Mat - Modular Active Turbine

Il personale interesse verso questo campo della tecnologia risale ai tempi universitari, essendomi laureato con una tesi di archeologia industriale sul recupero e riconversione di alcuni mulini lungo il Sile a Treviso. Col tempo questo interesse si è coniugato con l’attenzione verso le energie rinnovabili e sulle conseguenze ambientali che i sistemi noti producono sull’ambiente. L’esistenza di numerosi corsi d’acqua con corrente idraulica più o meno intensa, mi ha spinto a ragionare su metodi alternativi di sfruttamento di questa energia cinetica, che prescinda dall’esistenza di un salto e che risponda a precisi requisiti:

  • Un sistema che non richieda la presenza di un salto d’acqua e pertanto non comporti la realizzazione di costose opere di irregimentazione;
  • Un sistema a bassissimo impatto ambientale;
  • Un sistema adattabile alla sezione del corso d’acqua su cui verrebbe installato;
  • Un sistema a basso costo e disponibile per una fascia molto più ampia di utenza.

La ricerca mi ha portato alla configurazione di un sistema modulare che, lavorando in completa immersione, ottimizza la forza esercitata dal fluido riducendo la superficie esposta alla resistenza in maniera dinamica: la pala basculante si apre e si chiude automaticamente, dispiegando la superficie concava alla massima spinta utile e contemporaneamente riducendo al minimo la resistenza della superficie convessa contrapposta, favorendo la rotazione attorno all’asse verticale.

La ricerca di anteriorità, precedente alla concessione del brevetto, ha fatto emergere che già nell’ottocento alcuni inventori avevano proposto turbine che sfruttavano il principio della pala basculante, ma senza prevedere che la turbina potesse essere composta da più elementi assemblabili e per cui adattabile alle dimensioni del sito.

In breve: la turbina, che ho chiamato in principio con l’acronimo T.A.S. (turbina adattiva seriale), ora M.A.T. (modular active turbine), è composta da un perno centrale (quindi rotante attorno all’asse verticale) sul quale alternativamente vengono impilati dischi e cilindri distanziatori, per un minimo di 2 livelli e un massimo a volontà (salvo limiti strutturali); ai dischi vengono applicate le pale, disposte in maniera da aprirsi o chiudersi mediante opportuni appoggi sul cilindro. Ho chiamato l’insieme di questi elementi “colonna”; più colonne affiancate costituiscono una turbina. Appare chiaro che modulando il numero di livelli verticali e il numero di colonne, posso modificare le dimensioni della turbina per adattarla al sito.

Ovviamente le colonne sono collegate tramite cinghie, catene, cardani o meccanismi a super-magneti (in fase di sperimentazione), in modo da trasferire il moto rotatorio all’apparato di trasformazione. La modularità della turbina è stata una delle caratteristiche più apprezzate anche in sede di istruttoria brevettuale perché comporta indubbi vantaggi: oltre alla possibilità di adattare la turbina alle dimensioni del corso d’acqua e quindi ad impedire interventi impattanti per l’adeguamento dello stesso, si presta all’industrializzazione del prodotto, con conseguente riduzione di costi sia di progettazione che di costruzione; inoltre risulta molto facilitata la manutenzione, che in caso di rottura, usura o vetustà, consente la sostituzione delle sole parti danneggiate, senza dover cambiare l’intera turbina.

Tuttavia l’aspetto più innovativo del sistema risiede nelle possibilità di applicazione: non richiedendo un salto d’acqua, ma solo un adeguato flusso, può essere realizzato in molte più situazioni e anche in siti dove gli altri sistemi noti non sarebbero convenienti. Di seguito un sintetico elenco di possibili impieghi:

  • unità mobile: piccola centralina portatile a una o due colonne e due o più livelli sovrapposti prevalentemente realizzati in abs o altro materiale plastico e alluminio, con larghezza di circa 60 cm. (e quindi di facile trasporto), completamente autonoma e dotata di unità di accumulo sganciabile, sia galleggiante che posata sul fondo del corso d'acqua. Se ne ipotizza un uso domestico o di emergenza, ad esempio da utilizzare in campeggio o in zone non servite da rete elettrica fissa. È un modello pensato per un vasto mercato, per cui, una volta industrializzato, dovrebbe avere costi contenuti.
     
  • Impianto a ribaltamento: prevalentemente utilizzabile su corsi d'acqua con larghezza fino a 3 mt., con sponda artificiale o naturale e profondità preferibile variabile tra i 60 e i 180 cm.; il limite sulla larghezza del corso d'acqua è dovuto alla necessità di appoggio su entrambe le sponde e quindi di limitare la dimensione e il costo del telaio principale; nulla ne impedisce comunque la realizzazione su fiumi più larghi, ma va preventivamente valutato il rapporto costo/beneficio; (potenziale produttivo fino a 20 Kw/h);
     
  • Impianto a bandiera: utilizzabile su fiumi di larghezza superiore ai 3 mt.,  l'impianto viene incardinato su una unica sponda, lasciando libero parte del corso d'acqua; preferibilmente installabile in pancia a un'ansa, può svolgere una funzione secondaria di antierosione.  In caso di pericolo, si sgancia e si dispone parallelamente alla sponda in un vano opportunamente predisposto. Può essere montato in serie con adeguato intervallo; (potenziale produttivo circa a 7 Kw/h per ogni unità della serie);
     
  • Impianto a sollevamento verticale: particolarmente indicato per la tipologia ad accumulo in quanto consente il disimpegno automatico mediante attuatore. Al momento è la tipologia più interessante perché può sostituire paratoie esistenti, e sfruttare infrastrutture già pronte; inoltre si ipotizza una procedura concessoria semplificata, potendo essere installato anche a corollario di impianti esistenti con funzione di produzione integrativa; (potenziale produttivo fino a 3Kw/h/paratoia);
     
  • Frangiflutti: un possibile impiego potrebbe essere quello sotto pontili marini o di fronte a barriere frangiflutti, in modo da sfruttare il moto ondoso in andata e in ritorno; anche in questo caso pare più indicato l'impianto ad accumulo; (potenziale produttivo in condizioni ottimali oltre i 10 Kw/h dipendentemente dalla lunghezza);
     
  • Grandi impianti marini: la tecnologia potrebbe essere impiegata, ovviamente con un salto di scala, per grandi impianti che potrebbero sfruttare le correnti marine superficiali. Si può immaginare la realizzazione di grandi chiatte galleggianti, collegate le une alle altre come i vagoni di un treno, dove la turbina viene immersa come una deriva. La catena di chiatte verrebbe stesa in un tratto di mare caratterizzato dalla presenza di costanti correnti superficiali e ancorata al fondo; le chiatte potrebbero essere anche utilizzate come supporto per impianti fotovoltaici, ottimizzandone l'efficienza; (potenziale produttivo fino al megawatt e oltre);
     
  • Impianti eolici: nulla impedisce di usare il principio per la realizzazione di torri eoliche. Si è ipotizzato l'utilizzo di turbine ad unica colonna con un minimo di 8 livelli sovrapposti, sempre rotanti attorno all'asse verticale; naturalmente lo sfruttamento di un elemento con ridotta densità comporterà la progettazione di pale molto più grandi e proporzionalmente più leggere. Pur non avendo al momento dati sull'efficienza di una turbina di questo genere, si può prevedere una riduzione considerevole dell'impatto ambientale, sia per l'eliminazione delle grandi pale degli impianti tradizionali, sia per la riduzione del rischio di impatto dei volatili, sia per la probabile diminuzione del rumore.

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