Questa pubblicazione e i brevetti che l’hanno preceduta derivano da una semplice riflessione: “Se è possibile sfruttare la pressione idrostatica per risparmiare energia pompando l’acqua verso l’alto per vincere la forza di gravità, è anche possibile trasformare l’energia idrostatica con l’aiuto della pressione atmosferica, non sollevando ma spingendo l’acqua staticamente verso il basso, dopo averla intubata”. Applicando sinergicamente l’equazione di continuità di Bernoulli, il principio di Pascal sulla trasmissione della pressione nei circuiti idraulici che utilizzano simultaneamente pompe elettriche e turbine, possiamo produrre la massima energia nella fase discendente dell’acqua e consumare la minima energia nella fase di sollevamento, creando sistemi aperti dove l’aspirazione e la mandata geodetiche coincidono (vaso aperto). Oppure, chiusure pressurizzate, dove le altezze piezometriche di ingresso e uscita coincidono (vaso chiuso). Nel primo caso, possiamo realizzare impianti fissi che producono energia anche mentre solleviamo e distribuiamo acqua potabile, industriale, agricola, per la depurazione e la protezione dalle inondazioni, che allo stato attuale sono le opere che comportano il maggior consumo energetico del pianeta. Nel secondo caso, invece, si possono realizzare centrali idroelettriche mobili con serbatoi d’acqua pressurizzati ad aria compressa, che tramite un circuito parzialmente aperto, nella fase di discesa dell’acqua, per mezzo di una pompa utilizzata come turbina, produce energia, scaricando l’acqua in un piccolo serbatoio di disconnessione e una pompa a doppia alimentazione che la immette in un circuito parzialmente chiuso nella fase di ritorno al serbatoio pressurizzato. Sia nelle centrali a vaso aperto che in quelle ibride mobili che utilizzano speciali pompe elettriche a bassa prevalenza ma dotate di doppia alimentazione sul lato di aspirazione e dispositivi antivortice e di blocco che consentono l’immissione e la miscelazione dell’acqua da sollevare nel circuito di ricircolo dotato di maggiore pressione idrostatica. In questi circuiti, fissi e mobili, le acque non vengono sollevate dalle pompe ma dalle pressioni idrostatiche, naturali o artificiali. Nel circuito mobile, essendo costante il volume d’acqua, il cuscino d’aria compressa non si espande. Esercita sempre la stessa pressione che la pressione atmosferica agisce su quelli nel vaso aperto. Grazie ai bassi costi di sistema delle versioni fisse e mobili e alle elevate prestazioni energetiche, che non richiedono combustibili fossili o organici, anche ingombranti e a bassa efficienza energetica, come l’energia solare ed eolica, possiamo finalmente parlare di qualcosa che assomiglia al moto perpetuo, senza le controindicazioni del nucleare, sebbene vi sia l’inevitabile consumo di macchinari e materiali. Ma il moto perpetuo non ha mai promesso una moltiplicazione (per dieci, o per cento, o più) dell’energia che serve ad azionare la pompa. Come accade in questi impianti, fissi e mobili.
Descrizione .
Lo stato dell’arte nello sfruttamento delle risorse idriche terrestri e nella produzione di energia idroelettrica è stato condizionato dall’assenza di sinergie tra pompe e turbine idrauliche e da un approccio scorretto alla forza di gravità, che non va vinta dal sollevamento idraulico ma sostenuta, con la circolazione dell’acqua unidirezionale in serbatoi aperti, posti in superficie e che fungono anche da disconnessione idraulica. Con la triplice sinergia tra le pompe di alimentazione duale, le turbine e il riciclo dell’acqua in un serbatoio aperto, applicando principi idraulici noti da secoli, come il principio dei recipienti comunicanti, le leggi di Bernoulli e Pascal, posizionando strategicamente le pompe elettriche a doppia aspirazione (che non esistono ma mancano solo di una bocca) tra un’elevata prevalenza idraulica positiva e le turbine, dimensionate per lo sfruttamento dello stesso carico idraulico, le pompe, lavorando con un carico bilanciato, con un basso consumo energetico, vincono lo stato di inerzia, consentendo la trasformazione dell’energia di pressione della colonna d’acqua intubata sovrastante la pompa in energia cinetica. Pertanto le turbine producono energia anche da acque stagnanti, senza il classico salto idraulico. Ma con pompe a doppia alimentazione abbiamo la possibilità di sostituire nel circuito di riciclo quasi il 50% della portata nominale della pompa con acqua proveniente da un serbatoio idrico posto a un livello idrostatico inferiore, senza che l’efficienza produttiva ne risenta seriamente, se non per una piccola diminuzione della resa. In questo modo possiamo produrre energia anche sollevando l’acqua. Se miniaturizziamo il tutto, sostituendo il recipiente aperto con un serbatoio d’acqua pressurizzato ad aria compressa; utilizziamo una pompa multicellulare come turbina, la inseriamo in un piccolo serbatoio di disconnessione e utilizziamo contemporaneamente una pompa a doppia alimentazione per riciclare l’acqua in uscita dalla turbina e parte dell’acqua contenuta nel serbatoio pressurizzato, alimentando la pompa nella fase iniziale con un gruppo trifase in continuità, gestendo successivamente il flusso d’acqua con valvole di controllo e la velocità della pompa con un inverter, possiamo realizzare generatori di energia mobili perpetui che sostituiranno i motori termici di qualsiasi dimensione e potenza, senza consumo di combustibile, nemmeno di acqua, ma solo di una piccola percentuale dei gas contenuti nella miscela di aria compressa che si dissolve nell’acqua.
Ovviamente, il sistema con serbatoio pressurizzato può produrre energia con solo il 50% della portata della pompa (che viene scollegata dal circuito). In compensazione, il circuito può essere pressurizzato con aria compressa, prelevata dall’atmosfera, fino a 35 bar. Non uscendo dal circuito pressurizzato né aria né acqua, ma solo energia, possiamo parlare di realizzare generatori mobili di energia perpetua che possono sostituire motori termici di qualsiasi dimensione e potenza, senza consumo di combustibile. Mentre le centrali idroelettriche con ricircolo dell’acqua in recipienti aperti, in cui l’intero flusso produce energia, possono essere considerate generatori di energia perpetua in versione fissa. Queste non necessitano di scollegare un lato della portata durante il percorso di ricircolo per generare energia, poiché i recipienti aperti funzionano simultaneamente come produttori di energia, disconnettori idraulici, accumulatori e distributori d’acqua. L’inventore dell’impianto che ha ispirato questo nuovo modo di produrre energia, centinaia di volte più pulito ed economico del gas naturale, è l’energia idroelettrica sommersa, brevettata in Italia il 06.10.2014 con il numero di deposito CE2014A000012. Questo metodo di produzione energetica non è altro che un riciclo dell’acqua in un recipiente di dimensioni infinite. Come spiegato in un recente numero del Journal of Earth Science & Climatic Change, l’energia idroelettrica sommersa ossigena l’acqua superficiale inquinata, migliorandone l’ossigenazione e generando correnti di sedimenti che aumenterebbero la produzione ittica. Ma a quasi un anno dalla sua invenzione, l’inventore ha raccolto solo silenzio su questa importantissima invenzione, che ha già generato, grazie allo stesso inventore, altre nuove e innovative invenzioni che dimostrano quale sia la strada da seguire per il futuro dell’ambiente e dell’energia, mentre l’attuale leadership vuole continuare a produrre energia da combustibili fossili, senza voler purificare i sistemi globali, che attraverso la produzione di energia da combustibili fossili potrebbero contrastare le emissioni di CO2 e produrre acque alcaline per combattere l’acidificazione. Il silenzio anche sull’energia prodotta con acqua e aria sarebbe la goccia che fa traboccare il vaso, poiché non è possibile realizzarla secondo principi economici, non è mai stata concepita come un’energia economica e pulita. Chi dovrebbe intervenire è la scienza che si concentra sull’approfondimento dei problemi dal punto di vista della pura ricerca e tace sulle soluzioni sinergiche o ibride. Continuando a tacere, la scienza si schiera dalla parte di coloro che continuano ad approfondire i sistemi di depurazione e l’energia eccessiva, che, pur avendo sviluppato tecnologie avanzate, non riescono a combattere efficacemente né l’inquinamento né a produrre energia sostenibile. Queste sono le ragioni per cui si spreca energia negli impianti di depurazione e di sollevamento dell’acqua, che invece, riprogettati, diventano produttori di energia. Nessuno ha messo in discussione i criteri scientifici che dimostrano che l’energia idroelettrica ha funzioni sommerse. Ma tutti hanno taciuto. Se funziona, funzionerà anche l’energia fissa e mobile perpetua,perché i principi alla base della circolazione dell’acqua sono identici. L’inventore non promette miracoli: se possiamo evitare il consumo di carburante, l’usura delle macchine non può essere evitata. Il moto perpetuo dell’uomo ha dei limiti che non possono essere superati.
L’energia termica ha preso il sopravvento nel mondo perché la combustione ha dato l’impressione di essere più potente della pressione idrostatica e atmosferica, e il mondo ha adottato un approccio errato nello sfruttamento delle risorse idriche, marine e terrestri. Non si è raggiunta alcuna sinergia tra pompe e turbine idrauliche, che lavorano in modo opposto in impianti diversi. Le pompe consumano energia per sollevare l’acqua, mentre le turbine producono energia utilizzando l’acqua che cade dall’alto. Concettualmente, né le pompe né le turbine sono sbagliate, ma le centrali idroelettriche e gli impianti di sollevamento dell’acqua sono inadeguati perché pompe e turbine devono lavorare insieme. In rari casi è possibile sfruttare l’energia dell’acqua senza costruire grandi opere idrauliche che spesso sono pericolose per l’ambiente ed economicamente insostenibili, quando la combinazione di pompe e turbine può produrre energia idroelettrica a costi molto bassi, anche in un condominio.
Ma le pompe devono essere modificate, in modo che la forza gravitazionale venga utilizzata in modo fisso, producendo energia in discesa per gravità dell’acqua, ma evitando i costi energetici del sollevamento. Ciò è possibile affiancando sempre centrali idroelettriche con riciclo dell’acqua in un bacino aperto, mediante pompe con doppia alimentazione sul lato di aspirazione, che consentono di inserire nel circuito di riciclo l’acqua da sollevare e quindi di alimentare le turbine con acqua riciclata, non sollevata. In questo modo si eviterà la pressione idrostatica che per essere vinta comporta costi energetici maggiori a livello mondiale, considerando il gran numero di centrali, grandi e piccole, presenti e necessarie nel mondo. Soprattutto considerando che l’attuale politica energetica e di depurazione inefficiente, le acque del mare sono destinate a salire. Con gli impianti che propongo, tutte le pompe utilizzate nelle strutture pubbliche e per la distribuzione dell’acqua, con combustibile semplice e duale, saranno dotate di flusso discendente: meglio sfruttare la prevalenza idrostatica, il principio dei recipienti comunicanti e la legge di Pascal sulla trasmissione della pressione idraulica per superare la perdita di pressione del circuito, producendo energia dal riciclo e persino sollevando l’acqua da distribuire agli utenti e a coloro che difendono i territori bassi e la città dalle alte maree. La svolta per la progettazione di un’alternativa idraulica e idroelettrica è stata l’invenzione delle centrali idroelettriche sommerse da parte del sottoscritto, ovvero impianti verticali intubati nell’acqua, non ancora realizzati, che non hanno ancora trovato partner industriali, scientifici e politici perché anche i media non sono facilmente accessibili a un pensionato, che basa le sue invenzioni sulla propria esperienza di progettista tecnico di impianti e sull’osservazione delle carenze dei sistemi attuali, che per un motivo o per l’altro sono tutti incompleti, non essendo mai stati realizzati attraverso sinergie tra diverse tecnologie e principi scientifici. Ciò è dovuto, principalmente, alla specializzazione unidirezionale di progettisti, aziende e specifiche di gara del pubblico che copiano impianti esistenti migliorando indefinitamente le tecnologie ma senza mettere in discussione i principi di base, nati quando non c’erano molte conoscenze tecniche per sviluppare energie alternative. Oggi, dopo alcuni secoli di perfezionamenti e ricerche sull’energia, l’energia termica fissa e mobile è ancora predominante perché l’energia nucleare ha fallito, l’idrogeno non è mai nato. L’approccio alle nuove energie, per me, è stato sbagliato, perché si concentra su tecnologie ingombranti, costose e con bassi rendimenti, mentre l’energia idroelettrica con diverse soluzioni può essere applicata in installazioni fisse e mobili. Ma nessuno ha studiato in questa direzione. Da semplici calcoli del sottoscritto, è cento volte più economica del carbone e del gas. Non dovrebbe essere estratta dal sottosuolo, non dovrebbe essere raffinata e trasportata. Energia idroelettrica con riciclo dell’acqua in recipienti aperti e chiusi,nasce da un approfondimento delle centrali idroelettriche sommerse, in cui sono inserite in serie una pompa sommersa capovolta, una pompa discendente e una turbina. Idraulicamente si comportano come centrali sottostanti con ricircolo in un recipiente aperto di dimensioni simili all’infinito. In questi semplici sistemi, il carico idrostatico, misurato in metri di colonna d’acqua, viene scelto dopo aver accuratamente calcolato le perdite di carico nella turbina e nei tubi, per posizionare l’asse della pompa nel punto esatto in cui il carico positivo può essere solo bilanciato dalla resistenza alla circolazione dell’acqua, compresa la turbina. La pompa ha solo il compito di vincere lo stato di inerzia dell’acqua all’interno del tubo che alimenta la pompa e la turbina, consumando pochissima energia, essendo posizionata tra due carichi uguali e opposti. La rotazione della pompa, posta in tali condizioni, produce in tutta la colonna d’acqua sovrastante, la discesa dell’acqua separata dalle acque statiche circostanti, con un’energia di pressione (m * g * h) e cinetica (1/2 * m * V2 ), che vengono utilizzati nella turbina per produrre energia.
Ipotizzando che la prestazione complessiva della turbina e del generatore di corrente accoppiati sia 0,8. La potenza utile che può essere fornita da una turbina che utilizza interamente il carico utile Hu superiore a 50 m, con una pompa intubata che ha una portata di 1 m³/s, sarà Pu = η*1000*Q*Hu/10² = 0,8*1000*1*50/10² = 392 kW; mentre per far ruotare la pompa nelle condizioni di equilibrio tra la prevalenza positiva e la turbina è sufficiente una prevalenza di pochi cm di colonna d’acqua. Ipotizzando di lavorare con una pompa elettrica che ha la stessa portata, prevalenza 0,2 e 0,7 la resa, il consumo di potenza è 2,8 kW (1000*0,2/10²*0,7). Il rapporto tra energia prodotta e consumata è 392/2,8 = 140. Nessuno aveva mai pensato di poter produrre energia con investimenti infrastrutturali così bassi, attingendo a fonti rinnovabili come la pressione statica e l’altezza delle pompe idrostatiche, sebbene queste siano sempre considerate nei calcoli idraulici per la determinazione delle prevalenze degli impianti e la diffusione delle pompe per il risparmio energetico negli ascensori idraulici. Credo che se è possibile sfruttare la prevalenza idrostatica per risparmiare energia pompando l’acqua verso l’alto per vincere la pressione atmosferica, sia anche possibile trasformare l’energia idrostatica con l’aiuto della pressione atmosferica, non sollevando ma spingendo staticamente l’acqua verso il basso, dopo l’intubazione della stessa. Infatti, quando in natura si verifica spontaneamente l’intubazione di una vena d’acqua che scorre lungo una collina, attraverso una valle e risale un’altra collina, nella valle possiamo realizzare i famosi pozzi artesiani che non necessitano di pompe per sollevare l’acqua. Ciò significa che, oltre a produrre energia sommersa, possiamo sfruttare l’energia della pressione statica, naturale o artificiale, anche in altre applicazioni idrauliche. In effetti, ogni invenzione apre la strada ad altre invenzioni, se applicata in contesti diversi. Prima che al mondo venisse realizzato un solo prototipo di centrale idroelettrica sommersa, avevo concepito anche altri sistemi, come le “centrali idroelettriche con sollevamento, riciclo e distribuzione dell’acqua in un recipiente aperto” e i “generatori perpetui ad aria compressa e riciclo dell’acqua”, che utilizzano gli stessi principi idraulici, in installazioni non sommerse. Ma queste due importanti applicazioni impiantistiche, essenziali per la tutela dell’ambiente, la conservazione delle risorse e la produzione di energia sostenibile, non possono essere realizzate senza l’invenzione delle “pompe a doppia alimentazione”, oggetto di una terza domanda di brevetto, perché la burocrazia della proprietà intellettuale, che non tutela gli inventori ma solo gli industriali, non può rivendicare tutto in un’unica invenzione.
Per comprendere come una pompa o una turbina a doppio combustibile debbano essere osservate le FIG. 1 – 2 – 3, che mostrano le modifiche da apportare sul lato di aspirazione delle pompe e delle turbine; la Fig. 4, che mostra le posizioni di montaggio e i possibili collegamenti di uno schema generale di sollevamento e distribuzione dell’acqua, e riciclo in un recipiente aperto, che consente la produzione di energia idroelettrica; le Fig. 5 – 6, che mostrano le posizioni di montaggio di due modelli di riciclo dell’acqua miscelata: in recipiente aperto e in recipiente chiuso pressurizzato, utilizzabile per la produzione perpetua di energia idroelettrica (senza combustibile) su mezzi mobili. Come si può vedere dalle Fig. 1 – 2 – 3, il lato di aspirazione è stato modificato dividendolo in due parti simmetriche con separatori di flusso e flange. Particolarmente importante è il pezzo speciale (fdsfs) montato sulla pompa per realizzare la doppia alimentazione. Si possono notare i separatori a lamiera d’acciaio (fss) che dividono in quattro parti le due bocche di alimentazione della pompa e si estendono fino alla girante rotante (ai), dove le lamiere metalliche (sss) sono sagomate seguendo il profilo della girante stessa. Tale modifica serve, oltre alla separazione dei flussi, a ridurre la turbolenza e ad evitare che la pressione dell’acqua più elevata contrasti con l’alimentazione dell’acqua proveniente dal serbatoio a quota inferiore, o a pressione atmosferica, nel caso di sistemi pressurizzati. Infatti, la rotazione della girante agisce come dispositivo anti-riflusso. Inoltre, grazie alla pressione del serbatoio superiore, aumenta la depressione in ingresso sul lato a pressione inferiore. Sono note e ampiamente sperimentate applicazioni di pompe e turbine in cui il movimento di una girante crea un vuoto nel tubo di ingresso e l’acqua circola con un’accelerazione centrifuga proporzionale al quadrato della velocità angolare e al raggio di rotazione. Nei casi che esaminiamo, mettiamo le pompe nelle stesse condizioni in cui, oggi, operano le turbine che sfruttano il salto idraulico, ma dotate di una doppia alimentazione, in modo che nel corpo delle pompe e delle turbine si possa sommare la portata in ingresso, mentre per il principio di Pascal, la pressione più elevata si diffonde in tutte le parti a valle della sezione di ingresso, migliorando l’efficienza energetica delle turbine e riducendo i costi energetici per il sollevamento alle pompe. Ovviamente, le modifiche proposte riguardano anche e soprattutto la progettazione dell’impianto, ma se non si modificano, in particolare le pompe, come già detto, non è possibile produrre energia da questi impianti. È vero che allo stato attuale esiste solo l’energia idroelettrica che sfrutta il salto idraulico, o correnti d’acqua naturali o artificiali, senza recupero e riciclo dell’acqua. Purtroppo, i produttori di pompe e turbine costruiscono macchine per soddisfare le esigenze degli impianti. Se gli impianti sono sbagliati, dal punto di vista energetico, anche le pompe lo sono. Pertanto, è necessario riprogettare i sistemi e le pompe non solo per risparmiare energia, ma anche per produrla sollevando e distribuendo l’acqua.Nelle figure 1 e 4 si può osservare uno degli impianti più comuni del futuro. Questi impianti integreranno funzioni idroelettriche, di sollevamento e di distribuzione dell’acqua. L’accoppiamento flangiato con il tubo del contenitore (tcp) di una pompa elettrica assiale invertita a doppia alimentazione (caipds) permette all’elettropompa di ricevere il flusso d’acqua intubato da due serbatoi a diverse altezze, mentre l’intubazione del flusso comune consente il raffreddamento del motore sommerso. Lo stesso vale per la pompa multicellulare per pozzo delle figure 2 e 4: invece di essere accoppiata a un motore elettrico che svolge la funzione di turbina, è accoppiata a un alternatore sommerso, anch’esso raffreddato dalla circolazione dell’acqua nel tubo del contenitore, che svolge anche la funzione di serbatoio di disconnessione (wsdr). La pompa di circolazione modificata (caipds) è una pompa di drenaggio sommersa intubata. Per queste pompe, l’applicazione è più semplice da comprendere e realizzare: essendo dotata di un’ampia bocca di aspirazione collegata al corpo pompa, dove si trova la girante. Non è necessario smontare la pompa, modificarla e ottenere flussi separati direttamente dove la rotazione della girante miscela i due flussi e li somma. Ma tutte le pompe e turbine attuali possono essere modificate in questo modo e troverete molte applicazioni utili oltre a quelle qui descritte. Infatti, per altri tipi di pompe, non predisposte per questa applicazione, i produttori modificano i raccordi per farli entrare nel corpo con separatori. In particolare, le pompe utilizzate come turbine, che sono alimentate dalla corrente che entra dalla bocca di mandata per far girare il generatore di corrente montato al posto del motore, dovrebbero essere modificate allargando la bocca di mandata della corrente, che, in questa applicazione, rappresenta un collo di bottiglia che riduce la produzione di energia. Non ci addentriamo nei meriti dei problemi tecnici che possono derivare dall’introduzione della doppia alimentazione, che l’inversione della pompa, sono certamente problemi superati, prima di considerare i grandi vantaggi che le applicazioni comportano. Riteniamo che il mercato richiederà le diverse applicazioni e i produttori di pompe saranno in grado di soddisfarle. In tutti i casi, con l’uso di pompe a doppia alimentazione, dalla bocca di mandata l’acqua esce con la pressione fornita dal serbatoio posto ad un’altezza maggiore, o dal serbatoio di alimentazione pressurizzato, anche se solo un lato della pompa è stato alimentato con questa pressione. Mentre nel caso delle turbine utilizzate con doppia alimentazione, è possibile aumentare l’efficienza energetica quando sono alimentate da due serbatoi idrostatici ad altezze diverse, come mostrato in Figura 4, sia nella versione con pompa sommersa (pat), sia nella versione di normale turbina verticale (htva). Queste applicazioni, dal punto di vista della pressione, non sono altro che il principio di Pascal applicato dinamicamente. Infatti, la pressione idrostatica si diffonde in tutte le direzioni in un serbatoio chiuso, ma se il flusso d’acqua è in movimento, in tutta la sezione di passaggio. Ovviamente, nelle applicazioni dinamiche,Le sezioni di passaggio devono essere sufficienti non solo a trasmettere la pressione ma anche a sommare le portate. In tutti i casi le turbine vengono utilizzate insieme alle pompe di alimentazione doppie, in impianti completamente pieni d’acqua, dotati di tubi di ritorno per il ricircolo dell’acqua riportandola al livello superiore, spendendo solo l’energia necessaria per vincere lo stato d’inerzia dell’acqua e le perdite nelle tubazioni, non la grande energia richiesta per il sollevamento con i circuiti idraulici unidirezionali, che sono utilizzati oggi. Infatti, negli impianti completamente pieni d’acqua non può esserci movimento senza pompe di ricircolo. Ma se gli impianti non sono pieni non si può parlare di ricircolo ma di sollevamento, che richiede molta energia, dovendo vincere la forza di gravità. Per risparmiare l’energia necessaria al sollevamento è necessario trasformare tutte le applicazioni di sollevamento negli impianti di riciclo in vasche aperte, dove le altezze geodetiche di aspirazione e mandata coincidono; inoltre, sostituendo le pompe di sollevamento con pompe di alimentazione doppie e inserendo nel circuito anche le turbine, è possibile trasformare le apparecchiature di sollevamento esistenti, da grandi assorbitori di energia in produttori di energia elettrica. È importante notare che ogni bocca della pompa e della turbina con doppia alimentazione deve essere alimentata individualmente (al di sotto dell’altezza idrostatica calcolata per vincere il carico di pressione della turbina), a partire dal livello dell’alimentazione superiore del bacino, come avviene con l’alimentazione delle turbine attuali, mentre l’ascesa dell’acqua al serbatoio superiore può avvenire tramite un grande collettore comune (c). Di fatto, le discese dell’acqua sono canalizzate individualmente per ogni gruppo di pompa e turbina per produrre energia. All’uscita della turbina, abbiamo una semplice caduta di pressione all’uscita, che dipende solo dall’energia cinetica residua (V2 / 2g), indipendentemente dalla profondità a cui si verifica l’uscita. Ciò accade perché il livello all’aspirazione e all’emissione della pompa coincidono e si trovano nello stesso serbatoio. Negli impianti sommersi sono coinvolte solo le acque che entrano nel tubo superiore ed escono nello sfondo, le quali, cambiando posizione e dissipando in energia termica rimanendo nello stesso sfondo. Le centrali idroelettriche nate dalla modifica delle stazioni di pompaggio, mostrate in Figura 4, sono simili, centrali idroelettriche sommerse realizzate in un pozzo, dove, per mancanza dei volumi d’acqua necessari, non tutta l’energia residua può dissiparsi in calore, e l’acqua è costretta a salire verso l’alto, ma non potendo superare il livello dell’acqua che alimenta la pompa, l’energia che viene consumata è quella dovuta solo alla caduta di pressione nel tubo di risalita, che dipende solo dalla velocità dell’acqua e dai coefficienti di attrito sulle pareti, facilmente calcolabili per sezioni circolari con le formule di Bazin, [dove le perdite di carico in m/km = 1000*4*V2/C2*D, dove C= 87/(1+2γ/√D), dove γ è il coefficiente medio di rugosità = 0,16, la velocità in m/s, la dimensione in m].Altre formule di altri autori sono ugualmente valide. Queste perdite di carico possono essere compensate aumentando la prevalenza della pompa o il livello idrostatico in aspirazione. Ai fini energetici, è preferibile la seconda soluzione. Ovviamente, lo stesso ragionamento è valido anche per il tubo di collegamento (csp) tra un serbatoio e l’altro, che può essere lungo diversi chilometri. Considerando, ad esempio, che il trasporto di 1 m³/s con una tubazione Dn 1000, con la formula di Bazin sopra citata, comporta una perdita di carico di 1,5 m/km, per una distanza di 10 km si dovrebbe utilizzare un impianto di sollevamento con una prevalenza di 15 m, aggiungendo 2 m per pezzi speciali e la perdita all’uscita, la prevalenza della pompa diventa di 17 m. Con elettropompe con rendimento 0,7, ciò richiede un consumo energetico di 238 kW (1 * 1000 * 17 / 102 * 0,7). Questo dispendio energetico e le opere elettromeccaniche necessarie per ottenerlo sono obsolete, con spaziatura lungo il percorso negli impianti di riciclaggio in serbatoi aperti con doppia alimentazione di pompa e turbina (Figura 4).
Le leggi dell’idraulica sono chiare, sia per quanto riguarda lo sfruttamento della prevalenza di aspirazione delle pompe (SGH), sia per quanto riguarda le perdite di carico in un circuito idraulico in un recipiente aperto, da cui escono le acque aspirate e ritornano quelle pompate. La prevalenza positiva da trasportare sull’albero della pompa è data dalla somma della prevalenza utile (Hu) richiesta dalla turbina più le perdite di carico nelle tubazioni (pdc) e all’uscita (pds). La lunghezza della rete idrica che collega i serbatoi (wddr) può essere imputata alla prevalenza idrostatica. Infatti, se aumentiamo la distanza tra un bacino e l’altro, non è necessario aumentare la prevalenza delle pompe ma l’altezza del bacino sulle pompe, che costa molto meno. Aumentando i diametri dei tubi si riducono l’altezza degli impianti e le pressioni di esercizio. La prevalenza da assegnare alla pompa è “H” ed è uguale alla somma di: (+) Hgea (-) Pdc (-) Pds, dove:
Hga (m) = (sgh) aspirazione geodetica: distanza tra il livello superiore sul lato di aspirazione e l’asse della pompa. Hga, nel nostro caso, ai fini energetici, è positivo, perché la pompa è soggetta al livello dell’acqua.
Pdc (m) = somma di tutte le perdite di carico del sistema, che, ai fini dell’assorbimento dell’energia di pressione, vanno considerate con segno negativo. Nel nostro caso, sono rappresentate dal tubo di discesa, dai pezzi speciali, dalla resistenza alla rotazione della turbina, dalla velocità nel tubo (rst) di collegamento al recipiente.
Pds (m) = perdita di pressione all’uscita nel collettore e nel serbatoio superiore (V 2 / 2g).
Senza mai superare con il tubo (rst) il livello della vasca (wddr), pompando nella direzione della pressione atmosferica, la prevalenza dell’impianto tende a zero bilanciando le perdite di carico con la prevalenza idrostatica. Ovviamente, per ottenere la massima energia prodotta, le perdite di carico dovrebbero essere concentrate nella turbina riducendo le altre, aumentando i diametri dei tubi e riducendone le lunghezze. Non è la pompa a sollevare l’acqua, ma senza la doppia alimentazione della pompa l’acqua non potrebbe essere immessa nel circuito dal lato di aspirazione per essere sollevata senza costi energetici. Infatti, la chiusura della valvola (sav) che alimenta il lato sinistro della pompa (con o senza passaggio attraverso la turbina), permette di alimentare tale lato con l’acqua della vasca posta al livello inferiore; la miscelazione e la somma delle due portate, che si verificano nella pompa, consentono di recuperare il livello idrostatico massimo della vasca superiore senza un consumo energetico apprezzabile. Raggiunta quella soglia, si chiude l’alimentazione idrica da sollevare (sov) e si riapre l’alimentazione con il riciclo dell’acqua del bacino superiore (sav), fino a quando il livello dell’acqua non si abbassa nuovamente e richiede un nuovo sollevamento. Ovviamente, questo sistema può essere utilizzato per portate grandi e piccole e per grandi e piccole differenze di altezza. In tutti i casi si produce energia consumando pochissimo per il riciclo nel bacino aperto, che comprende anche il sollevamento dell’acqua che rientra nel circuito di riciclo. Ma il sistema può anche funzionare costantemente sollevando le acque di tracimazione delle aree soggette a inondazioni e allagamenti, senza costi energetici, ma producendo energia. Infatti, il tracimamento della condotta (or) può essere deviato nei canali delle opere idrauliche territoriali (dthcd). In altre parole, si può produrre energia prelevando acque basse, invece di consumare energia.
La FIG. 5 mostra un generatore di corrente perpetua ad aria compressa e riciclo dell’acqua, che può essere realizzato in miniatura per essere installato nel cofano di un veicolo al posto del motore termico, oppure in dimensioni maggiori per altri mezzi mobili che richiedono più potenza, come veicoli agricoli, camion, navi, aerei e treni. I generatori di corrente perpetua ad aria compressa e riciclo dell’acqua della FIG. 5 nascono dagli stessi principi idraulici di quelli sommersi: invece della pressione atmosferica, sfruttano la pressione del cuscinetto d’aria compressa sulla superficie dell’acqua, all’interno del serbatoio (ptr). Come gli impianti sommersi, hanno la necessità di dissipare l’energia di pressione e l’energia cinetica nella turbina per trasmettere energia meccanica all’alternatore che produce energia elettrica. Ciò implica la necessità di scaricare l’acqua in un serbatoio aperto (wsdr) (che ha una forma diversa solo per adattarsi alle caratteristiche di funzionamento della turbina o della pompa utilizzata come turbina, ma il concetto è identico) disposto a valle e successivamente, ripomparla nel serbatoio pressurizzato. Ciò implica la necessità di scaricare l’acqua in un serbatoio aperto (wsdr) (che ha una forma diversa solo per adattarsi alle caratteristiche di funzionamento della turbina o della pompa utilizzata come turbina, ma il concetto è identico) disposto a valle e successivamente, ripomparla nel serbatoio pressurizzato. Ma con lo schema idraulico proposto e con la pompa a doppio combustibile alimentata da un lato, con l’acqua drenata dalla turbina e l’altro direttamente dal serbatoio pressurizzato (ptr), è possibile far passare l’acqua a pressione atmosferica attraverso il lato di aspirazione della pompa nel circuito pressurizzato e riciclarla per produrre nuova energia sfruttando la stessa pressione dello stesso recipiente pressurizzato, senza il quale varia la pressione nel serbatoio, poiché il volume dell’acqua non cambia. In effetti, il flusso della pompa ritorna al serbatoio pressurizzato, passando attraverso la valvola (sov) e la valvola di ritegno (CV). Tutte le operazioni vengono eseguite al di sotto del cuscino d’aria, senza variare il volume d’acqua presente nel serbatoio (ptr). Avendo luogo la circolazione dell’acqua all’interno di tale volume, la prevalenza della pompa di ricircolo può essere molto bassa. Non dipende dalla pressione del cuscino d’aria, poiché l’acqua non è comprimibile. Il sistema funziona diversamente da quanto accade nei serbatoi dell’autoclave (che tutti conosciamo), dove l’acqua non ritorna al serbatoio, quindi la pressione dell’aria diminuisce e richiede energia da parte della pompa per essere ripristinata. Pertanto la pompa nel caso dell’autoclave deve avere una prevalenza pari alla pressione del serbatoio (ptr). Nel nostro caso, possiamo dire che preleviamo la pressione e l’acqua per il serbatoio (ptr) per far girare la turbina, senza che il manometro del controllo della pressione dell’aria e il livello del regolatore (mpl) se ne accorgano, come se fossimo in un circuito chiuso,perché l’aria non esce dal serbatoio e la quantità d’acqua che esce ritorna immediatamente al serbatoio (ptr). Ma i circuiti chiusi non possono produrre energia, proprio per l’impossibilità di trasformare l’energia di pressione in energia cinetica e viceversa. Infatti, nel nostro caso, il circuito è ibrido, mezzo aperto e mezzo chiuso. Tutto avviene contemporaneamente: la turbina utilizza tutta la pressione (ptr) e circa il 50% della capacità della pompa per produrre energia, scaricando l’acqua nel serbatoio di disconnessione idraulica (wsdr), che è mantenuto a pressione atmosferica, mentre tramite la pompa a doppia alimentazione, l’intero flusso ritorna al serbatoio (ptr), come se avesse riciclato il 100% della capacità della pompa, senza che nessuna parte dell’acqua sia passata attraverso la turbina e il serbatoio di disconnessione, che, invece, durante il riciclo hanno prodotto energia con il 50% della capacità della pompa e l’intera pressione del serbatoio. Pertanto, il 100% della capacità della pompa ritorna al serbatoio pressurizzato, come in un comune impianto di riciclo in un recipiente chiuso, senza abbassare né il livello dell’acqua né la pressione del serbatoio. Quindi, anche in questi impianti, come negli impianti sommersi, le perdite di carico della turbina sono vinte dalla prevalenza positiva della colonna d’acqua sulla pompa che fa circolare l’acqua con una prevalenza molto piccola della pompa. Nel caso dell’idroelettrico sommerso, la pressione è fornita dall’atmosfera e dal livello dell’acqua sulla pompa, nel generatore perpetuo mobile dal cuscino d’aria che sostituisce anche gran parte della colonna d’acqua. Anche in questo caso, all’uscita della turbina, nel serbatoio (wsdr), siamo alla pressione atmosferica e dobbiamo considerare solo la perdita di pressione all’uscita (Vle perdite di carico della turbina sono vinte dalla prevalenza positiva della colonna d’acqua sulla pompa che fa circolare l’acqua con una prevalenza molto piccola della pompa. Nel caso dell’idroelettrico sommerso, la pressione è fornita dall’atmosfera e dal livello dell’acqua sulla pompa, nel generatore perpetuo mobile dal cuscino d’aria che sostituisce anche gran parte della colonna d’acqua. Anche in questo caso, all’uscita della turbina, nel serbatoio (wsdr), siamo alla pressione atmosferica e dobbiamo considerare solo la perdita di pressione all’uscita (Vle perdite di carico della turbina sono vinte dalla prevalenza positiva della colonna d’acqua sulla pompa che fa circolare l’acqua con una prevalenza molto piccola della pompa. Nel caso dell’idroelettrico sommerso, la pressione è fornita dall’atmosfera e dal livello dell’acqua sulla pompa, nel generatore perpetuo mobile dal cuscino d’aria che sostituisce anche gran parte della colonna d’acqua. Anche in questo caso, all’uscita della turbina, nel serbatoio (wsdr), siamo alla pressione atmosferica e dobbiamo considerare solo la perdita di pressione all’uscita (V2 / 2g). Subito dopo l’avvio del circuito di ricircolo in un recipiente chiuso, che non produce energia, ma sfrutta la pompa a doppia alimentazione per riciclare tutta l’acqua nel serbatoio pressurizzato. Questa parte del circuito non è diversa da un circuito di ricircolo in un recipiente aperto, se si considera che le altezze piezometriche di aspirazione e mandata coincidono. C’è solo la diramazione della seconda bocca di aspirazione che immette l’acqua che esce dallo stesso serbatoio (ptr), dopo essere passata attraverso la turbina e la disconnessione del serbatoio ritorna al circuito pressurizzato attraverso la pompa. Non importa che la pompa sia a bassa prevalenza, poiché i separatori di flusso e la rotazione della girante impediscono il ritorno dell’acqua al serbatoio di disconnessione. Inoltre, la pressione in questo circuito è solo statica, essendo uguale in aspirazione e mandata della pompa. Per il principio di Pascal nel corpo della pompa la pressione diventa uniforme, l’intero volume di acqua circolante ritorna al volume liquido del serbatoio pressurizzato senza dover spendere energia per aumentare la pressione del circuito. Nei circuiti pressurizzati chiusi, per il calcolo della prevalenza della pompa di circolazione non si considera la pressione del cuscino d’aria, ma solo le perdite di carico nelle tubazioni del circuito, che in questo caso sono minimizzate. Infatti, la pressione all’interno di questo circuito è statica. Per far circolare l’acqua, la pompa deve vincere solo lo stato di inerzia e l’attrito sulle parti dei tubi. Queste piccole perdite di pressione possono essere superate dalla prevalenza della pompa o dalla pressione residua all’uscita della turbina, che deriva, tuttavia, dalla pressione del cuscino d’aria nel serbatoio (ptr). In un generatore elettrico a ciclo continuo senza combustibile, il ruolo principale è svolto da due pompe di alimentazione, che per i motivi sopra indicati assorbono pochissima energia e possono essere alimentate, all’avvio, tramite una batteria elettrica come i motori e i generatori termici, con l’unica differenza che questi ultimi devono essere alimentati con combustibili, mentre i generatori utilizzano in modo continuo l’energia accumulata dalla pressione dell’aria o del gas e dal ricircolo dell’acqua nel sistema. Per questo motivo si possono definire perpetui, non dovendo fermarsi per fare rifornimento, almeno finché il contenuto di gas nell’aria, l’acqua disciolga, abbassando eccessivamente la pressione. La pressione potrebbe diminuire dopo alcuni mesi, ma questo può essere evitato montando a bordo un piccolo compressore. Le fasi principali dell’avviamento, che dovrebbe avvenire automaticamente, con l’inserimento del comando a chiave o del pulsante “start”, sono le seguenti:
1) Chiudere tutte le valvole (sovfa) e (sov) che intercettano a monte e a valle del serbatoio di disconnessione (wsdr) che comunica con l’atmosfera attraverso la valvola di sfiato e la ventilazione (che non fa passare l’acqua).
2) Con le valvole del punto 1 chiuse, si mette in servizio la pompa (caipds) tramite un UPS trifase dotato di batteria, raddrizzatore, alternatore-inverter, alimentato dalla stessa energia prodotta. Nella fase iniziale di avviamento l’acqua circola entrando da un’unica bocca di aspirazione, ma subito dopo l’uscita si aprono anche le valvole che intercettano il serbatoio di disconnessione (wsdr) e l’acqua può anche alimentare la seconda bocca di alimentazione della pompa che porta l’acqua utilizzata dalla turbina per produrre energia. Quest’acqua, che è a pressione atmosferica, viene immessa nel circuito di un ricircolo pressurizzato direttamente dalla seconda presa di alimentazione della pompa che permette la miscelazione nella girante con quella che lavora alla pressione statica del serbatoio pressurizzato.
3) Quando l’alternatore, collegato alla turbina, inizia a produrre energia, è possibile escludere il circuito di avviamento e far funzionare la pompa di circolazione con l’energia prodotta. È importante utilizzare un sistema di controllo della velocità della pompa con inverter per mantenere costanti i livelli di gestione (mpl) dei due serbatoi (pressurizzato e di disconnessione), poiché un eccesso di pressione del serbatoio rispetto alla capacità dissipativa della turbina porta ad un aumento della velocità della turbina e a una maggiore portata, che innalza il livello (mpl) del serbatoio di disconnessione (wsdr), mentre una riduzione di pressione può portare ad un abbassamento del livello, a una riduzione della portata e della potenza erogata e all’ingresso di aria nel circuito. Le regolazioni devono essere effettuate in esercizio e in modo automatico, soprattutto grazie alla velocità della pompa.
Legenda dei disegni: (ac) compressore d’aria; (acg) generatore di corrente alternata; (ai) girante assiale; (C) collettore; (caipds) pompa intubata assiale capsidica a doppia aspirazione; (cfca) raccordo per riempimento rapido aria compressa; (csp) tubo del sistema di collegamento; (cst) tubo del sistema di contenimento; (cv) valvola di ritegno; (dgh) altezza geodetica di mandata; (dthdc) deviazione verso i canali di drenaggio idraulico; (ecpc) cavo di produzione di corrente elettrica; (fcp) flangia per accoppiamento alla pompa; (fdsfs) separatore di flusso e alimentazione doppio flangiato; (fss) separatore di flusso in lamiera d’acciaio; (htva) turbina idraulica ad asse verticale; (iwft) ingresso acqua per alimentare la turbina; (lf) anello di sollevamento; (lfcv) valvola di controllo del livello flottante; (mpl) sonda di livello minimo o massimo; (pat) pompa come turbina; (ptr) serbatoio testato in pressione; (od) scarico di troppo pieno; (pat) pompa come turbina; (pwa) pompa con autoclave; (sav) valvola di alimentazione aggiuntiva; (sacg) generatore di corrente alternata sommergibile; (sacm) motore di corrente alternata sommergibile; (sfff) flangia speciale con quattro alimentazioni; (sgh) altezza geodetica di aspirazione; (sov) valvola di intercettazione; (sovfa) valvola di intercettazione con regolazione del flusso; (sph) altezza piezometrica di aspirazione; (srip) anello di supporto per pompa di intubazione; (srt) tubo del serbatoio di alimentazione; (sss) lamiera d’acciaio sagomata; (sv) valvola di sicurezza; (tcp) tubo contenente la pompa; (tpups) UPS trifase; (wdn) rete di distribuzione dell’acqua; (wddr) serbatoio di distribuzione e disconnessione dell’acqua; (wsdr) serbatoio di disconnessione dell’acqua.
A completamento dell’argomentazione, di seguito viene riportato un riepilogo della domanda di brevetto che ha dato origine a questo incredibile sistema energetico pienamente compatibile con l’ambiente e l’economia mondiale. Questo sistema è già stato descritto nel precedente articolo del Journal of Earth Science & Climate Change, intitolato Synergic Plant, Artificial Welling, Hydroelectric Energy (SPAWHE).
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE CE 2014A000012 Data 06/10/2014
(Questa richiesta di brevetto potrebbe essere estesa al livello internazionale entro il 06-10-2015)
IMPIANTI IDROELETTRICI SOMMERSI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA, L’OSSIGENAZIONE DEI FONDO MARINO E DEI POZZI ARTIFICIALI
Di Luigi Antonio Pezone
L’energia idroelettrica sommersa senza salto idraulico non richiede grandi investimenti e può essere implementata in laghi, mari e bacini idrici, ossigenando i fondali inquinati. Si tratta quindi di un’energia che protegge l’ambiente. Inoltre, è più economica di qualsiasi altra forma di energia, utilizzando un’energia presente ovunque e da sempre a nostra disposizione, poiché si trova nelle acque che ricoprono i tre quarti della Terra. Siamo abituati a usare pompe elettriche per sollevare l’acqua, ma possiamo usarle anche per spingerla verso il basso. Prendiamo il caso più semplice, quello di pompe assiali intubate: basta capovolgerle e installarle a 20, 30, 50 o 100 metri di profondità in laghi e mari, e al di sotto di esse, nello stesso tubo, inserire una turbina sempre intubata. La rotazione della pompa produce all’interno del tubo il movimento di una massa d’acqua (m) verso il basso, ma la pompa serve solo a vincere lo stato di inerzia dell’acqua e a determinarne la portata (m), a seconda delle dimensioni della girante dei tubi. La spinta verso il basso è determinata dall’inclinazione delle pale della girante e verso l’alto dal livello dell’acqua sul lato di aspirazione. In altre parole, la rotazione della pompa innesca anche la conversione dell’energia di pressione (m * g * h) in energia cinetica (1/2 * m * V2). Tutta questa energia può essere trasformata in elettricità, facendola entrare nella pompa tramite una turbina accoppiata a un generatore di corrente. Se l’impianto è alloggiato in un serbatoio ermeticamente chiuso, non produce energia non potendo esistere la circolazione dell’acqua. Se ci troviamo in una piccola vasca, dove l’acqua in uscita dalla turbina è costretta a risalire verso l’alto, possiamo calcolare l’energia che si oppone alla produzione di energia, portando alla risalita dell’acqua e quindi la potenza che assorbe questa spinta (P = Q * h / t). Nei sistemi implementati in grandi vasche il tempo “t” di sollevamento, ponendo il denominatore dell’espressione tende all’infinito, e quindi la potenza che si oppone all’uscita della turbina tende a zero.
In ogni caso, anche in un pozzo, esiste una differenza significativa tra la velocità di passaggio e quella di sezione dell’acqua: nelle curve in discesa l’energia di pressione si trasforma rapidamente in energia cinetica per produrre energia elettrica, mentre negli impianti di risalita la trasformazione inversa dell’energia non consumata nella turbina (per produrre elettricità) dall’energia cinetica di pressione avviene in tempi molto lunghi, che non sono compatibili con un calcolo di potenza in cui il fattore tempo è cruciale. Nell’espressione che si usa per calcolare la prevalenza di un sistema idraulico senza dislivello geodetico (sommerso) Ht = (Pu – Pi) + (Vu 2 -Vì 2 )/2g +∑ v. Essendo una prevalenza idrostatica costante, possiamo considerare (Pu – Pi) uguale a zero; essendo percorsi molto brevi nelle tubazioni, la caduta di pressione (Σv) possiamo considerarla tutta nella turbina; Pertanto, la differenza di energia tra la discesa e la salita dell’acqua è concentrata tutta sulla differenza di energia cinetica [(Vu 2 -Vì 2 )/2g]. Se la sezione del bacino è ampia, la velocità di risalita verso l’atmosfera è minore, quindi lo sfruttamento dell’energia è maggiore rispetto a quello idrostatico. Con un piccolo assorbimento di energia elettrica, nel percorso discendente, possiamo attraversare la turbina con energie cinetiche decine di volte superiori a quelle degli impianti di sollevamento. Non dovendo vincere con la pompa alcuna resistenza nel circuito ma solo assicurando la circolazione, non sorprende che spendendo solo pochi kW (4000*0,2/102*η = circa 10 kW), la centrale idroelettrica marina o lacustre, situata a cinquanta metri di profondità e con una portata di 4 m³ / s, generi un’elettricità circa centocinquanta volte superiore a quella assorbita dalla pompa.
Supponiamo di realizzare due centrali idroelettriche sommerse con soluzioni diverse, partendo da una portata d’acqua di 4.000 L/s, con un dislivello totale (Ht) di 50 m, e di scegliere una pompa sommersa canalizzata in un tubo (wdt) Dn 1400 per predisporre l’installazione della pompa a una profondità di 50 m. Con una portata di 4.000 L/sec, V = 2,6 m/sec, le perdite di pressione in m/km calcolate utilizzando la formula di Bazin (1.000*4*V 2 /C 2 *D) dove (C= 87/(1+2g/√D) e un coefficiente di rugosità γ=16, sono 4,11 m/km, per un totale di 0,20 m. nel caso di utilizzo di turbina a flusso radiale con alternatore esterno (dis. ½), le perdite di pressione localizzate nella riduzione dell’ingresso alla turbina con D 2 = 700 mm (V 2 = 10,4 m/s) sono 2,75 m (0,5 *V 2 2 /2g); le perdite di pressione nella curva a 90 gradi sono (0,5* V 1 2 /2g) = 2,75 m, Pertanto, l’altezza effettiva (Hu) all’ingresso della turbina diventa circa 44,3 m, supponendo che la prestazione complessiva della macchina è 0,87, la potenza utile erogata dalla turbina sarà Pu = η*1025*Q*Hu/102 = 0,87*1025*4*44,3/102 = 1,549 KW. Nella soluzione con condotto verticale, supponendo che la prestazione sia la stessa e che la turbina entri facilmente nel tubo Dn 1500 (il tubo è più largo di 10 cm per contenere la turbina) non ci sono altre perdite di pressione, eccetto quelle richieste dalla turbina, quindi il carico positivo di 50 mt (Hu) è completamente utilizzato e i guadagni di efficienza energetica sono maggiori: 1,748 KW. È importante notare che l’acqua che alimenta la pompa che, a sua volta, alimenta la turbina, grazie all’intubazione, è separata dall’acqua circostante e può avere una propria pressione idrostatica specifica che viene trasformata in energia cinetica concentrata sulle pale della girante come nelle piante terrestri. Pertanto, gli impianti possono essere dimensionati idraulicamente con il principi legislati da Bernoulli”. Questo è molto importante perché senza l’intubazione della pompa che alimenta la turbina si sarebbe avuto solo un ricircolo d’acqua attorno alla pompa e alla turbina senza produzione di energia, poiché non si sarebbe creato un flusso gravitazionale separato dalla massa statica dell’acqua del bacino, che parte dallo strato superficiale dell’acqua.
Questi impianti, che costeranno pochissimo perché non richiedono grandi opere come dighe e bacini idrici, possono proteggere l’ambiente trasportando l’ossigeno delle acque superficiali nei fondali marini e creando piccole correnti che favoriscono il ciclo dei nutrienti e dei carbonati depositati nei fondali, aumentando l’ossigenazione generale, quindi l’autopulizia, la produzione di fitoplacton e zooplancton, con una produzione ittica naturale senza mangimi artificiali e vivai.
Leggenda dei disegni
(acg) generatore di corrente alternata; (acr) nervature autocentranti; (apc) camera a pressione atmosferica; (bc) gru a ponte; (cdip) pompa di drenaggio intubata a capside; (cs) fondale marino costiero; (cddw) uscita acqua diffusore a cono; (dp) pompa di drenaggio; (edn) rete di distribuzione elettrica; (fsp) flangia f per tubo di supporto; (htva) turbina idraulica ad asse verticale; (iht) turbina idraulica intubata; (ipc) cavi di alimentazione in ingresso; (iwfp) ingresso acqua per alimentare la pompa; (lf) anello di sollevamento; (mfp) galleggiante modulare in polietilene; (na) ancora navale; (nl) luce notturna; (of) flangia sovradimensionata; (oow) uscita acqua ossigenata; (pc) cavo di alimentazione ; (sn) rete di sicurezza; (srdp) anello di supporto per pompa di drenaggio; (srit) anello di supporto per turbina intubata; (ssfp) struttura di supporto piattaforma galleggiante; (tva) tubo per ventilazione e accesso; (ufc) cono dell’imbuto superiore; (vcw) copertura di ventilazione impermeabile; (vt) trasformatore di tensione; (wdt) tubo di discesa dell’acqua.
Il disegno “1/2” fig. 1 mostra schematicamente il sistema con turbine a flusso radiale ad asse verticale. Dall’alto si può osservare la struttura galleggiante (mfp-ssfp) soggetta a un livello del mare di 15 m; il tubo di discesa dell’acqua che trasporta la pompa elettrica sommergibile assiale con aspirazione verso l’alto; la riduzione di sezione e la curva che si collegano alla turbina, che drena l’acqua dal fondo attraverso il cono diffusore (cddw). La turbina (htva) è contenuta in una camera d’acciaio a pressione atmosferica (apc), con un piccolo carroponte per eventuali operazioni di manutenzione. In questa soluzione la turbina rimane incorporata nella camera, qualsiasi riparazione e sostituzione di parti usurate deve essere effettuata in loco, mentre è possibile estrarre l’alternatore attraverso il tubo di ventilazione e l’accesso (tva), dopo aver smontato l’elemento terminale (vcw) che serve a impedire l’ingresso di acqua piovana e onde alte che supererebbero anche l’elemento terminale. All’interno della camera, tuttavia, è prevista la pompa dell’acqua di sollevamento e il controllo del livello della condensa (dp). Sul terminale (vcv) è montata la lampada notturna (nl) per segnalare la presenza dell’impianto. Si possono notare il percorso del cablaggio elettrico (pc), la centrale di conversione dell’energia (vt) e la rete di distribuzione (edn).
La figura 2 è un ingrandimento della parte inferiore del sistema descritto sopra.
Il disegno “2/2” fig. 3 riporta schematicamente il sistema con turbina intubata. Questa soluzione è stata progettata per non fornire superficie in nessuna area esposta alle mareggiate. È la soluzione ideale. Tuttavia, attualmente, queste turbine vengono installate a una profondità massima di 15 m. I produttori dovranno migliorare le tenute meccaniche delle parti sommerse che proteggono i componenti elettrici e il sistema di lubrificazione, se si desidera installare le turbine a profondità di 50 m e oltre. Si può notare che l’impianto con questa soluzione è molto più semplice ed economico. Infatti, nello stesso tubo di discesa dell’acqua (wdt) è montato prima della pompa (dipc) e successivamente anche della turbina (iht). Infatti, come si può vedere dal dettaglio cerchiato, la pompa sarà dotata di una flangia sovradimensionata (of) che poggia sull’anello di supporto (srdp); I cavi passano attraverso la flangia della pompa di alimentazione e anche i cavi di alimentazione (pc) dell’alternatore (acg) della turbina, che poggia sull’estremità anulare (srit) azionata da nervature autocentranti (acr). Ovviamente, i cavi elettrici devono essere protetti in tubi metallici e per estrarre la turbina è necessario prima rimuovere la pompa. Si possono notare il percorso del cablaggio elettrico (pc), la conversione centrale di energia (vt) e la rete di distribuzione (edn). La figura 4 è un ingrandimento della turbina (iht) e del sistema di supporto nel tubo (wdt).