Relatività e tecnologia nella nuova energia idroelettrica.

Relatività e tecnologia nella nuova energia idroelettrica.

(La conservazione e la trasformazione delle risorse energetiche sostenibili)

Di Luigi Antonio Pezone

1. ASTRATTO

Con questa ricerca mi riferisco in particolare ai padri della scienza nell’era preindustriale, che utilizzavano esclusivamente la ragione per trovare collegamenti tra le leggi dello spazio, della materia e della natura. Con l’industrializzazione sono nate le specializzazioni e questi legami si sono persi, lasciando spazio alla visione globale della scienza. Per quanto modesto progettista, ma soprattutto installatore di sistemi, che ha avuto la possibilità di spaziare tra l’industria, l’ambiente e l’energia, non si è accorto delle enormi lacune che esistono tra un impianto e l’altro, persino all’interno dello stesso sistema, sia in ambito depurativo, sia in quello energetico, sia nella gestione delle risorse idriche. La scienza del passato era universale, mentre quella moderna, sviluppata nei laboratori, è diventata settoriale. Tecnologie che prima non esistevano sono state lanciate nella stessa strada. Ha fatto enormi progressi e le aziende moderne sono super specializzate in singoli settori, ma da una prospettiva ambientale, non esiste al mondo un sistema completo. Non dubito della buona fede degli esperti, ma credo anche che non si possa giungere a una piena comprensione ambientale se non si integrano conoscenze scientifiche tecniche e trasversali e se non si considerano i cicli globali che sono al contempo depurativi, energetici e gestionali.

Questa pubblicazione riassume alcuni brevetti ambientali, soprattutto relativi alla gestione delle acque e alla produzione di energia idroelettrica, diversi da quelli attuali. Essi si fanno strada con difficoltà per essere compresi, proprio perché nessuno degli esperti, pubblici e privati, è abituato a pensare in termini globali, ma a entrare nei dettagli, nella purificazione, nell’energia e nella gestione. Purtroppo, questo è l’unico modo per realizzare le sinergie necessarie per arrivare a una gestione ambientale completa che non sprechi risorse. Chi ha creduto, per ragioni economiche, di trascurare la gestione globale dell’ambiente, concentrandosi unicamente sulla produzione di energia, più o meno pulita, da vendere sul mercato internazionale, rimarrà sorpreso e deluso, perché la gestione globale produrrà energia pulita decine di volte più economica di quella attuale. Non ci resta che aspettare e vedere se le autorità, la scienza di parte e l’economia, faranno finta di non comprendere queste invenzioni, che sono a disposizione di tutti, soprattutto dei più poveri e di chi è in cerca di lavoro. Perché c’è lavoro per tutti se vogliamo correggere gli errori del passato e del presente. 

parole chiave: energia idroelettrica sommersa, energia idroelettrica con riciclo dell’acqua, energia idroelettrica con sollevamento dell’acqua, energia idroelettrica mobile pressurizzata, energia idroelettrica combinata con pozzo artificiale, pompe a doppia alimentazione.

2) INTRODUZIONE E METODI

Il celebre scienziato Albert Einstein, con la sua teoria della relatività, dimostrò che materia ed energia possono essere considerate un’unica entità, in quanto l’una può trasformarsi nell’altra secondo una precisa relazione matematica. Una conferma pratica di questa affermazione si trova nell’azione del vento, che può generare elettricità tramite 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, ad esempio convogliando un piccolo flusso d’acqua, posizionando una pompa in profondità e concentrando tutta l’energia cinetica prodotta sulle pale di una turbina idraulica. Non esiste alcuna legge di conservazione dell’energia che possa impedirlo, né alcun 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 superficiale ha la stessa densità dell’acqua sottostante e quindi non ha bisogno di salire in superficie, se ci troviamo in un piccolo bacino (l’acqua cambia semplicemente posizione). La produzione di energia è enorme, come realizzata nell’idroelettrico terrestre, a pressione atmosferica, perché all’uscita della turbina la pressione idrostatica dell’acqua non può opporsi all’energia cinetica rimanente. Infatti, poiché l’acqua è incomprimibile, a qualsiasi profondità all’uscita, la resistenza idraulica all’uscita è sempre la stessa (v ²/ 2g). Pertanto, il dispendio energetico può essere moltiplicato per cento, duecento, ecc. Dipende solo dalla colonna d’acqua, che grava sulla pompa e sulla turbina. In effetti, l’impianto è simile a un circuito idraulico aperto, sotto pressione, che termina all’uscita della turbina con uno scarico sommerso in un recipiente aperto. Ovviamente, non si può fare alcun paragone con le prestazioni energetiche prodotte da una centrale termoelettrica o da un motore termico che non raggiungono il quaranta percento del potere calorifico inferiore del combustibile. A queste basse rese bisogna aggiungere i costi di estrazione, trasporto, raffinazione e depurazione dei fumi prodotti.

Tuttavia, per rendere più versatile la posizione energetica dell’acqua superficiale e per utilizzare questa energia in sistemi mobili, si è resa necessaria anche l’invenzione delle pompe a doppia alimentazione sul lato di aspirazione, che rappresentano la più semplice invenzione del sottoscritto. Infatti, con questa invenzione si chiude completamente il cerchio, dimostrando che, oltre agli impianti di depurazione in tutto il mondo, esistono anche impianti di sollevamento dell’acqua inadeguati. Persino il famoso Mosè di Venezia, costato 5,5 miliardi di euro e non ancora funzionante, potrebbe essere progettato diversamente: più economico, più efficiente, diventando, grazie all’invenzione di queste pompe, anche produttore di energia. L’assenza di queste pompe, facilmente realizzabile con la tecnologia attuale, ha impedito il corretto sviluppo sostenibile dell’industria, dell’ambiente e dell’energia. Infatti, se fossero nate agli albori dell’era industriale, probabilmente, le soluzioni energetiche riassunte in questa pubblicazione, renderebbero superflua la costruzione di grandi centrali termiche; il trasporto di energia che spreca risorse e inquina; grandi pompe e grandi motori, che con i nuovi sistemi di sollevamento accoppiati all’energia idroelettrica, non servono. La nuova energia idroelettrica, se non erro, può essere prodotta ovunque, con rese decine o centinaia di volte superiori rispetto alle altre energie, compresi i combustibili fossili. Questa energia dipende unicamente dal potenziale energetico dell’acqua utilizzata tramite riciclo, senza dighe, grandi bacini idrici e salti idraulici. Certo, nemmeno l’energia solare ed eolica possono competere con la nuova idroelettrica, non solo perché non garantiscono la continuità di funzionamento e quindi richiedono sistemi di accumulo, ma anche perché possono sfruttare l’energia di posizione o di pressione, che garantisce rese elevate. Inoltre, utilizzano materiali a rischio di esaurimento e bisogna considerare i costi di smaltimento e l’impatto ambientale che producono. Purtroppo, persino l’ovvia necessità di cambiare le pompe è stata accolta con il silenzio dai produttori. Non guardano al nuovo mercato che si aprirebbe, ma solo a quello che si chiuderebbe.

 Ma dobbiamo anche chiederci perché questa semplice pompa non sia stata inventata dagli addetti ai lavori? Personalmente, la colpa è sempre delle specializzazioni. Questa modifica non poteva nascere dai laboratori di collaudo delle pompe, né da gare d’appalto indette da enti pubblici, né tantomeno da appalti multinazionali, bensì dalla progettazione generale degli impianti, che richiede creatività tecnica, che nessuno vuole sviluppare, preferendo applicazioni monotematiche che non superano i propri limiti tecnologici e scientifici. È necessaria una progettazione multidisciplinare degli impianti pubblici.

Purtroppo i silenzi pubblici e privati ​​dimostrano che nessuno sta lavorando in questa direzione. Almeno il pubblico dei progettisti dovrebbe essere in grado di collaborare con le competenze tecniche, soprattutto industriali, che non si acquisiscono nelle università. Oggi, i problemi energetici e ambientali vengono affrontati con soluzioni sempre monotematiche, e gli impianti vengono realizzati con i macchinari offerti dal mercato. Ma i produttori di macchinari sono esperti nella costruzione di macchinari, non nella progettazione di impianti a livello globale. Inoltre, il concetto di “impianto”, quando si parla di problemi ambientali, deve essere molto più ampio, perché gli impianti non possono essere monotematici. Il cane continuerà a mordersi la coda per sempre se il pubblico dei progettisti non imparerà ad aggiornarsi quotidianamente sullo stato globale attraverso gruppi di lavoro che si riuniscono ogni giorno, come avviene in una grande azienda manifatturiera che produce un prodotto complesso e ad alta tecnologia, come l’industria automobilistica. Peccato che quest’industria, in centoventi anni, non si sia accorta che sarebbe cambiato anche l’alimentazione dei motori. Questa potrebbe essere un’altra sfida del futuro: ridurre al minimo i generatori mobili di energia idroelettrica, aumentando l’esercizio di pressione di un gas comprimibile sull’acqua incomprimibile, senza combustibile, con un’autonomia di funzionamento oggi inconcepibile, se non si ricorre alla pericolosa energia nucleare. Ma l’energia nucleare difficilmente può essere montata sui veicoli. Naturalmente è essenziale anche la tecnologia elettronica sviluppata per il controllo della velocità dei motori elettrici, dell’apertura delle valvole, del controllo delle pressioni, ma anche questa invenzione non sarebbe possibile senza le doppie pompe di alimentazione sul lato di aspirazione, che non permetteranno la dispersione della pressione di esercizio, e nemmeno dell’acqua, che insieme produrranno energia. Ma i produttori di motori a combustione stanno sviluppando motori ibridi che riducono l’inquinamento, non lo eliminano, mentre i macchinari elettrici comportano costi elevati per lo smaltimento delle batterie, bassa potenza e scarsa autonomia. Le soluzioni parziali potrebbero andare bene quando non si vedono soluzioni complete come l’energia idroelettrica pressurizzata mobile.

Esiste al mondo qualcuno, pubblico o privato, con maggiori mezzi economici di un pensionato, che voglia andare controcorrente? Credo che il mondo, così grande, si stia perdendo in un piccolo bicchiere d’acqua, perché bastano poche migliaia di dollari o euro per testare i principi fondamentali di queste invenzioni. Se tutto funziona, l’industrializzazione può avvenire rapidamente in condizioni di concorrenza leale tra tutte le aziende interessate, dando a Cesare quel che è di Cesare. Potrebbe anche essere un semplice ringraziamento. Come inventore, non credo alle attuali norme sulla proprietà intellettuale, che non hanno mai tutelato gli inventori, ma solo gli industriali, che possono permettersi di pagare per la tutela. La proprietà industriale sembra ora concepita appositamente per proteggere solo le multinazionali e i prodotti commerciali.

I veri padri della scienza e del progresso sono stati coloro che hanno studiato le soluzioni nei minimi dettagli, andando persino controcorrente, come Aristotele, Archimede, Galileo, Pascal, Newton, Einstein. Chi scrive cita, indegnamente, questi grandi uomini che hanno dimostrato, ancor prima che si verificasse lo sviluppo industriale, senza il supporto delle tecnologie industriali e dei computer, che nell’ambiente e nella natura tutto è connesso da una logica precisa, che probabilmente non si ritroverebbe mai nella società moderna, dove la ricerca è motivata unicamente dal profitto. Oggi, il genio di questi grandi uomini verrebbe assorbito da una corporazione e non avrebbe mai compiuto quelle grandissime scoperte motivate unicamente dall’amore per la scienza. A fini pratici, soprattutto ambientali, le scoperte di questi grandi uomini non vengono sfruttate appieno, perché raramente sono state utilizzate in modo sinergico. Anche il profitto privato ha preso il sopravvento e le applicazioni scientifiche sono state frammentate, tanto che esistono lobby di vario tipo di energia e di depurazione, che lasciano enormi lacune tecniche e legislative. Nessuno si rende conto che in tutto il mondo non esiste un insieme di sistemi collegati razionalmente a cicli completi inorganici e inorganici lasciati in sospeso dalle varie attività umane. Ma io, che ho proposto, senza successo, sistemi di purificazione globale, in questo articolo voglio parlare, soprattutto della nuova energia idroelettrica, che sta percorrendo un cammino ancora più difficile, non ottenendo nemmeno il supporto degli uffici brevetti. Aristotele nella sua “Fisica” del IV secolo a.C. affermava che lo stato naturale dei corpi è la quiete, cioè l’assenza di movimento, e che qualsiasi oggetto in movimento tende a rallentare fino a fermarsi, a meno che non sia costretto a continuare il suo movimento. La figura mostrata di seguito (tratta da Wikipedia) mostra il pendolo di Newton, costituito da diverse sfere (di solito cinque), che viene utilizzato per illustrare le leggi di conservazione della quantità di moto e dell’energia.

Questo semplice esperimento è un sistema isolato che dimostra come, con il passare del tempo, l’attrito con l’aria disperda gradualmente l’energia inizialmente impartita alle sfere. Di conseguenza, il periodo di oscillazione dei pendoli diminuisce progressivamente fino a portare all’arresto del moto delle sfere. Come diceva Aristotele, è necessario fornire energia per mantenerlo in movimento. Il problema dell’umanità, così come quello della depurazione, che come accennato in precedenza nessuno vuole affrontare seriamente, è anche quello dell’energia pulita, che serve a mantenere in moto le attività umane. Nemmeno questo problema vuole essere affrontato seriamente; se qualcuno vuole discutere di nuovi modi di produrre energia idroelettrica, mi offro, non solo sulla base di conoscenze teoriche, ma anche di esperienza pratica nella progettazione e costruzione di impianti. Ho riportato il noto e semplice esperimento del pendolo come premessa di un discorso molto più ampio, non sulla conservazione dell’energia, che è ovvio e certamente non metto in discussione, ma sulla trasformazione dell’energia, che è un’altra cosa, molto più importante. In realtà, il moto perpetuo meccanico non può esistere, ma la tecnologia sinergica e multidisciplinare, che include principi scientifici e applicazioni in ambito idraulico, meccanico e pneumatico, può esistere anche con rese molto elevate, come dimostro in questa pubblicazione.

Non sono testi i silenzi che ho colto sugli aspetti di purificazione ambientale e su coloro che stanno raccogliendo le mie recenti invenzioni relative all’energia idroelettrica, perché molte persone non possono esprimere liberamente le proprie opinioni, essendo vincolate dalle politiche aziendali pubbliche e private, inoltre, pochissimi hanno l’esperienza necessaria per valutare i meriti di queste invenzioni. Infatti, i commenti ricevuti dall’Ufficio Brevetti, europeo e italiano, non entrano nel merito delle soluzioni, si limitano ad accusarmi di violare i principi di conservazione dell’energia, come se fossero leggi divine.

Questi principi sono stati concepiti per sistemi isolati, in assenza di tecnologie specifiche, e si estendono non solo a sistemi multidisciplinari, ma anche all’accoppiamento di macchine che sfruttano, a differenza del passato, le energie fisiche presenti nello stato inerziale dell’aria e dell’acqua.

La seconda accusa, sempre generica, è la seguente: “l’energia consumata è prodotta dallo stesso sistema”. Anche questa è un’affermazione assurda, perché tutte le centrali elettriche del mondo consumano parte dell’energia che producono, comprese quelle che utilizzano combustibili. Probabilmente, gli esaminatori di brevetti intendono dire che l’energia può essere prodotta tramite combustibili, processi biochimici o energia cinetica dovuta al vento e ai gradienti dell’acqua, mentre le forze gravitazionali, la pressione statica dell’aria e dell’acqua, sono paragonabili al nulla. Il nulla non può essere trasformato in energia.

 Ciò è in contrasto non solo con quanto dimostrato dal sottoscritto nei singoli depositi brevettuali con calcoli pratici, basati sui principi di Newton, Bernoulli e Pascal, ma anche con la teoria della relatività generale di Albert Einstein. Einstein espresse una visione moderna della gravità, non più vista come una forza, ma come conseguenza della curvatura dello spazio sui corpi in movimento, confermata dalla forma sferica dei pianeti e dalla graduale stratificazione dei vari gas che li circondano, come cerchi concentrici tenuti insieme da forze gravitazionali, con densità decrescente dal centro. Gli strati non sono separati ermeticamente. Se abbiamo sette densità principali, che formano sette sfere principali, all’interno di ciascuna di queste densità ci sono sette strati di subdensità, e all’interno di ogni subdensità ci sono sette strati di subdensità, e così via. Persino il confine tra idrosfera e atmosfera inferiore (troposfera) è un confine flessibile e permeabile che permette la trasmissione di energie chimiche e fisiche. Basti dire che l’assorbimento di CO2 da parte dell’acqua sta diventando più acido, ma dal punto di vista energetico è interessante osservare i venti che producono onde superficiali e correnti sottomarine. La linea di confine tra i gas atmosferici comprimibili e l’acqua incomprimibile è un’immensa fonte di energia. Infatti, l’energia dell’acqua e dell’aria, in condizioni di quiete, si bilancia nello strato superficiale dell’acqua solo perché l’acqua è incomprimibile, ma essendo anche estremamente flessibile, come dimostrano le correnti oceaniche, è molto adatta alla trasformazione di energia. Il problema era trasformare l’energia cinetica in elettricità. Questo problema può essere risolto in due modi:

1.  Incanalando il movimento spontaneo delle onde e facendole cadere dalla superficie dell’acqua tramite grandi opere di ingegneria civile ed elettromeccanica su pali di una turbina idraulica.
2.  Considerando il grande volume d’acqua a nostra disposizione sul pianeta “Terra”, disseminato di serbatoi pressurizzati di grandi e piccole dimensioni a pressione atmosferica, all’interno dei quali siamo in grado di concentrare artificialmente l’energia della pressione dell’aria e quella della posizione della superficie dell’acqua, in un solo punto, ovvero la girante di una turbina idraulica posta sotto la pompa, utilizzando l’intubazione verticale dell’acqua e posizionando la pompa in basso.

Nonostante fino ad oggi sia stata utilizzata solo la prima soluzione, la seconda è di gran lunga migliore, non richiede grandi opere edili e può essere trasportata ovunque, soprattutto in bacini artificiali di qualsiasi dimensione. Inoltre, con la modifica delle pompe e dei sistemi, come specificato di seguito, è possibile produrre energia anche sollevando l’acqua negli acquedotti, a beneficio dell’ambiente e persino in una versione mobile.

Queste soluzioni non sono nemmeno state ispirate dalla relatività generale che ha ispirato l’energia nucleare, importanti scoperte astronomiche, ha spiegato importanti fenomeni gravitazionali che non erano compresi, ma gli uomini non hanno capito come migliorare l’energia idroelettrica nata nel 1870, che utilizza solo l’energia cinetica prodotta dal salto idraulico tra due bacini posti a diverse altitudini e da alcune onde frangenti. Per quanto mi riguarda, la relatività generale è la conferma più autorevole della capacità di produrre elettricità nello stesso volume d’acqua, sebbene sia più facile comprendere le altre leggi fisiche, citate senza successo nelle domande di brevetto e in altre pubblicazioni da me stesso. Il sottoscritto non ha trovato alcuna pubblicazione sul web che parli di esperienze fatte sulla combinazione di pompe e turbine in linea nella stessa discesa dell’acqua, per vincere lo stato di inerzia e concentrare la massa mobile sui poli di una turbina. Ciò è confermato anche da rapporti di ricerca, ricevuti dall’Ufficio brevetti europeo. Pertanto, nessuno sulla Terra ha mai tentato di sfruttare l’energia della posizione relativa tra la superficie e la parte sottostante dello stesso serbatoio, bacino, natura, mare, oceano, mediante l’intubazione dell’acqua e la combinazione in serie di pompe e turbine. Nessuno ha tenuto conto di questa energia a causa di un’errata interpretazione della legge di conservazione dell’energia meccanica. Questa legge afferma che, in un campo di forze conservative, nel moto di un corpo sotto l’azione delle forze del campo si conserva l’energia totale, ovvero la somma dell’energia cinetica e dell’energia potenziale. È chiaro che questa legge si riferisce a un sistema isolato e non può essere invocata nel caso delle soluzioni che propongo.

Questa legge non spiega l’origine delle forze del campo, che è il vero problema da risolvere, insieme al sistema per mantenere tali forze nel tempo. Questa legge, all’epoca in cui fu concepita, non poteva prevedere che la combinazione di tre elementi, allora inesistenti, avrebbe cambiato completamente le cose: l’intubazione verticale dell’acqua di superficie, una pompa e una turbina in serie sul fondo del tubo e nello stesso bacino idrico, o nell’estensione verticale dello stesso senza interruzione.

Con questo semplice sistema, con quattro monete, possiamo risolvere uno dei più grandi misteri della natura e creare un flusso d’acqua, unidirezionale, infinito, che durante la discesa sfrutta simultaneamente la forza gravitazionale, la pressione atmosferica e il peso dell’acqua intubata, mentre la risalita dell’acqua non è necessaria, poiché la densità della superficie dell’acqua è uguale a quella sottostante. Quindi, il moto perpetuo combinato: idraulico e meccanico è possibile consumando una piccola parte dell’energia prodotta. La fonte primaria non è il petrolio, ma l’energia cosmica. Gratuita, nessuno vuole usarla e sperimentare, questa soluzione viene contestata con la calunniosa accusa di non rispettare i principi di conservazione dell’energia. È un classico caso del bue che chiama l’asino cornuto.

Chi rispetta i principi di conservazione dell’energia? La classe dominante mondiale con il petrolio, il gas di scisto, il nucleare, o io stesso che ho visto cestinare trenta brevetti sulla protezione ambientale e sulle energie alternative sostenibili? Anche quando ho concesso brevetti, il risultato non è cambiato perché nessuno ha voluto investire. Il motivo è molto semplice: se il sistema è complesso, nonostante il riconoscimento del brevetto, nessuno lo realizza perché il legislatore non emana norme internazionali vincolanti per tutti (ad esempio, per neutralizzare la CO2, o per non scaricare acque acide nei corpi idrici: oggi le leggi consentono lo scarico di acqua trattata con pH 5,5 e la CO2 e il particolato nell’atmosfera perché lo stato dell’arte non ha ancora risolto questi problemi, mentre il sottoscritto nel 2012 ha brevettato inutilmente la neutralizzazione della CO2 nelle serre calcaree che produrrebbe anche acqua alcalina e ridurrebbe parte delle polveri sottili, se il sistema fosse utilizzato anche nei centri urbani, v. pos. 6). Pertanto, il sistema brevettato, che supera lo stato dell’arte, non è competitivo. Potrebbe accadere solo in una fase successiva, quando interviene il legislatore, ma quest’ultimo non interviene se non vede almeno un impianto in funzione e i risultati delle analisi di laboratorio delle acque e dell’aria. In queste condizioni, è come un cane che si rincorre la coda senza fine, perché l’invenzione è stata realizzata da un inventore privato che non ha la forza economica per portarla avanti. Quando si tratta di installazioni di servizi pubblici dovrebbero intervenire i ministeri dello sviluppo economico, dell’ambiente o le Nazioni Unite, ma per ragioni sconosciute non intervengono.

Come già accennato, il sottoscritto, per esperienza, sa che ottenere il riconoscimento di un brevetto, da un punto di vista pratico, non significa nulla se nessuno lo finanzia, ma in quanto inventore indipendente di soluzioni ambientali ed energetiche, egli rivendica il diritto al riconoscimento dei brevetti. L’archivio dei brevetti è importante anche per la storia della scienza. Chi ha ragione o torto, prima o poi verrà a galla e la questione sfuggerà alla competenza degli uffici brevetti.

Qualunque cosa accada, credo che almeno coloro che accetteranno le mie riflessioni e i miei calcoli energetici potranno finalmente comprendere dove possiamo trovare l’energia pulita per avviare il movimento e mantenerlo nel tempo.

Einstein comprese e dimostrò che il principio di conservazione dell’energia coinvolge sia la materia che l’energia. Con la relatività generale, queste due realtà possono essere considerate congiuntamente, dato che l’una può trasformarsi nell’altra secondo una precisa relazione matematica; quindi, la stessa materia può essere trasformata in energia, se progettiamo e costruiamo gli impianti in cui le condizioni sono favorevoli a questa trasformazione, oppure, prima, creiamo le necessarie condizioni di installazione e poi iniziamo a produrre energia. Non solo possiamo trasformare l’energia cinetica di posizione in elettricità e viceversa, ma possiamo anche trasferirla ad altri sistemi, nella versione artificialmente pressurizzata, come se derivasse da un combustibile. Di fatto, anche il primo principio della termodinamica è una formulazione del principio di conservazione dell’energia, affermando che l’energia di un sistema termodinamico isolato non crea né distrugge, ma trasforma, passando da una forma all’altra. È ovvio che è più facile produrre energia termica che fisica perché quest’ultima, potendo essere prodotta solo da un’energia di posizione, conduce a dimensioni superiori, realizzando anche una versione artificialmente pressurizzata.

Ma l’energia di posizione è più economica e pulita dell’energia termica e la possibilità di ridurre le dimensioni della versione mobile, tramite gli esperimenti sono immense, se consideriamo che le pompe possono arrivare a pressioni di 100 bar, di conseguenza anche le PAT (pompe utilizzate come turbine) e che al posto dell’aria compressa si può utilizzare un gas che si liquefa a una pressione più elevata.

Credo che si stia perdendo il mondo in un bicchiere d’acqua, perché finché queste soluzioni semplici non verranno testate, sarà difficile riconoscere concretamente dove si cela il potenziale energetico fisico che eliminerebbe i costi di perforazione, raffinazione, trasporto e depurazione, trattandosi di un’energia pronta all’uso, soprattutto pulita. Non so cosa succeda negli altri Paesi, ma in Italia l’Ufficio Brevetti, sotto il Ministero dello Sviluppo Economico, dovrebbe essere un ministero che promuova e finanzi questi esperimenti. Invece accade il contrario. Non parlo di energia nucleare, fusione calda o fredda, nemmeno per processi complessi come la trasformazione dell’idrogeno in combustibile. Parlo di energia pulita pronta all’uso, accessibile a tutti, che richiede solo poche migliaia di euro per sperimentarla nelle diverse soluzioni, almeno per capire chi ha ragione e chi ha torto.                                                                                                

La tecnologia necessaria per realizzare ciò che propongo è disponibile da almeno mezzo secolo. Ma è chiaro che queste soluzioni non sono convenienti per nessuno di coloro che hanno gestito male le soluzioni energetiche, dal punto di vista scientifico, economico, tecnico e politico, come è stata utile l’energia biologica, integrata nella depurazione dell’acqua e dell’aria urbana, che eliminerebbe gli impianti di depurazione esistenti, utili lontano dalle città, che non depurano l’acqua dei pozzi, mentre l’inquinamento atmosferico urbano non viene depurato ma rilasciato nell’ambiente dai venti e dalle piogge occasionali. La nuova energia idroelettrica disturba le energie vecchie e nuove, perché nessuno potrebbe competere in termini di rapporto costi-benefici e qualità, così come il trattamento globale fornito dal sottoscritto disturba le attuali depurazioni perché significa che sono sbagliate, sia i sistemi di depurazione, sia quelli energetici. Se gli impianti sono sbagliati, sono sbagliate anche le macchine prodotte dalle aziende private, nonostante abbiano sviluppato buone tecnologie.

In effetti, nei sistemi industriali, fino a prova contraria, gli impianti sono progettati per eseguire determinati cicli di lavoro e per eseguirli è necessario utilizzare delle macchine. Non è possibile prevedere cicli che le macchine non siano in grado di realizzare e non si possono configurare i sistemi solo con le macchine che il mercato offre. Chi progetta gli impianti di pubblica utilità deve essere in grado di predisporre le specifiche tecniche che consentano ai produttori di progettare e costruire le macchine adatte, ma questo non accade negli impianti pubblici. Mentre nella grande industria privata le macchine sono realizzate su misura per il cliente, esistono persino robot per la saldatura, l’assemblaggio e la verniciatura. Di fatto, le pompe con doppia alimentazione sul lato di aspirazione, indispensabili per le applicazioni idroelettriche con ricircolo dell’acqua, sia fisse che mobili, non esistono ancora, non per colpa di chi costruisce le pompe, ma di chi progetta gli impianti, che non le hanno mai richieste.

 Questa versione della pompa non è ancora stata presentata all’ufficio brevetti, ma il silenzio dei produttori di pompe ha già suscitato scalpore, in quanto questi preferiscono continuare a costruire pompe multistadio che consumano più energia e richiedono motori più potenti, finché il mercato non richiederà pompe che necessitino realmente di risparmio energetico e di una produzione di energia sostenibile. Con questa involontaria connivenza tra gestori pubblici e privati, si promuove un modello di sviluppo errato in cui a guadagnare sono solo gli addetti ai lavori, pubblici e privati, mentre l’ambiente, l’economia reale e i contribuenti che pagano le tasse ne risentono.

Ovviamente, per smuovere un sistema inefficiente nel mondo, non bastano i dettagli elaborati da un pensionato, anche se si possono quasi toccare. Questa sarebbe un’opportunità per l’opposizione di contrastare facili proposte alternative, anche con esperimenti. Ma coloro che dispongono di fondi sufficienti preferiscono opporsi solo alle parole, non ai progetti. Mi riferisco ai sindacati, alle associazioni ambientaliste, alle chiese, ai poveri e alla gente comune che non appartiene agli undici milioni di persone che detengono il 75% della ricchezza globale. Gli emarginati dai poteri decisionali continuano a delegare il 100% dello studio delle soluzioni energetiche e di depurazione ai potenti della terra, che non vogliono trovarle per non distribuire più equamente la ricchezza. Se le cose non stessero così, almeno alcune delle soluzioni che ho proposto verrebbero messe alla prova. Il degrado ambientale, la disoccupazione e l’enorme disparità tra ricchi e poveri non sono colpa solo dei potenti e della mafia, ma anche di coloro che si oppongono solo con strumenti di facciata, senza entrare nei dettagli delle soluzioni ma solo nelle lamentele. La guerra all’inefficienza va combattuta punto per punto, senza perdere di vista l’obiettivo generale, non politico, ma del bene comune. Nei regimi democratici, chi governa deve anche confrontarsi con i progetti di pubblica utilità alternativi proposti dall’opposizione, che non dispone dei fondi necessari o non giustifica tecnicamente il rifiuto. Non basta il semplice silenzio. Se l’industrializzazione ha prodotto qualcosa di buono, questo è la tecnologia, che, se applicata correttamente, permetterebbe la realizzazione di impianti coerenti con l’ambiente. Un impianto non può essere interpretato come un trattato filosofico, è fatto di dettagli, basati su principi idraulici, pneumatici, elettrici, già collaudati. Se funziona o meno deve essere dimostrato sperimentalmente. Nessuno può impedire la concessione di un brevetto a un inventore che non ha i fondi per le prove, senza specificare quali siano i dettagli che non funzionano, non per principio generale, ma per leggi fisiche, come la comprimibilità dei gas, l’incomprimibilità dei liquidi, il principio di confinamento dei recipienti, il principio di Pascal, la relatività generale di Einstein.

L’energia idroelettrica con il salto idraulico non viola il principio di conservazione dell’energia perché utilizza l’energia di posizione, chiaramente visibile a tutti. Ma non si può nemmeno dire che violi questo principio chi costruisce un impianto un po’ più complesso per sfruttare l’energia di posizione meno accessibile, ma altrettanto reale, documentata con semplici calcoli idraulici (vedi altre pubblicazioni disponibili sul sito web https://www.spawhe.eu). Infatti, l’energia di posizione non accessibile può essere trasformata in energia cinetica mediante l’immissione di una porzione di acqua in una macchina (pompa) che la trasforma in energia cinetica e successivamente utilizza quest’ultima per produrre energia elettrica tramite la turbina con il relativo alternatore. 

Non si può dire che nemmeno un malcontento che compie queste trasformazioni produca energia dal nulla, perché le forze gravitazionali e la pressione idrostatica dell’acqua sono in equilibrio energetico inerziale. È sufficiente rompere l’equilibrio per ottenere un trasferimento di energia da un sistema all’altro. A questo serve la progettazione ambientale, non l’assemblaggio di macchine che il mercato offre alle multinazionali. Non si può nemmeno dire che l’energia prodotta non possa superare il ritorno del 100% rispetto al dispendio energetico, perché esistono leggi fisiche più favorevoli alla fase di conversione dell’energia (discesa dell’acqua) e più parsimoniose nella fase successiva (uscita della turbina), che non comporta dispendio energetico, a parte l’attrito tra le molecole (v2/2g) e le pareti di un serbatoio (se non siamo in un grande bacino) che, tuttavia, non comporta l’onere del sollevamento dell’acqua, che agisce in ogni caso, negli impianti sempre pieni, dove la prevalenza di aspirazione e la portata della pompa coincidono. Quindi, per la circolazione dell’acqua non bisogna vincere pressioni ma solo l’attrito del circuito. Se è necessario creare uno squilibrio pressostatico, la pressione deve essere esercitata sulla pompa di aspirazione, non su quella di mandata. Mi dispiace dirlo, ma queste cose non richiedono test, bensì solo riflessioni, che purtroppo nessuno fa e che il sottoscritto potrebbe fare solo in quanto pensionato. Tutti gli impianti che sollevano l’acqua contro la pressione atmosferica e la forza di gravità sono energeticamente errati. Per questo motivo, come ho proposto nel mio brevetto, anche gli impianti di sollevamento e le pompe dovrebbero essere modificati.

La formula E = mc² ^di Einstein, divenuto il più famoso al mondo, esprime in qualsiasi sistema di riferimento l’energia totale di una particella stazionaria rispetto a quel particolare sistema di riferimento. Se il corpo è in movimento, la formula diventa E = mg c² ^, dove “m” è la massa relativistica, “g” è il coefficiente di espansione e “c” è la velocità dell’elettrone. Questa formula è molto simile a quella di Newton, riguardante la trasformazione dell’energia potenziale in energia cinetica. Ma Einstein afferma che l’energia fornita non aumenta la velocità del corpo, bensì la sua massa: il corpo diventa sempre più “pesante”. Nel concetto di spazio-tempo, che unisce le nostre nozioni classiche di spazio e tempo tradizionalmente distinti in un unico costrutto unico e omogeneo, molti scienziati hanno dimostrato che quella che chiamiamo forza gravitazionale ha una forma curva che dipende dalla massa del sole e dei pianeti, ma Einstein ha dimostrato che le masse distorcono lo spazio-tempo nelle loro vicinanze e che altri corpi si muovono su traiettorie determinate dalla geometria dello spazio-tempo (ad esempio il vento). In altre parole, una concentrazione di materia curva lo spazio (e il tempo) come una membrana elastica. Nei buchi neri il tempo rallenta notevolmente; si può supporre che, al loro interno, il tempo atmosferico sia completamente fermo. Questo spiega la densificazione della materia e le ragioni per cui il materiale diventa più pesante. Questo concetto è ben illustrato dalla seguente figura pubblicata in un breve video disponibile online dalla rivista “La stampa tv scienza”.

Ad esempio, le equazioni di Einstein possono stabilire se e in quali condizioni è possibile che la concentrazione di materia nel cosmo formi un buco nero, e cosa accadrebbe nelle sue vicinanze.

Applicando questo concetto all’ambiente terrestre, esistono numerosi fenomeni che confermano come la materia si trasformi in energia quando si verifica un’alterazione dell’equilibrio inerziale per diverse ragioni, come ad esempio il passaggio di una cometa nelle vicinanze, le differenze di potenziale tra le nuvole e la Terra, le cui differenze di potenziale possono persino produrre immense scosse elettriche. Allo stesso modo, i venti sono masse d’aria che si muovono orizzontalmente sulla superficie terrestre, da zone di alta pressione a zone di bassa pressione. La direzione del vento è influenzata dalla rotazione terrestre. Con le turbine eoliche catturiamo una parte infinitesimale di questa energia fisica. Personalmente, potremmo catturare molta più energia se fossimo noi stessi a rompere l’equilibrio delle masse inerziali, laddove le condizioni sono più favorevoli, in particolare al confine tra l’atmosfera e qualsiasi specchio d’acqua, con il sistema da me chiamato “idroelettrico sommerso”.

In effetti, l’intuizione del sottoscritto, di creare energia richiamandola dal basso attraverso una pompa capovolta, è confermata sia dal punto di vista di Einstein che da quello di Newton: con la concentrazione di una massa d’acqua nel tubo verso il basso, abbiamo solo l’energia potenziale iniziale: E = U = m * g * h. Se la massa d’acqua si muove a causa di un flusso discendente prodotto all’interno del tubo dalla pompa, all’estremità inferiore, l’intera massa d’acqua contenuta nel tubo, secondo Einstein, il sottoscritto, il teorema di Bernoulli, il principio di Newton (rappresentato nella figura con la testa di Einstein) si muove verso il basso, trascinando altre particelle dalla superficie dell’acqua verso il basso, diventando sempre più pesante, non veloce, perché la velocità della materia, soprattutto nell’ambiente terrestre, ha un limite molto basso: tutta l’energia viene dissipata sotto forma di calore. Nel nostro caso, però, ciò non accade perché la velocità dell’acqua viene frenata dalle pale di una turbina e dal relativo alternatore, producendo energia idroelettrica infinita, con un consumo energetico molto basso, poiché l’acqua, negli impianti sempre pieni, non viene dispersa, come negli impianti idroelettrici tradizionali, e non necessita di essere sollevata al livello superiore. Infatti, poiché il livello di aspirazione e di mandata della pompa coincidono, il circuito termina all’uscita della turbina. Avendo la stessa densità in tutto il bacino, l’acqua si muove semplicemente su e giù e tutta l’acqua che entra nel tubo di discesa è acqua di superficie che si muove solo orizzontalmente fino all’ingresso del tubo, senza dover sostenere sforzi contro la forza di gravità.

Per quanto mi riguarda, questa è la corretta interpretazione del principio di conservazione dell’energia, tenendo conto dello stato dell’arte delle macchine sviluppate, basate non solo sui principi generali, ai quali furono costretti a fare riferimento i padri della scienza. Queste considerazioni si applicano anche applicando semplicemente il teorema di Bernoulli al circuito intubato sommerso, ma per esprimere il concetto di Einstein, possiamo dire che per risvegliare l’energia presente nel contesto di un qualsiasi volume d’acqua, è necessario creare un piccolo buco nero in questo volume d’acqua per mezzo della pompa, curvando la superficie di confine tra aria e acqua, con l’aiuto della pressione dell’aria atmosferica, e successivamente gestendo questa energia per mezzo della turbina. In sostanza, utilizzando le sinergie tra intubazione, pompe e turbine possono produrre energia indefinitamente senza combustibile, utilizzando precisamente l’energia di posizione, la pressione atmosferica e la forza di gravità, la comprimibilità e l’impalpabilità dell’acqua. Queste ultime due caratteristiche diventano preziose quando, all’uscita della turbina, l’acqua con energia residua si disperde nell’acqua statica circostante, senza subire l’opposizione della pressione idrostatica, che subirebbe se non fosse impalpabile, incomprimibile e non avesse la stessa densità. Infatti, quando scarichiamo acqua dolce sul fondale marino, si verifica un leggero aumento della caduta di pressione all’uscita (V2 / 2g) in relazione ai diversi pesi specifici (1025/1000), essendo l’acqua statica all’uscita della turbina più densa. L’acqua che esce (più leggera) risale lentamente in superficie per spinta di galleggiamento. Ma questo non accade nei casi che esamineremo, motivo per cui utilizziamo acqua con la stessa densità. Pertanto, l’acqua rimane sul fondo della vasca, a meno che la vasca non sia di sezione molto piccola rispetto al flusso d’acqua e l’acqua venga riciclata in un circuito aperto (o chiuso), ma in ogni caso con lo stesso livello d’acqua sulla pompa di aspirazione e mandata. Pertanto, nei nuovi sistemi idroelettrici che propongo, non si dovrebbe mai parlare di costi energetici per il sollevamento idraulico, ma di perdite minori o maggiori per attrito, che possono sempre essere compensate dalla prevalenza positiva della pompa, o dalla prevalenza della stessa. Ma in questi sistemi, come detto sopra, non si deve mai parlare neanche della contropressione idraulica che per molti impedirebbe all’acqua circolante nel tubo di discesa di creare la caduta di pressione necessaria per la produzione di energia. Infatti, il fenomeno che produce energia nella turbina non è la caduta di pressione, ma la trasformazione dell’energia della posizione della superficie dell’acqua da potenziale (m * g * h) a cinetica (1/2 * m * v ²), che si concentra sulle pale della turbina provocandone la rotazione. Senza l’immissione di una piccola parte d’acqua nella vasca e senza posizionare la pompa sul fondo del tubo, non esiste la massa “m” e nemmeno la posizione di altezza “h”. Esiste solo l’accelerazione gravitazionale “g” sulla superficie dell’intera vasca in stato inerziale, la quale, come disse Einstein, in presenza di concentrazione di materia (causata dalla rotazione della pompa) curva lo spazio (e il tempo) come una membrana elastica. E nel caso specifico di un materiale come l’acqua impalpabile, incomprimibile, che assume la forma del serbatoio che la contiene, la membrana elastica, rappresentata dalla linea di confine tra la superficie dell’acqua e l’aria atmosferica, si ricompone immediatamente, garantendo la trasformazione di energia per tutto il periodo in cui sussiste la perturbazione dello stato di inerzia (cioè, fino a quando la pompa alimenta la turbina). Ciò non solo dimostra che la pressione idraulica statica in bacini pieni d’acqua non interferisce con l’energia cinetica interna del volume d’acqua, ma mostra anche che i principi di conservazione dell’energia devono essere estesi tenendo conto anche delle caratteristiche fisiche della materia coinvolta nelle trasformazioni e delle caratteristiche generali del sistema in cui avviene il processo. Infatti, la legge di Bernoulli, che riassume il concetto di conservazione dell’energia dei fluidi, afferma che: “Se il fluido scorre in un condotto dotato di una strozzatura in cui V1 e V2 sono le velocità, S1 e S2 sono le rispettive superfici delle sezioni, P1 e P2 le pressioni manometriche misurate in corrispondenza di tali sezioni, per il principio di conservazione dell’energia si stabilisce la seguente relazione: P1 + P2 + = ½ d V1 ² V2 ²½ d. La costanza del valore dell’espressione mostra che, maggiore è la differenza di velocità nelle rispettive sezioni, minore è la differenza di pressione, e viceversa. Questa legge è valida sia nella circolazione di un liquido che di un gas, ma riassume anche i fenomeni. Infatti, il diverso comportamento energetico tra un fluido in movimento e un altro si può osservare solo creando sistemi più completi. Infatti, i gas sono comprimibili e i fluidi sono incomprimibili, come dimostrato in questa pubblicazione, sfruttando queste caratteristiche possiamo scrivere altre pagine sulla trasformazione dell’energia, che non sono state scritte da scienziati che hanno utilizzato le teorie di Einstein per sviluppare energie, che devono ancora partire da zero per trasformare la materia (a volte radioattiva). Senza rendersi conto che le stesse leggi possono essere utilizzate anche per applicazioni molto più pratiche, che ci permetterebbero di non partire da zero, sfruttando la forza gravitazionale, l’energia, la pressione dell’acqua e dell’aria (naturale e artificiale). Nel complesso, questa interpretazione, più completa, è confermata dalle stesse leggi della fisica che esistono: vasi comunicanti, principio di Pascal, Bernoulli, Newton, Venturi, Torricelli, ecc.

D’altra parte, la stessa energia prodotta dal salto idraulico alla pressione atmosferica utilizza il principio di Newton, che è molto simile a quello di Einstein, ma non c’è bisogno di una pompa per vincere lo stato di inerzia della posizione dell’acqua. Per sfruttare l’energia della posizione dell’acqua contenuta in una vasca superiore (m * g * h) basta aprire una paratoia e l’acqua nel tubo di uscita acquisisce una velocità proporzionale alla massa in ingresso e all’altezza dell’oscillazione “h”, indipendentemente dalla massa presente nell’intera vasca. Anche in questo caso, se non ci fossero le turbine, tutta l’energia cinetica si disperderebbe in calore nei tubi di discesa e in uscita. Tuttavia, sono passati più di 150 anni dall’invenzione delle turbine e nessuno ha mai pensato di sfruttare l’energia della posizione relativa dell’acqua in superficie rispetto a quella sottostante, semplicemente perché questa energia è meno appariscente. Eppure, intorno al 1640 Torricelli pubblicò la sua legge che mostra senza alcun dubbio l’esistenza di questa energia: “la velocità di un fluido che fuoriesce da un foro (di sezione molto piccola rispetto alla dimensione del contenitore) è uguale alla radice quadrata del doppio dell’accelerazione di gravità e del prodotto della distanza “h” tra la superficie libera del fluido e il centro del foro che è stato praticato: v = √(2gh). In altre parole, la velocità è uguale a quella che avrebbe il fluido durante una caduta libera dall’altezza “h”. Nel nostro caso, la pompa-maglia fino alla profondità “h” spostando il liquido verso il basso, produce lo stesso effetto del foro di Torricelli, ma con il vantaggio che il serbatoio non viene svuotato e produce energia nella turbina con l’energia cinetica acquisita dall’acqua superficiale che cade all’interno del tubo verticale.

2.1 ) Altre riflessioni sulla produzione di energia idroelettrica senza il salto idraulico.

L’acqua è quasi impalpabile come l’aria, ma ha una densità quasi mille volte superiore. L’aria è comprimibile, mentre l’acqua è incomprimibile. Il movimento dei corpi nell’acqua e nell’aria è molto diverso, a seconda della loro gravità relativa all’acqua o all’aria. Lo stesso movimento dei fluidi, pur seguendo le stesse leggi in proporzione alla grande differenza di densità, viscosità ecc., differisce notevolmente se si confronta il fattore di comprimibilità e la comprimibilità. Per me l’acqua è il mezzo più potente per la produzione di energia per le sue caratteristiche e anche per la grande abbondanza presente sul pianeta. Non c’è bisogno di sfruttarla e il salto idraulico in combinazione con l’aria compressa potrebbe riservare piacevoli sorprese.

Partiamo però dalle riflessioni sui circuiti più semplici, come quello che segue, un semplice circuito di riciclo con vaso di espansione. Questo circuito non può essere sfruttato in un circuito di potenza perché non può utilizzare l’energia cinetica dell’acqua, quindi se usassimo una turbina produrremmo meno energia di quanta ne consumerebbe la pompa.

Nel disegno sottostante, invece, possiamo ipotizzare una produzione idroelettrica con riciclo dell’acqua, con un’efficienza energetica pressoché identica a quella senza riciclo, nel rispetto dei principi idraulici noti, ma sfruttando anche la forza gravitazionale (unidirezionale sulla pompa verso il riciclo) e l’incomprimibilità e l’intangibilità dell’acqua, che ne consentono la reintegrazione nel volume d’acqua del bacino superiore, senza l’opposizione della pressione idrostatica dello stesso bacino.

In effetti, mentre la discesa dell’acqua è causata dalla pompa che alimenta la turbina, dobbiamo considerare che con questo sistema otteniamo lo stesso effetto della caduta per gravità, poiché la turbina pesa allo stesso modo una massa d’acqua in movimento che acquisirebbe una velocità notevole dissipando tutta l’energia in calore nei tubi e in uscita, se non fosse la stessa turbina-alternatore a produrre elettricità invece di calore. L’unica differenza è che l’energia tradizionale si trasferisce solo per gravità mentre quella sommersa è condizionata dalla rotazione della pompa, come spiegato nello stesso schema, assorbe pochissima energia. Infatti, nell’ambiente di un tubo a discesa limitata, se le masse sono uguali, scendendo nella direzione della forza gravitazionale, aumentano allo stesso modo il proprio peso, indipendentemente dalla causa che produce il movimento. La potenza elettrica prodotta dalla turbina-alternatore si calcola allo stesso modo: (portata * h * efficienza = kW (meno kW assorbiti dalla pompa). Mentre, non c’è molta differenza tra un’uscita nell’atmosfera e un’acqua sommersa a uguale velocità di uscita (V ² / 2g).

Naturalmente, sono importanti i seguenti fattori:
1) I volumi d’acqua accumulati nel bacino devono essere ben superiori all’acqua riciclata. Per non essere accusati di realizzare un moto perpetuo, dobbiamo attingere energia da un sistema superiore che ne possieda una quantità maggiore di quella di cui abbiamo bisogno, ma allo stato inerziale. Infatti, secondo la teoria di Einstein, il tubo verticale posto sul fondo del serbatoio, per effetto di aspirazione della pompa, produce un piccolo buco nero che deforma la superficie elastica della linea di confine tra acqua e troposfera e il materiale cade nel tubo con una velocità che dipende dalla potenza della pompa.

2) Le sezioni di passaggio, il tubo e la pompa devono avere le dimensioni adatte a trasmettere l’intera pressione idrostatica necessaria per raggiungere (h = pressione unitaria * sezione) garantire che, tenendo conto della resa, si ottenga la potenza erogata dalla turbina. (Q * H * ȵ).

3) All’uscita della turbina dobbiamo avere un’espansione della sezione per simulare lo scarico sommerso, dove l’acqua sfrutta al meglio le caratteristiche di comprimibilità e intangibilità che le consentono di assumere la forma del serbatoio che contiene con minimo dispendio di energia, anche se lo scarico avviene in un’estensione profonda, simile a un tubo. Pertanto, non esiste alcuna differenza di altezza geodetica tra l’ingresso e l’uscita della pompa a valle della turbina, l’acqua non deve essere sollevata dalla pompa. Una volta entrata nell’estensione del serbatoio, pagata la caduta di pressione all’uscita, il circuito idraulico e l’energia si concludono. La pressione idrostatica all’uscita della turbina esiste ma non può opporsi all’energia cinetica residua che ne fuoriesce.

La figura sopra riportata mostra una riproduzione di un impianto energetico che si ispira ai pozzi artesiani, i quali consentono il sollevamento dell’acqua intercettando una vena idrica sotterranea che collega due serbatoi. Il flusso in uscita, senza consumo di energia, attraverso il tubo centrale che collega i due bacini dipende dal diametro del tubo e dall’altezza “h” secondo precisi calcoli idraulici. Questa condizione idraulica creata artificialmente è ampiamente sfruttata ai fini della distribuzione dell’acqua, ma non viene sfruttata per la produzione di energia elettrica, poiché non si tiene conto di un diverso utilizzo delle pompe e delle turbine idrauliche e della caratteristica incomprimibilità dell’acqua.

La figura sottostante mostra come si potrebbe utilizzare l’energia di posizione dell’acqua bassa (senza salto idraulico) per produrre energia invece di sollevare le acque superficiali per mezzo di una pompa che aumenta la portata e la pressione dell’acqua, sfruttando la gravità della colonna d’acqua intubata e quindi concentrando l’energia sulle pale di una turbina, che produce energia elettrica. Infatti, l’energia statica rilasciata dalla perforazione del tubo di collegamento (m*g*h + ½ mv² ⁼ costante) tra le due vasche e quella fornita dalla pompa e dalla forza gravitazionale, liberata dalla rottura dello stato di inerzia causata dalla stessa pompa, se non producono energia meccanica con il sollevamento dell’acqua, come rappresentato nella figura sopra, e anche energia elettrica per mezzo di una turbina, come mostrato nella figura sottostante, possono produrre solo calore per attrito con l’aria atmosferica che sarebbe dispersa nell’acqua, o con le molecole d’acqua, se l’acqua viene reimmessa nella vasca senza la riduzione della velocità che produrrebbe la turbina. Infatti, l’acqua, a differenza di quelle che si trovano al contrario, può essere reinserita nel serbatoio anche in presenza di un elevato volo idrostatico perché la pressione idrostatica non si oppone all’energia cinetica, ma con la classica perdita di carico all’uscita (V ² /2g).  

La figura sottostante spiega invece i motivi per cui abbiamo optato per uno schema con doppia pompa di alimentazione sul lato di aspirazione (che non esiste nello stato dell’arte attuale). Infatti, si può notare che la vasca dell’acqua sul lato sinistro è stata abbassata, quindi la pompa immette due flussi d’acqua con pressioni diverse. I dettagli sulla realizzazione interna delle pompe sono descritti nel capitolo in cui si parla della sostituzione delle pompe; in questa fase è sufficiente dire che con questa pompa è possibile miscelare l’acqua all’interno della pompa e ottenere in uscita la somma della portata e della pressione fornite dalla posizione della superficie dell’acqua nella vasca più alta. Se le sezioni di passaggio sono adeguate a trasmettere l’intera pressione anche alle acque a pressione inferiore, poiché la forza di spinta è uguale alla pressione unitaria nella sezione, possiamo produrre energia anche sollevando l’acqua dal fondo della vasca a quella superiore, per il semplice fatto che l’acqua non ha bisogno di essere sollevata per due motivi:

1) Perché il livello dell’acqua in aspirazione e in erogazione è lo stesso;

2) Essendo uguale alla densità nel bacino è sufficiente inserirla in qualsiasi punto del volume del bacino o di un’estensione di sezione ampia assimilabile, poiché l’acqua assume le dimensioni del serbatoio che la contiene con il minimo dispendio di energia, non imputabile a forze esterne.

Questo sistema, oltre ad essere il migliore in assoluto per la produzione di energia, è anche il migliore per la gestione delle acque superficiali, non richiedendo accumuli di acqua in montagna che causano inondazioni né prelievi da falde acquifere ricche di metalli pesanti come l’arsenico. La continua circolazione dell’acqua garantisce un’ossidazione costante e quindi la produzione di energia; possiamo distribuire l’acqua per bere, irrigare, depurare e persino trattenere le acque superficiali dove le piene rappresentano un pericolo per le persone e le colture.

Tuttavia, questi concetti saranno ripresi anche nel capitolo in cui si parlerà delle modifiche alle attrezzature di sollevamento.

 Il silenzio degli esperti, soprattutto in ambito scientifico, su questo tema è molto grave, perché negli impianti esistenti l’intubazione dell’acqua a monte della turbina è già stata effettuata. Questa è la condizione indispensabile affinché l’acqua eserciti una forza peso sui pali della turbina; pertanto, in un sistema pieno d’acqua, dove vi è uno stato di inerzia, si potrebbe semplicemente inserire una pompa semplice con una prevalenza molto bassa a monte della turbina. Non è vero che questo sistema possa trasformare in energia solo la prevalenza della pompa. Sulla pompa agisce l’intera colonna d’acqua e, fino a prova contraria, in tutti i calcoli la prevalenza idraulica alla pompa deve essere sottratta dalla prevalenza necessaria per il sollevamento dell’acqua. Se ciò non fosse vero, nella formula di Torricelli non entrerebbe l’altezza h che copre solo la distanza della superficie dell’acqua dal punto di prelievo dell’energia cinetica e, fino a prova contraria, in tutti i calcoli idraulici la prevalenza alla pompa deve essere sottratta dalla prevalenza dell’impianto calcolata per il sollevamento dell’acqua. Ma in questo caso non si deve sollevare perché il circuito idraulico termina all’uscita della turbina con uno scarico in un recipiente aperto, che è indipendente dalla profondità dello scarico, ma dipende solo dalla velocità di uscita (V ² / 2g), che viene semplicemente rallentata dalla turbina, come accade nel caso delle centrali idroelettriche realizzate a pressione atmosferica. La contropressione idraulica all’uscita della turbina è apparente, non reale, poiché l’acqua è incomprimibile. Le pressioni idrostatiche si bilanciano ma la pressione totale è maggiore dal lato della turbina e l’energia cinetica residua deve vincere solo l’attrito tra le molecole. Allo stesso modo in cui in uno scarico nell’aria dobbiamo vincere l’attrito con le molecole d’aria.

 In sostanza, l’idrologia attuale applica il principio di conservazione dell’energia in piccoli dettagli come le variazioni delle sezioni, affermando correttamente che una diminuzione della velocità corrisponde a un aumento della pressione e viceversa, ma si perde negli impianti completi, che utilizzano l’acqua come un peso da sfruttare per produrre energia e da sollevare per distribuire l’acqua e difendere il territorio. Sfortunatamente, la seconda parte dell’idrologia, che solleva l’acqua, è contraria alla conservazione dell’energia, perché l’acqua allo stato liquido è impalpabile, indivisibile e incomprimibile e assume la forma del serbatoio che la contiene; pertanto, in serbatoi sempre pieni, l’acqua non assorbe energia per il sollevamento, non avendo bisogno di essere sollevata, ma allo stesso tempo, se intubata, separata dalle acque circostanti, può esercitare il proprio peso, come corrente in un impianto idroelettrico, che avviene a pressione atmosferica. L’unica differenza sta nel fatto che è necessario inserire una pompa che alimenta la turbina, non per creare pressione ma solo per rompere l’equilibrio inerziale menzionato da Einstein. Ovviamente, lo schema idraulico del bacino sempre pieno può essere realizzato in molte versioni, sia per sollevare l’acqua, sia per generare energia, una delle quali, nella versione mobile pressurizzata, potrebbe addirittura sostituire i motori termici. Pertanto, questa errata interpretazione dei principi di conservazione dell’energia ha influenzato l’intero sviluppo industriale e ambientale del pianeta Terra. Devono essere le autorità ambientali mondiali a stabilire questa verità, ponendo immediatamente fine allo spreco di energia per il sollevamento dell’acqua e alla produzione di energia costosa e inquinante.

La figura seguente mostra la correlazione tra le caratteristiche dell’acqua e dell’aria compressa e gli obiettivi di produzione energetica, utilizzando gli stessi criteri di progettazione.

Questo sistema verrà descritto in dettaglio nel capitolo “9”.

1. IMPIANTI IDROELETTRICI SOMMERSI

Ipotizzando di realizzare una centrale idroelettrica sommersa e che le prestazioni complessive della turbina e del generatore di corrente accoppiati siano pari a 0,8. La potenza utile può essere fornita da una turbina che utilizza interamente il carico utile Hu superiore a 50 m, intubata con una pompa che ha una portata di 1 m³/s, sarà Pu = Q * η * 1000 * Hu / 10² = 0,8 * 1000 * 1 * 50/10² = 392 kW; mentre per far ruotare la pompa nelle condizioni di equilibrio tra la prevalenza positiva e la turbina dimensionata esattamente per lo stesso carico dobbiamo superare solo le perdite di carico nel tubo di discesa. Se questo tubo ha un diametro di 1000 e una lunghezza di 50 m, possiamo prendere le perdite di carico dalla tabella del capitolo 6, rendendoci conto che con un range di 16, sono solo 0,0745 m (1,49 * 50/1000), dalla stessa tabella vediamo che la velocità dell’acqua nel tubo è 1,27 m/s, quindi la caduta di pressione all’uscita è 0,08 m (1,272 / 2 * 9,91). Calcolando anche la perdita all’ingresso con una riduzione con coefficiente 0,5 rispetto all’uscita, abbiamo un’altra piccola perdita di carico di 0,04 m. La caduta di pressione totale è circa 0,2 m (0,0745 + 0,08 + 0,04), quindi il consumo di potenza della pompa elettrica, assumendo una resa pari a 0,7 è 2,8 kW (1000 * 0,2 / 102 * 0,7). Come possiamo vedere, il rapporto tra energia prodotta ed energia utilizzata è 140 (392 / 2,8).

Perché dovremmo sorprenderci di questo risultato straordinario? Non sappiamo forse che anche con le attuali applicazioni che utilizzano il salto idraulico otteniamo gli stessi risultati? Senza consumare energia per far funzionare la pompa? In realtà questo è l’unico vantaggio dell’energia idroelettrica con salto idraulico rispetto all’energia idroelettrica sommersa. In entrambi i casi, se non ci fosse l’aumento della velocità della turbina insieme alle perdite di carico con una curva esponenziale, fino al raggiungimento di un punto di equilibrio, tutta l’energia verrebbe trasformata in calore. Invece, i vantaggi dell’energia idroelettrica sommersa sono molteplici: si può produrre ovunque, non disperde l’acqua, non richiede grandi dighe e grandi bacini idrici.

 La figura seguente mostra una centrale idroelettrica sommersa nel mare o nel lago, come descritto in precedenza.

La figura successiva mostra la stessa soluzione in un probabile impianto condominiale futuro, dove la soluzione non cambia sebbene il volume d’acqua sia molto inferiore, poiché il livello dell’acqua nella vasca viene mantenuto costante dal rabbocco automatico tramite una valvola a galleggiante. La circolazione forzata dell’acqua, influenzata dall’oscillazione della pompa, viene scaricata all’uscita della turbina con la perdita di pressione in uscita. Lo sci d’acqua (in una sezione di passaggio molto più ampia) è dovuto al principio dei recipienti comunicanti.

Questa soluzione, oltre a produrre energia a costi inferiori rispetto ad altre fonti energetiche (termica, solare, eolica), garantirebbe anche un riciclo continuo dell’acqua potabile consumata, che oggi si accumula nelle vasche di raccolta che alimentano le autoclavi, producendo fanghi e batteri.

4) IMPIANTO IDROELETTRICO COMBINATO CON IMPIANTO DI ESTRAZIONE DI NUTRIENTI E CARBONATI (RISALENTE ARTIFICIALE) PER COMBATTERE L’ACIDIFICAZIONE DEGLI OCEANICI E CREARE ALIMENTI PER L’UOMO.

Lo stato dell’arte nello sfruttamento delle risorse marine è stato condizionato dalla difficoltà di accesso alle profondità dei fondali. Il fenomeno delle correnti marine ascendenti e discendenti, noto come “downwelling e upwelling” (laddove si verifica), genera ricchezza e benessere, sebbene, purtroppo, si manifesti naturalmente solo in una piccola parte del mondo, poiché richiede la concomitanza di numerosi fattori, come l’intensità e la direzione dei venti o la conformazione della scarpata continentale. Alcuni scienziati hanno tentato di fertilizzare gli oceani utilizzando solfato di ferro, che migliora la produzione di fitoplancton, ma gli esperimenti, oltre ad essere costosi, hanno presentato numerose implicazioni etiche, biologiche e sanitarie a causa della tossicità che questo prodotto può causare nell’ambiente marino (produzione ittica). La soluzione che proponiamo è quella ideale perché riproduce artificialmente il sistema naturale. Utilizzando sistemi galleggianti inaffondabili e una corretta interpretazione dei principi idraulici, come ad esempio i recipienti comunicanti, il teorema di Bernoulli e le pompe Venturi, è possibile creare e riprodurre questo fenomeno in tutte le acque del mondo che, come sappiamo, occupano i tre quarti della superficie terrestre. Questi impianti sono caratterizzati da tubi che scendono verticalmente AL DI SOTTO della linea di compensazione dei carbonati ( Carbonate Compensation Depth line) , dove il carbonio e i carbonati vengono solubilizzati dalle altissime pressioni presenti nelle acque che dominano le piane oceaniche. In ogni caso, nella parte superiore del tubo discendente è montata una pompa elettrica, assiale e canalizzata che funziona semplicemente appoggiandosi su un anello di acciaio saldato, al di sotto del quale, come una centrale idroelettrica sommersa, è installata una turbina idraulica. Con la pressione idraulica residua all’uscita della turbina, realizzando, vicino al fondale marino, alcuni colli di bottiglia che aspirano una porzione di fluido dall’esterno (senza parti meccaniche in movimento possono funzionare anche in condizioni di pressione superiori a 600 bar), possiamo aspirare e mescolare all’acqua che sale in superficie il carbonio inorganico, i carbonati e altri elementi disciolti nell’acqua. Questi elementi, in superficie, con la pressione atmosferica, riacquistano la bassa solubilità che caratterizza i sali marini e, nel complesso, sono all’origine della formazione del bicarbonato di calcio che esiste solo in soluzione. CO ₂ (g) + H ₂ O + CaCO ₃ (s) ↔ Ca(HCO ₃ ) _2. Il bicarbonato di calcio in forma ionica si scrive come segue: Ca ²⁺ + 2HCO ₃ ^– (calcio + acido carbonico). L’equilibrio tra la CO2 disciolta e il carbonato di calcio è l’elemento principale che determina l’alcalinità, il PH e la concentrazione di calcio disciolto (Ca^{I pesci ricavano il calcio necessario per la formazione di scheletri e conchiglie, oltre che per la sopravvivenza delle barriere coralline. Infatti} , quando la CO2 è in eccesso rispetto al calcio, si dissolve in acqua producendo acido carbonico (CO2 + H2O ↔ H2CO3), causando l’acidificazione degli oceani e l’estinzione delle specie ittiche che più necessitano di conchiglie e scheletri. Dall’avvento dell’era industriale, il pH del mare è passato da 8,1 all’attuale media di 8,25. Trattandosi di una curva logaritmica, questa perdita corrisponde a una diminuzione dell’alcalinità del 30%, che è già causa della scomparsa di molte specie ittiche e della maggior parte delle barriere coralline.

 Gli impianti in questione sono molto convenienti dal punto di vista energetico e biologico, applicando principi fisici molto semplici come quello dei vasi comunicanti. Grazie a questo principio, le pressioni interne ed esterne si equilibrano all’interno dei tubi immersi. Ciò non solo consente di resistere a pressioni enormi, ma permette anche di utilizzare l’energia in acque poco profonde, grazie alla pompa che crea correnti intubate con un consumo energetico molto basso. Infatti, calcolando la posizione in cui installiamo la pompa, sotto la testa, possiamo fare in modo che la curva della condotta resistente e la curva della pompa che si inserisce per la circolazione si incontrino sulla linea zero della testa geodetica e dove anche l’energia cinetica e la pressione di aspirazione e mandata si azzerano ciascuna essendo P1 = P2 e V1 = V2 (a causa dell’oscillazione sulla pompa appositamente calcolata) secondo la relazione H = 0 = (P2 – P1) / γ + (V2 ² – (V1 ² ) / 2g. Infatti, nel circuito idraulico aperto realizzato, l’acqua con la pompa ferma è allo stato inerziale e per il principio dei vasi comunicanti riempie l’intero circuito. Per far circolare la portata calcolata dovrebbe essere una pompa con una prevalenza che dipende dalla prevalenza idrostatica all’ingresso della stessa, come in tutti i circuiti idraulici aperti. Se le perdite di carico sono calcolate con precisione, non appena la pompa inizia a girare, trova il suo punto di funzionamento con pochi centimetri di prevalenza, e una deviazione dalla portata nominale, che dipende dalla precisione del calcolo. Questo caso non esiste negli impianti realizzabili a pressione atmosferica, ci permette di movimentare molti m³/s di acqua per chilometro di percorsi verticali consumando pochissima energia e riducendo anche i costi di installazione, considerando scavi, discariche, attraversamenti stradali, espropriazioni, necessari nelle applicazioni terrestri.

Un altro principio fondamentale su cui si basano questi sistemi è la teoria delle pompe Venturi, che si fondano sulle note di Bernoulli e permettono di aspirare dalle profondità abissali, senza la necessità di un intervento meccanico, acqua o fanghi presenti sul fondale marino. Infatti, la legge di Bernoulli afferma che: “Se un fluido scorre in un condotto dotato di una strozzatura in cui V1 e V2 sono le velocità, S1 e S2 sono le rispettive superfici delle sezioni, e le pressioni manometriche P1 e P2 misurate in tali sezioni, per il principio di conservazione dell’energia si stabilisce la seguente relazione: P1 ₊ ½ dV1 _/ ² = P2 ₊ ½ dV2 _/ ² . La costanza del valore dell’espressione mostra che, maggiore è la differenza di velocità nelle rispettive sezioni, minore è la differenza di pressione, e viceversa.”

Sfortunatamente, la profondità media delle acque oceaniche, corrispondenti alle pianure abissali, varia tra i 3000 e i 6000 metri, ma d’altra parte sono caratterizzate dall’assenza di onde in superficie. Ciò ci consente di progettare sistemi completamente galleggianti.

Ipotizzando di realizzare un sistema di risalita su uno sfondo impostato a una profondità di 6 km, e quindi, con un totale di 12 km di tubazione discendente (dt) e ascendente (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, la perdita di pressione in m/km calcolata con la formula di Bazin (1.000 * 4 * V2 ^/ C2 ^* D) dove (C = 87 / (1 + 2g / √D) e un coefficiente di rugosità g = 16, è di 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 * V22 ^/ 2g); le perdite di carico nella curva a 180 gradi raggio 1524 mm è equivalente a 0,34 m (2 * 0,5 * V1 ² / 2g), le perdite di carico nell’elemento dell’uscita dell’acqua finale 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. Installando la pompa elettrica a una profondità di 54 m dalla superficie, mentre la densità dell’acqua di mare è 1,025 t / m3, scegliamo una pompa elettrica che, per fornire la portata richiesta, funziona 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 preciso di funzionamento della pompa, ma sempre entro pochi cm di differenza rispetto alla prevalenza. Considerando un ritorno totale del 70% della pompa elettrica, il consumo di potenza sarebbe (N = Q * H * 1025 * 102 * 0,7) = 11,5 kW. Se sotto la pompa installiamo una turbina idraulica che funziona con una portata di 4000 L/s e una perdita di carico di quindici m, non dobbiamo aumentare la potenza del motore della pompa, è sufficiente installare la pompa e la turbina a una profondità di 70,5 m invece di 55,5 m oscurati a causa delle perdite di carico del circuito. Se l’efficienza della turbina con il suo alternatore è 0,8, l’energia prodotta sarà 482,34 kW/h (4000 * 1025 * 15 * 0,8 / 102).   

La figura sottostante mostra la composizione del sistema, che utilizzerà anche pannelli solari per riscaldare l’acqua e per altri usi industriali. Infatti, questi sistemi consentono la colonizzazione di fondali oceanici per la produzione alimentare e per lo sviluppo turistico di isole artificiali. In futuro, grazie a questa invenzione, mangiare pesce costerà molto meno che mangiare carne.

Legenda = Legenda  (apos) fondale oceanico della pianura abissale = fondale piana abissale oceanica; (bc) carroponte = gru a ponte; (bcb) controventatura della staffa = staffa per controventatura; (br) controvento = controventatura; (cb) staffe di bloccaggio = staffe a morsetto; astal seabe fondale costiero; (dt) tubo di discesa = tubo di discesa ;(ep) quadri elettrici = quadri elettrici; (fsp) f langia per tubo di supporto = flangia per supporto tubazioni; (ih)  foro di immersione = foro d’immersione ; (it) turbina intubata = turbina intubata;  (mfp) galleggiante modulare in polietilene = galleggianti modulari in polietilene; (na) ancora della marina = ancora marina; (nl) luce notturna = luce notturna; (oip) pompa intubata rovesciata = elettropompa intubata capovolta ; (oncw) uscita acqua ricca di nutrienti e carbonati = uscita acqua ricca di nutrienti e carbonati;   (sbp) piattaforma di base di supporto = piattaforma di base portante; (sc) presa di connessione = tronchetto di collegamento; (sfep) terminali flangiati speciali = pezzi speciali flangiati di accoppiamento terminale; (sp) pannelli solari = pannelli solari; (tvnci) strozzamento venturi di nutrienti e assunzione di carbonati = stozzatura venturi per aspirazione nutrienti e carbonati; (ut) tubo in salita = tubo di salita; (wfr) camera galleggiante impermeabile = camere stagne galleggianti; (wl) livello dell’acqua = livello acqua.

5) SOSTITUZIONE DELLE POMPE

In altre applicazioni terrestri, se vogliamo davvero evitare un immenso spreco di energia e ridurre la necessità di grandi opere come dighe e bacini idrici in montagna, dobbiamo cambiare l’intero sistema di approvvigionamento e gestione dell’acqua potabile, per l’industria, l’agricoltura e anche per la difesa del territorio dalle inondazioni. In realtà, possiamo svolgere tutte queste attività producendo energia anziché consumandola.

È necessario cambiare le pompe, non il progetto, perché la tecnologia sviluppata in questo settore è enorme, persino superiore al necessario. In questo settore manca solo la pompa con doppia alimentazione sul lato di aspirazione, che permetterebbe di alimentare la girante con due flussi a diversa pressione idrostatica e quindi di utilizzare la pressione idrostatica maggiore per sollevare l’acqua con pressione idrostatica minore, senza bypassare la forza di gravità e la pressione atmosferica, ma utilizzandole in un’unica direzione. Infatti, nella fase di discesa dell’acqua, le forze naturali aiutano la pompa ad azionare la turbina che converte l’energia cinetica in energia elettrica, mentre all’uscita della turbina, l’acqua salirebbe verso l’alto trascinata dall’acqua riciclata nel serbatoio aperto e dal recupero di pressione consentito dall’allargamento della sezione del tubo di collegamento al fondo del serbatoio. Pertanto, come negli impianti idroelettrici sommersi, si sfrutterebbe la forza di gravità e la pressione atmosferica nella fase di discesa dell’acqua. Non potendo però disporre di grandi volumi d’acqua sommersi per produrre energia, l’acqua viene sollevata, a basso costo, inserendola nel circuito di ricircolo collegato al serbatoio superiore.

Le pompe a doppia alimentazione sul lato di aspirazione non esistono, ma sono facili da realizzare modificando la corrente di alimentazione della pompa, senza ricorrere a tecnologie costruttive complesse. Infatti, alimentando la girante dall’esterno tramite due confluenze (curve o innesti con angolazione diversa) 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 alimentati con acqua riciclata dall’alto, dotata di elevata pressione idrostatica. Bilanciando in questo modo la spinta idraulica sulla girante e sui cuscinetti, e convogliando i flussi direttamente nella girante, in modo che non vi sia contatto prima di essere trascinati fuori dalla girante, possiamo trasformare tutta la corrente idraulica assorbendo energia in produttori della stessa, ovviamente modificando anche gli impianti.

Partiamo dal cuore di una pompa, ovvero la girante, che può produrre un flusso assiale, semiassiale o radiale e può essere aperta, chiusa o semichiusa, a seconda del corpo pompa in cui è montata. Esistono anche pompe con giranti doppie, con alberi orizzontali e doppio combustibile alla stessa pressione, che hanno prestazioni eccellenti, ma non le prendiamo in considerazione, poiché le pompe che proponiamo sfruttano sia i principi idraulici dei recipienti comunicanti che quelli di Pascal, che consentono incrementi di portata e pressione a basso costo energetico, devono essere alimentate con pressioni idrostatiche diverse.

La girante elicoidale è costituita da un’elica che lascia passare l’acqua e produce un flusso conico, generando un lieve aumento di pressione e accelerazione.

GIRANTE APERTA – GIRANTE APERTA

La girante aperta è costituita da un disco sul quale sono disposte le pale che guidano il fluido verso la periferia del disco, conferendo un aumento medio di pressione e accelerazione.

GIRANTI CHIUSE – GIRANTE CHIUSA

la girante chiusa poiché la girante è aperta ma è dotata di un disco di contrasto che ha la funzione di irrigidire le pale per fortificarle, sia per ridurre le perdite, sia per trasmettere pressioni più elevate.

Esistono molti altri tipi di giranti per pompe adatte a liquidi sporchi, pulite, testate e collaudate per ogni applicazione. Queste giranti rappresentano una via di mezzo tra questi tre tipi principali. 

La figura sottostante mostra una pompa elettrica canalizzata capovolta per sfruttare al meglio la pressione idrostatica dell’acqua con flusso assiale o semiassiale per portate elevate e basse prevalenze, al fine di azionare una turbina idraulica e produrre energia idroelettrica, sollevando anche parte dell’acqua circolante all’interno della pompa. Il sistema può funzionare solo se le bocche di alimentazione sono posizionate sotto la prevalenza e dotate di valvole di ritegno, in particolare per la bocca di alimentazione a pressione inferiore. Come si può vedere dalla figura, le due alimentazioni sono suddivise in quattro settori, ma solo due per lato, disposti diagonalmente, vengono alimentati. In questo modo, la girante riceve quattro flussi con forze idrauliche bilanciate. Sarà la rotazione della girante a miscelare le portate in modo che l’uscita della pompa abbia un unico flusso. La caduta di pressione che si verificherà nella pompa a causa dell’ingresso di acqua a pressione inferiore, può essere recuperata mediante l’allargamento della sezione della linea di pressione, applicando dinamicamente il principio di Pascal. Il teorema di Bernoulli afferma che la pressione in un serbatoio chiuso si espande in tutte le direzioni, ma in questo caso, data la rotazione della pompa e la presenza delle valvole di ritegno in ingresso, si espanderà solo nella direzione del flusso, anche grazie alla riduzione della velocità dell’acqua nella sezione di uscita.

Oggi, per sollevare acqua da serbatoi ad alta quota e superare elevate perdite di carico su lunghe distanze, si utilizzano pompe multistadio con giranti chiuse. Nelle pompe multistadio, la pressione aumenta tramite distributori che collegano le giranti in serie. I distributori sono ricavati nel corpo della pompa, assemblati e collegati in serie con bulloni o tiranti, interponendo guarnizioni di tenuta tra uno stadio e l’altro. Sono costituiti da diversi canali che convogliano l’acqua al centro della girante successiva, in modo che la stessa portata subisca un graduale aumento di pressione e accelerazione. In sostanza, si può affermare che il doppio fluido convogliato alla pompa, che alimenta il monostadio della girante sfruttando la pressione idrostatica esterna alla pompa, agisce come un unico distributore del flusso di acqua pressurizzata, eliminando la necessità di altri distributori e giranti.

È ovvio che, utilizzando la tecnologia e le fusioni di una pompa multistadio, modificando il primo stadio e rendendolo a doppia alimentazione, e quindi accoppiandolo solo con l’ultimo stadio, si può ottenere una pompa a bassa prevalenza, ma con un corpo pompa adatto a sopportare elevate pressioni idrostatiche, che, accoppiata a un motore di bassa potenza, consente il recupero del livello della vasca superiore (o pressurizzata), mediante l’immissione di acqua a bassa pressione nel circuito di ricircolo, che entra nella girante dal lato di aspirazione, con un flusso separato. Se le sezioni di passaggio sono adeguate, l’acqua che entra nel circuito viene sollevata al livello superiore dalla stessa pressione idrostatica presente nel circuito di ricircolo e dall’effetto del recipiente comunicante necessario alla condizione di ricircolo, entrambi dovuti al principio di Pascal, che, come detto in precedenza, interviene a valle della girante. Ovviamente, una pompa che utilizza questi due principi idraulici essenziali per il risparmio energetico, ha costi inferiori rispetto alle pompe tradizionali e i sistemi che utilizzano sfruttano al massimo il principio di conservazione dell’energia. Le pompe sono progettate per essere conformi ai principi idraulici, in contrapposizione al risparmio energetico. Se le pompe erano sbagliate, lo erano anche i motori che vi erano accoppiati. E la grande diffusione delle pompe in tutti i settori industriali ed energetici, può far affermare che dal punto di vista del consumo energetico, oltre che ambientale, la prima rivoluzione industriale è fallita. Tuttavia, le tecnologie sviluppate sono valide e ci permetterebbero di recuperare rapidamente il tempo perduto se ci fosse meno ipocrisia tra coloro che operano nel settore pubblico e privato.  

Infatti, se funziona una pompa multistadio che, grazie alla precisione della lavorazione dei rotori e dei distributori, riesce a raggiungere pressioni di centinaia di bar, senza che l’acqua ritorni, deve funzionare anche la pompa a doppia alimentazione che si basa sullo stesso principio e persino sulla qualità della lavorazione, portando attraverso i distributori, a partire dall’esterno della pompa, quattro flussi separati, con due pressioni diverse, che si incontrano, solo all’interno della girante, non un attimo prima. È inoltre importante la sagomatura della parte terminale delle pareti del distributore sul profilo delle pale della girante e la regolazione del flusso d’acqua in ingresso alla girante, poiché se i flussi si incrociassero prima, la turbolenza che si genererebbe non permetterebbe il funzionamento del sistema. 

La figura seguente mostra l’interno di una pompa multistadio che aumenta la pressione dell’acqua passando da uno stadio all’altro.

La figura sopra riportata mostra una pompa orizzontale monostadio, modificata con doppio ingresso, che aumenta la pressione dell’acqua da sollevare mediante il ricircolo e la miscelazione con l’acqua proveniente dal serbatoio superiore. La divisione dei flussi, essendo separati, consente l’alimentazione alternata delle stesse pale della girante con portate e pressioni differenti, per cui la maggiore pressione idrostatica viene trasferita anche alle acque a pressione inferiore.
Il sistema è valido anche nella pompa sottostante, derivata dalla modifica di una pompa multistadio per pozzi.

Nelle pompe a doppia alimentazione, la rotazione della girante, unitamente all’aumento della pressione in ingresso, miscela le due semiportate; pertanto, all’uscita della pompa si avrà una singola portata e una singola pressione (secondo il principio di Pascal). Infatti, sia in un circuito chiuso che in un circuito in un recipiente aperto, dove le altezze geodetiche coincidono in aspirazione e mandata, la prevalenza della pompa di circolazione non dipende dalla pressione idrostatica del sistema, bensì dalle perdite di carico dovute all’attrito presenti nel circuito, che dipendono dalla portata e dalla velocità del flusso, e non dalla pressione del circuito, poiché l’acqua è un liquido incomprimibile. Questo fenomeno fisico, finora non sufficientemente sfruttato né nel sollevamento dell’acqua né nella produzione di energia idroelettrica, è confermato anche dai criteri attuali per il calcolo della prevalenza delle pompe utilizzate nei serbatoi chiusi e aperti, impiegati soprattutto negli impianti di riscaldamento civili e industriali. Può sembrare strano, ma un sistema di riscaldamento a livello del mare, anche se avesse un vaso di espansione alto mille metri, non cambierebbe la prevalenza della pompa di circolazione e la potenza del motore ad essa collegato, ma dovrebbe cambiare l’involucro della pompa, le valvole e lo spessore dei tubi per resistere a tale pressione.

5.1 ) Riflessioni sul funzionamento delle pompe modificate
Una persona mi ha chiesto quale potesse essere la curva caratteristica di questo tipo di pompe. Per rispondere a questa domanda, ho deciso di inserire queste riflessioni alla fine del capitolo sulla modifica delle pompe.

Lo stato dell’arte attuale degli impianti di sollevamento pubblici è caratterizzato dal fatto che in una centrale sono presenti diverse pompe che sommano le loro portate in un’unica condotta, generalmente, sollevando l’acqua verso una cisterna situata su una collina che la distribuisce in caduta libera. Il numero di pompe in funzione dipende dal consumo d’acqua rilevato dall’abbassamento del livello della cisterna superiore. Pertanto, il punto di funzionamento della pompa varia. Quando la pompa funziona da sola, assorbe più energia perché opera con una prevalenza inferiore e quindi con una portata maggiore (il consumo di energia varia con il quadrato della portata e varia in proporzione lineare rispetto alla prevalenza). Per progettare un sistema di sollevamento idraulico è necessario seguire la seguente sequenza, che viene espressa direttamente con un esempio:

1. Per stabilire la posizione di inizio e di arrivo dei bacini e la differenza di altezza geodetica tra i due bacini: 280 m;
2. per stabilire la portata volumetrica approssimativa: ad esempio 300 L/s, e il numero di pompe: 3.
3.  per stabilire il percorso e la lunghezza: ad esempio 2 km e il diametro della condotta: ad esempio dn 500
4.  Disegnare su un diagramma in scala la curva di condotta resistente, ponendo sull’ascissa la portata e sull’ordinata la prevalenza, partendo dalla differenza geodetica, dopo aver determinato le perdite di carico nelle tubazioni e nelle valvole di sollevamento centrali: ad esempio 2,5 m. Pertanto, la condotta del punto di partenza è 282,5 m. In questo caso, ogni 50 L/S e sono mostrate in verticale le perdite di carico sopra la linea orizzontale passante per la quota 282,5, per rilevare il passaggio dei punti della curva.
5.  Segnare il punto di incontro della curva della condotta, alla velocità di 300 L/s, e dividere lo spazio in tre parti uguali alla massima pressione manometrica totale 292,9 m (282,5 +10,40).
6.  Per determinare la prevalenza della pompa al punto precedente sottraendo l’oscillazione positiva del bacino di aspirazione sull’albero della pompa: 5 m, quindi, la prevalenza da assegnare alla pompa è 287,9 m (292,9 -5)
7.  Dal punto di intersezione della prima pompa con la prevalenza massima della linea traccia la prima curva della pompa (partendo da sinistra), che incontrerà la curva di conduzione fino a un punto con portata maggiore e prevalenza inferiore a quella nominale, calcolata in precedenza. Pertanto, la pompa funziona con minore efficienza nel punto nominale (100 L/s, 287,9 m), come mostrato nel diagramma allegato. Quindi traccia il grafico parallelo, riportando fedelmente le distanze orizzontali dei vari punti delle curve di portata e di rendimento al fine di stabilire le condizioni operative del sistema con due pompe in funzione. In sostanza, solo con tre pompe in funzione è possibile operare con la massima efficienza.

Ovviamente, come già accennato, la pompa che assorbe più energia è quella che funziona da sola e l’assorbimento può essere calcolato con le formule usuali. L’intero impianto con tre pompe in funzione e una potenza di 0,7, assorbe circa 1209,6 kW (3 * 100 * 287,9 / 102 * 07).
La figura seguente mostra il grafico della procedura di prova sopra descritta.

Ho descritto sopra la complessa procedura per determinare il punto di funzionamento della pompa, ma per semplificare le cose, i vantaggi includono un notevole risparmio energetico, che con le pompe a doppia alimentazione è considerevole. Infatti, le pompe a doppia alimentazione possono essere utilizzate per risparmiare energia, o addirittura accoppiate a turbine per produrre energia. In entrambi i casi, ciò aumenta le dimensioni del corpo pompa e della girante o delle giranti, raddoppiando la portata, ma riduce l’ingombro della pompa e la potenza dei motori a cui sarà accoppiata.

La prima soluzione è molto semplice, come illustrato nella figura seguente:

Dalla linea di scarico deriva l’alimentazione di circa il 50% del flusso proveniente dalla pompa sulla seconda bocchetta di aspirazione, regolando la portata con una valvola a spillo (sav), in modo che l’acqua in pressione, miscelata con l’acqua da sollevare dalla vasca (wlb), permetta la riduzione del numero di giranti e sia uguale alla pressione della colonna d’acqua per fornire la maggior parte dell’energia per il sollevamento. Come si può vedere dallo schema, il serbatoio superiore è a un livello costante poiché l’acqua sollevata, attraverso uno o più sfioratori, viene scaricata per gravità nella rete di distribuzione idrica. Essendo un singolo tubo che sale fino al serbatoio superiore non si può parlare di riciclo, tuttavia, non si può fare a meno di notare che l’altezza geodetica in aspirazione e mandata delle pompe è la stessa, anche se solo per una delle bocchette di aspirazione. In questo caso il serbatoio aperto (wddr1) funziona come vaso di espansione collegato a un circuito di riciclo dell’acqua nella zona inferiore. In realtà, nelle grandi centrali termiche, con recipiente chiuso o aperto, è il recipiente a determinare la pressione idrostatica del circuito, non la prevalenza della pompa di circolazione che è determinata dalle perdite di carico dovute all’attrito nella circolazione nelle tubazioni e nelle valvole.

Ciò che conta sono le sezioni di passaggio. Per questo motivo, la pompa è dimensionata per una portata doppia rispetto a quella di sollevamento (200 l/s). Pertanto, eliminando la prevalenza geodetica (sgh = dgh), la prevalenza della pompa dovrebbe essere limitata per compensare la perdita di circuito con un doppio flusso in ingresso alla pompa, ma circoscritta al campo dell’impianto di sollevamento, poiché il ricircolo dell’acqua avviene solo nel contesto dell’impianto, senza coinvolgere il collettore che sale al serbatoio superiore. Questa soluzione consente di preservare le condotte esistenti modificando solo gli impianti per il risparmio energetico. Il funzionamento interno della pompa è stato ampiamente descritto in precedenza.

Come si può notare anche dallo schema sopra riportato, le apparecchiature di sollevamento delle tubazioni possono diventare produttrici di energia. Infatti, la pressione idrostatica può essere sfruttata in circuiti separati senza dover sollevare l’acqua fino al serbatoio superiore. Invece di arrestare le pompe, come avviene nelle centrali idroelettriche esistenti, si può scaricare nel serbatoio inferiore una portata pari a quella prelevata dallo stesso bacino, ma pressurizzata dal livello idrostatico del bacino superiore. In questo caso, si inserisce nel circuito una turbina e una valvola di controllo, eventualmente collegata a un flussometro, che scaricano un volume identico a una caduta di pressione nella turbina e nella valvola di circa 280 m. L’energia prodotta da tale riciclo, per ogni turbina, che entra automaticamente in funzione quando non è necessario sollevare l’acqua fino al serbatoio superiore, ipotizzando una resa pari a 0,7, è di circa 192 kW/h (100 * 280 * 0,7/102). Mentre l’energia spesa per l’intero funzionamento dell’impianto, supponendo le perdite di carico nel centro è di 5 m, è di 63,4 kW/h (3 * 15,4 * 200/102 * 07). Questa energia è molto inferiore a quella consumata oggi per sollevare l’acqua alla stessa quota come calcolato sopra (1209,6 kW/h) senza lo sfruttamento della maggiore pressione idrostatica, gravità e prestazioni delle doppie pompe di alimentazione, indipendentemente dal fatto che 192 kW/h possono essere prodotti per ciascuna pompa e turbina che riciclano l’acqua quando non viene sollevata.

Come si può evincere dal diagramma sopra riportato, tentare di rappresentare graficamente le curve delle pompe a doppia alimentazione con i criteri finora utilizzati si rivela piuttosto difficile, poiché le pompe svolgono la maggior parte di queste funzioni. In questo schema, si può evidenziare come la curva della pompa intersechi la curva di resistenza del condotto con la porzione di flusso aspirata dalla pompa (100 L/s), mentre gli altri 100 L/s vengono riciclati all’interno dello stesso impianto. Questa curva è tuttavia condizionata dal fatto che le sezioni di passaggio nei tubi e nella pompa sono in grado di compensare completamente la differenza geodetica tra aspirazione e mandata della pompa. Infatti, la pressione idrostatica del bacino superiore viene trasmessa tramite la tubazione di collegamento (srt) che ha una sezione di passaggio di 1962,5 cm², suddivisa in tre alimentazioni delle pompe a doppia alimentazione. Ciascuna uscita di alimentazione deve avere una sezione di passaggio minima di 654 cm² (1962/3), corrispondente a un diametro Dn 250. Se queste condizioni non vengono rispettate, è necessario aumentare la prevalenza della pompa. In effetti, il principio di Pascal afferma che la pressione in un ambiente chiuso si espande in tutte le direzioni, ma per esercitare una forza dinamica è necessario moltiplicare la pressione unitaria per la sezione di passaggio. Ricalcolando la differenza geodetica con questo sistema possiamo riportare su carta la curva della pompa e possiamo capire che invece di avere una prevalenza di 287,9 m di colonna d’acqua, prevarrà quella necessaria per superare il calo di pressione nella parte centrale e nella condotta di sollevamento (15,4 m).

Ma se vogliamo produrre una maggiore quantità di energia è necessario realizzare una circolazione dell’acqua unidirezionale che sfrutti l’energia delle circolazioni idriche in posizione verticale, unitamente all’incomprimibilità dell’acqua necessaria, a circuiti corti e lineari, con perdite di carico minime e con tubazioni di alimentazione e ritorno collegate al bacino superiore. La soluzione migliore è quella di sollevare l’acqua a gradini, con pompe a doppia alimentazione accoppiate alle turbine e con tubazioni di salita e discesa, che riciclando l’acqua sfruttano principi fisici differenti: vantaggioso per la produzione di energia in discesa e parsimonioso per la risalita dell’acqua, che, come detto nella parte introduttiva, negli impianti sempre pieni, può anche essere evitata, essendo uguale la densità dell’acqua, in superficie e in profondità. Quindi, l’energia per la risalita può essere minimizzata aumentando le sezioni delle tubazioni e mantenendo costante il livello del bacino superiore, dove il grande volume (rispetto al flusso di ricircolo) alimenta la caduta d’acqua verso la pompa e la turbina e lo sfioro superficiale per l’acqua sollevata.

Pertanto, l’impianto preso ad esempio, che oggi consuma 1209,6 kW, potrebbe consumarne 63,4 kW producendo occasionalmente 192 kW con ciascuna turbina, e diventerebbe ancora più vantaggioso. Ciò non dipende dalle curve di funzionamento delle pompe, ma dalla semplificazione dei sistemi con pompe di alimentazione doppie.

In effetti, il profilo del condotto potrebbe essere tale da non consentire la realizzazione della soluzione precedente (tubo singolo), a causa di depressioni che non permettono la regolare circolazione dell’acqua e lo sfiato dell’aria. In questo caso, possiamo suddividere l’impianto in 6 unità con un dislivello geodetico di 50 m. Ogni unità utilizza una sola pompa sempre in funzione che ricicla l’intera portata (300 L/s) alimentata attraverso le valvole (sav) entrambe le prese di aspirazione dal serbatoio superiore, oppure, aumentando di circa il 50% la portata, immettendo acqua, con una pressione positiva di circa 5 m nello stesso circuito, dal lato di aspirazione della pompa, utilizzando la seconda bocchetta di aspirazione. In questo secondo caso, che sfrutta l’energia di posizione dell’acqua del bacino al livello superiore, con una tubazione di ritorno, se le sezioni di flusso sono adeguate con entrambe le tubazioni collegate al serbatoio superiore e questo è collegato all’atmosfera, rimangono le condizioni di assenza di dislivello geodetico tra una presa di aspirazione e la mandata della pompa. La bocca di aspirazione si trova sul lato inferiore del tubo, che beneficia del peso della colonna d’acqua che si muove in direzione gravitazionale e della pressione atmosferica. L’uscita dell’acqua si trova nel tubo di sezione maggiore, collegato in modo simmetrico alla vasca superiore, dal lato in cui la pressione atmosferica e la gravità agiscono in direzione opposta, ma è privo di energia cinetica. Pertanto, l’unica resistenza alla circolazione dell’acqua è l’attrito tra le molecole di uguale densità, a causa della mancanza di energia nel tubo più grande. L’energia cinetica sviluppata nella discesa viene dissipata in calore nel tubo di ricezione; non è nemmeno necessario sollevare l’acqua, poiché la vasca si trova a un livello costante. Se ci fosse una turbina che non rallenta la velocità dell’acqua, producendo elettricità, la velocità dell’acqua sarebbe molto più elevata e, invece di produrre elettricità, produrrebbe calore. Sarebbe una cosa molto stupida. Se al posto del secondo tubo ci fosse un grande serbatoio comunicante con quello superiore, come mostrato nel paragrafo 2.1, non ci sarebbe risalita dell’acqua a causa dell’energia cinetica residua. Si tratterebbe semplicemente di uno spostamento della posizione dell’acqua superficiale, ripristinata da altra acqua superficiale, poiché l’acqua assume la forma del serbatoio che la contiene, con il minimo dispendio di energia, sempre imputabile all’attrito tra le molecole nello sbocco sommerso. Per questo motivo, dobbiamo procedere in un ampio tratto, simile all’estensione verticale del bacino superiore.

Ipotizzando una resa pari a 0,7, l’energia prodotta in questo sistema che utilizza sei pompe e sei turbine in parallelo che sfruttano un’altezza media nella turbina idraulica di 50 m è di circa 617,6 kW/h (6 * 300 * 50 * 07/102). Mentre l’energia spesa per l’intero funzionamento dell’impianto, le perdite di carico nei serbatoi di 2,5 m sono circa 63 kW/h (6 * 300 * 2,5 / 102 * 07). Ma la spesa energetica può essere considerata come una riduzione dell’efficienza generale dell’impianto, non come il consumo energetico delle pompe, che in questo caso svolgono solo la funzione di far circolare l’acqua per inerzia, senza muovere l’acqua al livello inferiore. La miscelazione dei due flussi a pressioni diverse è necessaria per dare la pressione necessaria all’acqua a pressione inferiore, con la meccanica utilizzata nelle pompe multistadio, ma con l’energia fornita dalla pressione statica del serbatoio superiore. Ciò che gli scettici non riescono a chiarire è che non dovremmo sollevare l’acqua in uscita dalla turbina. All’uscita della turbina il circuito che ha prodotto energia si interrompe, con una perdita di carico all’uscita calcolata con la formula V² / 2g. Se l’acqua risale o meno in superficie è un problema che dipende solo dal volume complessivo e dalla forma dell’impianto, non dalla prevalenza della pompa che alimenta la turbina. E anche se dipendesse da questo, in assenza di dislivelli geodetici e con sezioni di passaggio ampiamente dimensionate, poche centinaia di metri di tubo, rappresentano solo pochi centimetri di caduta di pressione nella colonna d’acqua. Basta consultare le tabelle del capitolo “6” per rendersi conto di questa verità.

A chi chiede la rappresentazione della curva di funzionamento di una pompa, rispondo che non ha mai visto la curva di rendimento di un miscelatore di flusso. Sebbene daremo qualche metro di prevalenza a queste pompe molto particolari, ma facili da realizzare, la funzione principale che svolgeranno sarà quella di sommare e miscelare due flussi a pressioni diverse. Più di una persona mi ha chiesto qualche chiarimento in più su questo aspetto. Per questo motivo aggiungo un altro paragrafo in questo capitolo.

5.2 ) Le ragioni della divisione del flusso d’acqua nella pompa.

Se osserviamo tutte le configurazioni dei sistemi che accoppiano una pompa con alimentazione semplice o doppia a una turbina, dobbiamo notare che queste pompe, dal punto di vista operativo, si differenziano soprattutto per un aspetto fondamentale dalle attuali pompe idrauliche di sollevamento:

Quelle esistenti, lavorando con un carico manometrico e una differenza di livello geodetica non bilanciata, hanno una piccola aspirazione positiva all’aspirazione e un elevato carico idraulico in mandata costituito soprattutto dalla differenza di livello tra i due serbatoi e dalla lunghezza del condotto di sollevamento.

Mentre nelle nuove soluzioni idrauliche le pompe operano con un carico manometrico e geodetico bilanciato poiché almeno un ingresso di aspirazione e l’uscita hanno il livello superiore in comune. Pertanto non vi è prevalenza geodetica. Esiste tuttavia sempre un’elevata prevalenza positiva sull’aspirazione della pompa, e sapendo che la sola prevalenza idrostatica non si oppone all’energia cinetica, il sistema risulterebbe addirittura sbilanciato nella direzione opposta rispetto alle apparecchiature di sollevamento esistenti, disperdendo in calore immense energie, se non si utilizzasse una turbina per bilanciare il carico idraulico, rallentando la velocità dell’acqua, con la sua stessa resistenza. In altre parole, poiché l’acqua si muove nella direzione della forza gravitazionale, la pompa deve fornire la quantità di energia per vincere lo stato di inerzia, ma per quanto riguarda la portata dipende principalmente dalle sezioni di passaggio nei tubi e nella pompa e dall’altezza h (che è la posizione dell’energia potenziale). Se le sezioni non sono sufficienti per ottenere le portate desiderate, è necessario aumentare la prevalenza della pompa, ma non sollevare l’acqua, che viene sempre scaricata nell’estensione inferiore del serbatoio superiore con una caduta di pressione V2/2g. Ovviamente, come scritto sopra e sotto, l’estensione del bacino superiore non può essere lunga chilometri e di piccola sezione trasversale, altrimenti non è paragonabile a un’appendice del serbatoio dove l’acqua utilizza la propria energia interna per assumere la forma del serbatoio che la contiene. Anche in questo caso il sistema idraulico si adatta alle perdite di carico generali e la portata in uscita dalla turbina viene ridotta ma non interrotta. Si possono eseguire tutti i calcoli della velocità, della perdita di pressione delle macchine e dei ritorni per avvicinarsi alla capacità del sistema, oppure semplicemente installare un flussometro a valle della turbina. In base a questa misurazione, si può sostituire la pompa o la struttura generale. Ma ciò che è importante è comprendere le ragioni per cui le attrezzature di sollevamento esistenti devono essere modificate, e in particolare le pompe: suddividere la potenza in quattro settori fino all’ingresso nella girante, se non vogliamo continuare a sprecare energia per un tempo infinito contro la gravità per sollevare l’acqua e continuare a non produrre l’energia più semplice, sostenibile ed economica del mondo.

Le due figure sottostanti descrivono al meglio la modifica, utilizzando due disegni tratti dal web che mostrano la fonte dei progetti originali.

    6) MODIFICA DEL SOLLEVAMENTO DELL’ACQUA DAGLI ASSORBENTI AI PRODUTTORI DI ENERGIA

L’attuale gestione mondiale delle risorse idriche è contraria ai principi generali di conservazione delle risorse, dell’energia, della fisica e della meccanica. È più facile comprendere lo spreco di acqua in un modo che potrebbe essere riciclato. Oggi, il riciclo è troppo costoso dal punto di vista energetico, poiché non esistono sistemi costruiti che aggirino la forza di gravità universale. In realtà, tutti sanno che dal punto di vista energetico è molto più economico sollevare un corpo su un piano inclinato, vincendo la resistenza d’attrito radente, piuttosto che sollevarlo direttamente. Ma per migliorare questo sistema, l’uomo ha inventato nel corso dei millenni l’attrito volvente, la trasmissione a cinghia o gli ingranaggi tra ruote di diverso diametro, e oggi, lungo un piano inclinato, si consuma una quantità di energia centesimi rispetto a quella che sarebbe necessaria per sollevare direttamente masse contro la forza di gravità universale. Nel settore idraulico, l’equivalente del piano inclinato è lo sfruttamento delle variazioni delle sezioni regolate nelle formule del principio di Bernoulli e di Pascal. Ma questi principi da soli non bastano a ridurre significativamente i costi del sollevamento idraulico, perché nell’industria idraulica mancava l’invenzione di qualcosa di equivalente alla resistenza al rotolamento, che migliora le prestazioni complessive attraverso i macchinari di trasporto e il sollevamento meccanico. Nel settore idraulico, l’invenzione che può essere considerata equivalente alla resistenza al rotolamento è la pompa a doppia alimentazione sul lato di aspirazione, che, combinata con il principio di Bernoulli, di Pascal e con il principio dei recipienti comunicanti, permette di sfruttare la forza di gravità in un senso, anche per sollevare l’acqua. Modificando i sistemi di sollevamento idraulico esistenti con l’introduzione di queste pompe, le prestazioni di sollevamento dell’acqua si avvicinano molto a quelle del sollevamento meccanico che utilizza il piano inclinato e l’attrito volvente, sebbene basato su principi completamente diversi. Infatti, il sollevamento meccanico sfrutta percorsi molto più lunghi, mentre il sollevamento idraulico, per sollevare una quantità di acqua molto maggiore rispetto a quella da sollevare, utilizza sempre circuiti d’acqua pieni, poiché è la stessa acqua con l’altezza geodetica superiore a sollevare l’acqua della vasca al livello inferiore. Ma il sistema è altrettanto vantaggioso. Pensate che riciclare un m³/s di acqua in mille metri di tubo Dn 1000 richiede la stessa energia di un sollevamento di 1,5 m, come mostrato nelle tabelle di questo capitolo. Quindi, se ricicliamo a bassa velocità 1000 L/s, possiamo sollevare circa 500, con rese simili a quelle consentite dal sollevamento meccanico su un piano inclinato e cuscinetti a rotolamento. Ma una volta inventate le pompe, continuando a pensare alla modifica dei sistemi idraulici, si può facilmente capire che i sistemi idraulici supereranno di gran lunga i sistemi meccanici. Infatti, i sistemi meccanici, pur aumentando le rese, rimangono consumatori di energia,mentre il sistema idraulico contiene il materiale che può essere trasformato in energia, sfruttando, come accennato in precedenza, l’energia dell’acqua situata nella posizione superiore rispetto a quella posta in basso, senza sprechi d’acqua. Inoltre, se un sistema idraulico è accoppiato a un sistema pneumatico e meccanico, è possibile creare un unico sistema ancora più completo che contiene altra materia convertibile in energia, come l’aria compressa. Infatti, anche l’aria compressa possiede un’energia di posizione rispetto all’aria non compressa. L’abilità del progettista di schemi idraulici e pneumatici meccanici consiste nello sfruttare al meglio i principi e le tecnologie che non sprecano energia, trasferendola da un sistema all’altro. Ovviamente, una piccola parte dell’energia prodotta dal riciclo dell’acqua viene consumata, compresa quella che passa in una turbina e viene reintegrata nel circuito di riciclo dalla bocca di aspirazione della pompa a doppia potenza. Un altro piccolo consumo di energia è dovuto al ripristino del cuscino d’aria compressa, che richiede la solubilizzazione dei gas nell’acqua. Ma questi consumi sono minimi rispetto all’energia trasformata senza l’uso di combustibili. Il sistema con aria compressa è descritto in dettaglio nel capitolo 9. 

Considerando che la tecnologia attuale permette di costruire pompe multistadio con pressioni fino a 100 bar (1000 m), come descritto in precedenza, possiamo utilizzare i corpi pompa delle pompe multistadio esistenti (per resistere alla pressione idrostatica) ma collegarle utilizzando solo il primo e l’ultimo stadio, risparmiando sia sulla potenza assorbita per gli ascensori, sia sulla costruzione delle pompe, sia sulla costruzione dei motori.

Per comprendere l’entità del risparmio energetico, si allega di seguito una tabella che mostra la caduta di pressione delle tubazioni calcolata con la formula di Bazin-Fantoli: (1000 * 4 * V2 / C2 * D) dove (C = 87 / (1 + 2g / √D). Da questa tabella si può rilevare la perdita di carico di mille metri di tubazioni con diverse portate e diversi coefficienti di rugosità (intervallo). L’intervallo di coefficienti più utilizzato nei calcoli idraulici è “16”. Sono riportati solo due diametri per impostare il ragionamento Dn 100 e Dn 1000. Se analizziamo una velocità di flusso di circa 1,5 m/s per entrambe le dimensioni, possiamo notare che poiché la potenza assorbita da una pompa è pari a Q * h, possiamo considerare le perdite di carico riportate nella tabella come la prevalenza “h” richiesta in una pompa per sollevare la stessa quantità di acqua. Il rapporto energetico tra l’acqua riciclata (che non richiede sollevamento) e l’acqua portata alla pressione atmosferica, nei due casi esaminati è il seguente:

nel caso del tubo Dn 100 (con una portata di 11,8 l/s) è pari a 48,3 / 1048,3 = 0,0460 = 4,6% della potenza necessaria per il sollevamento;

nel caso del tubo Dn 1000 (con una portata di 1180 l/s) è pari a 2,079 / 1002,079 = 0,002074 allo 0,02074% della potenza richiesta per il sollevamento.

La notevole differenza tra i due rapporti, a parità di velocità di flusso, è dovuta al maggiore contatto tra il flusso e le pareti dei tubi che si verifica nelle tubazioni di dimensioni inferiori. Ma anche in questi casi, a prescindere dai vantaggi tecnici (che consentiranno nuovi circuiti idraulici che porteranno alla produzione di energia in impianti idroelettrici fissi e mobili, sfruttando diversi schemi idraulici, come ampiamente descritto nel brevetto depositato), i vantaggi economici derivanti dalla scelta di queste tipologie di pompe e sistemi per il solo sollevamento sono immensi. Infatti, nella tabella sottostante, si può notare che se si raddoppia la portata d’acqua, per mantenere circa la stessa velocità nella tubazione, la dimensione del tubo DN 100 deve essere portata a DN 150:

In questo caso, il tubo Dn 150 (con una portata di 24 l/s) avrà un rapporto tra l’acqua riciclata e l’acqua sollevata alla pressione atmosferica pari a 21,68 / 1021,68 = 0,02122 = 2,12% della potenza richiesta per il sollevamento.

Possiamo quindi constatare che, aumentando il diametro delle tubazioni, pur mantenendo la stessa velocità di flusso, la caduta di pressione e di conseguenza la potenza assorbita dalle pompe diminuiscono esponenzialmente. Il vantaggio diventa ancora più evidente con portate e diametri maggiori, dove le perdite di carico incidono in misura minore. Infatti, nel caso della tubazione DN1000, si impiega la stessa energia per sollevare 1.180 L/s di acqua a un’altezza di 2.079 m, oppure per riciclarla in un chilometro di tubazione.

Questa semplice riflessione mi ha portato a cambiare le attrezzature di sollevamento e le pompe dell’acqua, non per contrastare la legge di conservazione dell’energia, ma per assecondarla. Infatti, prima bisogna progettare gli impianti, privilegiando la pressione atmosferica e la gravità, poi si progettano le macchine che servono per realizzare gli impianti. Le prime da cambiare sono le pompe esistenti, che sono macchine idrauliche che, ricevendo energia meccanica da un motore elettrico o a combustione interna, la trasmettono al liquido che le attraversa aumentandone la pressione. Questa pressione, nella maggior parte dei casi, viene utilizzata solo per vincere la forza di gravità e la pressione atmosferica. La figura sottostante mostra un classico sistema di sollevamento dell’acqua senza riciclo.

Dai progettisti di pompe, ai professori che progettano impianti di sollevamento pubblici, fino alle grandi multinazionali specializzate in grandi appalti, sono sfuggite alcune leggi della fisica e dell’idraulica, come il principio dei recipienti comunicanti e quello di Pascal, che permetterebbe di sollevare l’acqua sfruttando la maggiore pressione idrostatica del bacino di arrivo. Lo schema di sistema qui sopra si riferisce a uno dei più grandi impianti di sollevamento idrico d’Europa, alla cui realizzazione ho partecipato come semplice tecnico, tra il 2000 e il 2002. Comprende una grande opera di prelievo dell’acqua dal fiume Flumendosa (in Sardegna) e un impianto di sollevamento con cinque pompe verticali da 1000 l/s e 220 m di prevalenza collegate a un motore da 3150 kW, alimentato a 6000 V.

Questo impianto, progettato da un ente autonomo di Flumendosa con la ditta Termoeccanica per le pompe e Ansaldo, realizzati dalla Impregilo, e con le opere elettromeccaniche subappaltate alla ditta “Ing. Caccavale e C. sas” di cui ero dipendente, è un fiore all’occhiello della tecnologia italiana, eppure, secondo quanto firmato, dovrebbe essere riprogettato, secondo gli schemi e le pompe idrauliche che propongo. Perché se è vero che ha una capacità di sollevamento di 18.000 m³/h di acqua a un’altezza di 200 m, ha anche la capacità di consumare circa 15.000 kWh, mentre con gli schemi idraulici che ho proposto in seguito, realizzando il sollevamento con quattro impianti a gradini mediante accoppiamento a pompe di alimentazione a doppia entrata e turbine potremmo produrre circa 4.000 kWh consumandone solo quaranta per il riciclo dell’acqua. Oltre tutto, l’impianto menzionato ha comportato complessi calcoli di perturbazioni di moto variabili, effettuati dall’Università di Napoli e per la neutralizzazione di questo fenomeno sono stati necessari otto serbatoi in acciaio pressurizzati con aria compressa di 70 m³ di capacità, con prova di pressione a 30 bar. Anche il costo di questo sistema potrebbe essere evitato realizzando il sollevamento con gradini in riciclo dell’acqua e doppie pompe di alimentazione sul lato di aspirazione, come descritto, oltre che nel presente, anche nei Capitoli 5 e 8.

La mia non è una critica al progetto realizzato e alla tecnologia italiana, tanto che, in qualità di installatore, ho partecipato con orgoglio alla realizzazione di quest’opera. Ma, sapendo che nel mondo esistono migliaia di impianti di sollevamento idrico di ogni tipo, credo sia stato utile riflettere con calma su questi lavori da pensionato. Perché le pubbliche amministrazioni, le grandi imprese di costruzione e le università considerano le stazioni di pompaggio come tecnologia consolidata e non cercano soluzioni alternative. Tuttavia, la creatività, unita all’esperienza di chi ha assistito alla realizzazione di molti impianti, anche ricoprendo piccoli ruoli, può portare allo sviluppo di soluzioni alternative che non possono essere bocciate senza un’adeguata discussione. Il problema è come convincere le grandi pubbliche amministrazioni, le grandi aziende e le università, che potrebbero avere soluzioni errate, senza intaccare il loro orgoglio professionale. Il problema non è locale, ma globale. Credo che la posta in gioco sia talmente alta che l’orgoglio personale debba essere messo da parte. Chiunque può sbagliare, soprattutto io, che non posso paragonarmi a nessuno e non posso permettermi di spendere migliaia di euro in esperimenti, ma vale la pena provare queste soluzioni. La reputazione di un pensionato vale ben poco. Rischi più ingenti che sottovalutano queste soluzioni.

Non ritengo che l’utilizzo dei principi idraulici, autorevolmente confermati nelle teorie di Pascal, Newton ed Einstein, violi i principi di conservazione dell’energia. Credo piuttosto che sia opportuno valorizzarli in contrapposizione alla tecnologia attuale, che sfrutta l’energia prodotta dai combustibili per vincere la forza di gravità e la pressione atmosferica. Il sottoscritto utilizza queste risorse fisiche, presenti in natura allo stato inerziale, impiegando macchine e sistemi specificamente progettati per sollevare l’acqua con il minimo dispendio energetico possibile. Tuttavia, applicando il teorema di Bernoulli, che consente l’utilizzo di una prevalenza positiva nella pompa, non mi sono reso conto che, modificando le pompe, non solo si può risparmiare energia, ma anche produrla.

La pressione idrostatica in un circuito pieno d’acqua in una vasca aperta, pur non influenzando la prevalenza necessaria alla circolazione della pompa, determina la pressione interna e può essere misurata in metri, essendo la distanza tra il livello superiore dell’acqua rispetto all’asse di circolazione della pompa. Nello schema sopra riportato, se assumiamo che il livello della vasca superiore sia a venti metri di altezza e quello della vasca inferiore a due metri, abbiamo una pressione di alimentazione di 2 kg/cm² su una bocca e di 0,2 kg/cm² sull’altra. La rotazione della girante, comune ai due flussi, permette, oltre all’aumento di pressione, dovuto alle caratteristiche della pompa e del circuito, supposto di 0,5 kg/cm², anche la miscelazione e la somma dei due flussi. Nel tubo di mandata che esce dalla pompa, per il principio di Pascal, la pressione unitaria in Kg/cm² ^si distribuisce sull’intera sezione del tubo, cosicché, se entrassimo dal lato di aspirazione con due sezioni equivalenti DN 100 (78,5 + 78,5 = 157 cm²) e uscissimo con una sola sezione DN 150 (176 cm²), la forza totale di sollevamento dell’acqua diventerebbe 440 kg (176 cm² * 2,5 kg/cm²), mentre l’ingresso alla pompa era di 172 kg, 7 kg (78,5 * 2 + 78,5 * 0,2). È chiaro che la forza totale di 440 kg all’uscita della pompa, che è maggiore della forza in ingresso, è dovuta al recupero di pressione (o espansione) causato dall’allargamento della sezione del tubo di alimentazione da DN 100 a 150. Questa forza è sufficiente a riciclare i due corsi (11,8 + 11,8 = 23,6 l/s) e a superare le perdite di carico del circuito, considerando che metà dell’acqua non viene riciclata ma sollevata, non dalla pompa ma dal recupero di pressione dovuto all’aumento della sezione, secondo il principio di Pascal. Infatti, solo un quinto della forza F è fornito dal motore della pompa.

Questo sistema può essere utilizzato sia per proteggersi dalle inondazioni (stazioni di pompaggio), sia per sollevare e distribuire acqua potabile o per l’irrigazione, sia per estrarre acqua dai pozzi (utilizzando pompe e turbine sommerse). In tutti i casi producendo energia anziché consumarla. Solo gli inesperti che non sanno leggere gli schemi idraulici possono accusarmi di violare i principi di conservazione dell’energia. Il vero problema è che nessuno ha mai pensato di realizzare questi progetti, poiché sarebbe stato necessario fare delle invenzioni adeguate, come la combinazione delle pompe con le turbine, cosa che non è mai stata fatta, e la modifica della pompa, creando un doppio flusso.

Tuttavia, i soli principi idraulici non sono sufficienti; l’acqua deve entrare nel corpo pompa e nella girante in modo tale che le due pressioni in ingresso non si incontrino prima di entrare in contatto con la girante. Perché, se ciò accadesse, l’acqua a pressione più elevata ostacolerebbe l’ingresso dell’acqua a pressione inferiore nella pompa. Pertanto, i due flussi d’acqua non solo devono essere separati, ma anche guidati e modellati sulle pale rotanti della girante. Ma i vantaggi che si otterranno con la nascita delle pompe a doppia alimentazione saranno immensi, poiché il riciclo dell’acqua consente di risparmiare acqua, di produrre energia idroelettrica senza consumare acqua e si avrà finalmente un’alternativa sostenibile all’energia termica mobile, come spiegato di seguito. Per questo motivo, la pompa a doppia alimentazione sul lato di aspirazione è la più semplice ma anche la più potente invenzione del nostro tempo. Il seguente diagramma mostra come potrebbe essere concepito un serbatoio idrico o di disconnessione per riciclare l’acqua in attesa di essere utilizzata per la produzione di energia, sfruttando la gravità durante la discesa dell’acqua e il suo ricircolo durante la risalita, per mezzo della pompa a doppia potenza di aspirazione e riciclo in un serbatoio aperto.

L’osservazione più semplice che si può fare riguardo ai diagrammi sopra riportati e all’energia idroelettrica sommersa descritta nel capitolo “3” è la seguente: non si verifica alcuna caduta di pressione attraverso la turbina. Per quanto riguarda il sottoscritto, avvengono tutte le trasformazioni necessarie alla produzione di energia, poiché l’acqua che circola nel tubo di discesa, essendo soggetta alla forza di gravità e alla pressione idrostatica, trasforma l’energia di posizione dell’acqua superficiale in energia cinetica durante la discesa, il passaggio attraverso la pompa e la turbina. La pressione manometrica misurata all’uscita della turbina appartiene all’acqua statica esterna, che, come scritto sopra, non può opporsi all’energia cinetica residua, a parte la perdita di pressione all’uscita sommersa (V2/2g). Se così non fosse, le condotte sottomarine non potrebbero scaricare acqua nel fondale marino. Un’altra resistenza idraulica è dovuta all’attrito con le pareti del tubo in cui si scarica, che può essere ricavato da tabelle simili a quella sottostante. Ma questo problema può essere superato aumentando l’altezza geodetica dell’acqua sulla pompa e sulla turbina. In effetti, in un circuito aperto, a pressione atmosferica, la prevalenza geodetica positiva sull’asse della pompa sostituisce la prevalenza della pompa stessa, ma allo stesso tempo, per il principio dei recipienti comunicanti, nel caso trattato, coincidendo i livelli di aspirazione e mandata sulla pompa, l’acqua non dovrebbe essere sollevata. Tuttavia, se abbiamo una perdita di pressione nella valvola di ritegno di 0,5 m all’uscita di 0,2 m, la risalita dell’acqua comporta una caduta di pressione di 0,5 m, e anche se inseriamo una turbina per produrre energia che risulta in una caduta di pressione di 10 metri di colonna d’acqua, possiamo lasciare la pompa a bassa prevalenza e aumentare l’altezza geodetica del bacino (wddr) di 11,2 m (wddr) (o, 5 + 0,2 + 0, 5 + 10). Se questa soluzione dopo aver sperimentato risulta ugualmente poco convincente, puoi passare alla presentazione adottata nel capitolo “9”, che è progettata per la versione mobile pressurizzata ma può essere utilizzata anche per la versione fissa. Ovviamente, questa soluzione è meno vantaggiosa, tuttavia, il meglio degli impianti di distribuzione idrica esistenti che non consentono il riciclo dell’acqua e nemmeno la produzione di energia, ma sono grandi consumatori di energia.

Come si può osservare dal disegno sopra riportato, l’uscita della turbina fluisce nel tubo (srt) di grande sezione trasversale, dove le perdite di carico dovute alla risalita dell’acqua di pochi metri sono irrilevanti; pertanto, il tubo può essere considerato come un’estensione del serbatoio (wddr) ed è corretto considerare la caduta di pressione all’uscita V2 / 2g. Ciò dimostra che la contropressione idraulica nel caso di circolazione dell’acqua non esiste. Avrebbe un valore significativo se nella turbina non circolasse acqua, ma un corpo solido più leggero dell’acqua. Nel caso presente, per contrastare l’uscita dell’acqua dalla turbina dovrebbero esserci un altro tubo e una pompa che operano con un flusso opposto.

Considerati incontestabili questi principi fisici e idraulici, sebbene privi di prototipi, non realizzati per mancanza di mezzi economici, posso affermare, a meno che non esistano altre leggi di conservazione dell’energia che ignoro, che in futuro non avremo bisogno di grandi opere idrauliche, con allagamenti di valli montane e costruzione di dighe, che spesso causano disastri alluvionali. Ma continuando a osservare la figura sopra, possiamo anche affermare che possiamo difenderci dalle inondazioni producendo energia idroelettrica. Lo schema seguente illustra questa soluzione.

Questo, certamente dispiace alla classe dirigente italiana che sta completando il Mosè a Venezia al prezzo ragionevole di circa 5,5 miliardi di euro, secondo le ultime stime pubblicate dal quotidiano “Il Sole 24 Ore”. Invece di creare un’opera faraonica come Mosè, avrebbero potuto semplicemente abbassare le acque dei canali urbani, flussi idrici artificiali urbani, a senso unico, che sfociano in mare tramite sollevamento idraulico grazie a semplici centrali idroelettriche in funzione tutto l’anno, dopo la riduzione della sezione di passaggio del canale, per mezzo di piccole paratoie sommerse, che lasciano solo l’altezza necessaria al passaggio delle imbarcazioni. Infatti, se consideriamo il canale protetto come bacino (wlb) e solleviamo l’acqua fino allo sfioro della vasca (wddr), l’acqua che esce dal tubo di sfioro (dthdc) viene scaricata in mare producendo energia con la turbina (ht). Questo impianto non solo produce energia, ma assicura anche un approvvigionamento continuo alle acque stagnanti della zona urbana, ricordando abbastanza una fognatura. Ovviamente, è possibile effettuare calcoli precisi delle portate e della direzione del flusso all’interno dei canali, in funzione delle aperture di passaggio e delle dimensioni di pompe e turbine, fermo restando che in caso di livelli idrici eccezionalmente alti l’apertura di passaggio dei canali potrebbe essere ulteriormente ridotta con paratoie sommerse. Non è esagerato affermare che un quinto dei costi sostenuti per il Mose verrebbe risolto, oltre al problema delle alte acque, anche quello del rinnovo dell’acqua, altrettanto importante, producendo al contempo energia pulita, il che non dovrebbe essere sgradito.  

Lo stesso schema può essere utilizzato per sollevare acque sotterranee e produrre energia idroelettrica.

Questo, certamente dispiace alla classe dirigente italiana che sta completando il Mosè a Venezia al prezzo ragionevole di circa 5,5 miliardi di euro, secondo le ultime stime pubblicate dal quotidiano “Il Sole 24 Ore”. Invece di creare un’opera faraonica come Mosè, avrebbero potuto semplicemente abbassare le acque dei canali urbani, flussi idrici artificiali urbani, a senso unico, che sfociano in mare tramite sollevamento idraulico grazie a semplici centrali idroelettriche in funzione tutto l’anno, dopo la riduzione della sezione di passaggio del canale, per mezzo di piccole paratoie sommerse, che lasciano solo l’altezza necessaria al passaggio delle imbarcazioni. Infatti, se consideriamo il canale protetto come bacino (wlb) e solleviamo l’acqua fino allo sfioro della vasca (wddr), l’acqua che esce dal tubo di sfioro (dthdc) viene scaricata in mare producendo energia con la turbina (ht). Questo impianto non solo produce energia, ma assicura anche un approvvigionamento continuo alle acque stagnanti della zona urbana, ricordando abbastanza una fognatura. Ovviamente, è possibile effettuare calcoli precisi delle portate e della direzione del flusso all’interno dei canali, in funzione delle aperture di passaggio e delle dimensioni di pompe e turbine, fermo restando che in caso di livelli idrici eccezionalmente alti l’apertura di passaggio dei canali potrebbe essere ulteriormente ridotta con paratoie sommerse. Non è esagerato affermare che un quinto dei costi sostenuti per il Mose verrebbe risolto, oltre al problema delle alte acque, anche quello del rinnovo dell’acqua, altrettanto importante, producendo al contempo energia pulita, il che non dovrebbe essere sgradito.  

Lo stesso schema può essere utilizzato nel capitolo successivo per il sollevamento dell’acqua, sia per la depurazione dell’aria in serre verticali meccanizzate coperte in pietra calcarea (VCMLG) sia per la depurazione dell’acqua in bacini verticali biologici sovrapposti (BCSVP).

7) LA CITTÀ CHE SI AUTOPURIFICA NEUTRALIZZANDO LA CO2, LA DEPURAZIONE URBANA GLOBALE E IL CONDIZIONAMENTO

Lo stato dell’arte della depurazione dell’aria urbana è ancora agli inizi, mentre quello dell’acqua, situata a decine di chilometri dalla città, attraverso tortuosi percorsi fognari che producono azoto ammoniacale e acido solfidrico, assorbe molta energia e genera acque acide. Le autorità ambientali italiane e internazionali hanno invalidato i brevetti nazionali e internazionali SPAWHE, che dimostrano come la depurazione dell’aria urbana possa avere successo solo purificando contemporaneamente acqua e aria nella stessa città, mediante serre di calcare di piccole e grandi dimensioni, in grado di decomporre la CO2 e di depurare e alcalinizzare l’acqua. Questa soluzione diventa ancora più realistica ed efficiente se la maggior parte dell’energia elettrica viene prodotta da fonti idroelettriche con riciclo dell’acqua, sempre ideato da SPAWHE, perché non sarà necessario il trasporto dell’elettricità e quindi l’impianto di depurazione occuperà più spazio nel sottosuolo per ospitare le vasche verticali di depurazione, collegate alle serre di calcare sovrastanti e sottostanti per il trasporto dei fanghi anaerobici estratti alla fonte per la produzione di energia biologica. Pertanto, l’attuale sistema di trattamento, inefficiente dal punto di vista energetico sotto ogni aspetto, potrebbe trasformarsi in un sistema di purificazione dell’aria, produzione di acque alcaline e produzione di energia biologica e idroelettrica, interattivo con la gestione degli impianti. In altre parole, i sistemi di gestione pubblica e di depurazione delle acque reflue non rappresenterebbero un costo sociale, ma una fonte di guadagno in termini economici, ambientali e di salute umana. Inoltre, questo metodo di produzione energetica, molto più economico del carbone e non richiedendo il trasporto di energia, elimina anche i costi, il pericolo di blackout e i rischi di incidenti mortali dovuti alle alte tensioni necessarie.

In particolare, grazie all’utilizzo di doppie pompe di alimentazione sul lato di aspirazione, non pagando energia, ovvero il costo del sollevamento idraulico, sarà molto più economico e rispettoso dell’ambiente accumulare acqua nelle valli piuttosto che in montagna, soprattutto dove sono presenti centrali termiche che producono CO2. Questa CO2 può essere neutralizzata mediante l’acqua piovana artificiale raccolta con un basso consumo energetico, peraltro prodotta nella stessa centrale che solleva l’acqua. Infatti, le pompe consentono di realizzare contemporaneamente due circuiti idraulici che operano con regimi idraulici differenti: lo scarico fognario dalla cisterna (WDDR) può creare pioggia artificiale e reagire con materiale calcareo appositamente immagazzinato, producendo carbonati nell’acqua che andrebbero a contrastare l’acidificazione dell’acqua e del suolo, e quindi il riscaldamento globale del pianeta.

Questa applicazione, che consuma la CO2 prodotta dai combustibili fossili producendo energia pulita tramite turbina (HTVA), è illustrata nello schema idraulico riportato di seguito.

Un altro schema di sollevamento e produzione di energia può essere realizzato sfruttando l’aria compressa per sollevare l’acqua, senza la necessità di una tubazione di ritorno dal serbatoio superiore. In questo caso, si produce energia riciclando l’acqua da sollevare e facendola passare attraverso una turbina, come illustrato nel diagramma e nella legenda riportati di seguito.

Come si può vedere nella figura sottostante, le serre in pietra calcarea possono essere affiancate da bacini verticali a sovrapposizione biologica (BCSVP), che sostituirebbero gli attuali impianti di depurazione a fanghi attivi senza consumo energetico, basandosi sulla fotosintesi. L’acqua viene depurata semplicemente risalendo gradualmente, consumando i nutrienti indesiderati e producendo fanghi biologici che vengono poi sollevati, addensati e digeriti in un digestore adiacente. I bacini a sovrapposizione biologica possono essere utilizzati anche per desalinizzare grandi quantità d’acqua, impiegando cestelli circolari internamente perforati contenenti resine a scambio ionico.

La figura sopra riportata mostra uno schema urbano completo, in quanto anche i sistemi di riscaldamento e climatizzazione sono collegati tramite la filtrazione dell’aria e lo scambio termico a bassa entalpia, mentre l’acqua viene depurata prima nella rete fognaria e poi in bacini verticali sovrapposti a processi biologici. I fanghi urbani, invece, vengono convogliati in digestori anaerobici. Pertanto, l’intero sistema depura acqua e aria, scambia calore con il sottosuolo sia d’estate che d’inverno e, infine, produce energia biologica. Ovviamente, in questo sistema rivestono un’importanza fondamentale le pompe a doppia alimentazione, che elimineranno i costi del sollevamento idraulico. Ulteriori dettagli su questo sistema sono disponibili sul sito web https://www.spawhe.eu. La figura sottostante mostra il dettaglio della depurazione locale dell’aria e dell’acqua e le vie di espulsione di gas pesanti come CO2 e polveri sottili e dense.

Con le cifre di cui sopra, ho interrotto il filo logico della nuova energia idroelettrica per sottolineare che i problemi ambientali non sono dovuti solo all’energia, ma anche all’incapacità di progettare sistemi a livello globale. Infatti, l’attuale riscaldamento globale non si sarebbe mai verificato, nonostante l’uso di energie fossili, se coloro che si atteggiano a statisti avessero almeno saputo riconoscere i progetti e i progettisti. In realtà, nessuno ha preso in considerazione i miei progetti di purificazione globale, in nessuna parte del mondo. Il mondo intero è un paese e il mondo è solo la veste che fa Monaco, non la sostanza. Di fatto, gli statisti per risolvere i problemi ambientali si rivolgono a scienziati e ricercatori che evidentemente non sanno progettare a livello globale. Propongono solo soluzioni monotematiche e non si rendono conto che sono incomplete. Per essere un progettista di impianti globali sono necessarie esperienze di ingegneria impiantistica industriale, ambientale ed energetica, un’adeguata cultura scientifica e una buona conoscenza dell’organizzazione del lavoro, perché prima di tutto bisogna stabilire i cicli di lavoro e la posizione strategica dell’organizzazione in cui installare il sistema. Il luogo non può essere casuale, deve avere le infrastrutture e le risorse naturali necessarie. Al contrario, gli impianti attuali sono dislocati in modo casuale sul territorio, scollegati tra loro e persino lontani dalle fonti di inquinamento. Chi ha progettato questi sistemi continua a creare problemi, pur essendo venerato e rispettato.

Anche gli attuali sistemi idroelettrici e di sollevamento dell’acqua sono incompleti e tecnicamente banali. Sprecano immense risorse. Tuttavia, le mie soluzioni tracciano un percorso ancora più nascosto e silenziosamente osteggiato dai leader mondiali in materia di ambiente ed energia.

8) IMPIANTO IDROELETTRICO CON SOLLEVAMENTO, RICICLO E DISTRIBUZIONE DELL’ACQUA

Naturalmente, l’utilizzo più importante delle pompe a doppia alimentazione è quello combinato con le turbine per sollevare e distribuire acqua potabile e per l’irrigazione, con bilanci energetici positivi, non negativi come quelli del sollevamento della corrente d’acqua. Infatti, il sollevamento idraulico, dopo i mezzi di trasporto, rappresenta oggi il maggiore consumo energetico del pianeta. Di seguito sono illustrati gli schemi di futuri sistemi di sollevamento dell’acqua che sono anche produttori di energia. Le due bocche di alimentazione della pompa (opds) possono essere alimentate da entrambe le vasche (wddr) posizionate in alto per produrre energia senza sollevare acqua.

Ipotizzando che le prestazioni complessive della turbina e del generatore di corrente accoppiati siano entrambe pari a 0,8. Selezionando opportunamente le sezioni dei tubi, possiamo tornare alle condizioni operative della centrale idroelettrica sommersa mostrate in 10-11. Infatti, la potenza utile può essere fornita da una turbina che utilizza interamente il carico utile Hu di 50 m, intubata con una pompa che ha una portata di 1 m³/s, sarà Pu = η * 1000 * Q * Hu / 10² = 0,8 * 1000 * 1 * 50/10² = 392 kW; mentre per far ruotare la pompa nelle condizioni di equilibrio tra la prevalenza positiva e la turbina è sufficiente una predominanza di pochi cm di colonna d’acqua. Ipotizzando il funzionamento con una pompa elettrica che ha la stessa portata, prevalenza 0,2 e 0,7 prestazioni, il consumo di potenza è di 2,8 kW (0,2 * 1000/10² * 0,7). Il rapporto tra l’energia prodotta e quella consumata è 392 / 2,8 = 140.

Ma questi sistemi hanno anche la possibilità di aumentare di quasi il 50% la portata, tramite la seconda presa di alimentazione della pompa. Pertanto, per sollevare la stessa quantità d’acqua dobbiamo realizzare due sistemi paralleli da 1 m³/s che sono alimentati dallo stesso bacino (wlb), sollevano l’acqua all’altezza utile di 50 m (per la turbina) nel serbatoio (wddr1) e scaricano, in totale, 1 m³/s nel collettore (csp) Dn 1000.

Se ipotizziamo un collettore (csp) lungo 10 km che alimenta l’impianto successivo (wddr2), la lunghezza della condotta, secondo la tabella del capitolo 6, comporta una perdita di carico di 15 m. Pertanto, le pompe a doppia alimentazione poste sotto il bacino (wddr2) sono alimentate, sul lato sinistro, con una pressione residua di 35 m. Ipotizzando che questo impianto utilizzi anche turbine che sfruttano l’altezza utile di 50 m, il bacino (wddr2) dovrebbe essere posizionato a un’altezza utile di 15 m (più le perdite di carico locale, supponiamo 2 m) sopra il collettore (csp) per alimentare il lato destro della stessa pompa con un’altezza utile di 50 m. I due impianti insieme producono 778,4 kW [(392-2,8) * 2]. Inoltre, si evita di consumare circa 238 kW (17 * 1000/102 * 0,7) per il trasferimento di 1 m³/s di acqua su una distanza di 10 km.     

Leggenda del disegno: (ac) air compressor = compressore d’aria; (acg) generatore di corrente alternata = generatore di corrente alternata; (ai) girante assiale = girante assiale; (C) collettore = collettore; (cfca) connessione per aria compressa a riempimento rapido = attacco per riempimento rapido aria compressa; (csp) sistemi di collegamento pipe = tubo di collegamento impianti; (cst) tubo sistema di contenimento = tubo di contenimento impianto; (cv) valvola di ritegno = valvola di ritogno; (dgh) altezza geodetica di consegna = altezza geodetica in mandata; (dthdc) deviazione verso canali di drenaggio idraulico = deviazione verso canali di bonifica idraulica; (ecpc) cavo di corrente elettrica prodotta = cavo con corrente elettrica prodotta; (fcp) flangia di accoppiamento alla pompa = flangia per accoppiamento alla pompa; (fdsfs) doppia alimentazione flangiata e separatore di flusso = doppio alimentatore flangiato e separatore di flusso; (fss) separatore di flusso in lamiera d’acciaio = separatore di flusso in lamiera di acciaio; (htva) turbina idraulica ad asse verticale = turbina idraulica con asse verticale; (iwft) ingresso acqua per alimentazione turbina = ingresso acqua per alimentazione turbina; (lf) anello di sollevamento = anello di sollevamento; (lfcv) valvola di controllo a galleggiante di livello = valvola di regolazione livello a galleggiante; (mpl) sonda del livello minimo o massimo = sonda di minimo o massimo livello; (oip) pompa intubata rovesciata) = elettropompa intubata capovolta; (opds) pompa rovesciata a doppia aspirazione = elettropompa capovolta con doppia alimentazione; (pat) pompa come turbina = pompa utilizzata come turbina; (ptr) serbatoio collaudato a pressione = serbatoio collaudato a pressione; (od) scarico troppopieno = scarico di troppo pieno; (pat) pompa come turbina = pompa utilizzata come turbina; (pwa) pompa con autoclave = pompa con autoclave; (sav) valvola aggiuntiva alimentazione = valvola di alimentazione supplementare; (sacg) generatore sommergibile di corrente alternata = generatore di corrente alternata sommergibile; (sacm) motore sommergibile a corrente alternata = motore sommergibile a corrente alternata; (sfff) flangia speciale a quattro alimentazioni = flangia speciale con quattro alimentazioni; (sgh) altezza geodetica di aspirazione = altezza geodetica in aspirazione; (sov) valvola di intercettazione = valvola di intercettazione; (sovfa) valvola di intercettazione con regolazione del flusso = valvola di intercettazione con regolazione del flusso; (sph) altezza piezometrica di aspirazione = altezza piezometrica in aspirazione; (srip) anello di sostegno per pompa intubata = anello di supporto per sostegno turbina intubata; (srt) supply tank tube = tubo di alimentazione serbatoio; (sss) lamiera d’acciaio sagomata = lamiera di acciaio sagomata; (sv) valvola di sicurezza = valvola di sicurezza; (tcp) tubo contenente la pompa = tubo contenente la pompa; (tpups) UPS trifase = gruppo di continuità trifase; (wdn) rete di distribuzione idrica = rete di distribuzione idrica; (wddr) serbatoio di distribuzione e disconnessione acqua = serbatoio di distribuzione idrica e disconnessione.(wsdr) serbatoio di disconnessione idrica = serbatoio di disconnessione idrica.

Un altro schema idraulico di sollevamento e approvvigionamento idrico con produzione di energia può essere realizzato combinando il sollevatore idraulico in un recipiente aperto con un serbatoio autoclave pressurizzato ad aria compressa, come mostrato nello schema seguente.

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.

8.1) Centrali idroelettriche sommerse pressurizzate in bacino e in pozzi

Le “centrali idroelettriche sommerse pressurizzate in bacino” del disegno seguente poggiano sul fondale marino e producono energia con rese molto elevate, persino superiori a quelle del carbone, senza la necessità di acquistare combustibile e rilasciando gratuitamente l’ossigeno disciolto nell’acqua grazie all’alta pressione del serbatoio alimentata da un compressore d’aria situato a terra, che fornisce anche energia di pressione, la quale si trasforma in energia cinetica che viene trasferita all’acqua e sfruttata dalle turbine.

Questa soluzione ha il grande vantaggio di fornire pressioni fino a circa 35 bar (dato che l’aria a pressioni fino a 37 bar diventa liquida), consentendo inoltre di posizionare l’impianto a pochi metri di profondità. Ciò è molto importante per la produzione di energia idroelettrica in acque statiche, perché la tecnologia ci permette di realizzare sistemi elettrici con motori e alternatori sommersi, ma non può superare una certa profondità per ovvi problemi di costi e manutenzione. Ma soprattutto, è fondamentale l’utilizzo combinato di aria compressa e pompe modificate per sfruttare la forza di gravità, risparmiando e producendo energia.

Questa invenzione, come alcune precedenti invenzioni del sottoscritto relative alla produzione di energia con riciclo dell’acqua, non sarebbe possibile senza l’invenzione di pompe con doppia alimentazione separata fino alla girante, che, come mostrato in Figura 2, permette di bypassare la pressione idrostatica del serbatoio pressurizzato (1) dividendo il flusso d’acqua all’ingresso della pompa in due o quattro settori mantenuti separati anche nella girante della pompa. Questi settori sono alimentati separatamente con acqua prelevata dal serbatoio pressurizzato e dalla vasca d’acqua in cui sarà immerso l’impianto, mentre l’uscita della pompa è sempre collegata allo stesso serbatoio pressurizzato, in modo da riciclare circa il 50% del flusso totale che circola nel serbatoio. Poiché le alimentazioni sono fisse, mentre la girante ruota, lo stesso settore della girante viene alimentato alternativamente con un flusso avente una pressione diversa e portate molto simili, quindi, il flusso d’acqua con pressione aumentata spinge nella girante il flusso d’acqua con pressione minore, che proviene dall’esterno del serbatoio (1), mentre la rotazione della girante, aumenta ulteriormente la pressione dell’acqua secondo le caratteristiche dello stesso rotore (assiale, semi assiali, radiale, aperto, chiuso, ecc.), vincendo le perdite di carico nella pompa, nelle valvole e nei pezzi speciali che compongono il circuito.

Legenda : (1) Serbatoio pressurizzato in acciaio; (1.1) regolatore di livello con sonde capacitive; (1.2) valvola di sicurezza con scarico dell’aria nell’acqua; (1.3) manometro con valvola di intercettazione; (1.4) della valvola di scarico; (1.5) golfari di avviamento/sollevamento; (2) pompa utilizzata come turbina; (2.1) generatore di corrente alternata sommergibile; (3) valvola motorizzata con regolazione del flusso; (3.1) valvola on-off con controllo pneumatico; (4.1) filtro di aspirazione; (5) pompa elettrica con doppia alimentazione separata fino alla girante; (5.1) Doppia curva con setti di separazione incrociati in bassa pressione (lp) e alta pressione (hp); (5.2) deflettori dei separatori di flusso; (5.3) girante della pompa; (5.4) diffusore della pompa; (6) motore di azionamento della pompa a velocità variabile, controllato da un inverter; (7) accoppiamento motore o alternatore; (8) albero di trasmissione; (8.1) tubo per il passaggio dell’albero; (9) valvola di ritegno; ; (11) elettrocompressore con serbatoio di accumulo (11.1) rete per l’alimentazione dell’aria compressa; (11.2) elettrovalvola e valvola di ritegno dell’aria compressa; (11.3) pressostato con regolatore; (12) rete per la distribuzione dell’elettricità; (13) quadro elettrico e sistema di controllo; (13.1) cavi di alimentazione del sistema elettrico; (14) trasformatore di alimentazione per la fornitura di energia prodotta alla rete pubblica; (14.1) cavi elettrici per il trasporto dell’energia prodotta; (15) altitudine del terreno; (15.1) Livello massimo dell’acqua; (15.2) altitudine del fondale marino, del lago o del bacino idrico.

Gli “impianti idroelettrici a pressione in pozzi” del disegno seguente producono energia con rese molto elevate nella pompa utilizzata come turbina con alternatore posizionata all’uscita del pozzo, senza necessità di acquistare combustibile e se l’acqua viene sollevata in una torre piezometrica può essere distribuita per gravità agli utenti successivi, oppure scaricata e ripressurizzata per essere trasportata su grandi distanze, sempre con bilancio energetico positivo. Ciò non significa sfidare i principi di conservazione dell’energia ma solo una progettazione razionale dei sistemi, in quanto il compressore d’aria (11) posizionato vicino al pozzo, alimenta il cuscino d’aria posizionato nella parte superiore del serbatoio (1) che contiene parzialmente la linea di flusso (4) con la relativa valvola di ritegno (9) e nella parte inferiore l’elemento terminale contenente la pompa con doppia alimentazione separata fino alla girante, che è ingrandita nel disegno.

Questa soluzione ha il grande vantaggio di fornire pressioni di esercizio fino a circa 35 bar (poiché l’aria a pressioni superiori a 37 bar diventa liquida) anche in un pozzo profondo pochi metri. Non viene pressurizzato il pozzo, ma solo l’acqua che entra nel serbatoio (1), attraverso il filtro (4.1). Questo è molto importante per produrre energia idroelettrica anche da acque profonde e inaccessibili, perché già da tempo la tecnologia ci permette di realizzare motori sommergibili accoppiati alle pompe, ma i costi di sollevamento aumentano sempre di più a causa dell’abbassamento delle valvole, mentre aumentano anche i costi di depurazione, poiché l’acqua estratta è già contaminata prima dell’estrazione, soprattutto da arsenico e nitrati. L’uso combinato di aria compressa e pompe modificate con doppia alimentazione separata permette di aggirare la forza di gravità, risparmiando energia durante il sollevamento dell’acqua. Superata la pressione dell’aria di esercizio, possiamo utilizzare parte dell’energia cinetica dell’acqua per produrre energia tramite una pompa utilizzata come turbina (2) accoppiata a un alternatore (2.1). Ma essendo il sollevamento nella produzione di energia basata sul riciclo dell’acqua all’interno del serbatoio pressurizzato (1) e la pressurizzazione dell’aria compressa, che sono due fenomeni che producono ossidazione dell’acqua, se utilizziamo questo sistema per generare energia, non solo produciamo a basso costo, ma possiamo anche arrivare all’ossidazione endogena dell’acqua nello stesso deposito acquifero, eliminando l’inquinamento e anche i sedimenti, perché come è noto, l’ossidazione endogena è un’ossidazione prolungata più del necessario che consuma tutte le sostanze organiche presenti nell’acqua, che non produce fanghi e sedimenti. Questa invenzione, come alcune precedenti invenzioni del sottoscritto relative alla produzione di energia con riciclo dell’acqua, non sarebbe possibile senza l’invenzione di pompe con doppia alimentazione separata fino alla girante, che come mostrato in Figura 2, consente di bypassare la pressione idrostatica del serbatoio pressurizzato (1) dividendo il flusso d’acqua all’ingresso della pompa in due o quattro settori mantenuti separati anche nella girante della pompa. Questi settori sono alimentati separatamente con acqua prelevata dal serbatoio pressurizzato e dall’acqua del pozzo o del bacino in cui verrà immerso l’impianto, mentre l’uscita della pompa è dotata di valvola di ritegno (9) e contenuta nello stesso serbatoio pressurizzato, in modo da riciclare circa il 50% del flusso totale che circola nel serbatoio. Poiché le alimentazioni sono fisse, mentre la girante ruota, lo stesso settore della girante viene alimentato alternativamente con un flusso avente una pressione diversa e portate molto simili, quindi, il flusso d’acqua con pressione aumentata spinge nella girante il flusso d’acqua con pressione minore, che proviene dall’esterno del serbatoio (1), mentre la rotazione della girante, aumenta ulteriormente la pressione dell’acqua secondo le caratteristiche dello stesso rotore (assiale, semi assiali, radiale, aperto, chiuso, ecc.),vincere le perdite di carico nella pompa e nella valvola di ritegno.  

Legenda: (1) Serbatoio pressurizzato in acciaio; (1.1) regolatore di livello con sonde capacitive; (1.2) valvola di sicurezza con scarico dell’aria nell’acqua; (1.3) manometro con valvola di intercettazione; (1.4) elemento terminale flangiato del serbatoio pressurizzato contenente la pompa con doppia alimentazione separata; (1.5) raccordo flangiato per l’aspirazione dal pozzo; (2) pompa utilizzata come turbina; (2.1) generatore di corrente alternata sommergibile; (3) valvola motorizzata con regolazione del flusso; (3.1) valvola on-off con controllo pneumatico; (4) presa di ritorno dell’acqua nel pozzo; (4.1) filtro di aspirazione; (5) pompa elettrica con doppia alimentazione separata fino alla girante; (5.1) doppia curva con setti di separazione incrociati in bassa pressione (lp) e alta pressione (hp); (5.2) deflettori di separazione del flusso; (5.3) girante della pompa; (5.4) diffusore della pompa; (6) motore di azionamento della pompa a velocità variabile, controllato da un inverter; (7) accoppiamento motore o alternatore; (8) albero di trasmissione; (8.1) tubo per il passaggio dell’albero; (9) valvola di ritegno. (10) tubo di uscita dell’acqua pressurizzata; (11) elettrocompressore con serbatoio di accumulo; (11.1) rete di alimentazione dell’aria compressa; (11.2) elettrovalvola e valvola di ritegno dell’aria compressa; (11.3) pressostato con regolatore; (12) rete di distribuzione dell’elettricità; (13) quadro elettrico e sistema di controllo; (13.1) cavi di alimentazione del sistema elettrico; (14) trasformatore di alimentazione per la fornitura di energia prodotta alla rete pubblica; (14.1) cavi elettrici per il trasporto dell’energia prodotta; (15) altitudine del terreno; (15.1) livello massimo dell’acqua; (15.2) altitudine del fondale marino, del lago o del bacino idrico; (16) camicia in acciaio del pozzo; (16) camicia perforata del pozzo all’ingresso dell’acqua; (17) distanziatori profilati in acciaio tra i serbatoi pressurizzati; (18) serbatoio di distribuzione dell’acqua.

Ovviamente, queste piante, che sono state concepite per applicazioni sommergibili, possono essere utilizzate anche in sistemi di depurazione urbani e industriali, come mostrato nelle figure seguenti.

Legenda:(ac) compressore d’aria; (ae) estrazione dell’aria; (aec) camera di espansione dell’aria; (af) filtro dell’aria; (AFTET) torre di filtrazione e scambio termico dell’aria; (ags) agitatore per fanghi; (aid) serrande di ingresso dell’aria; (aout) uscita dell’aria; (apt) serbatoio a pressione atmosferica; (asc) collettore di fanghi anaerobici; (assc) collettore sommergibile di fanghi anaerobici; (bcf) filtro ciclonico per biogas; (bcsvp) stagni sovrapposti coperti biologici; (bms) silo di biomassa; (CCPC) camino di cattura, raffreddamento e purificazione; (cfcu) unità fan coil canalizzata; (CO2stap) serbatoio di stoccaggio di CO2 a pressione atmosferica; (clp) pompa di sollevamento del condensato; (CMCO2) collettore di trasporto di miscela compressa di aria e CO2; (cwhb) cestelli sospesi su ruote calcarei; (cwlp) pompa di sollevamento dell’acqua fredda; compressore di CO2; (etrwap) serbatoio di espansione e riempimento dell’acqua a pressione atmosferica; (dp) pompa di drenaggio; (dlh) tramoggia di carico del digestore; (dwb) corpo idrico a valle; (ebbio) elettroventilatore per biogas; (ebCO2) elettroventilatore per CO2; (efa) ventilatore elettrico per l’immissione dell’aria; (efae) ventilatore elettrico per l’estrazione dell’aria; (eff) ventilatore elettrico per i fumi; (emr) rack motorizzato attrezzato; (esf) filtro elettrostatico; (ethw) serbatoi di espansione per acqua calda; (etcw) serbatoi di espansione per acqua fredda; (ew) parete esterna; (fai) presa d’aria fresca; (fgec) camera di espansione dei fumi; (fgwe) scambiatore acqua-fumi; (GHP) pompa di calore a gas; (fcu) unità fan coil; (GPCG) pozzo geotermico rivestito in gres; (gas) gasometro; (GMLED) depurazione ambientale globale marina e lacustre; (GUECD) condizionamento e depurazione ambientale urbana globale; (GUED) depurazione ambientale urbana globale; (gwrp) pompa di ricircolo dell’acqua geotermica; (hwb) bacino dell’acqua calda; (hwp) tubi dell’acqua calda; (hwcb) bacino coperto dell’acqua calda; (hwcp) pompa di circolazione dell’acqua calda; (hwcs) fornitura di acqua calda per il consumo; (hwfc) canale dell’acqua calda e dei fumi; (hwlp) pompa di sollevamento dell’acqua calda; (hws) fornitura di recupero dell’acqua calda; (lbh) tramoggia per massi di calcare; (LDDC) digestore lineare disidratatore compostatore; (ls) silo di calce; (mgg) mini serra vetrata; (paw) acqua purificata e alcalinizzata; (pawe) scambiatore di acqua purificata aria-acqua; (pcws) fornitura pubblica di acqua fredda; (plhpow) centrali idroelettriche a sollevamento pressurizzato con acqua di ossigenazione; (plv) pioggia; (pvlm) modulo lacustre verticale di purificazione; (pvmm) modulo marino verticale di purificazione; (pvum) modulo urbano verticale di purificazione; (pwdv) valvola di scarico dell’acqua purificata; (pwo) uscita dell’acqua purificata; (rrpwl) linea di recupero dell’acqua piovana e dell’acqua purificata; (sfgc) collettore di decantazione dei gas di scarico; (sh) tramoggia per fanghi; (spas) pompe sommergibili per fanghi anaerobici; (ssl) decantatore nella linea fognaria; (stamco2) serbatoio di stoccaggio della miscela di aria e CO2; (stt) nastro di trasporto dei fanghi; (ttst) serbatoio di transito dei fanghi da ispessire; (tco2pt) serbatoio di trasporto pressurizzato di CO2; (TEPbio) centrale termoelettrica alimentata a biogas; (upwb) corpo idrico a monte; (vcmlg) serra verticale coperta meccanizzata in calcare; (VSB) edificio sinergico verticale; (wb) corpo idrico; (wba) bacino idrico da alcalinizzare; (wbc)vasca di raffreddamento dell’acqua; (wbp) vasca dell’acqua da purificare; (wlp) pompa di sollevamento dell’acqua; (wot) vaschetta di troppo pieno dell’acqua; (ws) alimentazione idrica; (wss) alimentazione idrica.

9) GENERATORI DI CORRENTE MOBILI PERPETUI CON ARIA O GAS COMPRESSO E RICICLO DELL’ACQUA.

Inoltre, l’invenzione delle pompe a doppia alimentazione sul lato di aspirazione ci permetterà di sfruttare l’energia della pressione dell’aria compressa in un serbatoio di riciclo chiuso, che potrà essere utilizzato anche per sostituire i motori termici, come illustrato nello schema idraulico sottostante. Infatti, se certamente possiamo immagazzinare energia elettrica tramite accumulatori, è ancor più vero che possiamo accumulare energia fisica comprimendo l’aria. Se realizziamo circuiti pressurizzati intelligenti con aria compressa che non consumano acqua, è evidente che questi non consumano nemmeno l’aria compressa stessa, a parte quella che, inevitabilmente, secondo le leggi della fisica e della chimica, si solubilizza in acqua (si parla sempre di ppm). Quindi anche l’energia che verrà spesa per comprimere l’aria sarà molto inferiore a quella che verrà recuperata. Pertanto, in un circuito pressurizzato con pompa, sempre combinando una turbina con una pompa di riciclo dell’acqua a doppia alimentazione, possiamo produrre energia idroelettrica da utilizzare sui mezzi di trasporto, recuperando per la maggior parte del tempo solo la parte di aria disciolta in acqua. Come riportato nei calcoli seguenti, le prestazioni sono centinaia di volte superiori a quelle dell’energia termica.

Legenda disegno : (ac) air compressor = compressore d’aria; (acg) generatore di corrente alternata = generatore di corrente alternata; (ai) girante assiale = girante assiale; (bd) scarico di fondo = scarico di fondo; (cfca) connessione per aria compressa a riempimento rapido = attacco per riempimento rapido aria compressa; (cv) valvola di ritegno = valvola di ritogno; (dph) altezza piezometrica di mandata = altezza piezometrica in mandata; (ecpc) cavo di corrente elettrica prodotta = cavo con corrente elettrica prodotta; (fcp) flangia di accoppiamento alla pompa = flangia per accoppiamento alla pompa; (fdsfs) doppia alimentazione flangiata e separatore di flusso = doppio alimentatore flangiato e separatore di flusso; (fss) separatore di flusso in lamiera d’acciaio = separatore di flusso in lamiera di acciaio; (htva) turbina idraulica ad asse verticale = turbina idraulica con asse verticale; (iwft) ingresso acqua per alimentazione turbina = ingresso acqua per alimentazione turbina; (lf) anello di sollevamento = anello di sollevamento; (lfcv) valvola di controllo a galleggiante di livello = valvola di regolazione livello a galleggiante; (lf) anello di sollevamento = anello di sollevamento; li) indicatore di livello = indicatore di livello; (mpl) sonda del livello minimo o massimo = sonda di minimo o massimo livello; (opds) pompa rovesciata a doppia aspirazione = elettropompa capovolta con doppia alimentazione; (ow) uscita acqua = uscita acqua; (pat) pompa come turbina = pompa utilizzata come turbina; (ptr) serbatoio collaudato a pressione = serbatoio collaudato a pressione; (sacg) generatore sommerso di corrente alternata = generatore di corrente alternata sommergibile; (sov) valvola di intercettazione = valvola di intercettazione; (sovfa) valvola di intercettazione con regolazione del flusso = valvola di intercettazione con regolazione del flusso; (sph) altezza piezometrica di aspirazione = altezza piezometrica in aspirazione; (srip) anello di sostegno per pompa intubata = anello di supporto per sostegno pompa intubata; (sss) lamiera d’acciaio sagomata = lamiera di acciaio sagomata; (sv) valvola di sicurezza = valvola di sicurezza; (tcp) tubo contenente la pompa = tubo contenente la pompa; (tpups) UPS trifase = gruppo di continuità trifase; (vvv) valvola di ventilazione e sfiato = valvola di ventilazione e sfiato; (wdn) rete di distribuzione idrica = rete di distribuzione idrica; (wsdr) serbatoio di disconnessione idrica = serbatoio di disconnessione idrica.

L’energia prodotta con questi sistemi si basa sul funzionamento di autoclavi e di doppie pompe di alimentazione dal lato di aspirazione, due elementi molto semplici da implementare con la tecnologia attuale, controllando con precisione la velocità e la portata della pompa (tramite inverter) e la posizione delle valvole di controllo del flusso.

Sappiamo tutti che i cuscinetti d’aria provenienti dalle autoclavi sostituiscono le pompe per alcuni minuti al fine di evitare un numero eccessivo di avviamenti dei motori che si surriscaldano. Pertanto, l’espansione del cuscinetto d’aria fornisce al circuito dell’acqua il volume d’acqua accumulato durante il riposo dei motori. Nell’autoclave, quando la pressione si abbassa e il motore della pompa si riavvia, oltre a pompare l’acqua, è necessario fornire anche l’energia per ripristinare la pressione dell’aria, quindi non si ha un vantaggio energetico. Ma se utilizziamo il sistema per produrre energia, non preleviamo acqua dal circuito, quindi il cuscinetto d’aria esercita pressione ma non si espande e la pressione non si abbassa. Se non si abbassa, non viene consumata energia per ripristinarla. In questo caso, l’acqua che esce dall’autoclave fornisce la sua energia di pressione a una turbina idraulica che produce elettricità, ma nel frattempo, la stessa quantità d’acqua ricade all’interno dell’autoclave attraverso un altro circuito, quindi il cuscinetto d’aria non si consuma e non consuma nemmeno acqua, perché l’acqua che esce dalla turbina viene reimmessa nel circuito di ricircolo pressurizzato. È lecito chiedersi qual è il trucco energetico? I trucchi sono diversi:

9.1) Il volume d’acqua che entra ed esce dal circuito deve essere molto inferiore a quello accumulato nell’autoclave. Dovrebbe essere il minimo indispensabile per azionare la turbina; un piccolo serbatoio di disconnessione idraulica deve essere posizionato dopo la turbina e la doppia alimentazione della pompa.

9.2) La pompa con doppio ingresso di alimentazione, da un lato è alimentata a bassa pressione dall’acqua scaricata dalla turbina e dall’altro dall’acqua riciclata ad alta pressione dell’autoclave, ma essendo dotata sul lato di bassa pressione di una valvola di ritegno ed essendo inoltre dotata di deflettori di separazione per il flusso con un profilo sagomato della girante su entrambi i lati e, quando la pompa ruota nell’acqua a bassa pressione, non può che sommarsi nel corpo della girante e tornare al serbatoio pressurizzato con la stessa pressione iniziale ma con un intervallo superiore a quello che ritorna all’autoclave anche dell’energia generata nella turbina. In questo impianto, nonostante la pressurizzazione, per la parte liquida, sul lato destro delle figure, coincidente con il livello dell’acqua in ingresso e in uscita dalla pompa, è valido il principio dei recipienti comunicanti quindi non è necessario superare la pressione idrostatica ma solo le perdite di carico nelle tubazioni e in uscita come nei precedenti circuiti idraulici.

9.3) Il terzo trucco energetico è l’applicazione dinamica del principio di Pascal, il quale ha dimostrato che in un serbatoio chiuso la pressione si espande in tutte le direzioni. L’applicazione dinamica è ugualmente valida, ma richiede sezioni di passaggio adatte a trasmettere l’intera pressione, poiché la pressione totale è uguale alla pressione unitaria nella sezione di passaggio, come mostrato nel capitolo 6. Pertanto, con una pompa dimensionata per la somma delle due portate e una sezione di passaggio di uscita sufficientemente ampia, che ritorna all’autoclave, è possibile recuperare le perdite di carico nella tubazione di scarico pari a circa il 50% della portata. Questa percentuale può essere regolata con inverter e motori passo-passo che controllano la velocità della pompa e la posizione della valvola.

9.4) Il quarto trucco energetico si basa sul fatto che, essendo l’acqua incomprimibile e il volume di acqua riciclata (inclusa quella che passa attraverso la turbina) di gran lunga inferiore al volume di acqua accumulata, la pompa a doppia alimentazione funziona con una bassa prevalenza e un basso consumo energetico. Questo caso rientra nella circolazione interna (o di recipienti comunicanti), dove non è necessario superare la resistenza del circuito di ricircolo esterno, come la pressione del cuscino d’aria compressa. Abbiamo quindi pompe di circolazione a bassa prevalenza ma con un corpo resistente ad elevate pressioni idrostatiche.

Per utilizzare queste infrastrutture nei trasporti e negli spostamenti senza consumare combustibili o altre forme di energia, se non l’usura delle macchine, è importante realizzare sistemi salvaspazio. Supponiamo quindi di sfruttare al massimo la pressione atmosferica consentita, fornendo un generatore tramite una pompa utilizzata come turbina (pat), che sfrutta l’altezza utile Hu = 350 m e una pompa elettrica a doppia potenza DN 150 con portata di 35 L/s. Ipotizzando un’efficienza della turbina pari a 0,75, la formula Pu = η * 1000 * Q * Hu / 102, ci dà una produzione di energia di 90,07 kW (0,75 * 1000 * 0,035 * 350/102). Assegnando alla pompa una prevalenza di 0,2 m e una portata di 0,6, la potenza assorbita dalla stessa, che determina una portata doppia rispetto a quella che entra nella turbina, è calcolata con la formula 0,2 * 1000 * 0,070 / 102 * 0, 6 = 0,228 kW. In questo caso il rapporto tra consumo energetico e portata è 397,88 (90,07 / 0, 228). Infatti, le perdite di carico nel tubo di discesa, nella turbina, nei componenti speciali e le perdite in uscita sono tutte assorbite dalla pressione sulla pompa, mentre in mandata non si hanno perdite di carico apprezzabili, non superiori al livello dell’acqua (che è incomprimibile). Non c’è da stupirsi di questo risultato, dato che i gas compressi sono accumulatori di energia più potenti e flessibili delle batterie elettriche.

In questa soluzione non abbiamo affrontato il problema della solubilità dei gas in acqua o nel liquido che potrebbe sostituire l’acqua, poiché è opportuno affrontarlo in una fase successiva. Essendo piccoli i volumi di liquido in gioco e tutti riciclati, è necessario ottenere le rese più elevate minimizzando le solubilizzazioni e quindi la conseguente perdita di gas nella fase di scarico del liquido all’uscita della turbina. Infatti, considerando che lavoreremo a temperatura costante, la solubilità del gas nel liquido diminuisce con la diminuzione della pressione e quindi in quella fase, il gas solubilizzato tende a fuoriuscire dagli sfiati (vvv). Si tratta di milligrammi per litro. Se si tratta di aria, possono essere reintegrati automaticamente con compressori, nel caso di gas con bombole di riserva ricaricabili, ma se si tratterà di un gas tossico, potrebbe essere necessario anche un piccolo impianto di recupero del gas di sfiato e ricompressione, per aggiungerlo al serbatoio pressurizzato. In questa fase sono importanti solo le basi, che già da sole faticano ad essere accettate. Tuttavia, anche con semplice acqua e aria i risultati che otteniamo sono rispettabili, considerando che con l’aria compressa si possono raggiungere pressioni fino a 35 bar prima che l’aria diventi liquida.

Con altri gas, la pressione può essere raddoppiata o triplicata, completando il circuito con altri elementi per evitare lo scarico di gas tossici nell’ambiente. Le pompe multistadio raggiungono pressioni di centinaia di bar e possono essere utilizzate come turbine; inoltre, possono essere impiegate anche per realizzare doppie pompe di alimentazione che consentono di immettere il liquido a bassa pressione nel circuito di ricircolo pressurizzato. Credo inoltre che questo sistema possa sostituire, entro pochi decenni, la maggior parte dei motori a combustione interna. Certamente, questo sistema può essere utilizzato su veicoli di grandi dimensioni, che non hanno limiti di spazio; infatti, è possibile installare diversi gruppi che sommano la loro produzione di energia. Vedremo poi se sarà possibile utilizzarlo anche sulle automobili, riducendone le dimensioni o modificandone la forma per alloggiare il sistema. Una cosa è certa: non genera CO2 né polveri sottili e non aggrava la bilancia dei pagamenti di alcun Paese.

Ovviamente, i due schemi idraulici sopra riportati possono essere utilizzati anche nella versione fissa, di qualsiasi dimensione e a pressione atmosferica. Infatti, l’inserimento del serbatoio intermedio (wsdr) consente di scaricare l’acqua a pressione atmosferica come negli impianti idroelettrici esistenti, mentre la pompa a doppia potenza permette il ricircolo totale, senza sostenere i costi di sollevamento idraulico ma solo quelli relativi alle perdite di carico del circuito.

Il seguente schema rappresenta una versione più pratica del precedente.

Lo schema sottostante mostra che il generatore di corrente pressurizzato, nella sua versione fissa, può essere utilizzato anche per il sollevamento e la distribuzione dell’acqua. La legenda è valida per entrambi gli schemi.

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.

10) CONCLUSIONI

Non esiste un solo principio di conservazione dell’energia. A parte l’aforisma generale coniato da Lavoisier, che si riferisce al principio chimico ma è universalmente applicabile: “Nulla si crea, nulla si perde e tutto si trasforma”, altre affermazioni sulla conservazione dell’energia si riferiscono ai principi fisico, termodinamico e chimico, isolati tra loro, che in un sistema multidisciplinare aperto risultano privi di significato a tutti gli effetti pratici, anche se i principi di bilancio universali rimangono ugualmente validi. Faccio queste affermazioni perché, come ho descritto in questo articolo, sono certo di aver trovato un modo per estrarre artificialmente dalle immense masse d’acqua e dell’atmosfera la poca energia idroelettrica necessaria a far funzionare il mondo, senza gli attuali ingenti costi infrastrutturali che questo tipo di energia comporta. In realtà, se tutta la materia avesse la capacità di trasformarsi in energia secondo la teoria di Einstein, anche realizzando milioni di impianti sparsi in tutto il mondo, l’equilibrio energetico universale non ne risentirebbe, quindi non dovremmo fare alcun bilancio energetico, come nel caso dell’energia termica, ma solo prendere nota del guadagno energetico tra il consumo della pompa che aziona e mantiene il sistema e la turbina che produce energia. Non si tratta di un miracolo, ma di un uso razionale dell’energia esistente, applicando le leggi della fisica e dell’idraulica, come non è mai stato fatto prima, ovvero in modo unidirezionale, con le forze gravitazionali nel processo di produzione di energia, e concludendo la produzione idraulica della turbina con una grande espansione della camera, in un bacino sempre pieno, che ripristina le differenze di altezza geodetiche o piezometriche. Non dobbiamo farci ingannare dalle bassissime portate di corrente delle pompe, che vengono utilizzate per sollevare l’acqua contro le forze gravitazionali e separare i circuiti dalle turbine.

In tutti i circuiti idraulici chiusi, se introduciamo una resistenza idraulica, che nel nostro caso è una turbina, possiamo superare tale resistenza solo aumentando la prevalenza della pompa e quindi la potenza assorbita dalla pompa stessa. Pertanto, se la turbina deve produrre energia, a parità di prestazioni tra pompa e turbina non vi è alcun vantaggio energetico. Ma in generale, le turbine hanno un’efficienza maggiore rispetto alle pompe, quindi peggioriamo la situazione. Invece gli impianti proposti sono a circuito aperto, dove la resistenza della turbina può essere superata semplicemente aumentando la prevalenza all’aspirazione della pompa, quindi non è necessario confrontare le prestazioni della pompa con quelle della turbina, ma si calcola solo il guadagno del rapporto energetico ottenuto tra l’energia spesa dalla pompa per vincere l’inerzia e mantenere il flusso di energia, rispetto all’energia prodotta dalla turbina, che è proporzionale alla sua prevalenza all’ingresso della pompa, indipendentemente dalle altre caratteristiche dei circuiti che rimangono invariate. Negli impianti idroelettrici pressurizzati, che sono un po’ più complessi, abbiamo sfruttato l’energia dell’aria o del gas compresso per alimentare la turbina, scaricando la pressione dell’acqua e ripristinando la caduta di pressione tramite il ritorno dell’acqua al serbatoio attraverso un circuito a bassa potenza reso possibile dalle nuove pompe di alimentazione doppie sul lato di aspirazione. Le stesse pompe che consentiranno di produrre energia anche per il sollevamento dell’acqua nei futuri sistemi di distribuzione idrica e di protezione del territorio.

Non dobbiamo lasciarci ingannare dalle scarse prestazioni delle altre energie che non riescono a sfruttare le forze esistenti in natura e le caratteristiche fisiche (atmosfera, gravità, posizione fisica delle acque superficiali, comprimibilità dei gas e incomprimibilità dell’acqua) e soprattutto dalle prestazioni di motori e centrali elettriche, che non raggiungono le prestazioni rispetto a quelle del combustibile con un potere calorifico inferiore di 0,4. Come potrebbe essere più efficiente se si partisse da zero, senza poter sfruttare alcuna condizione vantaggiosa? Dovremmo stupirci che, per trovare nuove energie, le classi scientifiche, economiche e politiche si concentrino insieme su un’energia ancora meno sostenibile dei combustibili fossili e meno pulita dell’idroelettrico, che invece porterebbe ossigeno nelle acque attraverso un riciclo continuo. Dovremmo invece stupirci che l’alternativa idroelettrica, così facile da realizzare in molteplici versioni e di qualsiasi dimensione, da sembrare miracolosa, non esista ancora, dopo aver quasi distrutto il pianeta con l’inquinamento da combustibili fossili. Dobbiamo essere sorpresi dal fatto che l’inventore di questa energia sia stato costretto a pubblicare solo per un semplice ragionamento, come fece Einstein per spiegare al mondo la relatività generale. Ma Einstein, probabilmente il più grande genio di tutti i tempi, e costruire un prototipo della relatività generale sarebbe un’impresa impossibile anche per i giorni nostri, e sperimentare l’energia idroelettrica alternativa costa poche migliaia di euro. Come inventore, mi vergogno di non averli, perché ho sprecato i miei pochi risparmi pagando tasse su precedenti domande di brevetto che nessuno ha voluto sperimentare. Ma se non avessi speso quei soldi, il mondo non saprebbe mai che, oltre al trattamento locale, è possibile una purificazione globale. Perché quando chiuderò il sito web http://spawhe.eu, ogni traccia del mio lavoro scomparirà. Solo le domande di brevetto rimarranno visibili nel tempo. Non è un caso che nel capitolo 7 di questa pubblicazione, abbia interrotto il flusso logico della descrizione per sottolineare che il sottoscritto ritiene di essere in credito con tutte le autorità ambientali del mondo, che vogliono combattere l’inquinamento e il riscaldamento globale. Ma non avendo ricevuto alcuna risposta da parte di alcuna autorità ambientale o scientifica a livello mondiale, il sottoscritto non ha ancora capito quali autorità siano realmente interessate alla tutela dell’ambiente, credendo di essere l’unico ad aver progettato impianti di trattamento globali (che si estendono su interi territori, eliminando aria e acqua e producendo energia biologica), se gli impianti che ho proposto non sono adatti a loro, con progetti del genere e quali progettisti vogliono combattere il riscaldamento globale? Dal momento che gli impianti conosciuti hanno già fallito? Pertanto, il sottoscritto non si è sorpreso del silenzio con cui queste invenzioni sono state accolte e continua a basarsi solo sulla propria esperienza e sul proprio ragionamento, perdendo ogni giorno di più di quanto stimato fosse,nella scienza e nell’autorità in materia di ‘ambiente’, quando dieci anni fa, appena uscito dalla pensione, ingenuamente, decisi di dare una mano, portando anche la prospettiva di un tecnico abituato ad assemblare diversi sistemi in impianti industriali e nell’ambito ambientale. La certezza scientifica dovrebbe essere un punto di forza non solo per la tutela dell’ambiente, ma anche per la democrazia. Ma oggi gli scienziati non si rendono conto che milioni di unità esterne di condizionatori d’aria, con i loro scambiatori d’aria, contribuiscono a riscaldare ulteriormente i centri urbani e a diffondere polveri sottili. Non si rendono conto che persino le fognature producono acido solfidrico e acido solforico, distruggendo così il potere energetico dei fanghi e triplicando il costo della depurazione dell’acqua. Non si rendono conto che gli impianti di depurazione, limitando l’ossidazione, producono solo acque acide che peggiorano la situazione dal punto di vista globale e anche al di fuori della città, e non sono utili alla depurazione dell’aria. Sarebbe del tutto logico utilizzare l’aria inquinata per ossidare il processo di depurazione dell’acqua nelle serre riempite di materiale calcareo, dove acqua e aria si purificherebbero a vicenda, contrastando persino l’acidificazione. Ma la scienza non ha dato una risposta su questo fronte, preferendo continuare con i fanghi attivi e gli impianti di depurazione a decine di chilometri di distanza dalle fonti di inquinamento. Se gli scienziati, e soprattutto l’opinione pubblica, fossero consapevoli dei problemi affrontati dai sottoscritti senza mezzi economici, avrebbero almeno realizzato dei prototipi e permesso ai legislatori di emanare leggi più efficaci che impedissero la costruzione di impianti incompleti, sia pubblici che privati. Ciò creerebbe anche numerose opportunità di lavoro, poiché tutte le attività umane implicano cicli lavorativi che portano a un profitto economico e cicli collaterali che, se non completati, producono inquinamento. È ovvio che il completamento di tutti i cicli porterebbe a più posti di lavoro e a una migliore distribuzione della ricchezza. Per quanto mi riguarda, che conosco i criteri di progettazione degli impianti, industriali, urbani, agricoli, energetici e ambientali, era ed è importante comprendere la necessità di sistemi globali che colmino le lacune esistenti tra un settore e l’altro. Molte volte le lacune esistono anche all’interno dello stesso settore. Dopo i primi anni di lavoro e le prime soluzioni presentate, ho capito che le autorità e gli esperti non vogliono colmare il divario, ma solo aumentare gli investimenti nell’ambiente senza cambiare nulla. Non potendo condividere questa assurda strategia, per affrontare il grave riscaldamento globale, ho continuato il mio lavoro in solitudine. È troppo facile lavorare in molti, con grandi mezzi economici, coperti dalla segretezza delle aziende pubbliche o private. In questo modo, i fallimenti delle sperimentazioni rimangono segreti mentre i successi diventano pubblici. Sfortunatamente, come inventore privato, sono costretto a lavorare in completa trasparenza, sia in caso di fallimento che di successo. Ma soprattutto, sono costretto a implorare, anche gli esperimenti più semplici per convincere gli scettici, che non vogliono essere convinti. In realtà,Nessuno ha tirato fuori un solo euro. Il mio lavoro è diventato sempre più strano, perché, trattando di strutture pubbliche, non dovrei incontrare opposizione se le soluzioni sono utili. Invece, dopo tanti anni, ancora non sappiamo cosa ne pensino delle mie soluzioni. Si oppongono con un silenzio, purtroppo, simile all’isolamento delle persone indesiderate.

Queste, per me, sono le ragioni principali che non permettono di superare problemi seri come l’inquinamento urbano e globale. Un cittadino che ha maturato un’esperienza utile e vuole lavorare, non riesce a trovare un punto di riferimento pubblico, né può rivolgersi a investitori privati, essendo attento a non proporre soluzioni commerciali. Di fatto, la tutela ambientale complessiva può essere realizzata solo attraverso opere ambientali strutturali che non hanno nulla a che vedere con quelle attuali, a partire da fognature, impianti di depurazione, centrali elettriche, inceneritori, ciminiere. Sarebbe diverso se gli enti pubblici, difendendo con orgoglio le proprie soluzioni, si opponessero ai rifiuti motivati ​​da esperimenti condotti e documentati, criticando i sistemi che il sottoscritto propone. La progettazione pubblica non difende i propri impianti perché sa che ho ragione e non commette errori di misurazione, ma ha concentrato i suoi sforzi sulle nuove fonti di energia. Queste, certo, stanno facendo grandi passi avanti, ma sempre in relativo confronto con l’energia fossile. Torniamo quindi al punto di partenza della relatività generale, che ci permetterebbe di attingere a piccolissime porzioni di energia terrestre, di origine cosmica, ma sufficienti a far girare il mondo con costi centinaia di volte inferiori a quelli attuali, sia in termini di investimento iniziale che di produzione. Senza contare che, dal punto di vista ambientale, gli effetti sarebbero addirittura benefici, se non addirittura neutri. Tutto questo senza nemmeno dover entrare nei laboratori di ricerca per sviluppare fusioni calde o fredde. Quest’energia può essere trasformata direttamente in piccolissime quantità, applicando le leggi della fisica e dell’idraulica. La relatività di Einstein non è che una conferma.

Qualcuno, tra aziende pubbliche e private, dimostra la validità degli schemi idraulici collaudati che propongo. Sono certo che nessuno ci abbia provato, non per errate interpretazioni della fisica e dell’idraulica, ma semplicemente perché nessuno ha pensato che pompe e turbine idrauliche potessero lavorare insieme nello stesso sistema; che le pompe, invece di sollevare l’acqua contro la gravità, potessero sfruttare la gravità per produrre energia; e che le stesse pompe potessero avere una doppia alimentazione, non solo per sommare le portate, ma anche per sfruttare dinamicamente il principio di Pascal, quindi sollevando l’acqua che entra nella pompa a pressione inferiore, a scapito di quella a pressione superiore. Queste sono le ragioni per cui l’energia idroelettrica, ancora in fase di sviluppo, è sommersa, sia quella terrestre con riciclo, sia quella mobile. Ma sono anche le ragioni per cui, dal punto di vista energetico, sono errati tutti gli impianti di sollevamento idraulico, che, insieme ai trasporti, rappresentano la voce di spesa energetica più elevata al mondo. Qualcuno dimostra anche di aver tentato, senza successo, di realizzare un diagramma idraulico di energia perpetua mobile che consumasse solo particelle d’aria attraverso la solubilizzazione in acqua, e quindi, molto lentamente, garantendo un’autonomia energetica inimmaginabile senza costi per lo stato dell’arte, per mezzo di un circuito ibrido: metà aperto e metà chiuso e la combinazione di una pompa con doppia alimentazione e turbina. Poiché nessuno può provare di aver tentato di creare impianti con domande di brevetto depositate dal sottoscritto, ci sono enormi possibilità che nel mondo l’intero sviluppo industriale sia stato sbagliato, perché le soluzioni che sto proponendo potrebbero essere realizzate da almeno mezzo secolo, semplicemente applicando fedelmente i principi di fisica e idraulica di Newton, Bernoulli, Pascal, Einstein, trascurando quelli generici sulla conservazione dell’energia, che sono già inclusi nelle leggi matematiche formulate da questi grandi scienziati. Se continua il silenzio delle autorità e della scienza su questi temi sarà un vero colpo per l’ambiente, un’economia sostenibile e la salute dei cittadini. La COP 21, al di là dei falsi accordi raggiunti, è stata l’ultimo episodio di una finzione infinita con un cast numeroso di attori non proprio statisti, che si ripete ogni anno a spese dei contribuenti, insieme ad altre finzioni di basso livello, discutendo persino dei problemi, mai delle soluzioni. È ovvio che gli statisti non possono nemmeno essere progettisti, ma dovrebbero almeno sentire più campanelli d’allarme di fronte a un benessere ambientale che non si muove, nonostante lo sviluppo tecnologico. Anche in questo caso, la scienza tace. Se è dietro le poche parole degli uffici brevetti italiano ed europeo, che hanno definito il moto perpetuo non una nuova energia idroelettrica industrialmente redditizia, che il sottoscritto propone, entrare nei dettagli come ho fatto io, con l’unico mezzo a sua disposizione: il ragionamento. Utilizzare i fondi pubblici con maggiore trasparenza, soprattutto guardando alle energie sostenibili, non al nucleare.

Quanto ho scritto in questa pubblicazione potrebbe essere in parte errato, ma nessuno si preoccupa di dimostrarlo, non per benevolenza o compassione verso me stesso, bensì per non pubblicizzare il sistema SPAWHE, che, pur con qualche errore, potrebbe indubbiamente rappresentare il modello di sviluppo industriale sostenibile. SPAWHE spaventa il mondo responsabile della tutela ambientale, perché si tratta di un’opera imponente in difesa dell’ambiente, sviluppata a 360 gradi, nata da una semplice impresa in pensione, senza un centesimo di finanziamento pubblico o privato. Sarebbe fin troppo logico confrontarla con la quantità e la qualità del lavoro svolto dall’apparato burocratico mondiale, zeppo di scienziati e ingegneri ben pagati in tutte le discipline coinvolte. Nessuno dei grandi uomini che amministrano il paese ha avuto l’idea di riunire scienziati e ingegneri di diversa provenienza per studiare soluzioni ambientali, non futuristiche, ma basate sullo stato dell’arte attuale, al di sopra degli interessi di parte. Questa è SPAWHE, che non esisteva quando ho iniziato a seguire l’inquinamento senza interruzioni per studiare e purificare processi energetici comuni e sinergici. Non esiste nulla di simile a SPAWHE, nemmeno ora, dopo dieci anni di lavoro. Questo è il tempo impiegato per costruire la rete SPAWHE, con i suoi punti di forza e di debolezza. Se ho ragione, anche solo in parte, sia sui sistemi di purificazione che sull’energia, abbiamo bisogno di una nuova rivoluzione industriale per rimediare agli errori commessi dalla prima. Chi è senza colpa scagli la prima pietra. Io non ho abbastanza pietre da scagliare, ma le condivido equamente, soprattutto con i politici e gli scienziati che si sono occupati dell’ambiente a livello locale, di energie insostenibili e di un’economia globale instabile, invece che dell’ambiente a livello globale, di energie sostenibili e di un’economia circolare globale. Ringrazio i padri della scienza che ho menzionato in questa pubblicazione e gli altri scienziati che si sono impegnati in altri ambiti. Naturalmente, chiunque può scagliarmi pietre, ma spero che siano mirate, non generiche e silenziose come quelle di chi continua a sentirsi superiore nonostante i molti errori commessi.

Qualcuno mi ha già scritto, continuando a essere ironico e generico, senza entrare nei dettagli delle soluzioni e dei calcoli energetici. Afferma che voglio dimostrare che la somma di 2 + 2 è uguale a cinque. Io rispondo semplicemente che non mi interessa la somma, ma le soluzioni. Gli importi possono essere corretti dopo aver sperimentato le soluzioni. Oggi, l’energia più economica è quella prodotta dal carbone, che non raggiunge il 35% dell’energia a basso potere calorifico, e se quell’energia sarà pulita con CCS, considerando anche i costi di trasporto dell’energia, non arriverà al 30%. Questo perché né il carbone né altre energie possono sfruttare una posizione energetica pronta all’uso, come l’idroelettrico (rivisto). Senza prototipi, i miei calcoli energetici potrebbero anche essere ottimistici, ma le soluzioni sono corrette. Al massimo, potremo aumentare la spesa energetica per produrre più energia, ma non raggiungeremo mai gli attuali rendimenti molto bassi. Su SPAWHE giocherà la reputazione degli addetti ai lavori pubblici e privati, presenti e passati, perché avrebbero potuto portare tutto almeno per mezzo secolo, invece, non c’è nulla che vada in questa direzione. Più il silenzio persiste, più la reputazione ne risente, perché errare è umano, perseverare è diabolico. La perseveranza è una virtù. Ma ciò che è grave è la cecità generalizzata, come nel libro di José Saramago.