Pala eolica sollevamento acqua

Vorrei scrivere qualche riga su un progetto che sto rimuginando da qualche anno. Scaricando brevetti dagli U.S.A. ho visto la descrizione di un meccanismo da integrare ai sistemi eolici classici per sollevare in superficie l'acqua dei pozzi (scarico i brevetti dal sito http://www.freepatentsonline.com/, iscrizione e download gratuiti). In particolare nel brevetto n° 6699019 del 2 marzo 2004 (autori Steven Craig Myers e Allan Curtis Hogue) viene descritto il modo di portare acqua in superficie senza l'uso di meccanismi sommersi, semplicemente sfruttando il principio dei vasi comunicanti.

- Descrizione del principio fisico -

Il livello di un liquido contenuto in due vasi comunicanti è identico perché il peso specifico del liquido stesso è omogeneo (fig 01). Se però rendiamo una delle due colonne più leggera dell'altra i livelli non coincideranno più. Per ottenere ciò si può far gorgogliare dell'aria attraverso un tubicino, le bolle, miscelandosi con il liquido, altereranno il peso medio fino ad 1/3 del peso originale (nel caso dell'acqua e a pressione atmosferica) (fig 02).
(per ingrandire un'immagine premere il pulsante sinistro del mouse sulla stessa, per scorrere le immagini usare la rotella del mouse, per tornare indietro premere il tasto ESC)

Fig. 01

Fig. 02

Se applichiamo lo stesso principio ad un pozzo artesiano avremo la seguente situazione:

Fig. 03

I disegni sono stati realizzati con LibreCAD (http://librecad.org)

Ho fatto qualche esperimento e tutto ha funzionato come previsto. Ho lavorato però in un contenitore di vetroresina alto 1,5 m, immergendo per 1,2 m il tubo di mandata ho sollevando l'acqua a circa 3,5 m dal suolo (teoricamente avrei dovuto sollevare fino a 3,9 m). Regolando l'afflusso di aria e la grandezza delle bolle (utilizzando ugelli di diverso diametro) potevo raggiungere il risultato più stabile possibile. La portata era di circa 10 litri al minuto, ma non mi sono preoccupato di misurare con esattezza questo dato; ho rimandato questi rilievi a quando monterò tutto nel pozzo.

Per ora interrompo, riprenderò la descrizione quando avrò realizzato il prototipo e ne avrò verificato il funzionamento.

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Sabato 06 settembre 2014

A fine estate 2013 ho fatto scavare un pozzo artesiano in giardino, il livello dell'acqua è a -22 m rispetto al suolo. Ho preparato un tubo nero in polietilene da 1,5", prevalentemente usato in agricoltura (figura 4), forando l'estremità immersa con qualche decina di fori da 2mm come in figura 5. La campana/imbuto tramite la quale convogliare l'aria pompata dalla superficie è ricavata da una bottiglia in plastica a collo largo come quella dei succhi di frutta da 1 litro (nelle foto 06, 07, 11, 12 e 13 è visibile una bottiglia di thé, ma poi ho visto che il collo della stessa non aderiva perfettamente al tubo, lasciando lo spazio di un paio di millimetri), da questa ho tagliato via il fondo e l'ho incastrata sul tubo facendola scorrere fin sopra la serie di forellini; l'ho poi fissata con tre viti autofilettanti per evitarne lo scivolamento (praticando prima dei fori come in figura 7). Ho preventivamente praticato un foro vicino al collo della bottiglia (figura 6) e vi ho applicato un bullone forato longitudinalmente come nelle figure dalla 8 alla 12. Sul bullone ho inserito un tubo di gomma trasparente incolore da 10mm di diametro interno e l'ho fissato con due fascette metalliche (figura 13). Ho quindi calato nel pozzo il tubo in polietilene ed il tubo in gomma (figura 14) unendoli ogni pochi metri con nastro isolante. Ho fatto raggiungere al tubo la profondità di 35 m (13 metri sotto il livello dell'acqua), ho sospeso il tutto con una corda ed ho mandato aria compressa nel tubicino (l'aria proveniva da un compressore elettrico, la pressione in uscita era regolata a circa 1,5 atm). Dopo pochi secondi l'acqua ha superato il dislivello ed è fluita in un tino in plastica da 700 litri (figura 15). Dopo 60 minuti il livello di acqua nel tino era di 300 litri, quindi la portata media è stata di 5 litri al minuto.

fig. 04 - etichetta sul tubo

fig. 05 - forellini di areazione

fig. 06 - buco per la vite forata

fig. 07 - forellino per vite di fissaggio

fig. 08 - vite forata

fig. 09 - vite forata

fig. 10 - vite forata

fig. 11 - montaggio vite forata

fig. 12 - montaggio vite forata

fig. 13 - bottiglia fissata

fig. 14 - inserimento nel pozzo

fig. 15 - tubo posizionato e mastellone da riempire

Le foto sono relative al materiale che ho realmente usato per qualche mese a scopo sperimentale, le incrostazioni e lo stato dei materiali rispecchiano le reali condizioni dopo cinque mesi circa di utilizzo.
L'impiego di acciaio inox (per le viti di fissaggio al tubo, per le fascette ed per la vite forata) dovrebbe risolvere il problema della ruggine.
I depositi calcarei e le concrezioni non penso siano così problematiche. Una manutenzione biennale potrebbe essere sufficiente e la sostituzione delle parti immerse non comporta spese elevate, al massimo 2 o 3 euro per esagerare.


§§ inserire link video

Lo scopo che mi ero prefissato era quello di riempire una vasca di accumulo in tempi relativamente lunghi, sfruttando l'energia eolica e senza l'impiego di parti meccaniche sommerse. Questa scelta è ovviamente legata alla conseguente mancanza di manutenzione e riparazione. Qualunque meccanismo sommerso prima o poi va manutenuto, quanto meno va pulito o disincrostato. In questo caso invece non dovrebbe esserci nessun inconveniente ma è presto per dirlo con certezza.
La parte del pozzo è quindi realizzata, ora va sostituito il compressore a motore elettrico con un sistema di pompaggio dell'aria azionato indirettamente dal vento.
Vorrei motivare adesso la scelta di utilizzare un sistema indiretto di azionamento. Il vento è troppo spesso irregolare, sia in direzione che in velocità; le pause comportano un conseguente riavvio della rotazione delle pale, la potenza richiesta per lo spunto è sempre superiore a quella in regime e se il carico è costantemente accoppiato meccanicamente, la forza necessaria ad avviare le pale sarà più elevata. Se invece di muovere direttamente la pompa si fa azionare un volano relativamente pesante, questi manterrà in movimento la pompa anche quando la pala eolica rallenterà o si fermerà per la temporanea mancanza di vento. Il volano dovrebbe essere molto pesante per esaurire la sua energia cinetica in tempi convenientemente lunghi; il suo riavvio sarebbe controproducente a causa dell'eccessiva energia di spunto richiesta, molto superiore rispetto a quella necessaria alla sola pala. Per questo motivo va calcolato adeguatamente, non è necessario perdere molto tempo a fare calcoli da certosino, l'importante è garantire un po' di autonomia all'insieme. Il mio primo obiettivo è quello di ottenere lavoro sfruttando le risorse naturali sostenibili; il vento è spesso l'unica fonte di energia meccanica disponibile, o almeno così sembra finora. Ma che ne pensate della forza animale? Per millenni gli animali hanno costituito una risorsa irrinunciabile, quindi perché rinunciare a questa possibilità? Non scandalizzatevi tanto facilmente, chi ha parlato di cavalli, asini, buoi e cammelli? Gli animali a cui mi riferisco siamo noi umani. Modificando una vecchia bicicletta o una ciclette in disuso possiamo facilmente azionare il volano di cui sopra. Si possono simulare tutti gli attrezzi da palestra, ognuno può fare gli esercizi che preferisce, nel frattempo però tirerà su l'acqua dal pozzo. Ma questo verrà in seguito, prima bisogna realizzare la pompa per l'aria e la pala eolica.
La pompa l'ho già costruita sfruttando materiale di recupero. Un tubo arancione in PVC dal diametro di 10 cm e lungo 60 cm costituisce il cilindro, all'interno vi scorre un pistone in legno azionato da un'asta in acciaio che attraverso il tappo forato (in legno anch'esso) ad una estremità del cilindro svolge la funzione di biella, accoppiata ad una ruota motrice che a sua volta è movimentata dal volano o, se preferito, direttamente dalla pala eolica. I tappi all'estremità del cilindro presentano due fori ciascuno ai quali sono avvitate quattro valvole di ritegno da 1/2"

Le valvole vanno montate in modo che ogni corsa del pistone spinga aria nel tubo in gomma che scende nel pozzo, secondo il seguente schema

§§ inserire schema pompa a doppia azione

fine post.


Ultimo aggiornamento del 21-08-2016 ore 17:06 - prima o poi aggiungerò altre immagini/video e lo schema per ora indicati dai simboli §§ come mio promemoria.

Ciao a tutti.