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Progettazione e sperimentazione di boe lagrangiane per lo studio fluidodinamico e il controllo di scarichi industriali

Informazioni tesi

  Autore: Simone Zerini
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Energetica
  Relatore: Giovanni Paolo Romano
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 152

L'attività sperimentale e di ricerca, svolta all'interno di questa tesi rientra nel progetto sviluppato da Fluid Solutions-alternative nell'ambito del programma volto al trasferimento tecnologico dell'ESA (European Space Agency) denominato EBI Italy (ESA Business Incubation).
Il progetto, dal nome POSEIDON, ha l'obiettivo di affiancare differenti tecnologie, alcune di esse utilizzate anche nel settore dell'aerospazio, per fornire un pacchetto completo per l'analisi della fluidodinamica costiera. In particolare, l'approccio multidisciplinare adottato, permette di studiare in maniera accurata zone di notevole interesse, come le zone portuali, gli estuari, gli scarichi industriali con tutte le relative problematiche connesse: l'erosione costiera, la dispersione di inquinanti ed i problemi legati alla sedimentazione.
Le misure effettuate lungo la costa, ed analizzate in questo lavoro, rientrano in uno dei task relativi alla parte sperimentale del progetto POSEIDON. Fluid Solutions-alternative ha messo a disposizione, per la realizzazione della campagna di misura, tutta la strumentazione necessaria ed il supporto di personale dedicato all'attività, dalla fase di progettazione ed installazione, fino alle misure sul campo e successiva analisi dei dati. Il lavoro di tesi è stato suddiviso in quattro fasi principali, con l'obiettivo finale di realizzare un set di trenta boe lagrangiane equipaggiate con GPS e logger di temperatura, per effettuare una campagna di misura in mare a ridosso del litorale laziale. Inizialmente, si è svolta una ricerca bibliografica sullo stato dell'arte di questa tecnologia, in cui si sono analizzati i pro ed i contro delle diverse soluzioni disponibili attualmente su articoli scientifici e libri dedicati all'argomento, cercando di far coincidere esigenze prestazionali e scientifiche.
Il secondo step ha incluso la realizzazione del primo prototipo di boa con cui si è eseguita una prova effettuate, si è passati alla realizzazione delle trenta boe per la prova finale. Quest'ultima, che ha costituito la terza fase, si è svolta i primi giorni di settembre nella riserva naturale di Macchiatonda, in totale assenza di natanti e di disturbi artificiali. Nella quarta ed ultima fase del progetto, si sono scaricati ed analizzati i dati dei GPS e del logger di temperatura in Matlab e si è passati alla verifica dell'attendibilità degli stessi confrontandoli anche con i dati satellitari del vento.
Infine, si sono esaminate le criticità e le positività di tale prova sperimentale per eventuali migliorie e sviluppi futuri di questa tecnologia. Questo lavoro di tesi presenta due tematiche inerenti all'ingegneria energetica, una è la verifica ed il controllo di scarichi industriali derivanti da centrali termiche e l'altra è lo studio di fattibilità per l'installazione di sistemi di generazione dell'energia elettrica che sfruttano sia le correnti marine che il moto ondoso. Per quanto riguarda il controllo degli inquinanti, si farà riferimento al Decreto Legislativo 3/4/2006 n. 152, il quale indica i limiti di innalzamento della temperatura in ambiente marino e le concentrazioni massime degli inquinanti disciolti nei pressi di insediamenti industriali. Per lo studio di fattibilità, si illustreranno graficamente i risultati ottenibili in termini di ricostruzione di campi correntimetrici derivanti dall'analisi eseguita con tale prova sperimentale.

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Capitolo 1 Fluidodinamica marina __________________________________________________________________ 1.1 La fluidodinamica marina e l’Ingegneria Energetica, punti di contatto L’analisi fluidodinamica delle correnti marine può avere molteplici risvolti nell’ambito dell’Ingegneria energetica. In un sistema energetico sempre più complesso e alla ricerca di nuove risorse da sfruttare per la produzione di energia elettrica, un’analisi locale dei flussi marini, della correntimetria e del moto ondoso può rivelarsi utile per quanto riguarda lo sfruttamento delle maree e delle stesse correnti attraverso diversi sistemi di generazione di energia. Ad esempio potremmo avere un sistema di: • Colonna d’acqua oscillante[1][2] Questa soluzione è stata adottata dalla scozzese Wavegen e dall’Australiana Energetech per degli impianti dimostrativi. Il turbogeneratore ha la proprietà di mantenere lo stesso senso di rotazione indipendentemente dalla direzione del flusso d’acqua, quindi le turbine ricevono la spinta sia nella fase di altezza marina crescente che decrescente. Gli impianti sono progettati per una potenza di 2 MW e non sono necessariamente costieri. Con la costruzione di piattaforme al largo si potrà raccogliere la spinta, ben più elevata, delle onde lunghe del mare. Possono inoltre essere abbinati agli impianti eolici “offshore” rendendo migliore la resa commerciale di entrambe le tecnologie. Ogni metro di fronte ondoso può sviluppare mediamente 70 kW al largo e 20 kW sottocosta. Il progetto LIMPET (Land-Installed Marine-Powered Energy Transformer), in Scozia, è collegato alla rete elettrica e il costo del kWh è di 0,075 €, non male per un prototipo assoluto del genere. Per fare un paragone basti pensare che i primi impianti eolici producevano un kWh al costo di 0,16 € mentre oggi si hanno costi di 0,04 € con la prospettiva di arrivare a meno di 3 centesimi. L'efficienza del sistema è buona, circa il 50%, il fronte dell'impianto (sottocosta) è di 18 metri e le due turbine da 300 kW producono in un anno circa 2300 MWh. I migliori aerogeneratori con la stessa potenza producono mediamente in un anno circa 1300 MWh, i costi del prototipo sono 4 volte maggiori di quelli delle turbine eoliche attuali che però godono di una certa industrializzazione. Il sistema sfrutta la variazione di pressione dell’aria, causata dalle onde, in un’apposita camera. La camera è una _______________________________________________________________ Simone Zerini 3

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