UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA E DELLE
TELECOMUNICAZIONI
Progetto energia rinnovabile: apparato idroelettrico
low-cost per la produzione di energia
Relatore: prof. Carla Vacchi
Correlatore: sig.ra Silvia Roncelli
Anno Accademico 2007/2008
Elaborato di Laurea
di Andrea Nicastro
OBIETTIVO
PRODUZIONE DI ENERGIA:
SOSTENIBILE
LOW-COST
INTEGRAZIONE TECNOLOGIE TRADIZIONALI
E MODERNE
ADATTO PER I PAESI IN VIA DI SVILUPPO
INTERFACCIA SEMPLICE E IMMEDIATA
Riserva ACQUA
Turbina
Pompa
Dinamo
Elettricità
PROGETTO SISTEMA IDRAULICO
IPOTESI:
PROGETTO:
• Salto motore 120 cm
•
v 
•
u  0.46 2 gH  2.04 m s
• Dinamo 4 W
•
• 300 giri / secondo
•
v
S   1.918 cm 2
u
60u
D
 0.13 m
 n
• 30 l d’acqua
• Durata di 2 minuti
•
P
 4.07  10 4
gH
m3
s
sezione condotta = 1.4 cm
28 cm
Salto effettivo: 198 cm
Salto motore: 120 cm
50 cm
Pompa 24 V, 2.5 m + pannello solare 30 W
~ 350 €
28 cm
X
Salto motore: 120 cm
Y
Salto effettivo: 198 cm
50 cm
POMPA 1: 18 V, 202 mA
POMPA 2: 6 V, 150 mA
145 cm
Portata = 1 l/min
68 cm
Pompa 1
Pompa 2
Pompe da me utilizzate + relativi pannelli
100 €
ADOTTATA SOLUZIONE LOW-COST!
Pannelli solari
Riserva acqua
Pompa 2
Turbina
Dinamo DC
Pompa 1
Elettricità
PANNELLI SOLARI
ALIMENTANO LE POMPE DI SOLLEVAMENTO
CHE FUNZIONANO A TENSIONI DIVERSE
POMPA 2
POMPA 1
Modulo 1
Modulo 2
Potenza nominale: 8 W
Potenza nominale: 1.2 W
Vmax: 18 V
Vmax: 8 V
Imax: 0.444 A
Imax: 0.156 A
Voc: 21.6 V
Voc: 9V
Isc: 0.488 A
Isc: nd
Tolleranza: -10% / +10%
Tolleranza: -10% / +10%
Pannelli solari
Riserva acqua
Pompa 2
Turbina
Dinamo DC
Pompa 1
Elettricità
POMPE
•Sollevano l’acqua
•Sono motori brushless
VINCOLI:
• < MANUTENZIONE
• COPPIA
• > COPPIA
• VELOCITÀ
• > VELOCITÀ
POMPE
• M.B. con elica e convogliatore
• Utilizzate per fontanelle e acquari
• Facilmente reperibili ed economiche
• Hanno durata elevata (100.000 ORE)
• Richiedono bassa manutenzione
Pannelli solari
Riserva acqua
Pompa 2
Turbina
Dinamo DC
Pompa 1
Elettricità
TURBINA
Traduce in rotazione la spinta che l’acqua
imprime sulle pale
Realizzata con pezzi di recupero: low-cost!
Inefficiente!
Pannelli solari
Riserva acqua
Pompa 2
Turbina
Dinamo DC
Pompa 1
Elettricità
DINAMO
Produzione di elettricità dal moto rotatorio della turbina
+
DC
DC
Voc = 21.7 V
Isc = 222 mA
V
TEST TURBINA DINAMO
Necessari ingranaggi per produrre sufficiente potenza per pilotare
un carico! Rapporto 1 : 3
CARICO = 47 Ω + LED 0,8 mm
V = 2.8 V
I = 60 mA
P = 168 mW
η=
Ptot*tLED
= 0.4%
(Vs1*Is1 + Vs2*Is2 )*tsollevamento
Efficienza molto bassa perché:
• diametro turbina ≠ 13 cm
• albero storto, turbina fuori asse di ~ 5 mm
• montaggio difficoltoso
• 2 livelli = salto effettivo maggiore
• dinamo di recupero
• ingranaggi non ingrassati
TEST AUTOMATICO
• MISURE MANUALI:
• MISURE AUTOMATICHE:
- SOGGETTIVE
- OGGETTIVE
- IMPRECISE
- PRECISE
- LABORIOSE
- COMODE
MULTIMETRO DIGITALE!
MULTIMETRO DIGITALE
PARTE ANALOGICA
μ A 741
INA103
PARTE DIGITALE
PIC 18F452
PRELIEVO DI TENSIONE
Morsetti motore
Al convertitore ADC
• 10 bit / valori tra 0 e 1023
• fattore di conversione
software
PRELIEVO DI CORRENTE
TENSIONE = CORRENTE
Morsetto
motore
Al carico
REGOLAZIONE
GUADAGNO: G = 80
Vo = 80Vi
Massima dinamica di segnale!
Al convertitore ADC
Microcontrollore PIC18F452
• Facile da programmare
• Porte input / output
• Memoria disponibile
• Timer (utilizzato per
generare l’interrupt)
Clock 2 MHz
Timer 0 + prescaler
Overflow ogni 2 secondi
Salvataggio
dati
INTERRUPT!
CIRCUITO STAMPATO
CONCLUSIONI
Migliorie apportabili al dispositivo
Nessuna modifica al multimetro!
• turbina più leggera e con meno imperfezioni
• turbina dal minor diametro (5 – 10 cm)
• pale turbina a doppio cucchiaio
• albero di precisione
• dinamo appositamente dimensionata
• pannelli di maggior estensione
• pompe appositamente realizzate
• controllo automatico per l’intero processo
Segue ora una breve dimostrazione
pratica,
GRAZIE DELL’ATTENZIONE!