Paese ad autonomia energetica tesina

I BACINI D' ACQUA E L' IMPORTANZA DEL

DISLIVELLO

La centrale idroelettrica necessita di avere due bacini d’ acqua, uno superiore e

Maggiore è la differenza di altezza fra i bacini, maggiore

uno inferiore.

sarà la potenza dell’ acqua che verrà convertita in elettricità.

Ogni bacino è dotato di un sensore che segnala al PLC che si è raggiunto il

I sensori vengono utilizzati per intervenire

livello d’ acqua massimo.

sulla pompa o sull’ elettrovalvola di modo che non vi sia fuoriuscita

d’ acqua dai bacini.

I sensori forniscono una tensione

variabile da 0 a 5 volt in base a

quanta acqua è presente nel bacino.

• Quando il sensore del bacino superiore si attiva, la pompa si

spegne e l’ elettrovalvola si apre in modo che il livello dell’

acqua scende.

• Quando il sensore del bacino inferiore si attiva, l’

elettrovalvola si chiude e la pompa si attiva.

Questi processi si svolgono solamente fino a quando il livello

dell’ acqua non si è ripristinato. Appena il livello dell’ acqua

scende nelle condizioni normali la produzione di energia

idroelettrica torna alla normalità.

Tutti questi comandi sono effettuati

automaticamente dal PLC senza nessun

intervento dell’ utente.

Video di spiegazione

LA POMPA

Nel progetto si è dovuto utilizzare la pompa per avere costantemente a

disposizione l’ acqua nel bacino superiore.

Quando il bacino superiore è pieno, la pompa si spegne

automaticamente. Siccome il suo consumo energetico è notevole, in

un paese reale si può anche non utilizzare se il

fiume garantisce una disponibilità d’ acqua per tutto

l’ anno. Oppure si può utilizzare stagionalmente,

quando il fiume porta poca acqua, limitando quindi

il consumo del sistema di ripompaggio dell’acqua.

L' ELETTROVALVOLA

L’ elettrovalvola viene posta all’uscita del bacino

superiore. Se si ha a disposizione l’ acqua per far

funzionare correttamente la centrale idroelettrica,

essa permette il passaggio dell’acqua.

Anche se vi è acqua sufficiente per

produrre energia idroelettrica,

ma il bacino inferiore è pieno,

quindi il sensore è attivo,

l' elettrovalvola viene chiusa

automaticamente. Al contrario, viene

aperta automaticamente, quando il

bacino superiore è pieno.

LA CENTRALE IDROELETTRICA

Tutto quello precedentemente descritto, fa solo da cornice a quello che

poi è l’ elemento che produce l’ energia idroelettrica.

Il nucleo della centrale è composto da:

•

Mulino

•

Generatore

Il mulino trasforma l’ energia meccanica in energia elettrica.

Inoltre, per sfruttare a pieno le potenzialità

dell’acqua, ha le pale inclinate: questo permette di mantenere il peso

dell’acqua per più tempo e quindi sfruttare al massimo la sua energia.

Il generatore è collegato tramite un sistema a puleggia con l’

albero del mulino, quindi trasforma l'energia meccanica in

energia elettrica. Con questo sistema la velocità angolare

del generatore è maggiore della velocità angolare dell'

albero del mulino, quindi produce molto di più.

Per il progetto è stato utilizzato un motore sincrono monofase

che può essere utilizzato come dinamo.

Questa dinamo è collegata

all’ accumulatore ma presenta

un diodo, in modo tale che la

corrente entri nella batteria

ma che non possa

autoalimentare il motore. 3

LE CASE E I PANNELLI SOLARI

Ogni edificio del paese ha dei pannelli solari installati sui tetti in modo

tale che tutti possano contribuire alla produzione di energia. In questo

modo non c' è bisogno di occupare spazi e territori adibiti

all'agricoltura. I pannelli solari presi per il progetto, in

condizioni di massima luminosità dell’

ambiente, creano 6V.

Questo valore però, varia in base

all'intensità luminosa del faro e alla

posizione di un determinato pannello.

Durante la simulazione della mattina e della

sera, i pannelli creano circa 3 volt.

Con questo voltmetro in figura riusciamo ad

essere sempre aggiornati su quanto

producono i pannelli solari .

4

LA GESTIONE DELL' ENERGIA NELL'

ACCUMULATORE

Tutta l’ energia viene immagazzinata in un unico accumulatore

che alimenta tutti i led sulla tesina.

Lo scopo della batteria è quello di stabilizzare l’ energia

prodotta e di evitare picchi di tensione che causerebbero danni

agli utilizzatori.

L’ energia prodotta è maggiore

di quella che la batteria fornisce,

questo perché se fornisse di più

si avrebbero problemi di

ricaricamento della batteria. 5

LA GESTIONE SEMAFORICA

L’ incrocio del paese è gestito da 4

semafori coordinati dal PLC.

Utilizzando dei timer e dei

comparatori per gestire la durata e

la sequenza di ciascun led, si è

riusciti a ricreare nel progetto una

gestione semaforica identica a

molti incroci presenti nella realtà.

In allegato, insieme al programma di

tutta la tesina, vi è anche la parte

riguardante la logica semaforica.

6

IL FARO

Per simulare il sole abbiamo utilizzato un faretto a

Nella tesina è l’ elemento che

230V.

consuma di più, ma nella realtà al suo

posto ci sarebbe il sole. Per ricreare le ore più

calde della giornata lo utilizziamo alla massima

potenza, ma per rendere il progetto ancora più reale,

lo possiamo utilizzare anche solo a metà di essa, per

riuscire a simulare il mattino e la sera. In

quest'ultimo caso occorre inserire, nel circuito, una

resistenza di circa 400 ohm. 7

LA GESTIONE DELL' ENERGIA IN BASE ALLA

RICHIESTA DEL PAESE

Innanzi tutto, in qualsiasi condizione di luce, i pannelli

producono sempre energia. In base alla richiesta del paese

può esserci o meno la produzione di energia idroelettrica.

I semafori sono sempre accesi come i lampioni di notte:

queste sono le uniche richieste sicure che il paese richiederà

tutti i giorni.

Le variabili consistono nella richiesta delle singole case.

Ci saranno momenti della giornata in cui tutte le case

richiederanno quantità notevoli di energia, altri momenti in

cui ci sarà poca richiesta.

RICHIESTA MINIMA DI ENERGIA

(tutti le luci delle case sono spente)

GIORNO: l’ energia prodotta dai soli pannelli solari

è sufficiente per coprire il fabbisogno energetico,

dovuto dai semafori e poco altro.

NOTTE: anche se al fabbisogno energetico si

aggiunge solo la richiesta di energia dei lampioni, vi

è la necessità di intervenire con la produzione di

energia idroelettrica.

RICHIESTA PARZIALE DI ENERGIA

(metà luci delle case accese)

GIORNO (luce piena): la richiesta di energia

rimane coperta ancora dai soli pannelli solari.

MATTINA/SERA: la produzione dei pannelli

solari cala, perciò è necessario l’ intervento

della centrale idroelettrica.

NOTTE: vi è solamente produzione di energia

idroelettrica.

RICHIESTA MASSIMA DI ENERGIA

(luci delle case tutte accese)

Sia di giorno che di notte è necessaria la

produzione di energia idroelettrica.

RICHIESTA MASSIMA DI ENERGIA

(luci delle case tutte accese)

Sia di giorno che di notte è necessaria la produzione di

energia idroelettrica.

Video di spiegazione

Attraverso una pulsantiera e

un quadro spie riusciamo a

ricreare ogni situazione

descritta in precedenza e

anche a simulare pericoli

come il sovrariempimento dei

bacini. 8

IL CONTROLLO CON IL PLC

Tutte le operazioni di

•

Apertura/chiusura elettrovalvola;

•

Attivazione/disattivazione pompa;

•

Gestione semaforica;

sono coordinate dal PLC, che deve inoltre gestire:

•

Il livello dell’ acqua dei due bacini;

•

La richiesta energetica del paese;

•

La luce emessa dal faro. 10

SCHEMI E PROGRAMMA

SCHEMA INPUT

PLC

SCHEMA OUTPUT

PLC 1

SCHEMA OUTPUT

PLC 2

SCHEMA OUTPUT

PLC 3

PROGRAMMA CON VERSAPRO: