Il futuro sostenibile dell’ambiente, dell’energia, dell’alimentazione e del lavoro si basa sulla nuova idrologia.

Il futuro sostenibile dell’ambiente, dell’energia, dell’alimentazione e del lavoro si basa sulla nuova idrologia.

(Tecnologia al servizio dell’uomo e dell’ambiente, senza ipocrisia)

Astratto

Questa pubblicazione è la presentazione degli ultimi depositi di brevetti di SPAWHE (Synergic Plants – Hydro (compressed) Electromagnetism – Artificial Welling), che non è una società, sebbene avrebbe potuto essere più potente di Microsoft, se lo sviluppo sostenibile fosse stato un vero obiettivo per gli uomini di potere. Invece, SPAWHE è il sito web di un pensionato senza un dollaro di capitale. Le ultime domande di brevetto riguardano la desalinizzazione, l’energia e le energie rinnovabili e sono collegate al precedente progetto, che nessuno ha finanziato e realizzato, che ha avuto uno sviluppo virtuale nella mente dell’inventore, senza il quale, queste desalinizzazioni, la produzione alimentare e le energie non potranno mai essere realizzate.

Il futuro sostenibile dell’ambiente, dell’energia, dell’elettricità e del lavoro non sta andando nella direzione in cui ci stiamo muovendo, per la semplice ragione che al mondo manca “l’organizzazione scientifica del lavoro” che ha portato all’attuale sviluppo industriale ed economico. Il grande problema del riscaldamento globale, ma anche quello delle migrazioni, della disoccupazione e della fame nel mondo, dovrebbe far riflettere i progettisti degli impianti di produzione di beni di consumo, dell’ambiente, dell’energia, delle aree urbane e dell’agricoltura, affinché cerchino le soluzioni più complete, attingendo a tutto ciò che abbiamo a disposizione nelle diverse discipline scientifiche e tecnologiche. Questi gravi problemi non possono essere lasciati solo nelle mani di politici, economisti e multinazionali, i quali, per diverse ragioni, non sono in grado di trovare soluzioni tecniche capaci di creare una prosperità sostenibile e duratura. I politici non sono tecnici, mentre gli economisti e le multinazionali sono interessati all’applicazione del lavoro scientifico solo dal punto di vista della crescita economica basata sulla produttività dei beni di consumo e sullo scambio monetario. Oggi, economisti, multinazionali e produttori di beni di consumo sono gli unici a conoscere e applicare l’organizzazione scientifica del lavoro, teorizzata nel 1911 da Frederick Taylor. Questa disciplina si è rivelata più utile di migliaia di invenzioni, avendo permesso di moltiplicare la capacità produttiva degli impianti a parità di qualità. Nel 2016, visti gli ottimi risultati raggiunti, dobbiamo chiederci perché non si sia profuso lo stesso impegno per organizzare scientificamente, a livello globale, anche la tutela dell’ambiente? SPAWHE, pur in mancanza di fondi, ha applicato virtualmente l’organizzazione scientifica del lavoro anche all’ambiente e alla produzione di energia, utilizzando razionalmente le tecnologie industriali sviluppate.

Parole chiave: spawhe, desalinizzatori verticali, scambio ionico, energia idroelettrica, pompa a doppia alimentazione, sistema galleggiante, calcio, carbonio, acqua marina, cibo, globale, organizzazione.

Introduzione

Il modo di lavorare nel settore ambientale ed energetico ha creato una grande professionalità individuale e aziendale, altamente specializzata in singoli ambiti, ma priva della capacità di coordinarsi efficacemente sul territorio per raggiungere un obiettivo comune, come avviene nell’industria manifatturiera, dove tutti i reparti sono interconnessi da precisi cicli di lavoro al fine di ottenere produttività e qualità dei prodotti agricoli. Se consideriamo il pianeta Terra come un grande produttore di beni di consumo da vendere e commercializzare, ci renderemmo conto che nel settore ambientale ed energetico non c’è quasi nulla in comune tra un reparto e gli altri, collegati tra loro da sistemi di trasporto che influenzano la qualità e la produttività del prodotto finale. Ancora oggi, se non intervenissero piogge e venti, non per depurare l’inquinamento, ma per disperderlo nell’ambiente trasformandolo in inquinamento globale, la vita urbana sarebbe impossibile. Ma non possiamo accontentarci di questa soluzione, né tantomeno di bandi di concorso monotematici indetti da autorità ambientali internazionali come quello riportato qui: http://ec.europa.eu/research/horizonprize/index.cfm?prize=clean-airRimandare la soluzione del problema a un concorso pubblico da presentare entro gennaio 2018, mentre nel frattempo la stessa Europa che ha lanciato questo concorso ha lasciato decadere numerosi brevetti internazionali multidisciplinari del 2012, pubblicati su http://www.spawe.eu. Nessuna risposta è stata data alle tre lettere aperte pubblicate sul sito web e inviate a diversi membri della Commissione europea. La burocrazia è incapace di rispondere alle proposte concrete che nascono dall’esperienza, deve fare di testa sua e le sue vittime, di cui nessuno è colpevole. Nessuno si rende conto che nel settore pubblico la mano destra non sa cosa fa la sinistra, mentre il settore privato si sviluppa in modo indipendente, senza tenere conto dei problemi globali. I principi della gestione scientifica non sono mai entrati in gioco negli aspetti ambientali ed energetici. Se fossero entrati in gioco, gli impianti non sarebbero stati collocati a caso sul territorio, i camini sarebbero stati eliminati, le fognature sarebbero diventate sistemi di depurazione dell’acqua e dell’aria; gli ascensori idraulici per la distribuzione dell’acqua e la difesa del territorio avrebbero aggirato la forza di gravità, invece di sprecare energia per vincere. La colpa maggiore dell’attuale degrado ambientale è da attribuire alle autorità pubbliche che si sono assunte l’arduo compito di difendere l’ambiente senza avere l’umiltà di copiare le idee organizzative del lavoro da altri settori. A più di cento anni dall’avvento del taylorismo industriale, non si intravede ancora il minimo accenno di taylorismo ambientale. Le attività ambientali procedono in modo casuale nella depurazione e nella produzione di energia. Resistere, soprattutto, alle ciminiere e alle fognature, che avrebbero dovuto essere le prime cose a cambiare quando il mondo ha iniziato a parlare di riscaldamento globale. Cosa serve per capire che l’acqua e l’aria non sono sostanze amorfe, ma esseri viventi e reagenti, da un punto di vista chimico e biologico? L’acqua inquinata da trattare non può sperare di raggiungere i lontani impianti di depurazione e l’aria inquinata non può essere semplicemente filtrata, poiché i cicli di combustione non terminano all’uscita dei camini, ma anche quando i gas di scarico, inclusa la CO2, vengono neutralizzati. Non ha senso, nel 2016, avere depuratori d’acqua lontani dalle città, che non purificano l’aria urbana, e milioni di condizionatori d’aria che scambiano calore aria-aria durante i mesi estivi, quando potremmo, con le tecnologie disponibili, avere sistemi di depurazione dell’acqua e dell’aria che scambiano calore con il sottosuolo. Queste avrebbero dovuto essere le prime cose da fare per una corretta gestione ambientale. Il taylorismo industriale si basa su precisi cicli di lavoro, secondo i quali vengono progettate le macchine, le attrezzature di servizio e i mezzi di trasporto per collegare i reparti di lavorazione e montaggio. Nulla viene lasciato al caso, tranne gli aspetti ambientali, che si adattano alla bassa qualità complessiva.

 Nell’organizzazione scientifica del lavoro ambientale mondiale non ha senso non cercare di sfruttare l’immenso spazio oceanico per creare un’alimentazione supplementare, sollevando il carbonio e il calcio disciolto dalle alte pressioni idrostatiche, combattendo in questo modo anche l’acidificazione degli oceani. Non ha senso sprecare energia per sollevare l’acqua, senza prima provare a superare la forza di gravità per mezzo di pompe a doppio combustibile dal lato di aspirazione. Non ha senso produrre energia termica, solare, eolica con rese molto basse e non sfruttare la pressione idrostatica sulle pompe combinate con le turbine in bacini sempre pieni, sapendo che la pressione idrostatica all’uscita della turbina non si oppone alla piccola energia cinetica residua. Non ha senso sfruttare le batterie di accumulatori al piombo e con acidi per produrre energia mobile e non provare prima a utilizzare l’aria compressa come accumulatore di energia, certamente più ecologico, soprattutto se combinato con l’energia idroelettrica.

Tutto ciò che non è stato fornito dalla comunità scientifica internazionale dovrebbe essere SPAWHE, senza un solo dollaro o euro di finanziamento. Le autorità dell’Ambiente e dell’Energia fingono di non capire e continuano, per loro, sulla strada di bandire le competizioni monotematiche tra depurazione ed energia, a prescindere dai fallimenti accumulati nella lotta al riscaldamento globale, prima e dopo il Protocollo di Kyoto. Chi ha deciso che le strutture pubbliche debbano produrre servizi, depurazione, desalinizzazione, energia a costi insostenibili a carico dei contribuenti? È ovvio che non si possono assumere lavoratori se il lavoro è improduttivo e antieconomico. Con un’organizzazione scientifica globale del lavoro, i sistemi pubblici di questi settori saranno in grado di moltiplicare l’efficienza e la produttività, generando prosperità economica che servirà all’imminente crescita della popolazione mondiale. Continuare a fingere che le proposte globali SPAWHE non esistano non contribuisce alla crescita complessiva dell’economia e alla tutela dell’ambiente. Le principali autorità mondiali in materia di ambiente ed economia, se non compiono il primo passo finanziando i sistemi globali di SPAWHE ed emanando regolamenti che disciplinino una corretta pianificazione ambientale, non possono fingere che spetti al mercato e alla ricerca di partner tra professionisti del settore privato, specializzati in singoli ambiti, in particolare il commercio, affrontare questioni che vanno ben oltre il compito degli imprenditori. È ovvio che gli addetti ai lavori del settore privato si oppongono al silenzio degli interessati. Perché produrre pompe con doppia alimentazione sul lato di aspirazione per aggirare la forza di gravità quando il mercato pubblico non le richiede? E che dire della scienza che insegna a calcolare correttamente la resistenza al flusso e la potenza assorbita in sistemi idraulici non corretti dal punto di vista energetico? Persino la scienza, come tutti i professionisti, ha molti motivi per tacere sulle proposte di SPAWHE. L’organizzazione scientifica del lavoro applicato all’ambiente, all’energia, alla desalinizzazione sostenibile e alla colonizzazione oceanica descritta da SPAWHE è molto più complessa di quella teorizzata da Taylor nel 1911.

In questo articolo esaminiamo nel dettaglio le ultime novità di SPAWHE, oltre a quelle già pubblicate. Ogni soluzione di ingegneria impiantistica è descritta in un capitolo composto da un riepilogo, una descrizione e i disegni necessari.

Capitolo 1

Domanda di brevetto italiana n. 102016000057968 del 07.06.2016

DESALINIZZATORI VERTICALI – DEMINERALIZZATORI A SCAMBIO IONICO CON PRODUZIONE DI ENERGIA IDROELETTRICA

Astratto

Lo stato dell’arte nello sviluppo del trattamento di desalinizzazione e demineralizzazione delle acque marine e salmastre è stato condizionato, come molti altri sistemi industriali, depurativi, energetici e di tutela ambientale, dall’assenza di sinergie tra pompe e turbine idrauliche e da un approccio scorretto alla forza di gravità, che non va vinta mediante sollevamento idraulico ma sostenuta, con una circolazione unidirezionale dell’acqua in serbatoi aperti, sedi superiori che fungono anche da dispositivi di prevenzione del riflusso idraulico. Grazie alla triplice sinergia tra le doppie pompe di alimentazione, le turbine e il riciclo dell’acqua in un recipiente aperto, applicando principi idraulici noti da secoli, come il principio dei recipienti comunicanti, le leggi di Bernoulli e di Pascal, e posizionando strategicamente le doppie pompe di aspirazione elettriche tra un’elevata prevalenza idraulica e le turbine, dimensionate per sfruttare lo stesso carico idraulico, le pompe, lavorando con un carico bilanciato e con un basso consumo energetico, conquistano lo stato di inerzia, consentendo la trasformazione dell’energia di pressione della colonna d’acqua intubata sovrastante la pompa in energia cinetica e il suo trasferimento alle turbine, che producono energia. Queste sfere, galleggianti, salgono verso lo scambiatore di ioni e scendono per gravità, svuotando l’acqua in tubi discendente. Mediante deviatori, il percorso rispetto al flusso viene modificato per immergere l’acqua nelle vasche di lavaggio e rigenerazione delle resine, per poi essere reinserita, indefinitamente, nel circuito di scambio ionico senza interruzione del ciclo di desalinizzazione e produzione di energia e senza costi per il riscaldamento dell’acqua o la sostituzione delle membrane. L’acqua demineralizzata utilizzata per il lavaggio delle resine viene prodotta proseguendo il processo attraverso un mini-impianto del tutto simile a quello principale, che parte dal serbatoio dell’acqua desalinizzata. Se si vuole produrre acqua desalinizzata in quantità industriali sufficienti a soddisfare il fabbisogno umano, anche gli impianti di desalinizzazione, così come i sistemi di purificazione, sollevamento e distribuzione dell’acqua, devono diventare produttori di energia, non consumatori, supportando, e non contrastando, le forze gravitazionali. La sostenibilità dei sistemi globali non si basa su tecnologie complesse, ma sulla sinergia tra sistemi semplici e razionali.

Descrizione

Allo stato attuale delle tecniche di desalinizzazione e demineralizzazione si distinguono tre tipologie di impianti: per evaporazione, per permeazione attraverso membrane e per scambio ionico. Attualmente, la differenza tra i tre sistemi sopra menzionati risiede soprattutto nel costo del trattamento. Il sistema evaporativo produce acqua priva di sali minerali e con pH acido, pertanto per l’utilizzo dell’acqua è necessaria una successiva mineralizzazione e neutralizzazione del pH.

La filtrazione con membrane comporta elevate pressioni di esercizio, quindi un elevato consumo energetico e un costo elevato delle membrane, che devono essere sostituite periodicamente.

Il processo con resine a scambio ionico prevede un complesso circuito di filtrazione, lavaggio e rigenerazione della resina, con flussi inversi che comportano la dispersione di parte delle resine nelle acque reflue dei processi.

Tutti i processi richiedono un elevato consumo energetico per il riscaldamento o per la circolazione dell’acqua pressurizzata nei sistemi di filtrazione e rigenerazione. I costi operativi si aggirano intorno a 1,5 euro/mc per gli impianti ad osmosi inversa, che sono i più diffusi, ma anche i costi di investimento sono significativi, pari a circa 1000 euro per m³/giorno di acqua desalinizzata prodotta. È ovvio che, con questi costi di produzione e investimento, l’acqua desalinizzata può essere utilizzata solo per scopi potabili. È impensabile utilizzarla per l’industria e l’agricoltura. Con la soluzione proposta, l’uso agricolo e industriale diventerebbe una realtà competitiva anche rispetto ai pozzi e ad altri sistemi di depurazione, che sono comunque costretti a trattare acque inquinate o con scarse esigenze di minerali. Infatti, l’acqua di mare, essendo ricca di sali minerali, se la desalinizzazione diventasse sostenibile, potrebbe diventare il miglior fertilizzante naturale per i terreni, potendo inviare la stessa acqua trattata su misura per il terreno di destinazione, sia in termini di sali minerali che di alcalinità. Per il trasporto dell’acqua desalinizzata su distanze considerevoli non ci sono problemi, perché con le doppie pompe di alimentazione accoppiate alle turbine idrauliche, anche il trasporto e il sollevamento dell’acqua diventano una fonte di energia, non di consumo. In effetti, la chiave per risolvere molti problemi ambientali ed energetici, tra cui la desalinizzazione, è realizzare circuiti idraulici e idroelettrici utilizzando in modo diverso pompe e turbine.

 Allo stato attuale, il sistema di desalinizzazione meno utilizzato è quello a scambio ionico, ma questo sistema è il più adatto ad essere impiegato in combinazione con pompe e turbine a doppia alimentazione, non necessitando di alte temperature o pressioni di esercizio elevate come i sistemi concorrenti. Pertanto, l’elevato costo delle resine e del liquido reagente, necessario per la rigenerazione, può essere ampiamente compensato dal basso consumo energetico, dalla produzione di energia da parte dell’impianto e dai bassi costi di gestione e manutenzione. Inoltre, con la soluzione descritta di seguito, si risolve anche il problema della dispersione delle resine in acqua e nei liquidi di processo, poiché le resine sono contenute e circolanti (in acqua e reagenti chimici) in sfere di polietilene perforate con fori di dimensioni inferiori alle stesse. Possiamo affermare che la nuova soluzione è l’opposto delle attuali soluzioni a scambio ionico, in cui le resine sono bloccate e il liquido le attraversa, sia nella fase di reazione che in quelle di lavaggio e rigenerazione. Con il sistema proposto, le resine circolano nell’acqua e nel liquido rigenerante a basse velocità, con lunghi tempi di contatto, che garantiscono contatti capillari. Per la circolazione si sfruttano principi fisici, non energetici. Oltre il 90% dell’energia prodotta nell’impianto può essere immessa nelle reti elettriche pubbliche. Pertanto, l’impianto è composto da una parte chimica, una elettromeccanica e una idraulica.

La chimica dello scambio ionico.

Dalla letteratura scientifica si apprende che lo scambio ionico è un processo in cui gli ioni di una determinata specie vengono sostituiti sulla superficie di un materiale di scambio insolubile (resina a scambio ionico) con ioni di una specie diversa disciolti in soluzione. Esso si compone di due fasi: cationica e anionica. Nell’impianto proposto, che si sviluppa verticalmente, queste fasi avvengono separatamente in tubi di grande diametro (5) che fanno transitare a bassa velocità un’adeguata quantità di sfere in polietilene perforate come un setaccio, contenenti granuli di resine anioniche o cationiche in quantità proporzionale ai sali da assorbire, selezionati con un diametro maggiore del passaggio dei fori. Le resine a scambio ionico possono essere naturali o sintetiche.

Le resine naturali sono zeoliti (alluminosilicati) utilizzate soprattutto per l’addolcimento dell’acqua e per la rimozione dello ione ammonio.

Le resine sintetiche sono formate da polimeri fenolici che si presentano generalmente sotto forma di piccole sfere con un diametro compreso tra 0,3 e 1,3 mm e una densità di 1,2-1,3 kg/l. Possono essere di due tipi:

a) struttura cellulare: traslucida, bassa elasticità, maggiore capacità;

b) struttura macroporosa: opaca, elevata porosità, minore capacità;

La struttura di base dei due tipi è tuttavia identica, essendo entrambe ottenute tramite copolimerizzazione. La realizzazione delle resine sintetiche avviene generalmente attraverso un processo di copolimerizzazione tra stirene e divinilbenzene. Lo stirene svolge la funzione di matrice della resina, mentre il divinilbenzene serve a conferirle consistenza. Le principali proprietà delle resine a scambio ionico sono:

– La capacità di scambio è espressa in meq/L o eq/kg. È definita come la quantità di una resina a scambio ionico che può contenere piombo.

– La dimensione delle sfere di resina: l’importanza della dimensione risiede nel fatto che la cinetica e la velocità delle colonne di scambio ionico dipendono da essa. In generale, la velocità di scambio ionico è inversamente proporzionale al quadrato del diametro delle particelle.

La capacità di scambio cationico di una resina varia a seconda del tipo e della concentrazione della sostanza utilizzata per rigenerarla. Generalmente, la capacità di scambio di una resina sintetica varia tra 2 e 10 eq/kg di resina, mentre le zeoliti hanno una capacità di scambio cationico compresa tra 0,05 e 0,1 eq/kg di resina.

Spesso la capacità di scambio delle resine viene espressa in termini di grammi di CaCO3 per m3 di resina (g/m3) o grammi equivalenti per m3 (g eq/m3).

Livello rigenerativo: indica la quantità di rigenerante (HCl, H2SO4, NaOH) considerata al 100% necessaria per rigenerare un litro di resina. È espressa in grammi per litro di rigenerante di resina.

La capacità totale di scambio: rappresenta la concentrazione di siti attivi per unità di misura. Si riferisce a un’unità di volume (Eq/litro) o di peso (Eq/g) ed è un parametro specificato nelle schede tecniche delle resine.

La capacità operativa di scambio: è la quantità di ioni (Eq/litro o g CaCO3/litro) che una determinata resina a scambio in specifiche condizioni di lavoro in cui viene utilizzata.

Gli schemi procedurali variano a seconda dell’obiettivo del trattamento da effettuare.

Alcuni trattamenti classici realizzabili con le resine a scambio ionico sono: addolcimento, decarbonatazione (demineralizzazione parziale). Demineralizzazione completa, rimozione dei metalli pesanti specifica, ma sostanzialmente, scambio ionico, come l’ultrafiltrazione, se diventa sostenibile e l’energia è anche un ottimo sistema di purificazione di terze parti.

Come detto inizialmente, lo scambio ionico generalmente comporta lo scambio di uno ione presente sul gruppo funzionale della resina con uno ione avente la stessa carica presente in soluzione.

Allo stato dell’arte si distinguono cinque tipi di resine sintetiche a scambio ionico:

1) resine cationiche forti, 2) resine cationiche deboli, 3) resine anioniche forti, 4) resine anioniche deboli, 5) resine chelanti selettive per metalli pesanti.

– Le resine cationiche forti si comportano in modo simile a un acido forte e sono altamente ionizzate sia nella loro forma acida (R-SO3H) che in quella salina (RSO3Na) in un ampio intervallo di valori di pH.

– Le resine a cationi deboli presentano un gruppo funzionale acido debole, tipicamente un gruppo carbossilico (COOH). Queste resine si comportano come acidi deboli e, come tali, hanno un basso grado di dissociazione.

Le resine anioniche forti sono fortemente ionizzate grazie a gruppi basici forti come l’anione idrossile (OH) e possono essere utilizzate in tutto l’intervallo di pH. Grazie al gruppo idrossile OH sono spesso utilizzate per la deionizzazione dell’acqua.

– Le resine anioniche deboli sono portatrici di gruppi basici deboli e pertanto presentano un grado di ionizzazione che dipende dal pH, generalmente si ionizzano in intervalli di pH ristretti.

Le resine chelanti selettive per metalli pesanti si comportano come resine cationiche forti, presentando tuttavia un elevato grado di selettività nella capacità di chelare i cationi di metalli pesanti.

Si noti che le reazioni di scambio ionico sono vere e proprie reazioni chimiche di equilibrio e come tali reversibili. A questo proposito, il ciclo di lavoro di una resina è composto da due fasi: – la fase operativa detta anche “esaurimento” durante la quale le reazioni vanno da sinistra a destra (vale a dire, si ha la sostituzione degli ioni presenti sui gruppi funzionali con quelli presenti nella soluzione) e che terminano con la saturazione di tutti i gruppi funzionali. Questa fase, nell’impianto in questione, si svolge nei tubi a scambio ionico (5).

– La fase di carica detta anche “rigenerazione” in cui la reazione viene lasciata procedere da destra a sinistra ricaricando i gruppi funzionali con ioni originari della resina. Nella soluzione proposta, la rigenerazione avviene facendo passare le sfere di polietilene perforate, con la resina incorporata, in tunnel di immersione del liquido rigenerante e lavaggio (E), costituito da:

– Soluzioni basiche, tipicamente sostanze basiche tipo NaOH, NH4OH, nel caso di resine anioniche. In tal caso, ricaricare le resine con ioni OH-.

-Soluzioni acide, tipicamente a base di acidi forti (HCl, H2SO4) nel caso di resine cationiche. In questo caso, le resine vengono ricaricate con ioni H+.

L’alta concentrazione di ioni H+ e OH-, nei due casi, provoca, per la legge dell’azione di massa, lo spostamento della reazione verso sinistra con conseguente carica delle resine e rilascio degli ioni in soluzione che nella fase di esaurimento (5) erano stati assorbiti dalle resine. Si ottiene così un eluato generalmente composto da vari cloruri metallici (se si usa HCl, lo ione H+ carica la resina, mentre lo ione Cl- si lega al catione rilasciato dalla resina) o dai vari sali di sodio nel caso di utilizzo di NaOH (lo ione OH- carica la resina, mentre lo ione Na+ si lega agli anioni rilasciati nella rigenerazione dalla resina per dare sali di sodio).

ES.: Ca ⁺⁺⁺ 2HCl → CaCl ₂ +2H ⁺ ; SO4 _— ⁺ 2NaOH → _{Na2SO4 +} 2OH .

Le resine a scambio ionico, per il fatto che scambiano ioni idrogeno (cationici) e ioni idrossido (anionici), sono più propriamente definite resine cationiche nel ciclo acido (RH) e resine anioniche nel ciclo basico (R-OH), a causa delle caratteristiche degli ioni rilasciati che rendono l’acqua acida o basica.

Di seguito sono riportate alcune delle reazioni di scambio ionico per le resine sintetiche:

Resina cationica forte:

 R-SO₃H ₊ Na⁺ ^↔ R-SO₃Na ₊ H⁺ ^; 2R-SO₃Na ₊ Ca²⁺ _↔ ⁽ R-SO₃ ₎ 2Ca + ^2Na⁺ .

Resine cationiche deboli:

R-COOH + Na ⁺ ↔ R-COONa + H ⁺ ; 2R-COONa + Ca ₂ ⁺ ↔ (RCOO) ₂ Ca + 2Na ⁺

Resina anionica forte:

RR’ ₃ NOH + Cl ^– ↔ RR’NCl + OH ^– .

Resina anionica debole:

RNH₃OH + Cl⁻ ^↔ RNH₃Cl + ^OH⁻ ; _2RNH₃Cl + _SO₄²⁻ ^↔ ₍ RNH₃ _{) ₂SO₄} + _2Cl⁻ ^._​​​

Esempio di scambio e rigenerazione .

Rimozione degli ioni sodio (Na+) e calcio (Ca2+) dall’acqua mediante una resina cationica forte. Reazione: R-H ⁺ + Na ⁺ → R-Na ⁺ + H ⁺ ; 2R ^– Na ⁺ + Ca2 ⁺ → _R2 ^– Ca2 ⁺ + _2Na ⁺

Rigenerazione:

La rigenerazione viene effettuata con acido cloridrico (HCl) e cloruro di sodio (NaCl)

R ^– Na ⁺ + HCl → R ^– H ⁺ + NaCl; R ₂ ^– Ca ²⁺ + 2NaCl → 2R ^– Na ⁺ + CaCl ₂ .

La selettività di una resina, ovvero la capacità di uno ione presente in soluzione nei siti attivi di scambiarsi con essi piuttosto che con altri, dipende dalla natura e dalla valenza dello ione, dal tipo di resina, dalla sua saturazione, nonché dalla concentrazione di uno specifico ione in soluzione. Generalmente tale selettività rimane valida in un intervallo di pH ristretto. Tipicamente, la scala di selettività, o se vogliamo dire l’affinità di scambio della resina cationica, risulta essere:

 Li ⁺   < H ⁺   < Na+ < NH4 ⁺ < K ⁺   < Rb ⁺ Ag ⁺ Mg ²⁺ < Zn ²⁺ < Co ²⁺ < Cu ²⁺ < Ca ²⁺ < Sr ²⁺ < Ba ²⁺ ; mentre per le resine anioniche è: OH ^– <<< F ^– < HCO ^– < Cl ^– < Br ^– < NO ₃ ^– < ClO ₄ ^–       

Negli attuali sistemi di scambio ionico, la fase operativa prevede, generalmente, il passaggio di acqua in un serbatoio di resina riempito con un flusso d’acqua che deve essere mantenuto entro determinati limiti per garantire tempi di scambio adeguati. I dati caratteristici sono molto variabili in funzione della quantità di sali e del pH: il flusso operativo è compreso tra 5 e 50 litri/h/litro di resina. È molto difficile gestire e controllare l’intero processo, soprattutto se si deve desalinizzare un grande flusso d’acqua. Anche la fase rigenerativa, attualmente, non è facile da gestire. Essa è suddivisa in tre sottofasi.

a) Lavaggio in controcorrente (backwash): acqua in flusso ascendente, velocità di flusso pari a 10-15 m/h, 50-70% dell’espansione del letto di resina. Questo lavaggio serve a eliminare eventuali percorsi preferenziali formatisi durante la fase di scambio e a rimuovere le impurità che potrebbero essersi formate nel letto durante la fase di scambio. La durata di questa fase, negli impianti esistenti, è di circa 15 minuti.

b) La rigenerazione può essere acida o basica a seconda che si tratti rispettivamente di una resina a scambio cationico o anionico. Le soluzioni sono soluzioni diluite di acido o base la cui percentuale disciolta dipende dalla forza (grado di dissociazione) della stessa. Ad esempio, per ricaricare una resina cationica si possono utilizzare soluzioni acide come:

5 – 10 % di HCl con flusso di 3 -4 l/h/l di resina.

1 – 3 % di H2SO4 con flusso di 10 – 15 l/h/l di resina.

c) Lavaggio finale che viene effettuato con acqua demineralizzata a flusso discendente in due fasi:

  una prima fase al flusso della fase rigenerativa per lavare l’acido residuo;

  una seconda fase alle condizioni operative per un volume totale di acqua pari a 6 – 9 volumi di resina.

I nuovi sistemi elettromeccanici e idraulici di scambio ionico.

La lunga introduzione, sopra riportata, che riassume lo stato dell’arte dei processi chimici e fisici che governano il complesso sistema di scambio ionico, è essenziale per comprendere le ragioni che hanno portato alla nascita di questa invenzione. Infatti, i cicli di lavoro degli attuali sistemi che utilizzano lo scambio ionico sono il punto di partenza per la progettazione di questi nuovi impianti, che non devono stravolgere i principi di base, ma solo renderli più economici, soprattutto combinandoli con la produzione di energia idroelettrica a basso costo, che la vendita agli operatori, di fatto, riduce il costo della desalinizzazione. Infatti, l’energia idroelettrica prodotta senza il classico salto idraulico è molto più economica dell’attuale energia idroelettrica, non richiedendo la costruzione di dighe e bacini. Si tratta semplicemente di sfruttare l’energia di posizione dell’acqua posta nella parte alta di un sistema idrico, che rimane sempre piena per sfruttare le condizioni idrauliche favorevoli a fini energetici. Pertanto, gli impianti, con scambio ionico, combinati con la produzione di energia, oltre alla desalinizzazione e alla demineralizzazione, potrebbero avere anche altre applicazioni di depurazione, in modo che anche l’acqua dolce, in molti casi, anche quando estratta dal sottosuolo, debba essere privata di sostanze indesiderate a causa delle numerose infiltrazioni dovute a sostanze chimiche utilizzate in agricoltura, nell’industria, nelle attività urbane, infiltrazioni di solventi e metalli radioattivi rilasciati in prossimità delle trivellazioni con il sistema di fratturazione idraulica con solventi e materiali inerti ad alta pressione. Certamente, anche l’ultrafiltrazione può essere combinata con la produzione di energia idroelettrica, riducendo i costi operativi, ma la maggior parte dell’energia verrebbe consumata nello stesso impianto, mentre il costo per la sostituzione delle membrane usurate non verrebbe risolto. Inoltre, è necessario chiarire che lo stato dell’arte non riguarda la desalinizzazione dell’acqua di mare, ma solo delle acque salmastre, poiché la desalinizzazione dell’acqua di mare costerebbe circa 3,5 volte i costi attuali, che già non sono sostenibili per un’ampia scala di occupazione. Infatti, nel processo di osmosi inversa, l’acqua desalinizzata viene messa in comunicazione con acqua dolce attraverso una membrana permeabile solo al solvente; applicando sul lato della soluzione salina una pressione superiore a quella generata dall’osmosi, si inverte la normale direzione di diffusione e il solvente tende a lasciare la soluzione con un contenuto di sali più elevato. Il processo non è ancora utilizzato per la desalinizzazione dell’acqua di mare, poiché, essendo la pressione osmotica tra l’acqua di mare (salinità media: 35 g/l) e l’acqua distillata pari a circa 22 bar, la pressione corrispondente necessaria per ottenere un flusso apprezzabile di solvente attraverso la membrana può anche superare i 100 bar. Il processo è invece un’applicazione per la desalinizzazione di acqua salmastra con una salinità inferiore a 10 g/l. Nella stessa proporzione aumenteranno anche i costi energetici dei processi evaporativi,mentre con lo scambio ionico proposto aumenta solo il costo degli additivi chimici e delle quantità di resine necessarie.

Prima di iniziare la descrizione del processo, è opportuno fornire le didascalie delle figure che illustrano l’impianto.

Legenda alfabetica: (A) vasca di arrivo dell’acqua salata; (B) filtro di ingresso dell’acqua salata con valvola di ritegno incorporata; (C) tubo di ricircolo dell’acqua e pressurizzazione dinamica o cinetica della pompa elettrica; (D) livello nominale della vasca superiore; (E) circuito di lavaggio e rigenerazione delle resine a scambio ionico; (F) miscelazione del serbatoio superiore e troppopieno dell’acqua desalinizzata; (G) mini impianto di produzione di acqua deionizzata; (H) vasca di stoccaggio dell’acqua desalinizzata; (I) rete di distribuzione dell’acqua desalinizzata; (L) serbatoio di accumulo dell’acqua demineralizzata; (M) serbatoio del liquido di rigenerazione.

Legenda numerica: (1) pompa di alimentazione doppia rovesciata sul lato di aspirazione; (2) turbina sommersa con alternatore incorporato; (3) livello nominale della vasca dell’acqua per la desalinizzazione; (4) tubo per l’alimentazione dell’acqua per la desalinizzazione; (4.1) pezzo speciale per l’introduzione delle sfere con resine nel tubo di scambio ionico (forato nella parte inferiore); (5) tubo di scambio ionico; (5.1) cono tronco perforato incorporato nel tubo 5; (5.2) pezzo speciale per l’espulsione delle sfere dal tubo 5 (forato su tutta la superficie esterna e collegato al tubo 6 tramite la slitta 5.3); (5.3) slitta in lamiera metallica per la guida delle sfere nel tubo 6; (6) tubo di discesa delle sfere per lo svuotamento; (6.1) pezzo speciale per la deviazione delle sfere dal circuito di scambio ionico al circuito di rigenerazione (forato sul fondo per il drenaggio dell’acqua); (7) valvole a ghigliottina automatiche per arrestare il movimento delle sfere (sono sempre aperte quando la sonda di livello minimo indica che il tubo 6 è vuoto d’acqua; (7.1) valvole a ghigliottina automatiche per arrestare il movimento delle sfere (aprire una alla volta); (8) primo tunnel per il lavaggio a immersione delle resine; (9) percorso guidato delle sfere nel tunnel di immersione con un telaio aperto di barre di acciaio inox mediante salite e discese con scivoli per la raccolta del liquido di svuotamento delle sfere; (10) tunnel per la rigenerazione delle resine a immersione; (11) secondo tunnel di lavaggio a immersione delle resine; (12) pompa di aspirazione del fango dal serbatoio di arrivo; (13) pompa elettrica di aspirazione del fango di lavaggio della resina; (14) pompa elettrica di aspirazione del fango di rigenerazione delle resine; (15) telaio di supporto dell’impianto di demineralizzazione; (16) tubo di alimentazione dell’acqua demineralizzata; (17) valvola a galleggiante per l’alimentazione dell’acqua demineralizzata; (18) valvola a galleggiante per l’alimentazione del liquido di rigenerazione; (19) valvola di intercettazione motorizzata; (20) valvola di intercettazione manuale; (21) valvola di ritegno; (22) sonda di controllo della salinità; (23) sonda di controllo del pH. (24) sonda di controllo del livello minimo dell’acqua del tubo di svuotamento delle sfere; (25) agitatore sommerso.   

La figura “1” mostra lo schema generale dell’impianto in verticale, dove è possibile osservare in sezione gli elementi riportati nelle legende, mentre le figure 2, 3 e 4 riportano le sezioni dei piani altimetrici A, B e C.

Annotazioni sui principi idraulici e sul fluido utilizzato.

Affinché si produca la massima energia cinetica in un gruppo pompa-turbina, posto sotto una prevalenza che scarica l’acqua in profondità, all’interno dello stesso bacino, è necessario che l’acqua venga aspirata dal punto più alto dell’impianto e arrivi direttamente alla pompa posta nel punto più basso del sistema. Infatti, è noto che un corpo in movimento (inclusa l’acqua) aumenta la sua forza (F = m * a), sia se si muove orizzontalmente che verticalmente. Ovviamente, nel caso dell’acqua, se si muove in orizzontale l’accelerazione deve fornire tutta l’accelerazione del motore della pompa, se si muove verticalmente, nella direzione della forza gravitazionale, all’accelerazione fornita dalla pompa, si aggiunge anche l’accelerazione gravitazionale (g = 9,81 m/s² ^Ma non è sufficiente orientare la pompa verso il basso e sfruttare la prevalenza idrostatica, perché la massa d’acqua che si muoverebbe senza l’intubazione verticale sarebbe solo quella intorno alla pompa, quindi la turbina produrrebbe pochissima energia. L’intubazione dell’acqua superficiale è essenziale per fornire all’intera colonna d’acqua sopra la pompa l’energia di movimento. Pertanto è necessario utilizzare un tubo di discesa (c) per ogni gruppo pompa-turbina. D’altra parte, questa necessità è intuitiva, poiché anche le turbine che sfruttano il salto idraulico alla pressione atmosferica sono collegate individualmente al serbatoio superiore. Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, non è la portata combinata con la caduta di pressione a produrre nella tradizionale energia idroelettrica, ma il flusso d’acqua trasformato in energia cinetica (o dinamica) realizzata nel percorso che alimenta la turbina (P = η*1000*Q*Hu/102).

Nell’energia idroelettrica tradizionale non si commettono errori di calcolo perché, facendo scorrere l’acqua alla pressione atmosferica e non riciclandola, tutta l’energia statica recuperata dalle perdite di carico viene trasformata in energia cinetica. Ma l’energia idroelettrica tradizionale avrebbe dovuto essere l’eccezione che conferma la regola, tuttavia, per gli esperti, è diventata la regola, e nessuno vuole approfondire l’utilizzo dell’energia superficiale dell’acqua, sfruttando la posizione all’interno dello stesso volume d’acqua, cosa che può essere fatta ovunque senza costruire dighe e grandi bacini idraulici. Infatti, nel caso di impianti sempre pieni d’acqua, non avendo un salto idraulico da sfruttare, per produrre energia cinetica è necessario sfruttare la differenza di posizione relativa all’interno dello stesso volume d’acqua, quindi gli impianti e le pompe devono essere progettati in modo diverso. È necessario intubare l’acqua superficiale per sfruttare la sua energia di posizione rispetto alla posizione della pompa e della turbina, che, collegate in serie, funzionano come un’unica macchina: la pompa vince lo stato di inerzia e mantiene il movimento nel tempo permettendo all’accelerazione di gravità di produrre più energia cinetica di quanta ne spenda la pompa, mentre la turbina utilizza l’energia totale per produrre elettricità attraverso l’alternatore incorporato o collegato. È ovvio che se solo ponessimo la pompa intubata sotto un’oscillazione di 10 o 20 m di colonna d’acqua, non essendoci resistenza idraulica al flusso, si creerebbe un grande squilibrio idraulico, poiché tutta l’energia cinetica sviluppata dalla colonna d’acqua, a causa dell’accelerazione di gravità sulla pompa, non trovando contrasto, a parte l’attrito delle molecole d’acqua, verrebbe dispersa in calore. Infatti, la pressione statica dell’acqua, al fatto che il liquido è incomprimibile, non si oppone all’energia cinetica. Pertanto, la velocità aumenterebbe entro i limiti consentiti e la pompa si danneggerebbe in breve tempo, non riuscendo a controllare il flusso d’acqua che avrebbe avviato. Inserire una turbina dopo la pompa, oltre ad essere una soluzione energetica razionale, è anche l’elemento di bilanciamento delle forze generate. Pertanto, con il sistema proposto possiamo produrre energia nella turbina tramite il volano energetico costituito dalle masse in movimento nella direzione della forza gravitazionale, scaricando l’acqua nel bacino aperto, o in una sezione aperta collegata al serbatoio superiore, con una piccola velocità residua all’uscita della turbina. La perdita di carico da calcolare per questo scarico è più o meno la stessa che avrebbe con lo scarico dell’acqua nell’atmosfera (V ²/2g). È altrettanto ovvio che senza l’intubazione dell’acqua da quella parte della superficie non potremmo produrre l’energia cinetica che viene utilizzata per produrre elettricità, poiché l’acqua che alimenterebbe la pompa circonderebbe la pompa, dotata di una sola pressione statica. Queste sono le ragioni per cui nello schema di Fig. 1 ogni pompa è collegata con una bocca di aspirazione al serbatoio superiore e per questo motivo questo tubo è stato chiamato tubo di pressurizzazione dinamica. Infatti, la pressione statica in un circuito chiuso può essere trasmessa con un piccolo tubo (basti pensare al famoso esperimento di Pascal che con un tubo pieno d’acqua posto verticalmente, rompe una botte di legno), mentre per dare a una portata di pressione dell’acqua dinamica (o cinetica), è necessario che la pressione unitaria sia moltiplicata per la sezione di passaggio dell’acqua (10 m di colonna d’acqua equivalente a 1 kg/cm2). Se abbiamo una sezione di passaggio di 100 cm2 e vogliamo trasmettere dinamicamente l’intera pressione di dieci metri di colonna d’acqua, questa sezione deve essere mantenuta ed estesa considerando le perdite di carico per non perdere energia cinetica. Questo deve coprire l’intero percorso del circuito, compreso il corpo della pompa. Quindi, se vogliamo una pompa a doppia alimentazione che invia acqua proveniente dal bacino inferiore (sempre con un’oscillazione positiva) con l’energia dinamica dell’acqua proveniente dal serbatoio (F), il passaggio nelle sezioni della pompa deve essere adattato alla somma dei due flussi. In tali condizioni, all’uscita della pompa avremo un unico flusso e un’unica pressione, che si avvicinerà alla somma della portata e della pressione massima in ingresso, più quella fornita dalla pompa, meno le perdite di carico del circuito. Questa applicazione è confermata anche dalla teoria di Torricelli che ha dimostrato che la velocità di uscita dell’acqua verso un foro praticato nella parete di un serbatoio d’acqua sotto una determinata prevalenza idraulica (h) si calcola con la formula √2 * g * h, indipendentemente dalla profondità effettiva del serbatoio. Ovviamente, questa conferma deve essere interpretata solo come la certificazione dell’esistenza di una località di energia idrica superficiale. Ma per sfruttare quell’energia per la generazione di elettricità nello stesso volume d’acqua o in impianti sempre pieni, riciclando l’acqua, sono necessarie modifiche alle pompe e ai circuiti idraulici attualmente utilizzati, poiché allo stato attuale dell’arte nessuno ha fatto le giuste riflessioni tecnico-scientifiche. Gli stessi uffici brevettuali, nelle precedenti domande del sottoscritto, hanno dichiarato tali domande contrarie ai principi di conservazione dell’energia, non distinguendo la differenza tra circuiti semplici e complessi. Infatti, i principi idraulici della legislazione sulla conservazione dell’energia non includono circuiti idraulici complessi realizzati all’interno dello stesso volume d’acqua, che possono alimentare all’infinito circuiti interni, considerando il bacino sempre pieno, quindi rispettando i principi legislativi. Con l’intubazione dell’acqua superficiale e l’accoppiamento sotto la testa delle pompe con le turbine, infatti,All’interno dello stesso volume d’acqua si realizzano numerosi sistemi idraulici separati dall’acqua statica, costituiti da gruppi pompa-turbina. Ciascun gruppo produce energia elettrica, per differenza tra consumo e spesa energetica, indipendentemente dagli altri gruppi, attingendo a una fonte energetica comune, ovvero l’energia della superficie dell’acqua e la pressione atmosferica. Il sistema può anche produrre energia sollevando acqua da un bacino all’altro, purché il circuito sia sempre pieno e l’acqua da sollevare venga immessa nel circuito di ricircolo del bacino superiore tramite l’alimentazione di una pompa a doppia bocchetta posta sotto la prevalenza, pressurizzata dinamicamente dall’altezza idrostatica del bacino superiore sulla seconda bocchetta di aspirazione.

Ovviamente, in un bacino sempre pieno, anche la pressione statica si disperde. Queste considerazioni non necessitano di essere dimostrate con prototipi perché, se fossero vere, non esiterebbero le correnti marine e le condotte sottomarine potrebbero non scaricare l’acqua nel fondale profondo con energie cinetiche ridotte. Se ciò accade è proprio perché la parte del tubo di scarico in superficie, la pressione statica interna ed esterna al tubo si bilanciano, mentre l’energia sviluppata all’interno del tubo con l’inserimento della pompa sotto la pressione idrostatica contenuta nello stesso tubo, comunicando con il serbatoio superiore e con l’atmosfera, non trova opposizione, a parte la famosa V ² /2g.    

Un’altra autorevole conferma ci viene dal celebre scienziato Albert Einstein, il quale, con le sue teorie della relatività, dimostrò che materia ed energia possono essere considerate un’unica entità, poiché l’una può trasformarsi nell’altra secondo una precisa relazione matematica. Una conferma pratica di questa affermazione la troviamo nell’azione del vento, che può generare elettricità attraverso le turbine eoliche, ma può anche rompere l’equilibrio inerziale tra troposfera e idrosfera, creando energia cinetica nelle correnti oceaniche. Questo, a mio avviso, è l’aspetto energetico più sottovalutato al mondo, perché anche noi possiamo rompere artificialmente questo equilibrio, mediante l’immissione di un piccolo flusso d’acqua, una pompa posizionata in profondità e la concentrazione di tutta l’energia cinetica prodotta sulle pale di una turbina idraulica. Non esiste alcuna legge di conservazione dell’energia che possa impedirlo e non c’è bilancio energetico da rispettare, se non quello tra l’energia consumata e quella prodotta, poiché attingiamo energia da una fonte inesauribile. La differenza tra energia consumata ed energia prodotta è immensa, a favore dell’energia prodotta, perché non ci troviamo in un sistema isolato come il pendolo di Newton. In effetti, tutto il peso della colonna d’acqua intubata (m * g * h) acquisisce energia cinetica (1/2 mv²) frenata dalle pale della turbina, che produce elettricità tramite un alternatore collegato, sotto il peso delle masse d’acqua convogliate sulla turbina per effetto della gravità e della pressione atmosferica, una volta che le masse d’acqua sono state spostate verso il basso per mezzo della pompa. Infatti, Einstein afferma che l’energia fornita non aumenta la velocità del corpo, ma la sua massa: il corpo diventa sempre più “pesante”. Ciò si riflette anche nei calcoli pratici della prevalenza delle pompe di sollevamento, che viene sottratta dalla prevalenza positiva sul lato di aspirazione, essendo considerata a tutti gli effetti un’energia. Questa energia diventa ancora più importante se invece di sollevare l’acqua utilizziamo pompe per produrre energia. In questo caso, è conveniente che le pompe orientino il flusso nella direzione della forza di gravità e della pressione atmosferica. Utilizzando questo sistema, la differenza tra l’energia utilizzata e quella prodotta diventa enorme perché l’acqua in superficie ha la stessa densità dell’acqua sottostante e, quindi, non ha bisogno di risalire in superficie, se ci troviamo in un bacino di piccole dimensioni (l’acqua cambia semplicemente posizione). La produzione di energia è enorme, come avviene negli impianti idroelettrici terrestri, a pressione atmosferica, perché all’uscita della turbina la pressione idrostatica dell’acqua non può contrastare l’energia cinetica residua. Infatti, poiché l’acqua è incomprimibile, a qualsiasi profondità si trovi all’uscita, la resistenza idraulica all’uscita è sempre la stessa (v² ^/ 2g). Pertanto, il consumo energetico può essere moltiplicato per cento, duecento, ecc. Dipende solo dalla colonna d’acqua, che grava sulla pompa e sulla turbina.

Le doppie pompe di alimentazione sul lato di aspirazione (brevetto italiano su richiesta n. 102015000048796 del 04/09/2015).

Le doppie pompe di alimentazione sul lato di aspirazione, utilizzate in questo sistema, non esistono, come descritto in precedenza, a causa di un’errata interpretazione dei principi della fluidodinamica, che ha portato a enormi sprechi in tutti i settori dell’attività umana, ma sono semplici da realizzare modificando l’alimentazione delle pompe esistenti, non la tecnologia costruttiva delle stesse. Infatti, alimentando la girante dall’esterno tramite due confluenze (curve o innesti con angoli diversi) canalizzate internamente, in modo che i due flussi si incrocino e alimentino la girante della pompa in quattro settori separati, disposti diagonalmente, due alimentati con acqua da sollevare e due con acqua riciclata dall’alto, dotata di elevata pressione idrostatica. Bilanciando in questo modo la spinta idraulica sulla girante e sui cuscinetti, e facendo penetrare i flussi in profondità nella girante, in modo che non entrino in contatto prima di essere trascinati dalla girante stessa, è possibile trasformare tutti gli impianti idraulici esistenti da assorbitori di energia a produttori della stessa, naturalmente anche modificando gli impianti e inserendo le turbine in serie alle pompe. 

Partiamo dal cuore di una pompa, ovvero la girante, che può generare un flusso assiale, radiale o a pale e può essere aperta, chiusa o semichiusa, a seconda del corpo pompa in cui è montata. Esistono anche pompe a doppia girante, con alberi orizzontali e doppia alimentazione alla stessa pressione, che offrono prestazioni eccellenti, ma non le prendiamo in considerazione, poiché le pompe che proponiamo, per sfruttare simultaneamente i principi idraulici dei recipienti comunicanti e di Pascal, che consentono incrementi di portata e pressioni a basso consumo energetico, devono essere alimentate con pressioni idrostatiche diverse. Tutte le pompe possono essere modificate e alimentate con pressioni diverse. Ovviamente, con prestazioni e rendimenti diversi in funzione delle caratteristiche delle giranti attualmente montate. Con portate elevate e piccoli incrementi di pressione si utilizzeranno giranti assiali o semiassiali, con portate ridotte e pressioni maggiori si utilizzeranno giranti chiuse e una maggiore precisione di lavorazione, come avviene nelle pompe attuali. L’importante è capire che queste pompe non devono mai funzionare in aspirazione ma solo sotto pressione e che il flusso diviso che raggiunge quattro settori che arrivano direttamente all’ingresso della girante, con la rotazione della pompa, in ogni settore si alterna l’ingresso dell’acqua ad alta e bassa pressione, che hanno la stessa direzione, quindi la portata con pressione maggiore trasmette la sua pressione al flusso con pressione minore all’interno della stessa girante, che come è noto è progettata per aumentare la pressione dell’acqua dal centro alla periferia del rotore stesso. Ovviamente, all’uscita della pompa avremo solo un unico flusso con la somma della portata e della pressione maggiore. Questa non è altro che l’applicazione dinamica del principio di Pascal, che con la tecnologia attuale è semplice da implementare. La Figura 6 mostra la variazione di una pompa con girante assiale, la Figura 7, quella di una pompa con girante chiusa.

Descrizione del funzionamento dei processi di desalinizzazione e demineralizzazione.

L’acqua da desalinizzare contenuta nella vasca (A) (mantenuta sempre al livello massimo da un apposito regolatore di livello idraulico) viene aspirata attraverso i filtri (B) e una valvola a saracinesca motorizzata (19) da una delle due bocche di aspirazione della pompa a doppia alimentazione (1). L’altra bocchetta di aspirazione è alimentata dal tubo di ricircolo e pressurizzazione dinamica (C) proveniente dal serbatoio superiore (F). Pertanto, in queste condizioni, la turbina (2) produce la massima energia consentita dal sistema. In ogni caso, l’uscita della turbina è collegata al tubo (4) di ampia sezione dal quale l’acqua sale allo scambiatore di ioni (5) dove galleggiano sfere di polietilene perforate sospese nell’acqua, che fungono da setacci in cui galleggiano i granuli di resina a scambio ionico sintetica, selezionati con un diametro maggiore dei fori di passaggio dell’acqua. Pertanto, l’uscita del tubo di scambio ionico raggiunge il serbatoio superiore (F), l’acqua e le sfere con le resine. Il principio per cui le sfere di polietilene circolano insieme all’acqua nel tubo a scambio ionico (5) si basa sulla densità del polietilene, che è leggermente inferiore a quella dell’acqua pura (950 kg/m³). Quindi, supponendo di realizzare sfere forate del peso di 950 grammi, dotate di un tappo filettato, possiamo inserire fino a 50 grammi di resina che ha una densità di 1,2-1,3 kg/l a secco, in modo che circolino liberamente nell’acqua pura delle resine e le facciano galleggiare in ambiente marino. Mentre il volume di resina umida aumenta del 50-70%, il peso specifico delle resine diventa (0,7-0,8 kg/l), quindi possiamo supporre che le resine galleggino all’interno delle sfere di polietilene, anche in acqua pura. Questa condizione è ideale per lo scambio ionico con il volume d’acqua contenuto nella sfera, certamente più efficace di un flusso d’acqua che passa attraverso un letto compatto di resine. Ciò implica un notevole risparmio sulla quantità di resine necessarie.

Per il corretto funzionamento dell’impianto, nella vasca (F) le sfere che contengono le resine devono essere svuotate dall’acqua e inviate al circuito di rigenerazione (E). Pertanto, nella vasca (F), come si può vedere da un dettaglio estratto dalla “Fig. 1” e in vista dall’alto nella “Fig. 2”, un elemento speciale (5.2) è collegato verso l’alto allo scambiatore di ioni (5) forato su tutta la superficie esterna e collegato, tramite una piastra di acciaio scorrevole (5.3), al foro di ingresso del tubo di discesa e svuotamento delle sfere (6), posizionato al di sopra del livello di troppo pieno della vasca F (D). Pertanto, nel tubo (6) le sfere vengono svuotate dall’acqua e contengono solo le resine. L’acqua recuperata dal tubo di discesa delle sfere (6) viene reimmessa nell’impianto attraverso la valvola di ritegno (21) e una valvola a saracinesca motorizzata (19) da una delle due bocche di aspirazione di un’altra pompa a doppia alimentazione (1). L’altra bocchetta di aspirazione è alimentata dal tubo (C) proveniente dal serbatoio superiore (F). Quando il tubo (6) è vuoto, la sonda di livello minimo (20) chiude la valvola (19) e apre un’altra connessione (C) che proviene anch’essa dal serbatoio F. Pertanto, anche in questo caso, entrambe le bocchette di aspirazione sono alimentate con acqua proveniente dal bacino F, con il livello idrostatico massimo, e producono la massima energia nella turbina 2, finché il livello dell’acqua nel tubo (6) non sale, il che, rilevato da un altro sensore (20), apre la valvola di scarico e chiude quella del tubo (C). Ovviamente, il lavaggio delle sfere con acqua è essenziale per passare da una fase all’altra del processo. Non può essere interrotto nemmeno quando entra acqua salata dal filtro di aspirazione (B), quindi utilizziamo due circuiti separati, entrambi dotati di pompe e turbine.

Ciò non penalizza le prestazioni dello scambio ionico, ma aumenta le prestazioni complessive dell’impianto energetico. L’impianto di desalinizzazione può essere realizzato anche con il riciclo delle sfere e con pompe normali, ma i due nuovi prodotti vengono combinati per costruire sistemi con prestazioni superiori e multidisciplinari. Infatti, essendo l’impianto progettato anche per generare energia, è necessario l’utilizzo di pompe a doppio combustibile e garantire sempre, almeno su una delle due bocche di aspirazione collegate, un tubo di riciclo e pressurizzazione dinamica (C), dotando entrambe le connessioni di una valvola di intercettazione motorizzata (19). Con questo sistema si consente la pressurizzazione della pompa (1), e quindi la produzione di energia, anche durante la fase di caricamento dell’acqua da desalinizzare e quando non c’è acqua da recuperare dallo svuotamento delle sfere. Le sfere, vuote d’acqua ma contenenti le resine, accumulate verticalmente nel tubo (6), attraverso un apposito elemento (6.1) vengono trasferite, una alla volta, al circuito di lavaggio e rigenerazione (E). Infatti, osservando la Fig. 1, si può notare che le sfere per gravità vengono spinte contro la prima valvola a ghigliottina (7), che si apre con il consenso della sonda di livello minimo (20), lasciando passare le sfere (la seconda valvola è di riserva e rimane sempre aperta). Il circuito delle sfere attraversa senza soluzione di continuità il primo lavaggio (8), la rigenerazione (10) e il secondo lavaggio (11), che avvengono per semplice immersione, essendo le sfere guidate da un semplice telaio aperto, realizzato in barre di acciaio inox. Al termine del secondo lavaggio, le sfere vengono spinte contro la prima valvola a saracinesca (7), che le lascia passare una alla volta, poiché la seconda valvola a saracinesca deve impedire il riflusso dell’acqua dal tubo (5). Pertanto le sfere rimangono per un certo tempo in posizione tra una saracinesca e l’altra e, dopo la chiusura della prima, si apre la seconda inserendo la sfera nel flusso d’acqua proveniente dal tubo (4) attraverso lo speciale pezzo 4.1, appositamente forato nella parte inferiore. Anche il cono concentrico è perforato su tutta la superficie per consentire il passaggio dell’acqua senza perdite di pressione dal tubo (4) a (5).

L’intero sistema deve essere gestito globalmente, sia dal punto di vista chimico, per diluire la salinità dell’acqua in ingresso, sia da quello elettromeccanico e idraulico, per sfruttare le pressioni idrauliche disponibili e produrre così la massima energia. In condizioni di regime, l’acqua desalinizzata viene prodotta sulla base dell’abbassamento del livello dei serbatoi di accumulo dell’acqua (H), che per gravità distribuiscono l’acqua alla rete di consumo (I). Quando quest’ultima richiede acqua, la priorità di alimentazione dei settori dal filtro di aspirazione (B) dipende dalla qualità dell’acqua rilevata dalle sonde di controllo (22-23) di salinità e pH, mentre il potenziale dell’impianto dipende dal numero di scambiatori ionici, dalle loro dimensioni e dalla quantità di resine in circolazione nelle sfere. Per quanto riguarda l’energia elettrica prodotta dall’impianto, come si evince dalla Fig. 1, ogni scambiatore ionico è dotato di due gruppi pompa-turbina, di qualsiasi dimensione, operanti a pressioni di esercizio molto basse. Nelle Figure 2, 3 e 4 si può osservare che l’impianto proposto, a titolo di esempio, è suddiviso in otto settori, ma può essere anche più o meno numeroso, a seconda delle esigenze del sistema e del flusso richiesto dal territorio. Ciascun settore, come accennato nella fase introduttiva, può essere specializzato nelle seguenti versioni: 1) resine cationiche forti, 2) resine cationiche deboli, 3) resine anioniche forti, 4) resine anioniche deboli, 5) resine chelanti selettive per diversi metalli pesanti. Abbiamo quindi un’ampia gamma di opzioni gestionali per desalinizzare e purificare l’acqua, producendo e distribuendo energia anziché consumarla.

La disposizione radiale dei tubi verticali a scambio ionico (5) e le relative rigenerazioni, attorno al serbatoio di stoccaggio e riciclo (F), permette di miscelare il flusso trattato, da parte di ciascun impianto, anche grazie all’ausilio di un agitatore sommerso (26). È importante soprattutto il fatto che le acque desalinizzate escano dal punto più alto del sistema. Pertanto, possono essere trasferite per decine di chilometri di distanza per gravità. Basti pensare che una tubazione DN 1000 con una portata di 1000 L/s e una velocità dell’acqua di 1,27 m/s secondo le tabelle calcolate con la formula di Bazin-Fantoli ha una perdita di carico di soli 1,5 m/km. Quindi, con un’altezza dell’impianto di 15 metri, possiamo trasferire l’acqua desalinizzata a 10 chilometri di distanza. Ma altrettanto importante è il fatto che, utilizzando lo stesso sistema idraulico nelle successive apparecchiature di sollevamento, con doppie pompe di alimentazione accoppiate alle turbine (come mostrato nella Figura 8 del capitolo successivo), l’acqua desalinizzata può essere trasportata a centinaia di chilometri di distanza, persino sollevandola in collina e in montagna, producendo lungo il percorso molta più energia di quanta ne venga consumata per il trasporto dell’acqua.

Capitolo 2

Brevetto italiano richiesto N. 102015000048789 del 04/09/2015

IMPIANTI IDROELETTRICI CON SERVIZI DI SOLLEVAMENTO, RICICLO E DISTRIBUZIONE DELL’ACQUA.

Legenda Fig. 8 (4) : (acg) generatore di corrente alternata; (ai) girante assiale; (C) collettore; (oipds) pompa intubata rovesciata con doppia aspirazione; (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 l’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; (mpl) sonda di livello minimo o massimo; (od) scarico di troppo pieno; (sav) valvola di alimentazione aggiuntiva; (sgh) altezza geodetica di aspirazione; (sov) valvola di intercettazione; (srip) anello di supporto per pompa intubata; (srt) tubo del serbatoio di alimentazione; (sss) lamiera d’acciaio sagomata; (tcp) tubo contenente la pompa; (tpups) UPS trifase; (wdn) rete di distribuzione idrica; (wddr) serbatoio di distribuzione e disconnessione dell’acqua.

In questi semplici sistemi, la prevalenza idrostatica, misurata in metri di colonna d’acqua, viene scelta dopo aver calcolato attentamente le perdite di carico nella turbina e nei tubi, in modo da posizionare l’asse della pompa esattamente nel punto in cui la pressione dinamica positiva esercitata dalla sola pompa può bilanciare le resistenze alla circolazione dell’acqua, inclusa la turbina. La pompa ha il solo compito di vincere lo stato di inerzia dell’acqua all’interno dei tubi che alimentano la pompa e la turbina, consumando pochissima potenza, essendo posizionata tra due carichi uguali e opposti. La rotazione della pompa, posta in tali condizioni, produce una colonna d’acqua sovrastante la pompa, che viene separata dall’acqua statica circostante, generando energia cinetica (1/2 * m * V² ⁾ , derivata da (m * g * h), che viene sfruttata nella turbina per produrre energia elettrica. Anche la perdita di pressione nelle valvole e nei tubi può essere imputata all’energia cinetica sviluppata dall’acqua che cade dal serbatoio superiore, se le sezioni di passaggio sono state dimensionate correttamente. Supponendo che la prestazione complessiva della turbina e del generatore di corrente accoppiato sia pari a 0,8. La potenza utile può essere fornita da una turbina che sfrutta appieno il carico utile Hu di 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 in 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 in uscita, il consumo di potenza è di 2,8 kW (1000 * 0,2 / 10² * 0,7). Il rapporto tra energia prodotta e spesa è 392 / 2,8 = 140.

Nessuno ha mai pensato di poter produrre energia sfruttando fonti di energia statica come la pressione atmosferica e l’altezza idrostatica delle pompe, sebbene queste siano sempre considerate nei calcoli idraulici per determinare la potenza degli impianti e delle pompe e, di conseguenza, per risparmiare energia negli ascensori idraulici.

Infatti, se è possibile sfruttare la prevalenza idrostatica per risparmiare energia pompando l’acqua verso l’alto per vincere la pressione atmosferica, è anche possibile trasformare la prevalenza idrostatica, favorendo la pressione atmosferica, in energia, non sollevando ma spingendo verso il basso le acque statiche, dopo averle intubate e partendo dalla superficie dell’acqua. Come si evince dalla Fig. 8, il collettore (c), che raccoglie l’acqua in uscita dalle turbine, può essere considerato come il fondo del serbatoio (wddr), mentre il tubo verticale (srt) ne rappresenta l’estensione; pertanto, la perdita di carico da considerare è quella di un’uscita in un recipiente aperto, come negli impianti sommersi, oltre alle sole perdite di carico nelle tubazioni, non a quelle per superare la differenza di livello. Le leggi dell’idraulica sono chiare, sia per quanto riguarda lo sfruttamento dell’Hga nell’aspirazione della pompa, sia per quanto riguarda la perdita di pressione in un circuito idraulico nel recipiente aperto, da cui parte l’acqua aspirata e ritorna quella pompata. La prevalenza idrostatica positiva da sopportare sull’albero della pompa è la somma dell’altezza utile (Hu) richiesta dalla turbina più le perdite di carico nelle tubazioni (pdc) e in uscita (pds). Anche 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 la prevalenza idrostatica sulle pompe, che incide molto meno. Aumentando i diametri dei tubi si riducono l’altezza degli impianti e la pressione di esercizio. La prevalenza da assegnare al sistema e alla pompa “H” è pari alla somma algebrica di: (+) Hgea (-) Pdc (-) pds, dove:

Hga (m) = (sgh) aspirazione geodetica: distanza tra il livello superiore della presa d’acqua e l’asse della pompa. Hga, nel nostro caso, ai fini energetici, è positivo poiché la pompa è soggetta al livello dell’acqua.

Pdc (m) = somma di tutte le cadute di pressione del sistema, che, ai fini dell’assorbimento di 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 del bacino (wddr), pompando nella direzione della pressione atmosferica, la prevalenza dell’impianto tende a zero bilanciando la perdita di pressione con il carico idrostatico. Ovviamente, per ottenere la massima energia prodotta, le perdite di carico dovrebbero concentrarsi nella turbina riducendo le altre, aumentando i diametri dei tubi e riducendone le lunghezze. Infatti, il collettore (c) e il tubo (rst) sono rappresentati di grandi dimensioni rispetto agli altri tubi per indicare la continuità volumetrica del serbatoio.

In questi sistemi sfruttiamo dinamicamente il principio di Pascal: utilizzando la pressione idrostatica del serbatoio superiore per sollevare il flusso d’acqua nel bacino inferiore, alimentato nel circuito di ricircolo grazie a una pompa a doppio combustibile, senza consumare energia. Oltre al principio di Pascal, questa possibilità è confermata dai pozzi artesiani, dove l’acqua di falda affiora direttamente in superficie senza l’ausilio di pompe. Non è la pompa a sollevare l’acqua, ma senza la doppia alimentazione della pompa l’acqua non potrebbe essere immessa nel circuito di ricircolo per essere sollevata. Infatti, la chiusura della valvola (sav) che alimenta il lato sinistro della pompa, permette di alimentare tale lato del bacino con l’acqua presente nel livello inferiore; la miscelazione e la somma dei due flussi, che avvengono nella pompa, consentono di raggiungere il livello idrostatico massimo del serbatoio senza un consumo energetico apprezzabile. Raggiunta tale soglia, si chiude l’alimentazione dell’acqua da sollevare (sov) e si riapre l’alimentazione con l’acqua riciclata 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. Osservando la Fig. 5, la pressione dinamica che circola sul lato destro della pompa viene trasmessa anche a quella che entra dal lato sinistro. L’acqua con una pressione idrostatica inferiore viene immessa nel bacino superiore del circuito di ricircolo e quindi sollevata, ma la turbina continua a produrre energia quasi al livello massimo se le sezioni di passaggio dell’acqua sono adattate alla trasmissione della pressione dinamica del serbatoio superiore. All’uscita della turbina l’acqua entra nel collettore (C), che è anche il fondo del recipiente aperto, che fornisce acqua, pressione statica e dinamica per produrre energia nella turbina.

È importante notare che in questi impianti realizziamo sinergie non solo tra pompe e turbine, ma anche tra i principi idraulici su cui si basano. Il vantaggio energetico lo abbiamo fatto la differenza tra l’energia prodotta nella fase di discesa delle acque e quella consumata nelle perdite di carico, escludendo quelle della corrente delle acque perché nei bacini sempre pieni, a volume costante, l’acqua non deve essere sollevata; disproving also the myth of back-pressure at the exit of turbine because the static pressure is not opponent to the kinetic energy, except for the friction between the molecules, due of the speed difference (V2 / 2g). The representation is symbolic and shows only one pump per plant, but as in the current lifting systems, there can be many groups of pumps – turbines in parallel, as long each group have least one orifice connected directly to the upper reservoir with the dynamic pressurization tube. Con il simbolo (c) si indica il collettore di mandata che può essere comune a più gruppi di pompe-turbine in parallelo, purché abbia una sezione trasversale ampia per ridurre le perdite di carico per attrito con le pareti del tubo. Tuttavia, solo il collettore (C), il tubo di alimentazione (srt) e quello di collegamento con l’impianto successivo (csp) sono in comune. Infatti, ogni pompa, pompando verso il basso, produce energia cinetica nel proprio tubo, che viene dissipata nella turbina, appositamente dimensionata; pertanto, il sollevamento dell’acqua al serbatoio (wddr) avviene senza energia, basandosi semplicemente sul principio di comunicazione tra i serbatoi. Anche il collegamento tra i vari serbatoi (csp) deve avere una sezione trasversale ampia, dovendo alimentare la doppia alimentazione delle pompe di sollevamento successive, che possono essere situate a molti chilometri di distanza. Quando non vi è prelievo dalla rete idrica (wdn), che consuma acqua, non è necessario sollevare acqua, quindi il sistema serve solo a produrre energia. In questo caso, anche il lato sinistro della pompa viene alimentato dal serbatoio superiore tramite la valvola a controllo remoto (sav) e si ottiene il massimo dell’energia prodotta. Quando, invece, a causa dei prelievi dalla rete il livello di un serbatoio (wddr) si abbassa, il sistema di controllo, basandosi proprio sui livelli del serbatoio, chiude la valvola (sav) di quel serbatoio e, automaticamente, il lato sinistro della pompa viene alimentato dalla vasca inferiore (wddr) tramite la valvola di non ritorno (cv). Ovviamente, l’operazione comporta l’abbassamento del livello della vasca inferiore e il controllo del livello di quest’ultima, a sua volta, chiude la valvola (sav) e l’acqua che alimenta il lato sinistro viene prelevata dal punto in cui si trova una vasca a un livello ancora inferiore. Tutto ciò avviene mentre la pompa e la turbina sono sempre in rotazione producendo energia. Pertanto, mentre nell’attuale sistema basato sui livelli i sistemi automatici di sollevamento dell’acqua mettono in funzione un numero sempre maggiore di pompe elettriche per compensare il prelievo dalla rete, negli impianti in questione le pompe elettriche sono sempre in funzione.Le valvole (sav) determinano da dove prelevare l’acqua che alimenta il lato sinistro della pompa. Il numero di valvole (sav) chiuse e il tempo di chiusura dipendono dal tempo necessario per ripristinare il livello nominale corrispondente alla quota di scarico infinita del troppopieno (od). Come si può vedere, nel circuito idraulico di collegamento tra il serbatoio iniziale (wlb) e la prima vasca (wddr1) la valvola (sav) è posizionata sul tubo di scarico (od). Infatti, il livello del serbatoio (wddr1) deve essere sempre mantenuto al livello massimo dell’acqua (mpl), fornendo l’acqua proveniente dal troppopieno. Quando il livello di (wddr1) si abbassa, la valvola (sav) si chiude e la valvola (sov) si apre, consentendo l’alimentazione idrica direttamente sul lato sinistro delle pompe attraverso la vasca iniziale (wlb) tramite le valvole di ritegno (CV).

Capitolo 3

Brevetto italiano richiesto N. 102016000058416 del 07/06/2016

SISTEMA GALLEGGIANTE CON TUBI IN POLIETILENE ESTRUSO, RINFORZATI, RINFORZATI E RIEMPITI DI POLISTIRENE.

Astratto

Il notevole ritardo nello sviluppo dello sfruttamento delle risorse marine e nella protezione dell’ambiente globale è dovuto a molti fattori, tra cui la mancanza di sistemi galleggianti e inaffondabili economicamente sostenibili. Tuttavia, tali sistemi non possono essere studiati in dettaglio senza fornire anche soluzioni tecniche che possano portare alla colonizzazione su larga scala delle piane oceaniche. Di fatto, al momento, questa colonizzazione non ha senso, poiché le piane oceaniche sono inospitali per la vita umana, sia perché la desalinizzazione dell’acqua non è sostenibile, sia perché, dal punto di vista alimentare, le piane oceaniche non sono produttive. La produzione ittica è concentrata nelle aree vicine alla costa, dove il vento e le correnti marine consentono la produzione di fitoplancton e zooplancton, e quindi la produzione di cibo per la grande varietà di specie ittiche e per l’uomo. Tuttavia, le piane oceaniche potrebbero diventare la fonte più ricca di nutrimento umano, grazie all’invenzione di un “sistema galleggiante idroelettrico, dissalatore, estrattore di calcio e carbonio dalle acque marine profonde”. Questo sistema permette di desalinizzare, produrre energia e garantire al contempo un’abbondanza di pesce, portando in superficie una parte delle acque profonde, ricche di calcio e carbonio, disciolte da elevate pressioni idrostatiche. Questi impianti produrranno fitoplancton, zooplancton e alcalinità, contrastando anche l’acidificazione delle acque e il riscaldamento globale. In questo progetto sono stati incorporati tubi di polietilene estruso a coste, riempiti di polistirolo, per realizzare impianti inaffondabili. Naturalmente, dovranno essere realizzate anche isole galleggianti inaffondabili e strade di collegamento che serviranno a servire intorno a questi impianti. Pertanto, sebbene i sistemi di galleggiamento esistenti, utilizzati per la costruzione di cantieri navali marittimi, siano ancora validi, si dovrebbe cedere il passo a produzioni in serie su larga scala che possono essere realizzate solo tramite estrusione. Anche il trasporto via mare di questi tubi deve essere sostenibile ed economico, assemblando, nei cantieri navali, grandi strutture galleggianti e trasportandole in loco tramite rimorchiatori.

Descrizione Allo stato attuale, sebbene esistano valide tecnologie di galleggiamento con elementi modulari in polietilene accoppiati in direzione verticale e orizzontale mediante profili in acciaio zincato o inossidabile, questi moduli, realizzati per stampaggio, hanno un costo di produzione elevato. Possono essere utilizzati, così come sono, per realizzare case galleggianti, siti marini e lacustri, strade temporanee ecc. Ma per una serie di grandi utilizzi, come quello proposto per la realizzazione di un “Sistema galleggiante, idroelettrico, dissalatore, estrattore di calcio e carbonio da acque marine profonde” e l’attività indotta che ne deriverà, è considerata molto più economica la seguente soluzione, che prevede di sollevare gli elementi galleggianti direttamente per estrusione, come la corrente di tubi in polietilene, con l’unica differenza che questi tubi saranno prodotti con nervature esterne perforate a intervalli regolari, in modo che possano essere accoppiati tra loro e alle strutture metalliche di contenimento o supporto, nelle varie composizioni possibili. Inoltre, all’interno dei tubi possono essere inserite delle nervature radiali in profili tubolari, montate su un asse tubolare centrale, disposte a intervalli regolari in funzione della profondità di immersione, certificate da un apposito rapporto di calcolo sulla resistenza del polietilene e del materiale metallico. Infine, i tubi saranno resi inaffondabili mediante un riempimento di schiuma di polistirene sinterizzato, che ha una massa volumetrica compresa tra 10 e 40 kg/mc, ed è quindi costituito in media dal 98% di aria e solo dal 2% di idrocarburo puro materiale strutturale. Pertanto, qualsiasi danno a un tubo galleggiante non causerebbe l’immediato riempimento d’acqua e l’affondamento, ma consentirebbe un ampio margine di tempo per riparare il danno o sostituire il tubo danneggiato. Mentre i tubi ottenuti mediante estrusione possono essere di qualsiasi lunghezza, per ridurre i costi, non è un’ipotesi azzardata realizzare gli impianti di produzione vicino al mare, assemblare i sistemi nei cantieri navali costieri adiacenti, rimorchiarli e trasportarli direttamente nell’area di lavoro finale, dove l’assemblaggio risulterebbe generalmente più difficile e costoso. Ma soprattutto, nel caso specifico del “Sistema galleggiante idroelettrico, dissalatore, estrattore di calcio e carbonio da acque marine profonde”, data la complessità e l’importanza del lavoro da svolgere, è preferibile che la piattaforma del sito, come rappresentata nella Fig. 9, venga assemblata in un cantiere navale con tutte le attrezzature di montaggio menzionate nella legenda (gru a ponte, cilindri idraulici, colonne di lavoro dei verricelli elettrici) e trasportata in loco mediante un rimorchiatore.

FIG.9

La Figura 9 mostra il punto di partenza, ovvero il cantiere di costruzione del galleggiante da cui nasce un “sistema galleggiante idroelettrico, di desalinizzazione, di estrazione di calcio e carbonio da acque marine profonde”. Questo impianto per estrarre il calcio e il carbonio disciolti dalle elevate pressioni idrostatiche presenti nelle acque profonde deve raggiungere una profondità di oltre 4000 metri. Ipotizzando di realizzare un sistema che arrivi a 6000 metri, con tubi in acciaio Dn 1400 dal punto di vista della resistenza meccanica, i due tubi paralleli per la lunghezza di 6 km del Dn 1400 che servono a realizzare il sistema possono essere della serie API 5LX, grado X 70 con uno spessore di 10,31 mm, in acciaio con le seguenti caratteristiche: Ks = 70.000 psi = 49,2 Kg/mm2; Kr = 82.000 psi = 57,6 Kg/ ^mm2 . L’acqua marina ha una densità di 1.025 kg/L, quindi a 6.000 m di profondità esercita una pressione sul fondale pari a 6.150 m di colonna d’acqua (1.025*6.000) = 615 kg/cm² ⁼ 6,15 kg/mm² ^. Pertanto, la sollecitazione che l’acqua esercita sul materiale delle tubazioni è molto inferiore al limite di snervamento minimo. Ciò significa che i tubi non possono deformarsi se sono pieni d’acqua, pur avendo uno spessore minimo. In realtà, il problema da risolvere sono le sollecitazioni dovute al peso. Si consiglia di utilizzare tubi di alta qualità con spessori ridotti. Il tubo X 70 Dn 1400 preso in considerazione ha lo spessore minimo della serie (10,31) e pesa 358,73 kg/m, quell’aumento del 15% per tenere conto delle flange, dei rinforzi, ecc., il carico totale diventa (12.000*358,7*1,15) uguale a kg 4.950,474, sottratto della spinta idrostatica verso l’alto, uguale a (4.950,474*1,05/7,8) pari a 666,410 Kg, sottratto della spinta idrostatica verso l’alto, uguale a 92,096 mm ² (1,422,4*3,14*10,31*2) che avrebbe una sollecitazione massima nei tubi posti in alto (che supportano l’intero carico) di 40,91 kg/mm2 (3,767,710/92,096).

Non esiste al mondo una gru in grado di sostenere un peso di quasi quattro milioni di kg; pertanto, per poter costruire l’impianto di estrazione di calcio e carbonio dalle profondità marine, è necessario disporre di una piattaforma di cantiere temporanea con le attrezzature di montaggio necessarie per la posa dei tubi. Al centro di questa piattaforma si trova il foro di immersione (ih), di dimensioni tali da contenere i cilindri di sollevamento (hc) con una corsa utile di 6 m, che saranno montati su una gru a ponte (bc) con tre paranchi, che servono per il montaggio e il trasporto verticale di tubi lunghi 12 m, della relativa struttura portante (SSBC) con i telai su più piani di supporto (tcswr). Ogni piano contiene un verricello elettrico con la relativa fune (sr). In questo modo i tubi vengono calati in profondità mentre vengono montati e la struttura finale viene supportata simultaneamente dall’alto e dai quattro lati della piattaforma. I punti di sospensione laterale aumentano con l’aumentare della profondità di immersione, sia per sostenere il carico, sia per contenere le sollecitazioni laterali dovute alle correnti oceaniche, sia per contenere la sollecitazione di trazione unitaria dovuta al peso dei tubi. Le flange, visibili dai disegni, saranno saldate poiché le sezioni dei bulloni rappresentano un punto debole nella resistenza alla trazione. Le flange sono di un tipo speciale, utilizzate come barre di supporto per la discesa dei tubi (dt-ut), per collegare i tiranti e la fune di trazione (sr). Mentre il peso lineare dei tubi in acqua con flange e tiranti è stimato in circa 314 kg (3767710/12000), ogni barra di tubi da 12 m, inclusi gli accessori, pesa circa 3768 kg. Pertanto, se realizziamo un collegamento alla piattaforma ogni 60 m di profondità con funi di 30 mm di diametro, il carico di rottura totale di 218.700 kg (3 x 72.900) supporta l’intero peso di 60 m (18.400 kg) con un fattore di sicurezza di 11,6 senza considerare il carico supportato dal tubo stesso, che, come abbiamo visto, comporta una sollecitazione di trazione di 40,91 kg/ ^mm² .

Come si evince dalla Fig. 9, la struttura galleggiante utilizza un sistema idraulico per il movimento verticale della colonna di tubi (dt) e (dp), costituito da due cilindri idraulici verticali a semplice effetto (hc) con una corsa di circa 6 m, che, scaricando l’olio idraulico nel serbatoio dell’unità idraulica (othcu), abbassano gli steli dei cilindri e abbassano l’intera colonna di tubi man mano che vengono assemblati e montati anche i tiranti con l’ausilio della gru a ponte (bc) e del ponteggio (ls). Le condotte saranno preassemblate in fabbrica con flange di supporto di 12 m, elementi verniciati con cicli di resina epossidica internamente ed esternamente, lasciando non verniciati solo i bordi da saldare in loco per essere verniciati in loco con lo stesso ciclo. I tiranti saranno zincati a caldo. La discesa dei tubi sarà assemblata posizionando la colonna sulle staffe (hcb) montate sul telaio (sf) situato attraverso il foro di immersione (ih). Il telaio (sf) è azionato da cilindri idraulici (hc) incorporati nella struttura del foro di immersione (hi). Le staffe (hcb) sono dimensionate per l’intero carico portante (3.767.710 kg). Si presume di lavorare con una pressione di 250 bar per sostenere tutti i carichi durante l’assemblaggio. La sezione di ciascun cilindro sarà di circa 7535 cm² (3.767.710 / 2 * 250), che corrisponde a un diametro interno di 98 cm. Una gru a ponte con tre paranchi con capacità idonea al sollevamento dei tubi di alimentazione e degli elementi di rinforzo per l’assemblaggio e la calata in mare con l’ausilio di un soppalco (ls) che consente di lavorare su due livelli. Per ridurre lo stress dovuto al peso dei tubi stimato sopra, sono stati previsti tre cavi (sr), (già menzionati sopra) che collegano le singole barre dei tubi alla piattaforma galleggiante (sbp). Queste funi (sr) provenienti dagli argani contenuti nei telai multipiano (tcpwr) disposti sul perimetro esterno della piattaforma galleggiante superiore, percorrono la proprietà ed entrano nel foro di immersione (ih) e gli occhielli con moschettoni sono sovrapposti al perimetro del foro di immersione su corrispondenti sei pioli, secondo l’ordine di immersione che deve avere nella discesa dei tubi. Infatti, ogni sessanta metri (pari a 5 barre di tubi), sei funi si agganceranno alle flange scanalate, tre per ogni tubo, mentre il lato interno sarà collegato ai tiranti (br). Pertanto, avremo n. 600 postazioni di lavoro di argani (6000/60 * 6) 150 disposte su ciascun lato della piattaforma (sbp) con gli occhielli già portati vicino al foro di immersione. Non essendo possibile avvolgere l’intera fune su un solo argano, ogni telaio (tcpwr) porta più argani sovrapposti. Quando si esaurisce, la fune di un verricello viene rilasciata e collegata al verricello con elementi di giunzione del piano inferiore, fino a quando l’intera struttura non si esaurisce e viene sostituita. Le funi che partono dalla periferia della piattaforma (mftp -sdp) non servono solo ad alleggerire la trazione assiale dei tubi ma anche a controventare l’intera colonna in tutte le direzioni. Ovviamente,Anche le ancore di tipo navale (na) possono essere calate con stazioni di verricelli (tvpwr) situate alla periferia della struttura galleggiante. Una volta completato l’assemblaggio, la struttura sosterrà il carico con staffe di fissaggio (cb) (a tale scopo l’ultima barra di tubazione sarà flangiata con un numero sufficiente di bulloni) e sarà fissata stabilmente attraverso i terminali delle 600 posizioni dei verricelli sulla periferia della struttura. Dopo la posa, i tubi che scendono sul fondale marino vengono fissati in modo permanente alla struttura metallica della piattaforma, dopo lo smontaggio di tutte le attrezzature di costruzione, al posto delle quali viene montato l’impianto di desalinizzazione, come si vede nella Fig. 11 del capitolo 4.

Legenda della Fig. 9: (apos) fondale oceanico abissale; (bc) gru a ponte; (bcb) controventatura a staffa; (br) controventatura; (cb) staffe di serraggio; (dt) tubo di discesa; (f) filtro; (fsp) flangia per tubo di supporto; (hc) cilindro idraulico; (hcb) staffe di serraggio idrauliche; (hcbf) staffe di serraggio idrauliche fissate sulla piattaforma di base di supporto; (ih) foro di immersione; (itia) turbina intubata con alternatore incorporato; (ls) soppalco in acciaio; (mftp) tubo galleggiante modulare in polietilene; (na) ancora navale; (osip) pompa intubata sommergibile rovesciata; (othcu) serbatoio dell’olio e unità di controllo idraulica; (sbp) piattaforma di base di supporto; (sfep) terminali flangiati speciali; (ssbc) struttura di supporto della gru a ponte; (tvdwi) presa d’acqua profonda Venturi a strozzamento; (tcpwr) telaio trasportabile con numerosi verricelli elettrici per la discesa delle funi; (ut) tubo in salita; (wl) livello dell’acqua.

Sebbene il calcolo preciso dei pesi dei tubi da sostenere e del sistema di desalinizzazione finale sia accurato, l’immersione della piattaforma definitiva segna solo la fine dell’assemblaggio di tutti i tubi sospesi che scendono nelle profondità oceaniche, dopo lo smontaggio della struttura dell’impianto e il suo montaggio al suo posto. Per ottenere la struttura finale del pavimento galleggiante della piattaforma, una percentuale dei supporti dei tubi galleggianti sovrastanti verrà riempita con aria compressa alla massima pressione operativa prevista per l’immersione. Al termine dei lavori, tramite un raccordo filettato con valvola di bypass, l’aria potrà essere sostituita con acqua, qualora la piattaforma debba essere immersa ulteriormente. Se la piattaforma deve risalire, alla struttura dovranno essere aggiunti altri elementi modulari galleggianti.

Non ci addentreremo nei dettagli del processo di fabbricazione dei tubi, ma ci limiteremo a identificare la tecnologia di produzione, poiché l’estrusione occupa una posizione di rilievo per versatilità e ampiezza di applicazione. La tecnologia di estrusione è un’operazione che si svolge in modo continuo e stazionario per produrre diversi tipi di manufatti caratterizzati da sezioni simmetriche o asimmetriche che si ripetono identicamente lungo l’asse di estrusione. In sostanza, la produzione di un tubo in polietilene è molto semplice. Una linea di produzione di un tubo in polietilene è costituita da una tramoggia di carico dei granuli di materiale polimerico che alimenta un estrusore, il quale è costituito da una pompa a vite che ruota, con un accoppiamento molto preciso, all’interno di un cilindro riscaldato. Tra il cilindro e il nucleo della vite si trova il materiale fuso da estrudere, che viene poi forzato attraverso una testa di estrusione. Il materiale fuso ruota a una velocità inferiore rispetto alla vite, viene quindi spinto in avanti dalle creste della filettatura della vite e poi forzato attraverso la testa di estrusione. Avendo previsto di realizzare un tubo con nervature perforate che servono per il rinforzo del tubo e per i raccordi, i fori devono essere realizzati mediante punzonatura della parte superiore dell’ingresso nella testa di estrusione, quando il materiale è ancora plastico, in sincronia con un eventuale rallentamento della velocità di avanzamento del materiale nella testa di estrusione. Non importa se per esigenze di lavorazione si produrranno delle scanalature anziché dei fori. La funzione che devono svolgere i fori o le scanalature è identica.

Di seguito le caratteristiche principali di un tubo in polietilene a bassa e alta densità (LDPE) (HDPE)

Peso specifico a 23 gradi C. (g/cm³) 0,917 – 0,925 0,95 – 0,96

Punto di fusione cristallografico ( ^° C) 105 – 115 125 – 135

Resistenza alla trazione (kg/cm² ⁾ 80 – 170 250 -350

Allungamento a rottura (%) 400 – 650 100 – 300

Rigidità flessionale (kg/cm² ⁾ 800 – 900 9.000 – 12.000

Considerando che i tubi in polietilene per il galleggiamento devono avere dimensioni sufficientemente grandi per svolgere la loro funzione, possono essere utilizzati, in parte, anche come condotti di discesa e risalita per l’estrazione di calcio e carbonio dalle profondità oceaniche. Infatti, se confrontiamo la resistenza alla rottura del tubo (HDPE) da 250 kg/cm² = 2,5 kg/mm² ^con quella dell’acciaio Bees 5LX che ha un carico di rottura di 57,6 kg/mm² ^, possiamo affermare che l’acciaio è ventitré volte più resistente del polietilene ad alta densità, ma considerando che i tubi in polietilene sono prodotti con spessori almeno quattro volte superiori a quelli dell’acciaio, possiamo dire che la differenza di resistenza si riduce a circa 5,75 volte.

Ma mentre la sollecitazione statica può essere raddoppiata anche nell’acciaio senza seri problemi, possiamo affermare con certezza che un terzo della profondità di 6000 m, considerando l’esempio di installazione in questione, può essere raggiunto con tubi in HDPE, alleggerendo di un terzo il carico da sopportare, essendo i tubi in HDPE più leggeri dell’acqua.

Inoltre, mentre il polietilene è un polimero sintetico a base di carbonio, non è raccomandato per l’uso con le alte pressioni che potrebbero portare a fenomeni di dissoluzione della molecola sintetizzata. Nel caso di utilizzo di tubi in HDPE come tubi di discesa e risalita nei tubi dei sistemi di estrazione di calcio e carbonio in profondità oceaniche, il passaggio dall’acciaio al polietilene si realizza mediante un giunto flangiato e tutto il carico assiale dovuto al peso dei tubi nell’acciaio sottostante deve essere supportato dai verricelli periferici della piattaforma (tcswr) e non dai cilindri idraulici centrali (hc), anche durante la fase di assemblaggio. Le robuste nervature dei tubi, progettate per il montaggio delle soluzioni galleggianti, saranno utili anche per questo utilizzo, sia per il supporto, sia per l’irrigidimento laterale. Per l’utilizzo dei tubi come galleggianti, era previsto il rinforzo interno degli stessi mediante un modello radiale di acciaio strutturale, con sei raggi, coincidenti con le nervature esterne, dove verranno applicati carichi e collegamenti meccanici. La raggiera sarà montata e fissata su un asse tubolare e fissata con viti a mordente sullo stesso, mentre la parte periferica dei raggi è tenuta insieme da una fascia di lamiera calandrata. Nella Fig. 10 si riporta la sezione tipo di un tubo di galleggiamento.

FIG. 10 (2)

Legenda Fig. 10: (1) tubo in polietilene diametro esterno 1500 mm, spessore 30 mm; (2) nervatura esterna del tubo in polietilene 80×30 con fori di montaggio; (3) lamiera calandrata 100 * 5 mm diametro esterno 1434; (4) tondo in acciaio diametro 20 mm; (5) tubo a foro liscio diametro 70 mm, polmone 80, spessore 3 mm; (6) tubo a foro liscio diametro 60 spessore 3 mm, lunghezza pari al tubo 1.  

Come già accennato, i tubi di galleggiamento, data l’importanza che assumeranno, dovranno essere certificati sia per il materiale esterno in polietilene a bassa o alta densità, sia con calcoli relativi ai rinforzi interni, al fine di individuare anche il pescaggio massimo degli stessi. Inoltre, dopo il montaggio dei rinforzi, i tubi interni verranno riempiti con polistirene espanso e, dopo l’evaporazione del gas di espansione, definitivamente sigillati con piastre circolari in polietilene saldato. Il polistirene espanso non aumenterà la resistenza meccanica dei tubi, ma impedirà l’ingresso dell’acqua in caso di rottura per un lungo periodo, consentendo la riparazione del danno senza pericolo di affondamento.

Il polistirene espanso sinterizzato (EPS) deriva dal polistirene (chimicamente chiamato PS), una delle principali materie plastiche derivate dal petrolio. L’EPS è un materiale espanso leggero e rigido, derivato dal petrolio e composto esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno. Ha una struttura a celle chiuse in grado di trattenere l’aria al suo interno. Il polistirene compatto è un materiale rigido, incolore e trasparente che trova applicazione soprattutto nell’imballaggio e in quei settori che richiedono un polimero facilmente lavorabile, trasparente e con buone prestazioni termomeccaniche. L’EPS è una delle forme più importanti in cui viene impiegato il polistirene. Per ottenerlo, si fonde un agente espandente nel polistirene (comunemente pentano) e lo si tratta con altri additivi per conferirgli resistenza al fuoco. Il prodotto si presenta sotto forma di granuli (perle) dall’aspetto vetroso, di granulometria variabile (da 0,3 a 2,8 mm) a seconda dell’uso previsto.

L’espansione, ovvero il processo chimico-fisico che porta alla formazione di “granuli” di polistirene, avviene mediante l’apporto di energia al polistirene espandibile – la materia prima – senza l’utilizzo di CFC. Mettendo a contatto i granuli così ottenuti con vapore acqueo a temperature superiori a 90 °C, il pentano in essi contenuto si espande, provocando un aumento del loro volume iniziale fino a 20-25 volte e formando al loro interno una struttura a celle chiuse che trattiene l’aria e conferisce al prodotto le sue eccellenti proprietà di isolamento termico. Per ottenere l’EPS è necessaria un’ulteriore operazione chiamata “sinterizzazione”, che consiste nel processo di saldatura e compattazione dei granuli di polistirene espanso; questo processo avviene sottoponendo nuovamente i granuli all’azione del vapore acqueo che li unisce tra loro, formando innumerevoli articoli: blocchi di diversi metri, stampati mediante un processo termoplastico a “iniezione”, ecc. Per conferire ai prodotti le precise caratteristiche tecniche, vengono aggiunti diversi additivi. Come idrorepellente si utilizzano gli stearati. Il polistirene espanso sinterizzato ha una densità generalmente compresa tra 10 e 40 kg/mc ed è costituito in media dal 98% di aria e solo dal 2% di materiale idrocarburico strutturale puro. Il pentano utilizzato per l’espansione evapora al termine del processo in cui, contrariamente a ogni stereotipo, non vengono utilizzati clorofluorocarburi dannosi per lo strato di ozono.

Caratteristiche tecniche:

 La densità del polistirene espanso è compresa tra 0,02 e 0,06 g/cm³.

Il polistirene termoplastico è fisiologicamente innocuo ed è autorizzato per l’imballaggio di prodotti alimentari. Lo stesso vale per il materiale termoisolante. Nella produzione di EPS non vengono utilizzati, né sono mai stati utilizzati, clorofluorocarburi (CFC), dannosi per lo strato di ozono che circonda la nostra atmosfera. L’EPS non ha valori nutrizionali in grado di sostenere la crescita di funghi, batteri o altri microrganismi, quindi non marcisce né ammuffisce. L’EPS non costituisce cibo per alcun essere vivente. La schiuma non brucia ad alta fiamma, ma si ammorbidisce tra 95 °C e 230 °C rilasciando prodotti di decomposizione infiammabili; tra 450 °C e 500 °C si incendia spontaneamente. Dalla combustione del polistirene si formano gas dall’odore acre (CO, stirene, benzene, toluene, agenti antifiamma) che, tuttavia, non sono tossici, ad eccezione del CO.

Capitolo 4

Brevetto italiano richiesto N. 102016000058018 del 07/06/2016

IMPIANTO GALLEGGIANTE IDROELETTRICO, DISALTERATORE, ESTRATTORE DI CALCIO E CARBONIO DA ACQUE MARINE PROFONDE.

Astratto

Lo stato dell’arte nello sviluppo del trattamento di desalinizzazione e demineralizzazione delle acque marine e salmastre è stato influenzato, insieme ai sistemi industriali, di depurazione, energetici, alimentari e di protezione ambientale, dall’assenza di sinergie tra pompe e turbine idrauliche e dall’approccio scorretto con la forza gravitazionale, che non deve essere vinta dal sollevamento idraulico ma sostenuta, con un movimento unidirezionale dell’acqua, specialmente in direzione gravitazionale, in mare, in grandi bacini, in vasche aperte. Con semplici pompe capovolte accoppiate alle turbine si può produrre a basso costo tutta l’energia necessaria; continuando la discesa e la risalita dell’acqua in acque profonde, per l’effetto Venturi, si possono aspirare e sollevare piccole percentuali di acqua profonda con un’alta percentuale di calcio e carbonio solubilizzati in essa, che arriva in superficie, producendo fitoplancton e alcalinizzazione, aumentando l’abbondanza di pesce e combattendo l’acidificazione e il riscaldamento globale;

mentre sulla piattaforma galleggiante, realizzata con tubi estrusi e nervati in polietilene a bassa densità, insufflati di schiuma di polistirene per renderli inaffondabili, con la tripla sinergia tra le doppie pompe del combustibile, le turbine e il riciclo dell’acqua marina, applicando principi idraulici noti da secoli, come quelli delle imbarcazioni comunicanti, le leggi di Bernoulli e Pascal, posizionando, strategicamente, la pompa elettrica a doppia aspirazione tra un’elevata prevalenza idraulica positiva e le turbine, possiamo desalinizzare grandi quantità di acqua, semplicemente trasformando un tubo verticale in uno scambiatore ionico e riciclando tubi e miscelando nei produttori di energia, mentre le resine sintetiche anioniche e cationiche, circolanti contenute in sfere di polietilene perforate come setacci. Queste sfere, galleggianti, salgono nello scambiatore ionico e scendono per gravità svuotando l’acqua in tubi discendente. Mediante deviatori si modifica il percorso rispetto al flusso per immergere l’acqua nelle vasche di lavaggio e rigenerazione delle resine, per poi reinserirla, indefinitamente, nel circuito di scambio ionico senza interrompere il ciclo di desalinizzazione e la produzione di energia e senza costi per il riscaldamento dell’acqua o la sostituzione delle membrane. Se vogliamo sfruttare le immense ricchezze del mare, le soluzioni galleggianti non hanno alternativa. I sistemi devono essere progettati con un supporto dall’alto, poiché non possono esistere apparecchiature elettromeccaniche in grado di funzionare fino alle profondità abissali. La sostenibilità dei sistemi globali non si basa solo su tecnologie avanzate e materiali speciali, ma soprattutto sui principi fisici fondamentali, chimici, idraulici e meccanici.

Descrizione

Lo scopo di questa invenzione è l’esplorazione di nuovi sistemi vegetali sostenibili per la sopravvivenza della specie umana in ambiente marino. La soluzione galleggiante non ha alternative, poiché non esistono apparecchiature elettromeccaniche in grado di funzionare alle profondità abissali. Materiali omogenei come l’acciaio resistono a malapena. Pertanto, l’impianto deve essere calato e sostenuto dall’alto; i materiali più pesanti, come l’acciaio, lavoreranno per trazione, contrariamente a quanto accade nelle applicazioni realizzate a pressione atmosferica, dove i materiali lavorano per compressione, scaricando tutte le forze sulle basi di supporto. Questo è un nuovo modo di progettare sistemi che presenta vantaggi e svantaggi. Personalmente, i vantaggi sono di gran lunga superiori. Infatti, questo impianto rappresenta il nucleo attorno al quale l’uomo svilupperà piccoli o grandi agglomerati umani nelle aree oceaniche, completamente autonomi dal punto di vista energetico e alimentare. Sappiamo tutti che al largo degli oceani le forme di vita fitoplancton e zooplancton sono molto scarse perché la vita nelle acque marine si sviluppa soprattutto lungo le coste terrestri, dove a causa dei venti, delle onde e delle correnti sottomarine si generano correnti ascensionali che portano in superficie i nutrienti legati nei fondali marini, ricchi soprattutto di carbonio organico e inorganico. Questi nutrienti, provocati in superficie, producono una fascia superficiale di fitoplancton per mezzo della fotosintesi clorofilliana, che costituisce l’alimentazione di organismi animali acquatici; Pertanto, nella stessa zona si crea anche spontaneamente il cosiddetto zooplancton di varie dimensioni costituito da microorganismi (alghe unicellulari, protozoi ecc.), larve, piccoli animali (come i crostacei che formano il krill), ma anche organismi di una certa mole come meduse e alghe pluricellulari (quali i sargassi). L’insieme degli esseri viventi vegetali e animali costituisce il plancton, che è caratterizzato da un elevato tasso di biodiversità specifica da cui traggono vita anche le specie maggiormente ittiche.

Nelle vaste distese oceaniche, sebbene i fondali marini contengano enormi riserve di carbonio accumulate nel corso di miliardi di anni, l’innalzamento del livello del mare e la precipitazione del calcio nel corso dei millenni non possono avvenire spontaneamente a causa delle grandi profondità. Per questo motivo, è necessario questo insieme di invenzioni, soprattutto considerando che le aree al largo degli oceani non sono soggette a onde alte e tsunami. Infatti, i frequenti terremoti che si verificano nelle profondità marine sono raramente percepibili in superficie, se si ha la lungimiranza di realizzare queste opere a una distanza adeguata dalla costa. La traduzione della parola “tsunami” in giapponese significa “onda nel porto”. Si tratta di una serie di onde generate da improvvisi movimenti del fondale marino dovuti a terremoti, eruzioni vulcaniche sottomarine, frane e impatti di meteoriti. Gli tsunami più devastanti sono causati da movimenti verticali (sollevamento o abbassamento) della crosta terrestre lungo faglie e margini della piattaforma oceanica. Considerando che con la tecnologia attuale possiamo realizzare telai inaffondabili e inossidabili in plastica e montarvi sopra altre tecnologie che producono energia, desalinizzano e potabilizzano le acque, queste invenzioni potrebbero dare inizio alla colonizzazione dello spazio oceanico, che occupa il 71% della superficie terrestre.

In effetti, una volta risolti i problemi energetici e di desalinizzazione dell’acqua per la costruzione delle isole, avremmo energia sufficiente per sviluppare case comode e leggere. Ma se consideriamo anche la tecnologia utilizzata per la costruzione dei Giardini Pensili (posizionando il terreno su vespai di plastica ricoperti da tessuto filtrante), potremmo anche introdurre la coltivazione di ortaggi fuori terra e ottenere enormi vantaggi, con una capacità di produzione di cibo vegetale e pesce oggi inimmaginabile. Se utilizzassimo le serre, la produttività, già testata, supererebbe il 50%, mentre l’acqua desalinizzata potrebbe essere riciclata e purificata, senza inquinare le distese di terra. Ma in questa domanda di brevetto ci occupiamo solo del nucleo centrale che produce lo stato iniziale di vita, che oggi non esiste, ma paradossalmente, potrebbe anche essere una vita migliore di quella che conduciamo negli alveari metropolitani, non potendo immaginare su queste isole grattacieli pesanti e veicoli pesanti che inquinano l’ambiente. Tuttavia, possiamo immaginare una vita con tutti i comfort tecnologici, aria, acqua e nutrimento, la maggior parte del terreno migliore e un minor rischio di disastri naturali.

Questo sistema sinergico si concentra quindi su quattro sistemi sostenibili non ancora realizzati sul pianeta Terra: 1) Il sistema di produzione di energia idroelettrica da acque statiche e riciclo dell’acqua, descritto nei capitoli 1 e 2.

• Il sistema galleggiante modulare sostenibile in polietilene estruso e tubi rinforzati, descritto nel capitolo 3.
• 3) Il sistema di sollevamento del calcio e del carbonio disciolti nelle profondità oceaniche, descritto in questo capitolo.
• Il sistema sostenibile di desalinizzazione verticale dell’acqua mediante scambio ionico, accoppiato alla produzione di energia, descritto nella sezione 1.

Questo sistema verticale permette di far sì che l’acqua desalinizzata prodotta nel punto più alto dell’impianto venga distribuita per gravità a notevole distanza verso isole artificiali, che si svilupperanno attorno a questi impianti, costituendo il cuore di nuove attività industriali ed economiche, collegate da strade galleggianti.

Il punto di partenza per la costruzione di questo sistema è la struttura galleggiante di Fig. 9, dalla quale derivano un sistema idroelettrico sinergico, un dissalatore, un estrattore di calcio e un estrattore di carbonio dalle acque profonde di Fig. 11.

Fig. 11 Le seguenti didascalie integrano la didascalia del Capitolo 1, in quanto l’impianto di desalinizzazione del Capitolo 1 (Fig. 1) è montato sulla struttura galleggiante del Capitolo 3 (Fig. 9) che supporta l’impianto progettato per l’estrazione di calcio e carbonio dalle acque profonde, dopo il montaggio delle tubazioni sottostanti e lo smantellamento delle attrezzature del cantiere.

Legenda alfabetica della Fig.11:

 (A) vasca di arrivo dell’acqua salata; (B) filtro di ingresso dell’acqua salata con valvola di ritegno incorporata; (C) tubo di ricircolo dell’acqua e pressurizzazione dinamica o cinetica della pompa elettrica; (D) livello nominale della vasca superiore; (E) circuito di lavaggio e rigenerazione delle resine a scambio ionico; (F) miscelazione del serbatoio superiore e troppopieno dell’acqua desalinizzata; (G) mini impianto di produzione di acqua deionizzata; (H) vasca di stoccaggio dell’acqua desalinizzata; (I) rete di distribuzione dell’acqua desalinizzata; (L) serbatoio di accumulo dell’acqua demineralizzata; (M) serbatoio del liquido di rigenerazione; (N) acqua di ingresso discendente; (O) acqua di uscita con calcio e carbonio.

Legenda numerica della FIG.11:

(1) pompa di alimentazione doppia rovesciata sul lato di aspirazione; (2) turbina sommersa con alternatore incorporato; (3) livello nominale della vasca dell’acqua da desalinizzare; (4) tubo per l’alimentazione dell’acqua per la desalinizzazione; (4.1) pezzo speciale per l’introduzione di sfere con resine nel tubo di scambio ionico (forato nella parte inferiore); (5) tubo di scambio ionico; (5.1) cono tronco perforato incorporato nel tubo 5; (5.2) pezzo speciale per espellere le sfere dal tubo 5 (perforato su tutta la superficie esterna e collegato al tubo 6 tramite la slitta 5.3); (5.3) slitta in lamiera metallica per la guida delle sfere nel tubo 6; (6) tubo di discesa delle sfere per lo svuotamento; (6.1 pezzo speciale per la deviazione delle sfere dal circuito di scambio ionico al circuito di rigenerazione (forato sul fondo per il drenaggio dell’acqua); (7) valvole a ghigliottina automatiche per arrestare il movimento delle sfere (sono sempre aperte quando la sonda di livello minimo indica che il tubo 6 è vuoto d’acqua; (7.1) valvole a ghigliottina automatiche per arrestare il movimento delle sfere (si aprono una alla volta); (8) primo tunnel per il lavaggio a immersione delle resine; (9) percorso guidato delle sfere nel tunnel di immersione con un telaio aperto di barre di acciaio inossidabile mediante salite e discese con scivoli per la raccolta del liquido di svuotamento delle sfere; (10) tunnel per la rigenerazione delle resine a immersione; (11) secondo tunnel di lavaggio a immersione delle resine; (12) pompa di aspirazione del fango dal serbatoio di arrivo; (13) pompa elettrica di aspirazione del fango di lavaggio della resina; (14) pompa elettrica di aspirazione del fango di rigenerazione delle resine; (15) Telaio di supporto dell’impianto di demineralizzazione; (16) tubo di alimentazione acqua demineralizzata; (17) valvola a galleggiante per l’alimentazione di acqua demineralizzata; (18) valvola a galleggiante per la rigenerazione dell’alimentazione del liquido; (19) valvola di intercettazione motorizzata; (20) valvola di intercettazione manuale; (21) valvola di ritegno; (22) sonda di controllo della salinità; (23) sonda di controllo del pH. (24) sonda di controllo del livello minimo dell’acqua del tubo di svuotamento delle sfere; (25) agitatore sommerso.  

Descrizione del sistema di sollevamento a base di calcio e carbonio dalle acque profonde .

Come si può osservare dalla FIG. 11, l’acqua entra da (N) nel tubo a forma di “U” che scende nelle profondità oceaniche ed esce da (O). Grazie al principio dei vasi comunicanti, le pressioni interne ed esterne dei tubi immersi sono identiche. Questo non solo permette di resistere a pressioni enormi, ma consente anche di sfruttare il peso della colonna d’acqua sulla pompa intubata, orientata verso il basso, per creare correnti intubate con un consumo energetico molto basso. Infatti, calcolando la posizione in cui installiamo la pompa elettrica, sotto la testa, ci assicuriamo che la curva di resistenza del condotto e la curva della pompa che inseriamo per la circolazione dell’acqua si incontrino sulla linea dello zero della testa geodetica, che è uguale a zero (coincidendo con i livelli di aspirazione e mandata della pompa). Pertanto, anche le energie di pressione e cinetica in aspirazione e mandata sono azzerate ciascuna essendo P1 = P2 e V1 = V2 (a causa della colonna d’acqua intubata sull’aspirazione della pompa appositamente calcolata) secondo la relazione H = 0 = (P2 – P1) / γ + (V22 – (V1 ² ) /2g. Ovviamente, nessuna pompa funziona con prevalenza zero e la pompa inizia appena a girare, trova il suo punto di funzionamento con pochi centimetri di prevalenza e una deviazione dalla portata nominale, che dipendono dalla precisione del calcolo. Un altro principio fondamentale su cui si basano questi sistemi è la teoria di Bernoulli che spiega le pompe Venturi che possono aiutare ad aspirare dalle profondità abissali, senza meccanica parte dell’acqua o del fango presente nel fondale marino. Infatti, la legge di Bernoulli afferma che: “Se il fluido scorre in un condotto dotato di una costrizione in cui V1 e V2 sono le velocità, S1 e S2 sono le rispettive superfici delle sezioni, P1 e Le pressioni manometriche P2 misurate in corrispondenza di queste sezioni, per il principio di conservazione dell’energia, stabiliscono la seguente relazione: P1 + ½ d V1 ² = P2 + ½ d V2 ²La costanza del valore dell’espressione mostra che, maggiore è la differenza di velocità nelle rispettive sezioni, minore è la differenza di pressione, e viceversa. Pertanto, l’effetto della caduta di pressione attraverso il tubo che si verifica nel collo di bottiglia, dall’esterno, entra nel tubo in cui circola la superficie dell’acqua, una percentuale dell’acqua del fondale marino, che sale in superficie. Quest’acqua è ricca di molti minerali perché a grandi profondità, anche le sostanze insolubili vengono solubilizzate. Sono particolarmente ricche di calcio e precipitati di carbonio negli strati originari della Terra. Il calcio e il carbonio, salendo in superficie, vengono diluiti con la superficie dell’acqua e ritornano a reagire secondo la seguente reazione, che caratterizza l’equilibrio alcalino dell’acqua a pressione atmosferica: Ca2+(aq) + 2 HCO3- (aq). ↔ CACO3 + CO2 + H2O, riproducendo la superficie del carbonato di calcio idrogeno che esiste solo in soluzione: CO2(g) + H2O + CaCO3(s) ↔ Ca(HCO3)2. Il carbonato di calcio idrogeno, nelle giuste proporzioni, rende possibile la formazione di gusci calcarei e della struttura ossea delle specie ittiche, il ripristino delle barriere coralline e contribuirà a ripristinare il pH marino al livello originale, precedente all’era industriale, mentre gli altri componenti, in particolare quelli a base di carbonio, creano le condizioni per lo sviluppo del fitoplancton e dello zooplancton. Sfortunatamente, la profondità media delle acque oceaniche, in corrispondenza delle pianure abissali, oscilla tra 3000 e 6000 m, ma in cambio sono caratterizzate dall’assenza di onde superficiali. Ciò ci consente di progettare piattaforme completamente galleggianti, che ancorate al fondale marino lontano possono mantenere la loro posizione entro limiti accettabili, nonostante le correnti marine.

Di fondamentale importanza sono le pompe idrauliche da utilizzare, che devono essere protette dalle specie ittiche di grandi dimensioni che potrebbero metterle fuori uso. Per questo e altri motivi pratici sono state scelte le pompe semiassiali e assiali canalizzate, per le quali è sufficiente immergerle all’interno dei tubi di sollevamento e appoggiarle su un anello saldato all’interno del tubo. È preferibile, tuttavia, che queste pompe elettriche siano leggermente modificate in modo da poter funzionare sul lato discendente del tubo (dt) con il lato di aspirazione in alto, inoltre, non presentano l’ampio intervallo di prevalenza che si utilizza negli impianti terrestri. È conveniente lavorare con prevalenze molto basse per risparmiare energia. Il compito di vincere la resistenza del circuito è affidato all’energia della pressione dell’acqua superficiale. I cavi di alimentazione devono uscire dal lato di aspirazione, che avrà un proprio occhiello di sollevamento.

Ipotizzando di fornire un impianto di estrazione di calcio e carbonio su un fondale marino posto a una profondità di 6 km, e quindi, con la discesa del tubo di 12 km in totale (dt) e risalita (ut), Dn 1400 che contiene anche la pompa elettrica nel tratto (dt), con una portata di 4.000 L/sec, V = 2,6 m/sec, le perdite di carico in m / km calcolate con la formula di Bazin (1.000*4*V2/C2*D) dove (C= 87/(1+2g/√D) e un coefficiente di rugosità g=16, sono 4,11 m/km, per un totale di 49,32 m. Le cadute di pressione localizzate in 2 colli di bottiglia venturi con D2 = 700 mm (V2 = 10,4 m / s) sono pari a 5,51 m (2*0,5 * V2 ² /2g); le perdite di carico nel 180 gradi curva, è uguale a 0,34 m (2*0,5* V1 ² /2g), le perdite di carico nell’elemento dell’uscita finale dell’acqua stimate a 0, 34 m.

Pertanto, la prevalenza necessaria per la circolazione di 4000 l/sec in questo circuito è di circa 55,5 m (49,32 + 5,51 + 0,34). Installando la pompa elettrica a una profondità di 54 m dalla superficie (55,5 / 1,025), considerando che la densità dell’acqua di mare è di 1,025 t/m³, sceglieremo una pompa elettrica che funzioni per fornire la portata richiesta con una prevalenza di soli 0,2 m, poiché nessuna pompa può funzionare a prevalenza zero. Sarà la resistenza idraulica effettiva del circuito a stabilire il punto di funzionamento preciso della pompa, ma sempre entro pochi cm di differenza rispetto alla prevalenza. Considerando un ritorno totale del 70% della pompa elettrica, il consumo di energia sarebbe: (N=Q*H*1,025*102*0,7) = 11,5 kW.

Questo impianto, progettato per il sollevamento di carbonio e calcio, può anche produrre energia. Infatti, ad esempio, se installiamo la pompa sotto una turbina idraulica intubata, che lavora con una portata di 4000 L/s e un dislivello di 15 m, non aumentiamo la potenza del motore della pompa, è sufficiente installare la pompa e la turbina a una profondità di 69 m invece di 54 m a causa delle altre perdite del circuito, calcolate in precedenza. Se l’efficienza della turbina con il suo alternatore è pari a 0,8, l’energia prodotta sarà di 470,58 kWh (4000*15*0,8/102). Di fatto, questo circuito è completamente aperto alla superficie e con l’immissione di acqua superficiale, una volta superato lo stato di inerzia, nella fase di discesa sviluppa l’energia cinetica fornita continuamente dalla superficie. Tutto il peso della colonna d’acqua di 69 m agisce sulla pompa, la turbina produce l’energia calcolata sopra (che è stata sottratta della perdita di energia nei tubi (54 m). Non ci sono costi energetici per il sollevamento dell’acqua, poiché l’acqua non deve superare il livello del mare. Un circuito aperto non è simile a un circuito chiuso, per il semplice fatto che la pressione dinamica nel circuito chiuso non può rinnovarsi con l’ingresso di nuova acqua, come accade nel circuito aperto. Infatti, il rinnovamento della pressione dinamica non è altro che l’energia cinetica della superficie dell’acqua che va al posto dell’acqua spostata in profondità. Questa energia può esistere solo se aspira acqua dalla superficie in un senso e porta la pompa alla profondità calcolata per superare le perdite di pressione dei tubi e della turbina con la massa della colonna d’acqua canalizzata, che si muove all’interno del tubo, sotto la pressione atmosferica. All’uscita della pompa e della turbina, si può dire che l’acqua non ha peso, non dovendo superare il livello del mare. Come scritto, basta superare le resistenze di attrito, che possono essere superate aumentando la prevalenza positiva sulla pompa, senza aumentare la potenza del motore che aziona la pompa. I principi idraulici sulla conservazione dell’energia legislati da Bernoulli si limitano al confronto tra pressione e velocità dell’acqua, dimostrando che l’energia si conserva perché aumentando la velocità diminuisce la pressione e viceversa. Non si applicano ai circuiti aperti, inseriti nei volumi idraulici più, alimentandoli all’infinito. In tali circuiti, senza l’inclusione della turbina, l’energia in eccesso prodotta nella discesa dell’acqua si disperderebbe in calore per attrito nelle tubazioni e all’uscita della pompa, insieme alle altre perdite di carico già calcolate nell’esempio precedente (54 m). Ciò significa che i principi di conservazione dell’energia sono sempre validi, ma in un sistema molto più ampio, che include anche i principi della termodinamica e le energie esterne, come la gravità, che partecipano altrimenti se la massa è in movimento o ferma. Conta sopra la direzione del movimento, la velocità, la pressione dinamica nella sezione di passaggio. Nulla a che vedere con la pressione statica, che non essendo in movimento,può anche essere trasmessa con un piccolo tubo, ma non serve a produrre energia. Quindi, creando circuiti energetici aperti che partono dalle acque superficiali, all’interno di bacini sempre pieni, il bilancio energetico è sempre positivo perché partecipano al circuito forze esterne che lo alimentano incessantemente e utilizza l’energia dell’acqua situata in superficie rispetto alla posizione della pompa. Se non ci impantaniamo in infiniti calcoli energetici, facciamo semplicemente la differenza tra energia consumata ed energia prodotta, ringraziando la natura che ci permette di capitalizzare su queste opportunità trascurate dall’avvento dell’era industriale, identificate da SPAWHE, con ragionamento, senza esperimenti, senza avere capitali.

          L’impianto di desalinizzazione verticale è stato descritto nel Capitolo 1.

Il sistema di galleggiamento e la parte meccanica relativa alla posa dei tubi sono stati descritti nel Capitolo 3.

Capitolo 5

Domanda di brevetto italiana n. 102016000066396 del 27.06.2016

SISTEMA DI AUTOCLAVE PER IL POMPAGGIO DELL’ACQUA E LA PRODUZIONE DI ENERGIA IDROELETTRICA.

Astratto

L’invenzione della pompa a doppia alimentazione sul lato di aspirazione ha permesso l’invenzione dell’energia idroelettrica mediante il riciclo dell’acqua in un bacino aperto. Con questo sistema si ottiene, allo stesso tempo, il sollevamento dell’acqua e la produzione di energia, principalmente sfruttando la pressione dinamica (o energia cinetica) dell’acqua che scorre dal serbatoio superiore. Le due invenzioni sopra descritte hanno ispirato la presente invenzione, che permette la produzione di energia modificando gli impianti esistenti con autoclave pressurizzata. Infatti, nel caso di un sistema idraulico con autoclave pressurizzata (1), non è possibile utilizzare l’energia della posizione della superficie dell’acqua in un bacino aperto, che produce energia cinetica nel tubo discendente che alimenta la pompa e la turbina, ma è possibile sfruttare la pressione dell’aria compressa che spinge l’acqua pressurizzata direttamente in una turbina (2) e la scarica in un serbatoio a pressione atmosferica (3). In questo caso, sfruttiamo quindi la caduta di pressione e la portata attraverso la turbina, mentre la pompa a doppia alimentazione, reintroducendo immediatamente l’acqua nel serbatoio pressurizzato (1), dal lato di aspirazione di una delle due bocche di alimentazione, permette di risparmiare l’energia che sarebbe necessaria per ripristinare la pressione del cuscino d’aria, consumando in quella fase solo l’energia per la circolazione dell’acqua senza le spese energetiche per il sollevamento idraulico, necessario con le pompe tradizionali. Anche il consumo energetico per il sollevamento dell’acqua alla rete di distribuzione idrica sarà ridotto al minimo, mantenendo costanti i livelli del serbatoio dell’autoclave pressurizzato e di transito, a pressione atmosferica, mediante la sincronizzazione degli afflussi e dei deflussi di cassa con valvole motorizzate e inverter che regolano la velocità dei motori delle pompe. L’energia prodotta dai sistemi ad autoclave sarà centinaia di volte maggiore di quella assorbita, migliorando anche la qualità dell’acqua che non ristagna mai nel serbatoio pressurizzato e durante il transito, a pressione atmosferica.

Descrizione  Le recenti invenzioni di pompe a doppia alimentazione sul lato di aspirazione e quelle degli impianti idroelettrici con riciclo dell’acqua, realizzate dal sottoscritto, consentono di aggirare la forza di gravità dividendo il flusso d’acqua verso una pompa in quattro zone mantenute separate fino all’interno della girante della pompa. Di queste zone, due sono alimentate con acqua prelevata dal livello superiore e due dal basso. Poiché le alimentazioni sono fisse, mentre la girante ruota, lo stesso settore della girante viene alimentato alternativamente con un flusso avente pressione diversa e portate molto simili, quindi, il flusso d’acqua a pressione più elevata spinge nella girante il flusso d’acqua a pressione inferiore, mentre la rotazione della girante aumenta ulteriormente la pressione dell’acqua in base alle caratteristiche della stessa (assiale, semiassiali, radiale, aperta, chiusa, ecc.). Questo sistema, in circuiti idraulici sempre pieni d’acqua, con la quadrupla sinergia tra l’intubazione dell’acqua di superficie, pompe, turbine e ricircolo dell’acqua nel serbatoio aperto, applicando principi idraulici noti da secoli, come il principio dei vasi comunicanti, le leggi di Torricelli, Bernoulli e Pascal, posizionando, strategicamente, le pompe elettriche a doppia potenza tra un’elevata prevalenza idraulica positiva e le turbine, facendo lavorare le pompe, almeno un’aspirazione con un carico bilanciato dalle perdite di carico nel circuito di ricircolo, con un piccolo consumo di energia, permette di sfruttare l’energia cinetica dell’acqua prodotta nel tubo di discesa che alimenta la pompa, per ridurre l’apporto elettrico del motore che aziona la pompa stessa e aumentare la produzione di energia nella turbina soggetta alla pompa. Pertanto, la seconda bocca della pompa può essere alimentata, con minore pressione, dall’acqua proveniente da una vasca con acqua da sollevare al livello del serbatoio superiore, che alimenta l’infinito alle reti di distribuzione idrica, consumando la bassa energia necessaria per riciclare l’acqua in un recipiente aperto, invece di energie molto più elevate, che sarebbero necessarie per sollevare l’acqua contro la forza di gravità. Un tale sistema, mostrato in Fig. 2, di cui riporta anche la legenda per evidenziare differenze e similitudini, ha ispirato uno schema completamente diverso che utilizza anch’esso le doppie pompe di alimentazione sul lato di aspirazione ma in combinazione con un serbatoio autoclave e altre apparecchiature per produrre energia anche in questo caso, mostrato in Fig. 1, un po’ complicato da trasformare in un sistema energetico, ma i vantaggi sono immensi e le applicazioni sono sia fisse che mobili.

Legenda della Fig. 2: (C) collettore; (oipds) pompa intubata rovesciata a doppia aspirazione; (cv) valvola di ritegno; (dgh) quota geodetica di mandata; (mpl) sonda di livello minimo o massimo; (sav) valvola di alimentazione aggiuntiva; (sacg) generatore di corrente alternata sommergibile; (sacm) motore di corrente alternata sommergibile; (sgh) quota geodetica di aspirazione; (sov) valvola di intercettazione; (tcp) tubo contenente la pompa; (wdn) rete di distribuzione idrica; (wddr) serbatoio di distribuzione e disconnessione idrica; (wlb) bacino di sollevamento dell’acqua.

La Figura 1 illustra come è progettato un sistema di autoclave per il pompaggio dell’acqua, utilizzato da un produttore di energia idroelettrica, e riporta la seguente legenda:

Legenda: (1) autoclave serbatoio pressurizzato; (1.1) regolatore di livello con sonde capacitive; (1.2) valvola di sicurezza; (1.3) manometro con valvola di intercettazione; (1.4) valvola motorizzata di controllo del flusso con trasmettitore di posizione; (1.5) trasmettitore di pressione e flusso; (2) pompa utilizzata come turbina (brevetto); (2.1) generatore di corrente alternata sommergibile; (2.2) valvola motorizzata per alimentare la turbina con regolazione del flusso; (3) serbatoio di transito dell’acqua a pressione atmosferica e contenitore (brevetto); (3.1) valvola motorizzata per alimentare la rete idrica pressurizzata; (3.2) valvola motorizzata di bypass per alimentazione a bassa pressione; (3.3) valvole di sfiato; (3.4) controllo del livello dell’acqua con sonde capacitive; (3.5) valvola motorizzata per alimentazione idrica a bassa pressione; (3.6) pompa elettrica di alimentazione a bassa pressione a velocità variabile, azionata da un inverter; (4) pompa elettrica a doppia alimentazione sul lato di aspirazione; (4.1) motore di azionamento della pompa, a velocità variabile, controllato da un inverter; (4.2) giunto motore pompa; (4.3) albero di trasmissione; (4.4) tubo di protezione dell’albero di trasmissione; (4.5) doppia curva con separatori incrociati a setti in bassa pressione (LP) e alta pressione (hp); (4.6) setti per separatori di flusso; 4.7 girante chiusa; (4.8) diffusore della pompa; (4.9) valvola di ritegno. (5) tubo di derivazione deviatore di flusso; (6) rete di distribuzione dell’acqua; (6.1) valvola motorizzata per alimentare la rete di distribuzione dell’acqua; (6.2) trasmettitore di flusso in pressione; (7) linea di alimentazione dell’acqua; (7.1) trasmettitore di flusso in pressione; (8) elettrocompressore.

 Come si può notare dalla Fig. 1, il serbatoio pressurizzato dell’autoclave (1) è alimentato con acqua proveniente dal serbatoio (3), a sua volta alimentato dalla rete idrica (7), e con acqua riciclata dallo stesso serbatoio dell’autoclave (1). A differenza dei sistemi ad autoclave esistenti, in questo sistema le pompe e le turbine sono sempre in funzione e fungono da valvole per deviare il flusso dove necessario. Se la rete di distribuzione idrica (6) richiede acqua, apre gradualmente la valvola (6.1) in funzione del segnale in milliampere di un trasmettitore di portata o pressione (6.2). L’automazione può essere realizzata in entrambi i modi: in caso di calo di pressione o di rilevamento di una portata, si aumenta il grado di apertura della valvola (6.1) fino a quando la pressione o la portata si stabilizzano. Quando la pressione nella rete risale al livello nominale o il flusso si arresta per la chiusura delle valvole di rete, la valvola (6.1) si chiude. Con la valvola (6.1) chiusa, l’intero flusso d’acqua circolante nel sistema viene deviato, tramite la valvola (2.2), nella turbina o pompa utilizzata come turbina (pat.) (2), mostrata in figura, che scarica l’acqua in un serbatoio aperto dotato di sfiati (3), il quale, a sua volta, tramite una valvola (3.5) e una pompa di circolazione a bassa pressione, alimenta una bocchetta di una pompa a doppia alimentazione (4), mentre la seconda bocchetta è alimentata direttamente con la pressione massima del serbatoio pressurizzato (1). La pressurizzazione con aria compressa è fornita dal compressore (8). Poiché la portata è variabile, le valvole possono essere parzialmente aperte, in modo che l’acqua circoli dove si verifica la caduta di pressione rispetto ai valori nominali, rilevata da trasmettitori di portata o pressione posizionati in prossimità delle valvole stesse. Quando si preleva acqua dalla rete (6), si verifica un calo di pressione nel serbatoio (1), che viene immediatamente ripristinato sia tramite l’avvio del compressore (8), sia consentendo all’acqua di entrare nel circuito di alimentazione del serbatoio (3) dalla rete di distribuzione pubblica (7). Tale alimentazione può avvenire attraverso la valvola di alimentazione (3.1) se la valvola (2.2) è chiusa, oppure attraverso la valvola (3.2) se la 2.2 è parzialmente aperta. L’alimentazione si interrompe quando il regolatore elettronico (3.4) indica il livello massimo nel serbatoio (3).

Ovviamente, questo sistema produce la massima energia elettrica quando non vi è prelievo dall’approvvigionamento idrico (6), ad esempio, nelle ore notturne. Infatti, in tali condizioni, produce energia senza consumare l’acqua che circola tra i due serbatoi. Di conseguenza, non consuma nemmeno l’aria compressa, a parte quella che viene liberata nell’atmosfera quando l’acqua viene sfiatata alla pressione atmosferica nel serbatoio (3), ma questo fenomeno è quantificabile in milligrammi di gas per litro d’acqua (azoto, ossigeno, CO2) secondo la legge di Dalton di cui sono riportate di seguito le formule principali che spiegano i concetti, senza considerare i meriti dei calcoli:

In effetti, in una miscela di gas ideali contenuta in un volume V e alla temperatura T, le molecole di ciascun gas si comportano indipendentemente dalle altre; di conseguenza, la pressione esercitata dalla miscela gassosa sulle pareti del contenitore e sulla superficie dell’acqua è data da:   dove R è una costante pari a 0,0821;   , … rappresentano il numero di moli di ciascun componente della miscela. Questa legge è valida nelle condizioni in cui è valida la legge dei gas ideali; è approssimata a pressioni moderate, ma diventa sempre più precisa man mano che la pressione diminuisce. Definendo la frazione molare come il rapporto tra il numero di moli dell’i-esimo componente e il numero  totale di moli presenti:                  si ottiene che in una miscela di gas ideali, la pressione parziale di ciascun componente è data dalla pressione totale moltiplicata per la frazione molare di quel componente: . 

In sostanza, per ogni gas presente nell’aria è possibile calcolare la percentuale di solubilità in acqua alla pressione di esercizio, ma a fini pratici, l’energia necessaria per comprimere l’aria sarà una spesa minima, poiché l’aria compressa, non uscendo mai dal volume del serbatoio (1), presenta solo piccole fluttuazioni di pressione e, una volta raggiunto il punto di saturazione, non discioglie ulteriore aria. Il consumo energetico è dovuto alla minore solubilità in acqua del gas a pressione atmosferica. Infatti, quando l’acqua attraversa il serbatoio (3), dotato di sfiati, rilascia una piccola quantità d’aria, che diventa insolubile alla pressione atmosferica, attraverso lo sfiato (3.3). Tuttavia, ovviamente, i tempi di transito in questo serbatoio sono molto brevi e il processo di espulsione completa dell’aria non può avvenire, perché il gas ritorna immediatamente nel serbatoio dell’acqua (1) dove non può fuoriuscire dalla superficie dell’acqua, tornando alle condizioni di massima solubilità.

Pertanto, come accennato nell’introduzione, un circuito pressurizzato con autoclave (1), accoppiato a una turbina (2), a un serbatoio di transito dell’acqua aperto (3), a una pompa di ricircolo dell’acqua a doppia alimentazione (4), può funzionare in modo molto simile a un circuito in un recipiente aperto mantenuto costantemente pieno, mostrato in Fig. 2, anche se utilizza alcuni principi fisici differenti. Infatti, in entrambi i circuiti è possibile produrre energia anche sollevando l’acqua, a condizione che l’acqua da sollevare venga immessa nel circuito di ricircolo, sempre pieno, del bacino dotato di una pressione idrostatica superiore, entrando da una presa di aspirazione di una pompa a doppia alimentazione. In questo caso, infatti, nel circuito nel recipiente aperto l’acqua esce sollevata fino a tracimare dal bacino superiore spendendo solo l’energia per il ricircolo, senza sollevamento di circa il doppio della portata massima che può uscire dallo sfioratore. Lo stesso si può dire dell’autoclave con circuito pressurizzato, anche se i livelli dell’acqua da mantenere costanti sono due: uno nella vasca dell’autoclave (1.1) e uno nel serbatoio dell’acqua di transito a pressione atmosferica (3.4). Ovviamente, per mantenere costantemente questi livelli nell’autoclave con circuito pressurizzato è necessaria una gestione computerizzata del grado di apertura delle valvole motorizzate (1.4 – 6.1 – 3.1 – 2.2 – 3.1 – 3.2 – 3.5), la regolazione della velocità dei motori (4.1) delle pompe di circolazione a singola e doppia potenza e, se necessario, anche la messa in funzione del compressore (8). Ma la complessità del circuito è ampiamente compensata dall’energia derivante dal risparmio e dalla produzione di energia che otteniamo per mezzo di questo particolare circuito idraulico, che non è contrario ai principi di conservazione dell’energia, ma li potenzia, sfruttando le sinergie tra le stesse, insieme alla comprimibilità dell’aria e alla non comprimibilità dell’acqua. Tuttavia, il cuore del sistema è la pompa a doppia alimentazione (4), senza la quale sarebbe possibile aggirare la forza di gravità in un recipiente aperto (Fig. 2) e la pressione dell’autoclave (1) della Figura 1. Ma è importante anche il modo in cui alimenta la pompa, che deve partire da una certa distanza dalla pompa stessa, in modo che nella sezione di ingresso della pompa rappresentata dalla sezione AA della Fig. 1, si abbiano quattro flussi separati, di cui due ad alta pressione (hp) e due a bassa pressione (lp), disposti diagonalmente per bilanciare le pressioni idrauliche nella girante e nei cuscinetti. Affinché questa separazione dei flussi possa avvenire, è necessario partire dal deviatore di flusso (5) in modo che la doppia curva con deflettori di separazione (4.5) riceva già il flusso canalizzato nella posizione corretta, in modo che possa attraversare come mostrato nella sezione AA. Quindi, la metà delle curve particolari (4.5) utilizzando solo metà della sezione di passaggio, già disposta diagonalmente, che scorre in una sola sezione di ingresso della pompa già divisa in quattro settori senza soluzione di continuità fino alle pale della girante. Infatti,Con questo tipo di alimentazione, quando la girante è in rotazione, riceve nello stesso quarto di sezione flussi d’acqua con sequenza alternata hp – lp, utilizzando la spinta dell’acqua ad alta pressione (hp) per spingere in avanti l’acqua a pressione inferiore (lp). D’altra parte, questo principio idraulico è già utilizzato nelle pompe multicellulari, dove l’acqua mantiene la sua pressione dinamica totale (portata * pressione unitaria * sezione di passaggio) e aumenta di stadio in stadio, entrando al centro della girante, uscendo dalla periferia della stessa e ritornando al centro dello stadio successivo, per effetto, in particolare, dell’intensità della pressione dinamica totale che segue il percorso delle pale della girante (4.7) e del diffusore del corpo pompa (4.8), come mostrato, con le frecce, nel dettaglio ingrandito della pompa (4). In particolare, per generare energia, dall’acqua statica in un serbatoio aperto o chiuso e pressurizzato, è necessario intubare il flusso e la pressione in una sezione di passaggio di flusso unidirezionale, senza soluzione di continuità con il profilo delle pale della girante. Con l’aumento delle pressioni di esercizio, diventa importante anche la precisione della lavorazione, che impedisce perdite in direzione inversa al flusso. Infatti, le pompe multistadio raggiungono pressioni di esercizio nell’ordine delle centinaia di bar.

Come è noto, le applicazioni delle pompe idrauliche di sollevamento sono infinite. A volte servono portate molto elevate con prevalenze molto basse, per la difesa del territorio, e altre volte portate molto basse con prevalenze elevate, per sollevare l’acqua a distanze considerevoli dalla fonte di approvvigionamento. Ciò ha portato a una notevole varietà di pompe e giranti, prodotte in tutto il mondo, dato che il sollevamento dell’acqua, insieme al trasporto, rappresenta il maggiore consumo energetico del pianeta. Purtroppo, gran parte di questa crescita è dovuta principalmente all’assenza di una riflessione che abbia portato alla concezione della pompa a doppia alimentazione, che sfrutta principalmente la forza di gravità, il principio dei vasi comunicanti, il principio di Pascal, la teoria di Torricelli, anziché la potenza di un motore accoppiato alle pompe. Infatti, le pompe sono state progettate per vincere le forze che si oppongono alla circolazione dell’acqua, indipendentemente dall’energia richiesta. Oggi non è un problema costruire motori con una potenza superiore a 3000 kW, alimentati a 6000 o 9000 volt, da accoppiare alle pompe. Oggi le grandi pompe, i grandi motori, le grandi turbine, sono un credito tecnologico, mentre i grandi progetti idrici con le grandi dighe sono un credito per l’ingegneria delle costruzioni. E’ difficile per gli esperti ammettere che questo tipo di sviluppo sia stato sbagliato da terra perché le pompe dovrebbero essere progettate per ottenere le forze che si oppongono al sollevamento dell’acqua, come del resto avveniva negli ascensori meccanici. Infatti nessuno solleva direttamente i pesi meccanici di sollevamento, ma lo fa attraverso numerosi sistemi che riducono lo sforzo (piani inclinati, attrito volvente, rapporti di trasmissione a cinghia, ingranaggi, ecc.). Queste sono le ragioni fondamentali per le quali il sottoscritto ha studiato soluzioni idrauliche alternative per risparmiare energia. E’ stata una sorpresa, per lo stesso sottoscritto, scoprire che questi impianti si possono trasformare da grandi assorbitori di energia in produttori di energia, per la differenza tra l’energia spesa è quella prodotta, inserendo in tutti gli impianti delle turbine idrauliche. In tutti i casi la pompa è indispensabile con la doppia alimentazione sul lato di aspirazione, che mostra, attraverso una delle bocche, all’ingresso della girante, la massima pressione dinamica del circuito, in modo che, come nel caso dell’ultimo stadio di una pompa multicellulare, la girante debba fornire solo una piccola parte dell’energia per garantire la continuità del flusso e consentire l’alimentazione della turbina con la massima pressione consentita dal sistema aperto o con autoclave pressurizzata. In ogni caso l’uscita della turbina, se c’è energia cinetica, l’unica opposizione alla circolazione dell’acqua è calcolata in proporzione alla velocità di uscita (V2 / 2g), poiché la pressione statica del serbatoio o della cisterna pressurizzata non si oppone alle circolazioni interne del volume d’acqua immagazzinato. La pompa con doppia alimentazione sul lato aspirante,servire soprattutto a miscelare due flussi con portate simili ma pressioni diverse, affinché la pressione maggiore si possa espandere nell’intera sezione di passaggio, la quale, ovviamente, deve essere almeno il doppio, di quella in ingresso, delle singole sezioni, se si vuole trasmettere l’intera pressione al doppio della portata.

Allo stato attuale, il raddoppio della portata in un sistema pressurizzato può essere ottenuto solo inserendo in parallelo due pompe elettriche con le stesse caratteristiche. Ma in questo modo si raddoppierebbe anche il consumo energetico. Con l’invenzione delle pompe a doppia alimentazione e relativo circuito di alimentazione, che prelevano l’acqua dal troppo pieno degli impianti e la reintegrano dalla stessa quantità in aspirazione, gli impianti si comportano come impianti di ricircolo in un vaso sempre pieno e aperto, o in circuiti di ricircolo pressurizzati con autoclave. Pertanto, l’energia necessaria per il sollevamento non è quella dei sistemi attuali, ma quella calcolata utilizzando le perdite di carico senza sollevamento dell’acqua, che di solito è centinaia di volte inferiore. Basti pensare che una tubazione DN 1000 con una portata di 1000 L/s, una velocità dell’acqua di 1,27 m/s secondo le tabelle calcolate con la formula di Bazin-Fantoli ha una perdita di carico di soli 1,5 m/km. Pertanto, con l’energia spesa per sollevare 1,5 m, 1000 L/s, possiamo spostare la stessa portata su una distanza di un chilometro in orizzontale, che equivale alla lunghezza equivalente di un circuito di riciclo molto più complesso di quelli mostrati nelle figure 1 e 2. Quindi, conviene raddoppiare la portata e produrre impianti sempre pieni d’acqua, aperti o pressurizzati con pompe a doppia alimentazione, anche senza alcuna produzione di energia, ma soprattutto, la soluzione non è mettere in discussione se ‘l’impianto può diventare un produttore e non un consumatore di energia’.

Dalla descrizione di cui sopra, dovrebbe essere evidente che le pompe devono adattarsi agli impianti che servono dal punto di vista ambientale ed energetico, mentre oggi gli impianti sono adattati alle prestazioni delle pompe che, pur avendo rese e prestazioni molto migliorate, potrebbero non superare i vizi originali, che non hanno esplorato la possibilità di aggirare la forza di gravità, nei circuiti aperti o la pressione con autoclavi, con questa semplice modifica, che parte dall’esterno della pompa e non può non funzionare. Basta sperimentare le prestazioni per vari tipi di giranti e l’intera gamma di pressioni perché le applicazioni sono infinite.

Per le caratteristiche costruttive di una pompa con doppia alimentazione sul lato di aspirazione, è necessario che entrambe le bocche di alimentazione siano dotate di una prevalenza idrostatica positiva. Pertanto, nel caso di impianti di piccole dimensioni, con ridotta altezza geodetica di ingresso, come in Fig. 1, è stata prevista una pompa aggiuntiva con alimentazione singola (3.6), che aumenta leggermente la pressione dinamica sull’aspirazione della pompa a doppio combustibile (4), con la stessa portata, sincronizzata con la stessa, tramite un inverter collegato al motore di azionamento (4.1). Come si può vedere nello schema, Fig. 1, tutta l’acqua che non viene immessa nella rete di distribuzione (6) passa attraverso la turbina (2) producendo energia, senza uscire dall’impianto. Infatti, l’immediata fuoriuscita dell’acqua a pressione atmosferica è necessaria per produrre energia cinetica in energia di pressione dell’aria compressa a spese della turbina, nello stesso modo in cui nei circuiti a vaso aperto si produce energia sfruttando l’alta quota delle acque superficiali. Ma poiché la stessa quantità d’acqua, tramite le pompe (3.6) e (4), le valvole di controllo, di reintegrazione del livello e l’automatismo del sistema di controllo, torna immediatamente nel serbatoio (1) senza dover espandere il cuscino d’aria e abbassare la pressione, questo impianto continua la produzione di energia anche durante la fase di alimentazione della rete idrica (6), nello stesso modo in cui il diagramma di Fig. 2 alimenta per sovraccarico la rete idrica a gravità. Infatti, nell’impianto autoclave produttore di energia, il contemporaneo mantenimento costante dei livelli dei due serbatoi (1 e 3), non comporta sollevamenti idraulici, ma solo circolazioni, pur assicurando la pressione di esercizio dell’autoclave. Ovviamente, se si superano le capacità per cui l’impianto è stato progettato e i livelli (1.1 e 3.4) non vengono mantenuti, le pompe (3.6 e 4) devono aumentare il numero di giri e il compressore deve comprimere l’aria che viene espansa, in modo che venga ripristinata la condizione operativa nominale, che un sistema correttamente progettato consente un basso consumo e un’elevata produzione di energia.

Senza lo sfruttamento di queste energie naturali (forza gravitazionale e aria compressa) e senza le caratteristiche tecniche, che non sono poche, considerando che in centocinquanta anni di sviluppo industriale queste innovazioni non si sono mai concretizzate. Infatti, affinché queste innovazioni siano efficaci, devono avvenire simultaneamente. Non è sufficiente mettere sotto la testa di una pompa senza intubare dalla superficie per produrre la pressione dinamica, così come non è sufficiente separare i flussi di una pompa con doppia potenza se non si entra nel corpo della pompa, toccando le pale della girante, inoltre non è possibile mettere le pompe in parallelo, come nei sistemi di sollevamento tradizionali, ma sarà necessario mettere in parallelo gli impianti completi, come rappresentato nei diagrammi delle figure 1 e 2, poiché non sfruttano l’energia statica ma quella dinamica prodotta individualmente dagli stessi impianti, attingendo da fonti esterne, che nel caso della Fig. 1 sono l’approvvigionamento idrico pubblico (7) e l’aria atmosferica che viene compressa dal compressore (8), mentre nel caso della Fig. 2, le fonti esterne sono i livelli idrostatici delle vasche sempre piene (wddr) e (wdn) e la forza di gravità. Può sembrare strano, ma nemmeno pompe e turbine sono mai state collegate in serie negli stessi impianti, poiché nessuno ha pensato che nello stesso volume d’acqua si possano utilizzare diversi regimi idraulici nella fase di discesa dell’acqua per produrre energia tramite le turbine, che scaricano a pressione atmosferica (anche sotto il dislivello), mentre lo sci d’acqua in una vasca piena è sempre una semplice caduta di pressione all’uscita, indipendentemente dal dislivello idrostatico o dalla pressione del cuscino d’aria. Tutte queste innovazioni non sono mai state integrate perché lo stato dell’arte si è fermato alle pompe che sollevano l’acqua contro la forza di gravità e alle turbine che producono energia utilizzando il salto idraulico, in cui coincide simultaneamente la caduta di pressione statica e dinamica. Gli esperti non hanno considerato che la caduta di pressione statica e dinamica contemporanea si verifica in casi particolari che sono già stati sfruttati quasi tutti sul pianeta Terra, anche realizzando grandi opere idrauliche, con dighe e bacini artificiali.

Oggi dobbiamo iniziare a sfruttare i casi normali di energia idroelettrica in cui non esiste il salto idraulico ma sono presenti semplici volumi di acqua statica da sfruttare come nella Fig. 2, sia per la difesa del territorio dalle inondazioni sia per realizzare grandi reti di distribuzione idrica a bassa pressione, che non generano perdite dovute principalmente alle alte pressioni di esercizio e producono energia invece di consumarla; mentre per le reti più piccole e in quota, si possono utilizzare le centrali idroelettriche ad autoclave della Fig. 1, che producono anch’esse energia, eliminando persino le perturbazioni del flusso instabile con i cuscini d’aria delle autoclave, ma soprattutto producendo energia, svolgendo servizi pubblici di primaria e vitale importanza con costi di investimento e di esercizio non paragonabili a nessuna energia esistente, carbone incluso, che è l’energia più economica ma anche la più inquinante.

 Se le autorità e gli esperti non ritengono necessario modificare gli impianti, intuendo che, attraverso l’utilizzo dell’energia della pressione dell’acqua, è possibile produrre energia idroelettrica, non può nascere una soluzione che preveda l’intubazione dell’acqua superficiale, nemmeno la combinazione di pompe e turbine per vincere lo stato di inerzia iniziale e quindi non necessitare di includere nel circuito la doppia pompa di alimentazione. In realtà, solo dopo aver stabilito lo stato dell’arte sopra menzionato è possibile considerare anche lo stato dell’arte energetico dei sistemi pressurizzati. Ma, come già detto, in questo caso gli errori di progettazione sono diventati endemici, così come l’energia idroelettrica si basa su un caso particolare, che gli esperti hanno trasformato in un evento universale. Di fatto, i grandi progetti idrici con grandi bacini e dighe, necessari per produrre energia idroelettrica, diventano assurdi se si dimostra che è possibile produrre energia idroelettrica in modo uniforme con semplici sistemi idraulici.

Il famoso esperimento di Pascal ha dimostrato che in un serbatoio chiuso la pressione idrostatica si espande in tutte le direzioni. Lo stesso vale per un piccolo tubo utilizzato per frantumare una botte di legno. Ma per produrre energia elettrica è necessaria la pressione dinamica che garantisce l’esercizio nel tempo sui poli di una turbina. Questa applicazione richiede sezioni di passaggio adeguate e la continuità del flusso, che in piccoli volumi d’acqua può essere assicurata solo se non si disperde l’acqua e si sfruttano schemi idraulici vantaggiosi nella fase di produzione di energia (caduta di pressione o caduta di pressione) e regimi energetici parsimoniosi nella fase di recupero dell’acqua, senza carico per il sollevamento dell’acqua. In questi sistemi la pressione dinamica è pari alla pressione unitaria per la sezione di passaggio per il flusso d’acqua, quindi la pompa a doppia alimentazione deve essere dimensionata per la somma dei due flussi e con un passaggio di mandata di ampia sezione, che ritorna all’autoclave, come in Fig. 1. Infatti, in questo circuito sulla mandata della pompa non dovrebbero vincere le resistenze esterne al circuito di ricircolo, come la pressione del cuscino d’aria compressa. La circolazione dell’acqua avviene all’interno del volume d’acqua immagazzinato con una prevalenza molto bassa della pompa. Tuttavia, il corpo della pompa deve resistere a un’elevata pressione idrostatica, altrimenti si disintegra come il cilindro di Pascal.

Pertanto, si supponga di realizzare un piccolo impianto condominiale che produca energia mediante un generatore CA sommergibile (2.1) accoppiato a una pompa utilizzata come turbina (pat.), che sfrutta l’altezza utile Hu = 35 m e una pompa elettrica a doppia alimentazione DN 150 con una portata di 35 L/s. Ipotizzando un’efficienza della turbina pari a 0,75, applicando la formula Pu = η*1000*Q*Hu/102, si ottiene una produzione di energia pari a 9,0 kW (0,75 * 1000 *0,035 * 35 / 102). Assegnando alla pompa una prevalenza di 0,4 m e una resa di 0,6, la potenza assorbita dalla stessa, che determina un flusso doppio rispetto a quello che entra nella turbina, è calcolata con la formula 0,4 * 1000 * 0,070 / 102 * 0,6 = 0,0456 kW. Mentre la pompa di circolazione aggiuntiva (3.6), con una portata pari alla metà, supposta con la stessa resa e prevalenza assorbe metà dell’energia calcolata per la pompa di doppia alimentazione (0,0228 Kw). In questo caso il rapporto tra spesa energetica e resa è 131,38 (9,00 / 0, 0685). Infatti, le perdite di carico nel tubo di discesa, nella turbina, nei pezzi speciali e le perdite all’uscita, sono tutte assorbite dalla pressione dinamica sull’aspirazione della pompa, mentre in mandata non hanno perdite di carico apprezzabili, non superando il livello dell’acqua (che è incomprimibile). Non c’è da stupirsi con questo risultato, mentre i gas compressi sono gli accumulatori di energia più potenti, flessibili ed economici di accumulo di energia elettrica.

Ma le sorprese legate agli impianti rispetto alle attuali soluzioni di sollevamento e distribuzione dell’acqua non sono ancora finite, poiché le soluzioni delle Fig. 1 e 2, che oggi non esistono per un’incredibile supervisione scientifica, tecnica, politica ed economica a livello internazionale, possono essere combinate, come mostrato in Fig. 3. In questa figura, ad esempio, la distribuzione dell’acqua di una città o di un quartiere può diversificare la pressione di esercizio utilizzando la distribuzione dell’acqua per gravità nelle zone vicine al serbatoio principale (wddr), mentre le zone più distanti o che alimentano i quartieri più alti possono essere pressurizzate con cuscini d’aria diversificati, senza variare la prevalenza delle pompe e quindi la potenza assorbita dai motori, preservando sempre la capacità di produrre energia con il riciclo dell’acqua nei singoli impianti, sia a livello di distribuzione di quartiere che di condominio. La gestione computerizzata dei livelli idrostatici di serbatoi aperti, pressurizzati e valvole e un motore a velocità variabile delle pompe possono consentire un risparmio energetico molto elevato e una produzione di energia molto elevata, oggi insospettabile allo stato dell’arte, ma facilmente realizzabile perché tutte le tecnologie sono già esistenti. Manca solo una piccola modifica alla potenza delle pompe e delle turbine. Infatti, anche le turbine, come si vede nel diagramma, possono essere alimentate con diverse pressioni di flusso canalizzato che arrivano fino alle pale della prima girante, le quali sommano le portate con la massima pressione dinamica nel rispetto del principio di Pascal.

Gli ultimi aspetti da considerare sono i seguenti :

Se dai sistemi di autoclave, produttori di energia, sottraiamo la rete di distribuzione dell’acqua (6), l’alimentazione (7) con le valvole 3.1 e 3.2, scopriamo che non solo semplifica il sistema, ma che anche questi sistemi possono essere utilizzati per produrre energia mobile, riciclando l’acqua contenuta nel serbatoio dell’autoclave, ovviamente non su piccoli mezzi di trasporto, ma su quelli di dimensioni maggiori, dato l’ingombro piuttosto elevato delle autoclavi. Ma questo è un discorso successivo in questa applicazione, che può essere ottenuto spingendo alla massima pressione operativa, eventualmente utilizzando un gas ancora più comprimibile dell’aria. Dopotutto, gli attuali motori termici hanno raggiunto il loro attuale livello tecnologico dopo centoventi anni di progettazione, miliardi di investimenti e migliaia di brevetti presentati in tutto il mondo, senza risolvere il difetto originario delle emissioni di CO2 e del particolato. Se c’è una reale volontà di risolvere i problemi ambientali, lo sforzo compiuto per migliorare l’energia termica dovrebbe essere profuso anche investendo nel sistema proposto, che è molto più completo, pulito ed economico. Tra qualche anno saremo in grado di aumentare la pressione di esercizio e ridurre le dimensioni complessive delle autoclavi. Certamente potremo sostituire gran parte dei motori a combustione interna attualmente in circolazione nel settore dei trasporti, risolvendo sia i problemi economici legati all’approvvigionamento di carburante, sia quelli ambientali, dovuti alle emissioni di CO2 e al particolato. Ad esempio, il calcolo di un impianto di produzione energetica condominiale con una portata d’acqua di 35 l/s e una pressione di 3,5 bar, che produce 9 kWh di potenza, se aumentiamo la pressione a 35 bar, produrremmo 90 kWh; ma se portiamo anche la portata a 350 l/s, produrremmo 900 kWh. Ovviamente, siamo ancora all’inizio in questa direzione, ma solo perché le riflessioni su questo modo di produrre energia sono arrivate molto tardi e tutti gli esperti, pubblici e privati, si sono concentrati su altre energie, che, purtroppo, si sono già dimostrate meno efficienti, ma anche meno utili, in quanto non si integrano con i servizi pubblici di primaria importanza, come la distribuzione dell’acqua, la depurazione, le dissalazioni, i trasporti senza inquinamento. In quest’ultimo caso, fortunatamente, oggi esistono le tecnologie per alimentare nella fase iniziale i motori delle pompe e le valvole con UPS trifase. Dopo l’avvio del sistema, gestendo il flusso dell’acqua con valvole di controllo e la velocità delle pompe con inverter, si può produrre energia mobile in grandi quantità, sostituendo i motori termici e rendendo superflue anche le reti di distribuzione che, oltre a richiedere ingenti investimenti, comportano anche problematiche di sicurezza e gestione, e disperdono enormi quantità di energia nell’aria o nel sottosuolo.

CONCLUSIONI GENERALI

Un futuro sostenibile per l’ambiente e l’energia non è possibile senza un’organizzazione scientifica del lavoro nel settore, ma tale organizzazione non può essere raggiunta affidandosi esclusivamente alle forze di mercato, come è avvenuto con l'”organizzazione scientifica del lavoro industriale”. Le leggi dell’ambiente e dell’energia non ammettono errori di pianificazione e gestione. Esiste un solo modo per purificare l’aria, desalinizzare e depurare l’acqua: quello globale. Ciò significa che tutti i cicli organici e inorganici coinvolti nei sistemi antropogenici devono essere chiusi. Infatti, tutti i cicli non chiusi si trasformano in inquinamento globale e non possono essere completati. Poiché i parametri da controllare sono molteplici e non possono essere controllati con un singolo processo, gli impianti devono essere interconnessi, indipendentemente dalla tecnologia utilizzata. Per questo motivo in SPAWHE si parla di sinergie e sistemi globali.

Tuttavia, nel 2016, non esiste ancora un sistema ambientale, pubblico o privato, che soddisfi tali requisiti. Per circa dieci anni l’inventore di SPAWHE ha cercato di ripercorrere i processi di purificazione dell’acqua e dell’aria, proponendo, di fatto, un’organizzazione scientifica del lavoro ambientale nello stesso modo in cui Frederick Taylor lo fece, nel 1911, per il settore industriale. Purtroppo, questo tipo di organizzazione non può nascere senza nuove invenzioni strategiche che servano a razionalizzare alcune discipline e a fungere da collegamento tra di esse, come quelle descritte in questa pubblicazione.

Il semplice fatto che nessuna organizzazione internazionale abbia sentito la necessità di organizzare un lavoro del genere dopo oltre un secolo di successi nel taylorismo industriale, dimostra che l’attuale classe dirigente mondiale non è all’altezza di affrontare i problemi ambientali ed economici globali. Quando parliamo di classe dirigente non dovremmo riferirci solo ai politici, ma a tutti i leader in tutti i settori, a coloro che informano, a coloro che insegnano e anche agli ordini religiosi. Non conoscono forse i leader del loro settore, che sono fondamentali per l’organizzazione del lavoro? Non sanno forse che nel loro specifico campo l’aggiornamento dello Stato è quasi quotidiano? Non sanno forse che molte innovazioni che migliorano un settore provengono da altri settori? I leader competenti cercano possibili sinergie e le applicano al loro settore con gli opportuni adattamenti.

 La domanda che sorge spontanea è la seguente:

Se tutti sono specializzati in singoli settori e singole aree geografiche, chi gestisce il settore globale? Se i singoli settori si potenziano a vicenda scambiandosi, copiando o rubando invenzioni, chi migliora il settore nel suo complesso? La risposta è molto semplice: nessuno. SPAWN ha dimostrato che per migliorare in modo completo l’ambiente e l’economia non basta che le attività umane vengano migliorate tecnologicamente individualmente. Bisogna cambiare il modo in cui progettiamo, perché per completare tutti i cicli organici e inorganici lasciati in sospeso dall’attività umana, tutte le attività, in un modo o nell’altro, devono essere connesse attraverso i sistemi di depurazione, che potrebbero non essere quelli attuali. Cambiare i sistemi di depurazione, inevitabilmente, comporterà anche un cambiamento energetico. Ma chi dovrebbe apportare questi cambiamenti se non mettendo insieme gruppi tecnici con esperienze diverse? Non solo non è stato fatto questo in modo logico, ma anche SPAWN, che ci ha provato, è stato ignorato da tutti gli stakeholder. Soprattutto dalle autorità ambientali e di sviluppo economico, italiane, europee e internazionali. Ci si chiede chi siano gli oltre 7.500 visitatori di https://www.spawhe.eu. Sono amici o nemici dell’ambiente e dei lavoratori? Se i progetti illustrati, fino ad ora, non hanno trovato controparti, si deve pensare che i visitatori siano più nemici che amici di SPAWHE. Ciò non è dovuto alla mancata condivisione dei progetti, ma a semplici interessi di parte. I singoli settori non possono certo andare contro i propri interessi, finanziando e partecipando all’implementazione di soluzioni globali che scontentano tutti, persino le tecnologie scelte, che entrano a far parte del sistema globale. Di fatto, i sistemi globali sono progettati in modo diverso da quelli locali. Con SPAWHE è possibile produrre energia biologica purificando contemporaneamente acqua e aria, come descritto in https://www.spawhe.eu/the-role-of-biological-energy/ . Ma oggi l’energia biologica si accontenta di essere, nella migliore delle ipotesi, neutra, emettendo CO2 organica nell’atmosfera al posto di quella fossile. Perché i produttori di tale energia dovrebbero produrre acqua alcalina facendo reagire la CO2 con materiale calcareo e raffreddando acqua o liquami, se la legge non impone di andare oltre il semplice obiettivo di produrre energia biologica? Gli enti pubblici globali non possono delegare a privati ​​la gestione di energie che interagiscono con l’ambiente, a meno che non regolamentino nei minimi dettagli i cicli di produzione energetica, inclusi tutti i parametri, persino la quantità di CO2 emessa nell’atmosfera, sia essa di origine fossile o biologica. Se producendo energia biologica possiamo ridurre la quantità di CO2 nell’atmosfera, perché accontentarsi della neutralità energetica e non tentare di riportare le emissioni di CO2 ai livelli preindustriali?

 Il discorso sull’energia idroelettrica è completamente diverso. Si è trattato del caso particolare dell’energia con il salto idraulico, come di una legge universale, e si è trascurato il caso generale che permetterebbe di produrre energia idroelettrica anche in un condominio, utilizzando l’energia dell’acqua presente in superficie nello stesso volume d’acqua. Questa energia, che gli esperti si rifiutano ostinatamente di sperimentare, è probabilmente la più economica al mondo. Costa pochissimo sia in termini di investimento iniziale (non essendo necessarie dighe e bacini), sia in termini di gestione (pompe e turbine sono macchine molto semplici), sia in termini di costi di produzione, dato che nei circuiti sempre pieni la materia prima è l’acqua che non viene consumata. Ma può produrre energia anche ossigenando acque inquinate, riciclando, sollevando e distribuendo l’acqua, come descritto in https://www.spawhe.eu/from-efficient-purification-to-sustainable-energy/ .

Le energie che non interagiscono positivamente con l’ambiente, o che sono semplicemente neutre, dovrebbero essere prese in considerazione solo se quelle che interagiscono positivamente con l’ambiente non sono sufficienti a soddisfare l’intero fabbisogno energetico. Invece, nel 2016, le energie predominanti sono quelle inquinanti, le riserve sono neutre (discontinue, con bassi rendimenti e alti costi di smaltimento), mentre non abbiamo quelle che interagiscono positivamente con l’ambiente, perché le organizzazioni pubbliche e private fingono che non esistano e non le comprendono. SPAWHE, senza fondi, non ha potuto fare a meno di ipotizzare soluzioni operative e di proseguire con un virtuale progresso dello stato dell’arte. Il che permette di intravedere una società molto diversa da quella guidata dall’attuale dirigenza di livello mondiale, che ha portato al titolo di questo articolo.

Con questa pubblicazione, SPAWHE afferma di poter produrre energia anche durante la desalinizzazione sostenibile di enormi flussi d’acqua, che diventeranno anche fertilizzante naturale per luoghi desertici a centinaia di chilometri dal mare. Infatti l’acqua di mare, privata di sali in eccesso, è l’elemento più ricco di minerali che possa esistere per produrre sostanze vegetali. Quindi, con la desalinizzazione sostenibile i deserti diventeranno giardini, grazie anche a quanto descritto nel Capitolo 2, che permette la produzione di energia durante il trasporto dell’acqua. Se tutte queste cose sono vere (e lo sono), non dovremmo temere l’aumento della popolazione mondiale a nove miliardi perché potremmo nutrire ben venti miliardi di persone con le risorse attuali. È necessario unicamente organizzare scientificamente e globalmente il lavoro secondo lo schema di SPAWHE.

Bisogna passare dall’organizzazione scientifica del lavoro industriale chiamata “Taylorismo”, che non risolve gli aspetti ambientali ed energetici, all’organizzazione scientifica del lavoro globale, che possiamo anche chiamare “SPAWHISMO”, non collegando questo sistema al nome di una persona, ma alla selezione di sistemi industriali, noti per le loro problematiche ambientali ed energetiche, capaci di interagire positivamente con le fonti energetiche per incrementare, insieme alla produttività industriale, anche la tutela dell’ambiente.

Non abbiamo bisogno di imbrogliare con gli OGM e addirittura peggiorare la qualità della carne che mangiamo, costringendo gli animali a vivere in spazi ristretti senza attività fisica, nutriti con mangimi contenenti sostanze chimiche e antibiotiche che favoriscono l’obesità, non la qualità. Possiamo produrre energia creando mangimi di qualità in mare senza imprigionare i pesci, colonizzando la superficie oceanica con sistemi di galleggiamento inaffondabili, realizzabili con derivati ​​del petrolio, come mostrato nel capitolo 3.

Perché continuare a usare il petrolio come combustibile, che non solo inquina ma è anche più costoso e meno utile rispetto all’energia idroelettrica, fissa e mobile? Se non sviluppiamo energie veramente alternative e continuiamo a sprecare petrolio, mentre realizziamo i sistemi galleggianti che ci permetteranno di creare nutrimento e prosperità per le generazioni future e di portare il calcio in superficie nelle acque oceaniche, che hanno già perso il 30% della loro alcalinità? Determinare il vero problema del riscaldamento globale. Dobbiamo ringraziare per questi disastri gli addetti ai lavori, pubblici e privati, del passato, ma quelli attuali sono persino peggiori, perché, pur avendo a disposizione tecnologie sufficienti, non vengono impiegate a livello globale per generare profitto anziché per il benessere comune.

Se il silenzio sulle soluzioni SPAWHE continua, è lecito chiedersi dove vogliano portarci gli attuali leader pubblici e privati. È lecito chiedersi perché gli enti pubblici non sviluppino progetti globali che coinvolgano la produzione di energia, così come è lecito chiedersi perché i farmaci testati dalla ricerca pubblica siano prodotti da multinazionali e non da produttori pubblici, che avrebbero il dovere di produrli a un costo accessibile. Nulla è chiaro nella gestione ambientale, energetica e della salute pubblica a livello mondiale. Non riusciamo a distinguere il confine tra buone intenzioni, incompetenza e ipocrisia tra milioni di professionisti, come in un drammatico romanzo di Franz Kafka. Purtroppo, questo sistema, che applica solo in piccole aree il taylorismo industriale, si è esteso a livello globale ed è in grado di sprecare risorse anche laddove esistono condizioni ottimali per la loro produzione. È ben lontano dallo SPAWHISM che potrebbe essere considerato l’estensione del taylorismo anche ai sistemi ambientali ed energetici, non a livello locale, ma globale. Ma il metodo SPAWHISM è molto difficile da applicare al taylorismo perché le innovazioni sono ostacolate dalle multinazionali che vogliono continuare a gestire l’ambiente con soluzioni locali e commerciali, mentre gli enti pubblici non conoscono nemmeno i fondamenti del taylorismo industriale, che dovrebbe essere preso come modello per organizzare scientificamente l’applicazione globale della tutela ambientale e della produzione energetica, selezionando le tecnologie più adatte alla globalizzazione.

La stessa proprietà intellettuale, legata al numero di domande di brevetto, non protegge gli inventori, ma solo le aziende che possono permettersi di pagarne la protezione. Questo scoraggerà le grandi invenzioni sostenibili e favorirà solo gli affari delle multinazionali. Ma SPAWHE, seppur virtualmente, ha dimostrato che in ambito ambientale, per essere efficiente, un impianto deve essere globale e, di conseguenza, poco commerciale. Ciò significa che la proprietà intellettuale deve essere modificata, dando priorità al bene comune, non solo agli aspetti commerciali delle invenzioni. Questi ultimi non servono ai prodotti commerciali in ambito ambientale ed energetico. Le multinazionali devono limitarsi a fornire i componenti principali, ma i sistemi devono essere assemblati in loco, se vogliamo realizzare cicli completi che producano energia e purifichino acqua e aria contemporaneamente, senza acidificare l’acqua e disperdere calore e inquinamento indesiderati nell’aria. Questo non è possibile con gli attuali sistemi fognari, di depurazione, con impianti di condizionamento commerciali e con le ciminiere. SPAWHE ha mostrato come realizzare sistemi urbani globali. La combinazione di più sistemi ridurrà i costi di investimento, rispetto a sistemi separati, e creerà maggiore ricchezza e più posti di lavoro. Se gli obiettivi fossero chiari, non ci sarebbero dubbi sulle soluzioni. Ma di fronte a queste cose logiche, dimostrate in tutti i modi in oltre trenta depositi di brevetti, relazioni e disegni, erigono alti e solidi muri di gomma e silenzio, continuando a costruire impianti senza senso. È lecito chiedersi se facciano una vera opposizione coloro che organizzano marce e proteste contro l’inquinamento e il riscaldamento globale. Non parlo dei manifestanti, che certamente agiscono in buona fede. Parlo degli organizzatori, che dovrebbero avere conoscenze tecniche e scientifiche superiori a quelle dei manifestanti. È possibile che vogliano persino parlare di alternative globali, basate sull’organizzazione di un lavoro scientifico? È possibile che non si rendano conto che, non entrando nel merito delle soluzioni e non proponendo scelte e alternative concrete, chiedono solo che vengano investiti più soldi nelle soluzioni esistenti? Al massimo dimostrano la loro competenza scegliendo il male minore tra carbone, petrolio, gas, eolico e solare. È possibile che persino figure autorevoli come Al Gore e l’intero staff di scienziati dell’IPCC (Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici), premiati con il Nobel nel 2007, continuino a segnalare problemi, senza entrare nell’organizzazione scientifica globale del lavoro ambientale ed energetico. È possibile che questi personaggi importanti non si rendano conto che le singole invenzioni ambientali sono inutili, incluso il CCS (cattura e stoccaggio del carbonio), che sembra essere il più grande progetto in corso. Che non fa altro che aumentare i costi energetici, ma spostare il rischio di disastri nel sottosuolo. SPAWHE pulirebbe l’energia fossile nelle serre di calcare utilizzando la CO2 nell’ambiente,Producono acque alcaline, ma dispongono di soluzioni di riserva ancora più importanti, come quelle idroelettriche sommerse, con riciclo dell’acqua e pressurizzazione con aria compressa per i mezzi di trasporto. Producono impianti di produzione energetica per la difesa del territorio, la purificazione dell’acqua e dell’aria, la desalinizzazione, il trasporto e la distribuzione dell’acqua, che diventa anche fertilizzante contro i deserti.

La storia di SPAWHE sembra al contrario una storia di spionaggio industriale, dove aziende, pubbliche e private, non competono per rubare segreti e idee innovative, ma per ignorarle. In parte perché mettono in luce colossali errori di progettazione e sprechi energetici, in parte perché dimostrano che con le tecnologie sviluppate, opportunamente adattate, potremmo seguire modelli di sviluppo più sostenibili. Completamente diversi da quelli su cui hanno investito e stanno investendo, sia nella risoluzione di problemi ambientali che in quelli energetici e alimentari.

Il mondo non può essere governato senza coordinare la direzione in cui sviluppare la scienza e le tecnologie applicate sul campo. È necessario distinguere tra ricerca scientifica, produzione di beni di consumo e progettazione industriale sostenibile, che abbracci tutti i settori. I sindacati che tutelano i lavoratori dell’industria conoscono l’organizzazione del lavoro industriale, perché non capiscono che devono battersi per un’organizzazione del lavoro globale, basata sulla chiusura dei cicli globali, che è un’estensione dei cicli industriali oltre il perimetro degli stabilimenti produttivi?

 Non ci vuole molto per comprendere questi concetti, che potrebbero sembrare utopici, se non fosse che sono stati sviluppati anche soluzioni che si intrecciano e si connettono nel sito web SPAWHE. I professionisti, pubblici e privati, non possono continuare a realizzare impianti industriali, di depurazione, energetici e urbani che, scollegati da un sistema globale, devono necessariamente produrre e diffondere nell’ambiente acqua acida, CO2, SOx, NOx e particolato.

Le energie rinnovabili selezionate dagli esperti non interagiscono con la gestione della produzione e con i cicli dell’acqua e dell’aria coinvolti nei processi, pertanto non possono sfruttare le sinergie che ridurrebbero i costi, come dimostrato dai lavori di SPAWHE. La cui sostenibilità si basa su un ragionamento globale che entra nei dettagli fin dalla progettazione degli impianti locali.

Chi ha proposto SPAWHE sa che è molto difficile seguire argomentazioni globali per una singola persona, ma è altrettanto difficile riunire persone con diverse formazioni per giungere a un ragionamento comune. Sono stati necessari quasi quarant’anni di esperienza lavorativa trasversale per elaborare un ragionamento globale e dieci anni per mettere su carta le soluzioni e le argomentazioni che determinano un vero e proprio progresso nello stato dell’arte, basato su invenzioni non ancora implementate relative alla modifica degli impianti di depurazione, energia, sollevamento e distribuzione, e, con quest’ultima pubblicazione, anche sulla desalinizzazione, l’alimentazione e gli aspetti sociali. In tutto questo tempo, nonostante le tecnologie ben sviluppate, la tutela ambientale non ha compiuto passi concreti in avanti; pertanto, la nascita di SPAWHE e il suo “spawhismo” avrebbero dovuto essere accolti con maggiore entusiasmo dai leader ambientalisti mondiali. Lo “spawhismo” dovrebbe assumere un’importanza molto maggiore per il taylorismo, perché coloro che progettano sistemi ambientali ed energetici che interagiscono con l’ambiente non possono essere separati dagli aspetti sociali che tali progetti implicano. Devono prevedere i possibili danni, progettare anche le infrastrutture necessarie per neutralizzarli e imporre, attraverso la legislazione, come progettare i sistemi locali per i progettisti privati. Nel 2016, avrebbe dovuto essere chiaro a tutti che la purificazione globale deve iniziare a livello locale e non deve mai essere interrotta spostando acqua, fanghi e aria da un impianto all’altro.

Solo attraverso l’esperienza condivisa il singolo progettista può comprendere l’importanza di questo tipo di progettazione. Se il progettista si limita a sviluppare solo i dettagli richiesti, non comprende l’importanza di questo lavoro e non nota le incongruenze, che in molti casi vanificano il lavoro svolto con dedizione da migliaia di persone per l’assenza di una visione globale più ampia. Non può offrire alcun contributo, nemmeno una critica da parte di filosofi, scrittori o ambientalisti, se non è in grado di proporre un progetto alternativo completo. Infatti, proteste e critiche, non accompagnate da progetti alternativi globali, non fanno altro che aumentare i fondi a disposizione di coloro che non vogliono cambiare nulla e mirano solo ad avere più risorse.

Oggi ci troviamo di fronte al paradosso che una piccola invenzione virtuale della SPAWHE, la pompa a doppia alimentazione con aspirazione laterale, descritta in questa e in altre pubblicazioni, aggirerebbe la forza di gravità, rivoluzionando completamente le soluzioni ambientali ed energetiche create dall’avvento dell’era industriale. Tuttavia, queste pompe non hanno ancora trovato partner disposti a partecipare alla sperimentazione, che costa solo poche migliaia di euro. In secondo luogo, gli esperti, pubblici e privati, che hanno sprecato trilioni di dollari dall’avvento dell’era industriale in test inutili, continueranno a sprecare energia anche nei secoli a venire, semplicemente perché la SPAWHE non ha i fondi per costruire i prototipi più semplici. Non è stata nemmeno recapitata una lettera aperta a Bill Gates, che spera in un’energia miracolosa per trovare questi finanziamenti. Se ci fosse anche solo una possibilità su mille che queste pompe funzionino, gli uomini dovrebbero pregare i santi in cielo o i loro Dei, sperando che funzionino. In realtà, è l’unica possibilità che abbiamo per aggirare la forza di gravità, rendendo gli impianti esposti in questa pubblicazione e trasformando molti altri impianti in tutto il mondo che inquinano e consumano energia, quando potrebbero produrla. Invece, la classe dominante mondiale non vuole saperne e nasconde la testa sotto la sabbia. SPAWHE è sicura al 100% che sia possibile, ma non si indebiterà per dimostrarlo. Continuiamo a produrre invenzioni virtuali, considerando operative queste pompe. Prima o poi la verità verrà a galla e il mondo della scienza e della tecnologia comprenderà chi ha trascurato i concetti elementari per concentrarsi sull’insostenibile, che ha portato alla fame, alle guerre e ha quasi distrutto il pianeta, mentre la sostenibilità è sempre stata a portata di mano.