ITGE20130029A1 - "aries" sistema integrato di produzione di energia elettrica da fonte naturale continua - Google Patents

Description

DESCRIZIONEdell'invenzione avente per titolo ARIES

Dispositivo per la produzione di energia elettrica da fonte naturale e continua

Per mezzo di una valvola ( C) uniamo due tubi rigidi di piccolo diametro lunghi almeno m.50, ottenendo così un unico condotto di almeno m.l00di lunghezza quando la valvola suddetta è aperta. Immergiamolo verticalmente tenendo fuori dalla superficie dell'acqua solo l'estrem ità superiore ove applichiamo una valvola (D)

Chiudiamo la valvola ( C)

Per attivare il processo, con un compressore d'aria, collegato tram ite un condotto (K) sopra la valvola ( C) che separa i i due tronconi, svuotiamo il tubo superiore (A) cosicchè questo sarà pieno di aria a pressione atmosferica.

Il tubo inferiore (B), che è pieno di acqua, registrerà una pressione alla bocca inferiore, che si trova a m.-1OD, pari a 10 bar, mentre la pressione alla sua sommità (posta a m. -50) sarebbe di bar 5; tuttavia, avendo elim inato la colonna di acqua sovrastante, la pressione gravante su questa bocca sarà inferiore a 5 bar.

All'apertura della valvola ( C) che separa i due tronconi, la colonna di acqua contenuta nel tubo inferiore (B)viene spinta in alto per effetto di due concom itanti condizioni: la depressione alla bocca superiore e la conseguente spinta della pressione esercitata alla bocca inferiore (10 bar) che si sfogherà nel moto lineare unidirezionale (essendo dentro al tubo, owero senza dispersioni tridimensionali) pertanto l'unica dispersione che incontra il flusso dell'acqua all'apertura della valvola è costituita dal peso della colonna stessa (trascurando gli attriti). E poiché sappiamo che il bilanciamento delle pressioni nei fluidi awiene alla velocità prossima a quella del suono, nell'istante dell'apertura della valvola (C) ed essendo chiusa la valvola (D), il getto d'acqua conseguente sale ad elevata velocità nel tubo, comprimendo l'aria in esso contenuta. Oppure, se la valvola (D)posta alla bocca superiore del tubo (A), viene chiusa contemporaneamente all'apertura della valvola ( C), si crea, nella condotta, oltre alla pressione idrostatica dovuta al riequilibrio delle pressioni, anche una pressione di inerzia dovuta al brusco annullamento della velocità dell'acqua nel tubo ed all'accelerazione negativa che ne consegue (colpo di ariete idraulico), pertanto il lavoro motore è dato dall'energia cinetica dell'acqua contenuta nel tubo. Lm= m • V

Ancorata sul fondale (Fig.2), una struttura rigida (H) sosterrà una turbina a reazione ad asse verticale( ). Una serie di tubi come quelli sopra descritti sono posizionati intorno alla turbina con l'obiettivo di attivarla tram ite i getti d 'acqua sparati fuori dai tubi superiori (An) tram ite il colpo d'ariete attivato al momento dello svuotamento come sopra descritto. Per massim izzare l'efficienza dell'attivazione della turbina, i getti awerranno secondo uno schema di coppie di forze owero dallo svuota mento di tubi posizionati diametralmente opposti e muniti di appositi ugelli (F).

Owiamente il descritto processo di auto alimentazione è destinato ad arrestarsi per gli attriti e dispersioni che si generano ad ogni passaggio, tuttavia integrando l'aria compressa prodotta dal colpo di ariete con aria ottenuta con altri opportuni e noti sistem i basati sul movimento superficiale del mare quali le colonne di acqua oscillanti ed i pontoni galleggianti i cui movimenti di rollio, beccheggio e spostamento verticale azionano apposite pompe, la quantità di aria può essere calcolata e ottenuta dal semplice movimento del mare e stoccata in apposito serbatoio(N) per essere successivamente utilizzata a complemento dell'aria prodotta dal"colpo di ariete".

Per una stima del quantitativo di aria necessario in term ini di portata per realizzare il funzionamento del sistema illustrato, consideriamo che la portata è il volume di gas che passa nell'unità di tempo attraverso una determ inata sezione 5 e che la velocità di passaggio dell'aria attraverso una sezione può facilmente raggiungere, ma non superare la velocità del suono (è sufficiente che il rapporto tra la pressione più bassa e la pressione più alta sia maggiore di 0,5). Per il caso in oggetto, all'apertura delle valvole dI, cl (Fig. 1) vi sono due recipienti contenenti aria; in uno, il troncone superiore del primo tubo contenente aria a bar 7-8 (da confermare con sperimentazione) che tram ite il condotto (K) è collegato al tronco ne superiore del tubo successivo contenente aria a pressione atmosferica, pertanto all'apertura delle valvole che mettono in comunicazione i due recipienti, l'aria che fluisce e si immette nel tubo d'acqua tende alla velocità del suono. La portata può essere espressa come risultato della moltiplicazione della velocità V del fluido per l'area della sezione S dell'orifizio di uscita Q=V.S

La velocità del suono a temperatura ambiente ha un valore di circa 340 m/s e in base a quanto sopra detto equivale alla velocità con cui il getto di aria compressa impatta la base della colonna d'acqua contenuta nel tubo (A) e il quantitativo di aria rilasciato ad ogni insufflazione sarà proporzionale all'intervallo di tempo intercorrente tra apertura e chiusura della valvola.

Trattandosi di un impianto "off-shore", soggetto all'impatto del moto ondoso, (condizione che può essere assai utile per favorire la produzione di aria compressa) tuttavia deve essere protetto da eventuali tempeste come da onde moderate che possono sommergere la turbina (situata soltanto a pochi cm sopra il livello del mare) (Fig.4). L'impianto descritto può essere schermato (L) e protetto dalle onde in base alle caratteristiche fisiche delle onde stesse: in mare aperto le particelle liquide descrivono un cerchio orientato nel verso di propagazione, pertanto non si ha trasporto di acqua Fig.5 . le particelle sottostanti compiono circonferenze via via più piccole e ad una profondità pari a circa lla lunghezza dell'onda, l'effetto è praticamente nullo. Owero il moto ondoso agisce solo in superficie, infatti in profondità non si percepiscono onde anche quando in superficie si registra una tempesta dell'intensità di forza 10 della scala Bouford. In base a questa caratteristica del mare (lago o pozzo) è sufficiente schermare la struttura fino ad una certa profondità per garantire il funzionamento della turbina in condizioni ottimali ed in perfetta sicurezza. Fig.4

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI l. Dispositivo di alimentazione per girante ad asse verticale di una macchina ad acqua che utilizza la naturale pressione dei liquidi in profondità per attivare una o più giranti.
2. 2. Dispositivo di alimentazione secondo la rivendicazione l. caratterizzato dal fatto che immergendo verticalmente un tubo, oppure due tubi rigidi (AeB fig.l) collegati tra loro da una valvola O, la pressione naturale esercitata alla bocca inferiore del tubo (B) èutilizzata per swotare il condotto superiore( A)
3. 3. Dispositivo di alimentazione per girante di una macchina ad acqua strutturata su un telaio(H) (Fig.2 ) poggiante su di un fondale di mare, lago o pozzo, ad una profondità minima che consenta l'utilizzo significativo della naturale pressione del liquido .Detta struttura è idonea a sostenere almeno due coppie di tubi rigidi immersi verticalmente, aperti alla loro bocca inferiore e provvisti di un ugello di erogazione (F ) in corrispondenza dell' estremità superiore del tubo, orientato in modo da poter attivare la rotazione di una o più giranti ad asse verticale (E ) collegate ad un alternatore(J), e sorrette dalla struttura, fuori dalla superficie dell'acqua.
4. 4. Dispositivo di alimentazione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i tubi indicati (A e B) sono costituiti da due condotti contigui e sovrapposti uniti da una valvola O che ,quando è chiusa, separa il tubo in due tronconi che identifichiamo come condotto A quello superiore, la cui bocca superiore munita di ugello di erogazione fuoriesce dall'acqua ed è orientata sulle palette della detta girante (E) Detti tubi (AeB) hanno dunque la funzione di attivare la girante (E) pertanto sono posizionati in modo da poter svolgere questa funzione nel modo più efficiente, ovvero posti in posizione diametralmente opposta per poter attivare la girante con simultanea coppia di forze
5. 5. L'utilizzo, per l'attivazione della girante, della spinta causata dal naturale bilanciamento delle diverse pressioni dei due condotti in conseguenza all'apertura della valvola di separazione lO.
6. 6. Dispositivo di alimentazione per girante di una macchina ad acqua secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l'attivazione della girante è dowta in parte, alla forza cinetica della colonna di acqua spinta dal naturale bilanciamento delle pressioni all'interno dei tubi (A e B) come descritto al punto4., unitamente ad una parte di aria compressa atta ad implementare il processo di bilanciamento sopramenzionato. Aria compressa prodotta dal movimento di uno o più galleggianti (G fig.3) mossi dal moto ondoso, nel caso di installazione off-shore dell'impianto. e collegati alla struttura da pompe di aria.
7. 7. Dispositivo di alimentazione per girante di una macchina ad acqua secondo una o più rivendicazioni precedenti, sostenuto da una struttura rigida ( H) fissata sul fondale del mare (lago o pozzo) in modo che la girante stia fuori dalla superficie dell' acqua ad una quota massima definita. Per mantenere invariata questa distanza dalla superficie dell' acqua il cui livello potrebbe essere influenzato da onde o altro turbolenze, la struttura è schermata, owero "intubata" (L fig.4) per un terzo della sua lunghezza totale in modo da mantenere calma la superficie dell' acqua che non sarà pertanto mossa da onde all' interno della schermatura inoltre una calotta di copertura stagna completa la schermatura cilindrica (L)a1 fine di isolare e proteggere il dispositivo da spruzzi o altri eventi esterni .