ENERGIA NEL TEMPO
Energia nucleare, energia meccanica,
energia eolica, energia chimica
ENERGIA NUCLEARE
L’energia nucleare nasce ufficialmente ne 1934
grazie a esperimenti effettuati da un gruppo di
scienziati tra cui c’era anche il fisico italiano
Enrico Fermi
Nel 1905 Albert Einstein intuì che c’era la
possibilità di ricavare energia dal nucleo di un
atomo
Teoria dell’equivalenza tra materie ed energia
E=mc²
PILA ATOMICA
Nel 1942 un gruppo di scienziati tra cui Enrico
Fermi lavorarono ad un progetto per realizzare la
prima «reazione a catena» controllata in una
PILA ATOMICA
BOMBA ATOMICA
È stata realizzata per la prima volta durante la
seconda guerra mondiale dagli USA.
I maggiori artefici della bomba atomica furono:
la dottoressa ebrea Lisa Meitner; Enrico Fermi,
italiano; il direttore dello stabilimento di
produzione della prima bomba atomica, l'inglese
professor sir Henry Dale, presidente della «
Royal Society »; l'inglese sir George Paget
Thomson, un fisico dell'Imperiale Scuola di
Scienze.
CENTRALI NUCLEARI
Il primo reattore di ricerca venne costruito nel
1959.
Nel 1966 l’Italia era il terzo paese al mondo per
produzione di energia elettrica dal nucleare
ENERGIA MECCANICA
Se ne è fatto uso principalmente tra la metà del
18º secolo e il 1830(prima rivoluzione
industriale) per azionare la macchine poi nella
seconda rivoluzione industriale si è introdotta la
macchina a vapore
Nella preistoria gli uomini inventavano macchine che
lo aiutassero nei lavori pesanti.
Veniva utilizzata nelle grandi civiltà per sollevare
pietre e per innalzare obelischi.
Oggi viene usata per costruire macchine industriali,
per far viaggiare navi, locomotive, automobili…
Michael Faraday (scienziato
inglese) il 17 ottobre del 1831
dimostrò che si poteva trasformare
l’energia meccanica in energia
elettrica e viceversa
MACCHINA A VAPORE
Viene inventata da James Watt nel 1769
durante la rivoluzione industriale.
Watt inventò una macchina a vapore che era
più economica nei consumi e che si poteva
utilizzare anche se il combustibile era scarso o
costoso.
MOTORE A SCOPPIO
È stato progettato e sperimentato in
Italia da Eugenio Barsanti e Felice
Matteucci (due fisici toscani) nel
1854.
Nel 1860-1861 Jean-Jacques Lenoir e
Alphonse Beau de Rochas lo
perfezionarono
Motore a scoppio di
Barsanti e Matteucci
Nel 1877 Nikolaus August Otto (tedesco)
costruì il primo motore a quattro tempi.
ENERGIA EOLICA
Per la prima volta utilizzata
nelle antiche civiltà come in
Mesopotamia, Cina, Egitto.
Anche nel 17 secolo re Hammurabi
di Babilonia sfruttò i mulini a vento
per pompare acqua da destinare
all’irrigazione dei campi
Oggi viene trasformata in energia cinetica
del vento poi in energia meccanica e in
seguito in energia elettrica
MULINI A VENTO
I primi mulini a vento con pale furono
costruiti a Babilonia nel 2000 a.C.
Erano utili per molte cose: pompare acqua,
spremere le olive, macinare i cereali, e per le
industrie(carta, tabacco, legno)
Per muovere i primi mulini a vento venivano
attaccati a terra animali o schiavi che
facevano un lavoro molto duro per girare le
pale in base al vento.
Alla fine del Medioevo furono inventati i
mulini in pietra.
NAVIGAZIONE A VELA
Nell’antichità si è cominciata a sfruttare
l’energia eolica anche per questo. La prima
imbarcazione a vela risale a 3000 anni a.C.
per merito degli Egizi
Le imbarcazioni a vela avevano molti
usi:
• Pesca
• Mezzi di trasporto
• Collegamenti fra isole
• Potevano diventare delle macchine da
guerra
• Mettevano i popoli in comunicazione
Grazie a queste si sono scoperti Nuovi
Mondi
ENERGIA CHIMICA
Sfruttata dall’uomo fin dalla preistoria fino al
XVIII secolo sotto forma di energia degli alimenti
e la forza muscolare dell’uomo e degli animali.
Queste erano risorse facilmente reperibili in
natura ed erano anche le uniche che l’uomo
conosceva.
Un esempio è il fuoco che veniva usato dagli
uomini per difendersi dalle bestie, per scaldarsi,
per fare luce e per cucinare…in seguito quando il
cibo veniva ingerito diventava ENERGIA
CHIMICA DEGLI ALIMENTI.
Più avanti, nel Neolitico, usavano il fuoco anche
per fondere i metalli e per fare oggetti in
terracotta.
ESPLOSIVI
Convertono l’energia chimica in calore
Energia liberata in tempo breve
Nel 1845 il chimico tedesco Christian Friedrich
Schönbein, accidentalmente, scoprì il primo
esplosivo
POLVERE DA SPARO
Viene inventata e adoperata nel IX secolo dai
cinesi per feste e riti religiosi.
I primi che utilizzarono la polvere da sparo per
l’impiego bellico furono i mongoli, che in quel
periodo dominavano la Cina, nel 1274 per la
tentata invasione del Giappone.
Dopo il Medioevo divenne uno strumento della
supremazia militare dell’Occidente, che ne
scoprì l’utilizzo in guerra.
TIPOLOGIE DI CENTRALE


CENTRALE A SERBATOIO
CENTRALE DI GENERAZIONE E DI
POMPAGGIO

CENTRALE FLUVIALE

CENTRALE A MAREA
CENTALE A SERBATOIO
Questa centrale è tipica delle zona di montagna, con il
bacino ad alta quota, l’edificio della centrale in basso e il
tubo di collegamento (condotta forzata) sul versante.
CENTRALE DI GENERAZIONE
POMPAGGIO
E
Questa centrale è identica a quella precedente, ma non ha il
bacino di accumulo a valle.
Durante il giorno svolge due funzioni:
 durante il giorno l’acqua scende e produce energia
 durante la notte l’acqua viene fatta risalire sulla montagna
con energia elettrica prodotta da centrali nucleari francesi
CENTRALE FLUVIALE
Questa centrale sfrutta l’acqua corrente del fiume.
Viene costruita una diga.
CENTRALE A MAREA
L’impianto è una normale centrale fluviale che funziona
in media quattro ore al giorno.
Quando il mare si ritira e forma un dislivello di circa
10m. Dopodichè la centrale entra in funzione.
PAESI CHE UTILIZZANO
L’IDROELETTRICO
L’energia idroelettrica è
una delle forme di
energia rinnovabile più
usate in Europa.
La cartina mostra la produzione di
energia tramite centrali
idroelettriche nel 2012.
1.
2.
3.
4.
Norvegia
Svezia
Francia
Italia
VANTAGGI
 Produce
energia senza emissioni
 Bassi costi
 Grazie alle dighe si evitano le inondazioni
SVANTAGGI
 La
centrale si può costruire solo in
prossimità dei fiumi
 Serve molto spazio per la diga e in questo
modo si va a distruggere l’habitat di quella
zona
 Energia nucleare
PROGETTAZIONE E COSTI DI UNA
CENTRALE
La progettazione e la
dimensione di una centrale
si basa sulla conformazione
del territorio e delle
caratteristiche del corso
d’acqua.
Il tipo di turbina va in base
alla portata del fiume; per la
realizzazione di un impianto
si deve disporre di un corso
d’acqua sfruttabile, cioè
dotato di un salto geodetico:
altezza tra il bacino e la
centrale.
DISASTRI
VAJONT
La storia di queste comunità venne
sconvolta dalla costruzione della diga del
Vajont, che determinò la frana del monte
Toc nel lago artificiale, la stima dei morti
ammonta 1910 persone.
Sono stati commessi tre fondamentali
errori umani che hanno portato alla strage:
1.
L'aver costruito la diga in una valle non
idonea sotto il profilo geologico;
2.
L’aver innalzato la quota del lago
artificiale oltre i margini di sicurezza;
3.
Il non aver dato l'allarme la sera del 9
ottobre per attivare l'evacuazione in
massa delle popolazioni residenti nelle
zone a rischio di inondazione.
GLENO
Il disastro del Gleno fu causato dal
cedimento strutturale della diga del
Gleno il 1º dicembre del 1923.
Nel 1907 un certo ingegner Tosana di
Brescia richiese la concessione per
poter sfruttare il torrente Povo per
produrre energia idroelettrica. La
concessione venne in seguito ceduta
all'ingegner Gmur.
Il 23 Ottobre 1923 il bacino si riempì
per la prima volta a causa delle forti
piogge. Tra Ottobre e Novembre si
verificarono numerose perdite nella
diga.
Alle 7:15 del 1° dicembre la diga
crollò; sei milioni di metri cubi
d'acqua, fango e detriti precipitarono
dal bacino artificiale a circa 1.500
metri di quota, dirigendosi verso il
lago d'Iseo ( BG ).
BANQIAO E SHIMANTAN
La diga del bacino di Banqiao e la diga del bacino di Shimantan
appartengono a un sistema di dighe situate in Cina, che
crollarono catastroficamente o furono intenzionalmente fatte
saltare nel 1975 in seguito al Tifone Nina.
Il numero di vittime è stato stabilito solo nel 2005 e il bilancio
ammonta a 171000 persone.
La diga Banqiao fu costruita nei primi anni 50 come parte di un
grande progetto di più di 60 dighe per produrre energia elettrica
dal fiume RU. La diga era alta 118 metri, possedeva una capacità
di 492 milioni di m³, con una riserva di altri 375 milioni di m³
per contenere eventuali inondazioni
ENERGIA GEOTERMICA
La geotermia: è la scienza che studia l’insieme dei fenomeni
naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento in
superficie di calore accumulato nella crosta terrestre, in
profondità.
Il calore della terra è energia rinnovabile inesauribile ed
ecologica. Per sfruttare il calore della terra è importante
individuare le zone dove esso è più concentrato.
Essa ha origine dal mantello di
rocce fuse ( magma ) che si trova
sotto la crosta terrestre e che
trasmette un intenso calore alle
rocce soprastanti. In alcune zone le
rocce caldissime sono abbastanza
vicine alla superficie terrestre e
formano un’area geotermica.
Funzione: l’acqua piovana che
filtra nel terreno si riscalda,
evapora e diventa vapore in
pressione, che spesso esce dalle
crepe del terreno sotto forma di
soffioni.
CENTRALE GEOTERMICA
La centrale geotermica o
campo geotermico è un
impianto simile alla
centrale termoelettrica, con
la differenza che il vapore
in pressione è un prodotto
naturale raccolto dal
sottosuolo. In Italia la
geotermia è sfruttata da
molti anni in Toscana nella
zona di Lardello.
FUNZIONAMENTO
Quando il vapore è presente ad alta temperatura (150-250°C), viene
portato in superficie per mezzo di trivellazioni più o meno profonde,
poi viene convogliato in tubazioni ed infine inviato alla turbina,
dove la sua energia viene trasformata in energia meccanica. L'asse
della turbina è collegato al rotore dell'alternatore che, ruotando,
trasforma l'energia meccanica ricevuta in energia elettrica alternata
che viene trasmessa al trasformatore.
Il vapore che esce dalla turbina viene riportato allo stato liquido in
un condensatore, mentre i gas incondensabili, contenuti nel vapore,
vengono dispersi nell'atmosfera.
Una torre di raffreddamento consente di raffreddare l'acqua
prodotta dalla condensazione del vapore e di fornire acqua fredda al
condensatore.
L'acqua condensata viene smaltita iniettandola nelle rocce profonde
da cui il vapore è stato estratto.
Quando il gas è a bassa temperatura viene utilizzato per portare
all’evaporazione un altro liquido, in un apposito scambiatore di
calore, che verrà utilizzato per produrre energia elettrica.
TELERISCALDAMENTO
Che cos’è il teleriscaldamento?
Si indica un sistema di riscaldamento che si è venuto a
sviluppare in Italia a partire dagli anni Settanta.
Caratteristica fondamentale di questa forma di
produzione e scambio di calore è lo sfruttamento di
una risorsa combustibile di cui la regione interessata è
ricca (biomassa o geotermia), o che si ritiene
conveniente da acquistare, in quel determinato
momento, sul mercato, si riducono così gli sprechi e
l'impatto ambientale, concentrando la produzione di
calore in grandi centrali che si occupano poi di
distribuire il calore alle aree circostanti.
Funzionamento:
Lo scambio di calore dalla centrale alle singole strutture
abitative è costituito da una rete di condotte sotterranee che
trasportano l'acqua calda, verso gli edifici; dopodiché,
attraverso diverse scambiatori di calore posti presso gli
edifici, si realizza lo scambio termico tra l'acqua della rete
di teleriscaldamento e l'acqua della rete del cliente
(utilizzabile per riscaldare i diversi ambienti), infine l'acqua
ormai raffreddata ritorna alla centrale termica per essere
nuovamente riscaldata.
PRINCIPALI PAESI CHE
SFRUTTANO L’ENERGIA
GEOTERMICA
I principali paesi che sfruttano maggiormente questa
fonte di energia sono:
 USA
 Filippine
 Messico
 Italia
ENERGIA EOLICA
L’energia eolica è
ricavata dalla
trasformazione
dell’energia dal vento
utilizzando mulini o
torri eoliche che
producono energia
meccanica che viene
convertita in energia
elettrica.
PARCHI EOLICI
Un parco eolico è un insieme di torri o pale eoliche situate in
un territorio che producono energia elettrica sfruttando
l'energia eolica del vento.
Tipologie:

ON-SHORE località distanti
almeno 3 km dalla costa,
tipicamente su colline, alture
o comunque in zone aperte
e ventose.

NEAR-SHORE si tratta invece
di impianti distanti meno di 3 Km
dalla costa, tipicamente sull’entroterra,
oppure sul mare ma con distanze che
non superano i 10 km dalla costa.)

• OFF-SHORE si riferisce a impianti
installati ad alcune miglia dalla costa
su mari o laghi, per meglio utilizzare la
forte esposizione
PAESI CHE SFRUTTANO L’ EOLICO
Sebbene sia la Cina regina assoluta nel campo dell'eolico nel mondo, con una
produzione di 75.000 MW, molti paesi puntano all'utilizzo di energie
alternative per il futuro e sono in costante crescita. Tra questi ci sono Stati
Uniti , Canada e Germania.
Il paese a più largo consumo di energia eolica è invece la Danimarca.
EOLICO IN ITALIA
Nel 2011 l’Italia è diventata al 7° posto nel mondo nella classifica per la
potenza eolica con la produzione di 8.144 MW.
Le condizioni per la produzione di energia eolica nel nostro Paese non
sono favorevoli a causa della conformazione allungata e stretta del
territorio e
della presenza di rilievi elevati.
I principali
parchi eolici
sono in
Puglia,
Sicilia,
Sardegna,
Campania.
L’energia del vento si può
ricavare attraverso delle
turbine eoliche , esse con
questa energia posso mettere
in funzione generatori elettrici
o macchine motrici, queste
turbine sono formate da un
asse a cui sono fissate delle
pale (generalmente 3) , che
vengono messe in moto dal
vento e quindi producono
energia.
CLASSIFICAZIONE DELLE
TURBINE EOLICHE
Le turbine eoliche sono di solito classificate
 in base alla direzione dell’asse di rotazione ( verticale o
orizzontale )
 in base al numero delle pale ( tre o due )
 in base alla potenza:
- piccola taglia (fino a 100 kW, D < 20 m)
- media taglia (da 100 a 1.000 kW, 20 m < D < 50 m)
-grande taglia (oltre 1.000 kW, D > 50)
FUNZIONAMENTO
Nel funzionamento, la forza del vento mette in
movimento una serie di pale, queste pale sono
calettate ad un perno centrale (mozzo) che le
costringe a compiere un moto rotatorio attorno
all’asse del perno.
Al mozzo sono collegati una serie di dispositivi (freni,
moltiplicatori, ecc.) che trasmettono il moto ad un
generatore elettrico. La corrente elettrica così
generata viene prima trattata in una serie di
dispositivi che la rendono compatibile con la rete di
trasporto.
COSTI
Il costo per installare un sistema completo di un aerogeneratore
decresce in funzione della potenza installata: circa 1000 € al kW
per impianti intorno ai 100 kW e può raggiungere 5000 € al kW
per impianti molto piccoli di alcune centinaia di watt.
Il costo di produzione dell'energia eolica è in costante ribasso,
ma presenta comunque un discreto investimento iniziale. Una
volta che l'impianto è stato costruito, il costo è stimato in meno
di 1 cent per Kw/h. Tale costo tende a ridursi ulteriormente
grazie al miglioramento della tecnologia delle turbine. Ora gli
impianti dispongono di pale più lunghe e più leggere e turbine
più efficienti e migliori in termini di prestazione. Inoltre i costi di
manutenzione degli impianti sono in continua decrescita
VANTAGGI
Il vento è una energia rinnovabile e sostenibile
 Non viene prodotto il gas serra CO2, se non in quantità
minime in rapporto alla costruzione dell’impianto.
 Una volta determinato il costo di costruzione
dell’impianto risulta fattibile determinare i tempi di
ammortamento

SVANTAGGI
Il rumore di una turbina eolica, dovuto essenzialmente
al vento incidente sulle pale.
 Le autorità preposte al controllo del traffico aereo di
alcuni paesi sostengono che gli impianti possono
interferire con l’attività dei radar, le pale in continua
rotazione potrebbero essere scambiate per i velivoli in
movimento.
 Possono causare un turbamento del paesaggio per la
flora e fauna ha un brutto impatto estetico.
 Assenza di incentivi e da un sistema burocratico non
di certo incoraggiante

BIOMASSA
Il termine biomassa è inteso come la quantità di
organismi animali o vegetali presenti in un certo
ambiente.
Dalla biomassa è possibile produrre energia in
modo diretto (utilizzandola come combustibile)
e indiretto (trasformandola in combustibile).
Inoltre dalla biomassa si può produrre energia
elettrica usando come combustibili i residui
dell’agricoltura, oppure piante apposite.
VANTAGGI
- Mitiga il cambiamento climatico e il riscaldamento globale;
- Riduce le piogge acide;
- Previene l’erosione del sole e l’inquinamento delle fonti
idriche;
- Riduce la pressione causata dai rifiuti urbani;
- Aiuta a mantenere la stabilità degli ecosistemi.
SVANTAGGI
- Bassa densità energetica relativa;
- Costi di trasporto e manutenzione molto alti;
- Le biomasse producono pericolosi gas inquinanti che
possono danneggiare la salute umana.
UTILIZZO DELLE BIOMASSE IN EUROPA
L’Unione Europea ricava dalla biomassa una quantità di
energia ancora molto ridotta, che equivale a circa il 5% di
tutta l’energia prodotta.
All’avanguardia sono i paesi del Nord Europa, che hanno
istallato grossi impianti di generazione abbinata
all’elettricità e al riscaldamento alimentati a biomassa.
BIOMASSE IN ITALIA
L'Italia con 2% di energia prodotta da biomasse, è al di
sotto della media europea.
In Italia la biomassa principalmente viene utilizzata
come fonte energetica di riscaldamento degli ambienti
civili.
La produzione della biomassa in Italia non gode di
buone prospettive in quanto le coltivazioni agricole di
biomassa sono in diminuzione obbligando l’economia
nazionale all’acquisto di fonti energetiche di altra natura da
paesi esteri.