Dove sono la scienza e dove la speranza?
Di Luigi Antonio Pezone
Per scaricare acqua dal fondo di un mare o di un lago è sufficiente alimentare, in modo continuo, da un’altezza leggermente superiore alla superficie, un tubo che raggiunga il fondo. Il motivo per cui, anche con una piccola pressione idraulica sopra la superficie dell’acqua, è possibile scaricare acqua in profondità è molto semplice: l’acqua nel tubo bilancia la pressione idrostatica esterna, quindi è sufficiente un’energia cinetica minima per drenare l’acqua dal fondo. Sulla base di questa considerazione, si può avere un’ulteriore conferma della possibilità di produrre energia idroelettrica sommersa. Infatti, se l’acqua non viene prelevata dall’esterno, ma si immette nel tubo un piccolo flusso di acqua superficiale e la si aspira dal basso con una pompa, si ottiene un effetto ancora migliore rispetto al semplice scarico sommerso, poiché, con la portata della pompa, orientata verso il basso, si muove l’acqua dal fondale marino e contemporaneamente si richiama verso il basso l’intera colonna d’acqua presente nel tubo di discesa, che viene alimentata all’infinito. Ma poiché la pressione idrostatica sulla pompa è sempre presente, l’energia cinetica che si sviluppa nel tubo di discesa è molto maggiore di quella utilizzata per drenare l’acqua dal fondo. Pertanto, addebitando alla pompa solo il compito di vincere lo stato di inerzia per lo spostamento verso il basso del volume d’acqua sottostante nella direzione della gravità, possiamo inserire nel tubo di discesa, prima o dopo la pompa, anche una turbina sommersa che produce energia per la semplice caduta d’acqua superficiale, come nel tradizionale sistema idroelettrico. Queste condizioni possono essere realizzate in vari modi, anche in ambiente atmosferico, producendo energia a costi molto inferiori rispetto ai sistemi tradizionali, come quelli a combustibili fossili, nucleari, solari, eolici e così via, sia per i costi di investimento iniziali che per i costi di produzione. Solo l’energia idroelettrica tradizionale può essere paragonata, in termini di costi di produzione, alla produzione di energia, ma senza le spese di costruzione di dighe, bacini idrici e opere di convogliamento dell’acqua, e senza sprechi d’acqua che viene continuamente riciclata, ossidata e depurata automaticamente. Continua a essere una risorsa preziosa per tutte le esigenze umane.
In effetti, a partire dai principi idraulici comunemente applicati e dalla legge di Bernoulli, possiamo stabilire le seguenti regole.
La prevalenza della pompa, espressa in metri di colonna d’acqua in un impianto, è data dalla differenza tra le portate totali possedute dal fluido di lavoro nelle sezioni di uscita e di ingresso della pompa. ΔH = Ho2 – Hi1; oppure possiamo scrivere: ΔH = HB – HA + (L1 J1 + L2 J2).
Dove HB è la quota geodetica del serbatoio di alimentazione e HA è la quota geodetica del serbatoio di aspirazione.
Negli ascensori idraulici realizzati in ambiente atmosferico HB, quest’ultimo è sempre superiore ad HA, quindi la formula di cui sopra è espressa considerando HB > HA. Ma negli impianti idroelettrici sommersi HB non esiste perché l’acqua scende soltanto e non risale in superficie, essendo il flusso unidirezionale dovuto al fatto che l’acqua superficiale ha la stessa densità di quella del fondo, quindi l’acqua che esce dal tubo di discesa è esattamente uguale a quella che vi entra. Non c’è motivo per cui l’acqua debba essere sollevata, nemmeno in bacini piccoli: l’acqua sopra cambia solo posizione, ma produce energia durante il percorso.
Pertanto la prevalenza per la pompa può essere scritta nel seguente modo Δ H = – HA + (L1 J1 + L2J2).
Dove L1 J1 = perdite di pressione nel tubo di aspirazione;
L2 J2 = Rappresenta la caduta di pressione nella turbina (10 m) e nell’uscita sommersa.
Ad esempio, un tubo di discesa Dn 1000 ha una sezione di 0,785 m² sotto un carico idraulico di 10 m di colonna d’acqua con una densità di 1000 kg/m³ . Secondo la formula di Bernoulli/Torricelli, la velocità di uscita in assenza di perdite di carico sarebbe circa V = √2gh = 2 * 9,81 * 10 = 14 m/s che, moltiplicato per la sezione, darebbe una portata teorica di 10,99 m³ / s.
L’energia totale persa sotto forma di calore da questo sistema sarebbe di circa 1077 kW (1000 * Q * H / 102) circolando con una portata e una velocità di flusso molto inferiori rispetto al calcolo che è inutile da eseguire.
Se invece inseriamo subito dopo la pompa una turbina idraulica che rallenta la velocità di uscita di circa 2 m/s, all’uscita disperdiamo solo 0,20 m di colonna d’acqua (2 2 /2g), quindi le perdite di carico totali L2 J2 sono 10,20 m.
Pertanto la capacità del sistema verrebbe ridotta a 1,57 m³ / s (0,785 m² * 2);
mentre le perdite di carico L1 J1 nella tubazione di 10 m sono pari a 0,015 m (dalle tabelle di Bazin Darcy);
la potenza prodotta dalla turbina, che utilizza l’energia dell’acqua superficiale in una posizione (10 m) con una resa di 0,75 sarebbe di 115 kW (1,57 * 1000 * 10 * 0,75 / 102);
L’energia spesa per far funzionare la pompa con una prevalenza di 0,2015 m e una resa di 0,6 è di 5,16 kW (1000 * 1,57 * 0,2015 / 102 * 0,6).
Il rapporto tra l’energia spesa e quella prodotta sarebbe 1 a 22, 28 (115/ 5, 16).
Significa che per una prevalenza idraulica di 10 m utilizzata per ogni kW speso produciamo 22 28. Se raddoppiamo, triplichiamo ecc. la prevalenza idrostatica, raddoppiamo, triplichiamo ecc. anche la produzione di energia, mentre il consumo di energia aumenta solo di pochi millesimi a causa della perdita di carico di (0,0 15 m) che aumenta ogni 10 metri di discesa del tubo.
Mentre oggi il rapporto tra energia consumata e prodotta è al massimo di 0,4 se si considera l’energia termica non depurata, che è attualmente l’energia più economica prodotta sul pianeta Terra, questo rapporto si ridurrebbe a 0,30 nel caso della cattura e stoccaggio del carbonio (CCS). Tuttavia, poiché per produrre energia termica sono necessari processi di raffinazione, perforazione, costruzione di centrali termoelettriche e reti di trasporto, l’energia idroelettrica con riciclo dell’acqua può essere realizzata ovunque, anche nei condomini.
Questo circuito “aperto”, con la pompa ferma, sarebbe in quiete, in stato inerziale. Ma con la sola pompa, senza la turbina, risulterebbe sbilanciato dal punto di vista energetico, poiché la velocità dell’acqua nella fase di discesa diventerebbe maggiore di quella consentita dalla pompa a causa dell’accelerazione gravitazionale. Infatti, la rotazione della pompa, posta sotto l’intera colonna d’acqua all’interno del tubo, rompendo lo stato di inerzia dell’intera massa e dell’accelerazione gravitazionale (energia di posizione: m * g * h), svilupperebbe una velocità dell’acqua tendente a raggiungere il limite teorico calcolato da Torricelli “√2 * g * h” che sarebbe superiore alla capacità della pompa, la quale verrebbe danneggiata. Ma supponendo che la pompa non si danneggi, tutta l’energia verrebbe convertita in calore, poiché l’unica resistenza offerta dal circuito sarebbe l’attrito con le pareti del tubo di discesa e l’attrito statico con le molecole d’acqua in uscita, essendo noto che la pressione idrostatica non si oppone all’energia cinetica. La turbina, fornendo un’adeguata resistenza idraulica per rallentare la velocità dell’acqua, impedisce la trasformazione totale in energia termica. Infatti, produce un lavoro meccanico attraverso la forza “F” = (m * g) per lo “spostamento S” impresso alle pale della turbina in solidarietà con l’albero del generatore di corrente. Naturalmente, a differenza dei sistemi convenzionali che sfruttano il salto idraulico e hanno la caduta di pressione totale che si riduce alla pressione atmosferica, in questi impianti abbiamo solo una caduta di pressione dinamica (1/2 m * V2). La pressione statica non cambia, dopo la turbina, serve a recuperare l’acqua, permettendole di rientrare nel bacino, anche grazie all’energia cinetica residua (V2 / 2g).
Se nella fase di test ci rendiamo conto che i rendimenti saranno in qualche modo inferiori alle aspettative calcolate provvisoriamente, l’importante è assicurarsi, come già sappiamo, che la pressione idrostatica non si oppone all’energia cinetica. Come già dimostrato sperimentalmente dalle scariche sottomarine con le correnti in circuito chiuso pressurizzato marino, anche calcolando in modo diverso e più corretto i rendimenti energetici, qualsiasi calo delle prestazioni non raggiungerà mai gli attuali rendimenti energetici molto bassi approvati dalla scienza e dalle tecnologie del settore.
Ma dov’è la scienza? È preferibile una scienza compassionevole, che tace sulle proposte e pratiche antiscientifiche di un probabile pensionato pazzo, come riportato su https://www.spawhe.eu, o una scienza incompetente, parziale, o che ha tralasciato le soluzioni semplici per affrontare quelle più complesse? È ovvio che tutti sono convinti della prima soluzione, comprese le associazioni politiche e ambientaliste, i sindacati, gli imprenditori industriali, e nessuno indaga oltre le apparenze. Dov’è la speranza? Se la scienza non dà risposte? Nessuno vuole le risposte? Soprattutto le persone che manifestano in difesa dell’ambiente e cercano lavoro. Chi guida queste manifestazioni, chi vuole cambiare tutto e tace sulle possibili innovazioni sostenibili? Persino loro si aspettano che sia la scienza a rispondere? La scienza è responsabile dei cambiamenti climatici, secondo la maggior parte dei politici e degli imprenditori, anche quando tace semplicemente perché tutte le risposte sono in attesa dalla scienza. La scienza dovrebbe semplicemente ammettere i propri limiti e collaborare con inventori e progettisti per ideare soluzioni che vadano oltre le parti interessate, soluzioni che richiedono esperienze trasversali e una creatività che gli scienziati, chiusi nei laboratori, non possono avere. Queste esperienze sfuggono anche ai ricercatori industriali perché nascono direttamente nei cantieri edili, dove costruiscono e assemblano gli impianti. Solo con queste esperienze trasversali è possibile comprendere come progettare sistemi completi che siano al contempo purificanti, energetici ed economici. Per il momento questi sistemi esistono solo virtualmente sul sito https://www.spawhe.eu, mentre la scienza pubblica e privata, ormai da anni, finge di non comprenderli. O forse non li comprende davvero? Potrebbero sbagliarsi? Sarà la posterità a giudicare, perché la scienza attuale non sembra avere alcuna intenzione di dare una risposta.
