 
IDROELETTRICO POTENZIALE
Indice Argomenti
1 L’ACQUA
2 LE CENTRALI IDROELETTRICHE
3 LE TURBINE
4 PRO E CONTRO
M MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO
V APPROFONDISCI CON I VIDEO
Argomenti correlati
#1 IDROELETTRICO POTENZIALE (esteso)

L’ACQUA

Anche l’ACQUA può essere considerata una fonte di energia e come ogni altra fonte per il “principio di conservazione dell’energia“, può passare da una forma ad un’altra.

Approfondisco: il Principio di Conservazione dell’Energia afferma che “l’energia non si può creare ne distruggere, ma solo trasformare, ossia passare da una forma ad un’altra.

Approfondisco: una Fonte di Energia è l’elemento naturale a disposizione dell’uomo da cui trarre l’energia. Una Forma di Energia, è la modalità in cui l’energia si manifesta. Sono ad esempio fonti, l’acqua, il Sole, il petrolio, il carbone, i rifiuti. Queste possono manifestare l’energia che possiedono in diversi modi, come ad esempio: energia termica, chimica, meccanica, luminosa, sonora, ecc.

AcquaEnergiaL’ACQUA contiene in se una forma di energia chiamata potenziale che può essere sfruttata allo scopo di ottenere l’energia elettrica a noi necessaria. Questo passaggio non avviene direttamente, ma richiede una serie di trasformazioni.

Approfondisco: l’energia potenziale è quella che un corpo “potenzialmente” ha dentro di se ed è legata alla sua posizione e alle forze esterne come la gravità.

Per approfondire ulteriormente l’argomento clicca sul seguente link: energia potenziale.

PASSAGGI DI STATO
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POTENZIALE CINETICA MECCANICA ELETTRICA

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LE CENTRALI IDROELETTRICHE

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La centrale idro-elettrica, è costituita da un insieme di strutture di grandi dimensioni fondamentali per la trasformazione dell’energia.

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Schema di una centrale idroelettrica

Queste sono: bacino, diga, condotta forzata, centrale (turbine), apparati elettrici (alternatore e trasformatore), opere di restituzione.

Chiamiamo bacino o serbatoio, un grande invaso contenente immense quantità d’acqua e  può essere naturale, come ad esempio un lago, o artificiale creato dall’uomo sbarrando un corso d’acqua con una diga.

Le dighe sono gli sbarramenti realizzati dall’uomo necessari a bloccare il corso di un fiume, realizzati in cemento armato, e possono essere costruiti in due modi: ad arco e a gravità.

Diga ad arco

Diga ad arco

Le dighe ad arco sono più piccole e hanno una forma convessa. La loro conformazione consente di trasferire la spinta dell’acqua alle pareti rocciose laterali che sostengono in questo modo tutto il peso.

Diga a gravità

Diga a gravità

Le dighe a gravità, invece, sono molto più grandi, massicce e hanno una forma lineare e sezione triangolare. Reggono la spinta dell’acqua proprio perché pesantissime. Questo richiede che il terreno su cui poggiano sia particolarmente resistente.

L’acqua raggiunge la centrale attraverso un sistema di tubature chiamate condotta forzata. Queste possono essere realizzate o all’interno della montagna (in galleria) o all’esterno sul crinale o sulla diga stessa. All’imbocco, sono munite di organi di chiusura e di sicurezza che servono a regolare la portata dell’acqua, e alla base di paratoie di intercettazione che hanno lo scopo di garantire il funzionamento delle turbine rallentando la spinta dell’acqua.

Condotta forzata

Foto di una condotta forzata

Approfondisco: portata e caduta sono i due fattori più importanti presi in considerazione per la realizzazione di una centrale idroelettrica. La portata è la quantità d’acqua che passa in un secondo all’interno di una certa sezione e dipende dalla dimensione del corso d’acqua, dalle precipitazioni stagionali, dalle dimensioni del bacino. La caduta è invece è la differenza di altezza tra il bacino e la centrale.

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LE TURBINE

L’acqua giunge alla centrale e viene convogliata verso una grande ruota meccanica chiamata turbina. Questa è costituita da una parte fissa chiamata distributore e una parte mobile detta girante o rotore. L’acqua in movimento entra nella turbina, regolata mediante il distributore e agisce sulle pale del rotore mettendolo in movimento.

A seconda delle caratteristiche della centrale si realizzano tipi di turbine differenti, in grado di massimizzare la produzione di energia. I tipi più importanti sono:

Turbine Pelton, basse portate e alte cadute (50-1300 metri); sono costituite da un distributore a due o più ugelli da dove viene iniettata l’acqua (max 6) in relazione alla portata da inviare alla girante e da una ruota. Ogni ugello crea un getto, la cui portata è regolata da una valvola a spillo.

Turbine Francis, medie portate e medio/basse cadute (10-250 metri); l’acqua raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola, poi un distributore, ovvero dei palettamenti sulla parte fissa, indirizzano il flusso per investire le pale della girante.

Turbine Kaplangrandi portate e basse cadute (5-30 metri); nella Kaplan, le pale della ruota sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili. Quando sia le pale della turbina sia quelle del distributore sono regolabili, la turbina è una vera Kaplan (o a doppia regolazione); se sono regolabili solo le pale della ruota, la turbina è una semi-Kaplan.

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PRO E CONTRO

L’acqua è una fonte naturale presente sul nostro pianeta in grande quantità (circa i due terzi della sua superficie) e per questo in grado di fornire grandi quantità di energia.

PRO – L’acqua è una fonte inesauribile di energia proprio per la sua quantità, è pulita perché non provoca alcun tipo di inquinamento sul pianeta, è gratuita perché disponibile per tutti nei mari, laghi e fiumi o sotto forma di pioggia o neve senza dover pagare nulla per ottenerla.

CONTRO – l’acqua non presenta grandi aspetti negativi, ma possiamo ritenere negativa la portata estiva dei corsi d’acqua. Infatti, la carenza di precipitazioni abbassa di molto la quantità di acqua (portata) che il fiume fornisce al bacino di una centrale. Per ovviare a questo inconveniente, oggi si realizzano delle centrali chiamate a pompaggio (vedi più avanti per capire di cosa si tratta).

I PROBLEMI DI UNA CENTRALE IDROELETTRICA

La centrale idroelettrica pur utilizzando una fonte energetica pulita come l’acqua, genera inquinamento nel suo processo di trasformazione. Infatti, la costruzione di tutte le strutture che la compongono, modificano profondamente l’ambiente generando quello che si chiama Impatto Ambientale.

Approfondisco: l’Impatto Ambientale è un’alterazione dell’ambiente a causa della realizzazione di opere di grande dimensione.

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MAPPA CONCETTUALE DELL’ARGOMENTO

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APPROFONDISCI CON I VIDEO
CENTRALE IDROELETTRICA TURBINE IDRAULICHE
Durata: 4:16 Durata: 9:26
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Ott 122013
 

AirPod 06Problemi energetici, alti costi, bio-compatibilità hanno finalmente dato impulso a ricerche e studi per modificare uno degli oggetti più inquinanti prodotti dall’uomo: la macchina. E da questi studi è nata AirPOD, una piccola utilitaria che dal design e dai colori potrebbe benissimo essere uno dei prodotti della Apple Computer, ma invece è prodotta dall’Air Mobility Consortium. Si tratta di un brevetto accettato in tutta Europa e in grado di risolvere definitivamente il problema della benzina, del suo costo e del suo potere inquinante.

AirPOD

AirPOD

L’AirPOD è stata presentata per la prima volta al salone dell’automobile di Ginevra e sta per passare dalla fase di prototipo a quella di produzione in serie. Si tratta della prima auto a aria compressa, in grado di farla procedere per un percorso di circa 100Km spendendo un solo euro. Un risparmio incredibile se rapportato poi al fatto che l’auto è a emissioni zero, quindi assolutamente ecologica.

Verrà venduta ad un prezzo indicativo compreso tra i 6.000 e i 7.000 euro.

Chissà che qualcuno di noi non faccia un salto in concessionario ad acquistarla.

Mar 282013
 

piante-sole3Ogni giorno nel campo delle fonti energetiche alternative, qualche ricercatore compie un passo in avanti per migliorare e rendere più efficienti i metodi per produrre energia e riuscire a produrla a costi più contenuti e soprattutto in modo eco-sostenibile.

Arriva questa volta dai ricercatori del Georgia Institute of Technology e della Purdue University che,  congiuntamente, hanno brevettato un metodo per costruire cellule solari partendo da substrati di nanocristalli di cellulosa (CNC) ricavati dagli alberi o altre piante. Un ulteriore vantaggio deriva dal fatto che queste cellule organiche sono assolutamente biodegradabili e quindi riciclabili rispetto alle celle di plastica o altri derivati del petrolio.

Il principio di funzionamento è come quello che accade normalmente nelle piante. Lo strato di origine vegetale, come una foglia, filtra la luce facendola assorbire dallo strato sottostante. Nel caso della cella solare il substrato è un semiconduttore organico.

Questa nuova tecnologia consente al momento un’efficienza di conversione della luce solare di appena il 2,7%, contro il 10-20% delle celle attualmente in uso, ma i ricercatori sono fiduciosi poiché questa è la resa più alta mai ottenuta con materiali rinnovabili di origine naturale. L’obiettivo è raggiungere o superare un’efficienza pari a quella degli altri materiali non naturali.

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Mar 152013
 

02 NIFTutti sappiamo che oggi l’energia dall’atomo può essere sfruttata attraverso il processo chiamato fissione nucleare (ossia dalla rottura di un atomo pesante “uranio235“). Dal processo inverso, ossia dall’unione di due isotopi dell’idrogeno leggeri in uno più pesante chiamato fusione nucleare, non è attualmente possibile ottenere energia perché le condizioni in cui ciò può avvenire richiede condizioni estreme riscontrabili solo sulle stelle.

La fusione a freddo, è diventata quindi la chimera da inseguire per gli scienziati del pianeta e ogni giorno l’obiettivo si avvicina sempre di più. L’ultimo passo in questa direzione viene dagli Stati Uniti, dalla California dove gli scienziati del NIF (National Ignition Facility) di Livermore hanno sviluppato e realizzato un approccio diverso per realizzare tale processo.

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La tecnica chiamata ad ignizione promette di fornire una quantità di energia pulita e a costo bassissimo in brevissimo tempo. Mike Dunne del NIF, afferma che “…la teoria fisica funziona e che con finanziamenti adeguati, si riuscirà ad immettere sulle reti elettriche incredibili quantità di energia entro i prossimi 10 anni…“.

Punto-interrogativo2-icon[ IGNIZIONE – è la temperatura minima alla quale deve essere portata una sostanza combustibile perché si inneschi la sua combustione. ]

La tecnica sperimentata al NIF vede la costruzione del più potente raggio laser mai creato a concentrare la sua potenza in un punto. In pratica, l’energia di 192 laser è stata concentrata istantaneamente su un bersaglio di 2 millimetri, sprigionando la cifra pazzesca di 500 trilioni di Watt di energia e 1,85 megajoule di luce agli infrarossi. L’obiettivo è quello di raggiungere e realizzare quello che accade normalmente sul Sole, ossia superare quel punto in cui le reazioni si autoalimentano producendo più energia di quanta ne consumano.

01 NIF

Il futuro è iniziato, vedremo se e in quanto tempo gli scienziati, sia quelli americani del NIF che quelli europei del progetto ITER, raggiungeranno questo incredibile risultato. A detta loro la “meta è vicina”, noi staremo a vedere.

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Mar 022013
 

batterie_elastiche

La scienza continua a compiere passi avanti nella miniaturizzazione e nella realizzazione di nuovi materiali da utilizzare nella quotidianità. Questa volta siamo negli Stati Uniti ed esattamente alle Northwestern University e University of Illinois. Qui si stanno sperimentando nuovi materiali in grado di consentire la creazione di batterie a ioni di litio “elastiche”, ossia estensibili in ogni direzione senza per questo perdere le proprie peculiarità di accumulatore e generatore di elettricità. Attraverso delle interconnessioni ondulate a serpentina e attraverso l’uso di elementi che permetterebbero ai fili metallici di allungarsi, piegarsi e torcerai senza modificare il funzionamento della batteria e mantenendo perfettamente il controllo dell’elettrolito.

batteria_flessibile--330x185Questo apre nuove prospettive nel campo delle batterie. Questo tipo di batterie possono essere esterne fino a 300 volte la propria dimensione iniziale e saranno capaci di mantenere la carica fino a otto, nove ore. Ma i vantaggi non finiscono qui: infatti, queste batterie possono essere ricaricate in wireless e la cosa più interessante applicate, data la loro estensibilità, a tessuti o dispositivi indossabili.

Vedremo quali saranno le applicazioni future di questa innovazione e quali gli sviluppi di questa tecnologia che già in queste fasi iniziali si dimostra molto promettente.

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