UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA

FACOLTA’ DI INGEGNERIACORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA E DELLE

TELECOMUNICAZIONI

Progetto energia rinnovabile: apparato idroelettrico

low-cost per la produzione di energia

Relatore: prof. Carla VacchiCorrelatore: sig.ra Silvia Roncelli

Elaborato di Laureadi Andrea Nicastro

Anno Accademico 2007/2008

OBIETTIVO

SOSTENIBILE

LOW-COST

INTEGRAZIONE TECNOLOGIE TRADIZIONALI E MODERNE

ADATTO PER I PAESI IN VIA DI SVILUPPO

INTERFACCIA SEMPLICE E IMMEDIATA

PRODUZIONE DI ENERGIA:

Pompa

Riserva ACQUA

Turbina

Dinamo Elettricità

PROGETTO SISTEMA IDRAULICO

IPOTESI:

• Salto motore 120 cm

• 30 l d’acqua

• Durata di 2 minuti

• Dinamo 4 W

• 300 giri / secondo

PROGETTO:

•

•

•

•

• sezione condotta = 1.4

41007.4 gH

Pv

04.2246.0 gHu

918.1u

vS

13.060

n

uD

sm3

sm

2cm

m

cm

Salto motore: 120 cmSalto effettivo: 198 cm

50 cm

28 cm

Pompa 24 V, 2.5 m + pannello solare 30 W

~ 350 €

Salto motore: 120 cm

Salto effettivo: 198 cm

50 cm

28 cm

X

Y

POMPA 1: 18 V, 202 mA

POMPA 2: 6 V, 150 mA

Portata = 1 l/min

145 cm

68 cm

Pompa 1 Pompa 2

Pompe da me utilizzate + relativi pannelli

100 €

ADOTTATA SOLUZIONE LOW-COST!

Pannelli solari

Turbina

Riserva acqua

Dinamo DC

Pompa 1

Pompa 2

Elettricità

PANNELLI SOLARI

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%

ALIMENTANO LE POMPE DI SOLLEVAMENTO

CHE FUNZIONANO A TENSIONI DIVERSE

POMPA 1 POMPA 2

Pannelli solari

Turbina

Riserva acqua

Dinamo DC

Pompa 1

Pompa 2

Elettricità

POMPE

VINCOLI:

• COPPIA

• VELOCITÀ

• < MANUTENZIONE

• > COPPIA

• > VELOCITÀ

•Sollevano l’acqua

•Sono motori brushless

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

Turbina

Riserva acqua

Dinamo DC

Pompa 1

Pompa 2

Elettricità

TURBINA

Traduce in rotazione la spinta che l’acqua imprime sulle pale

Realizzata con pezzi di recupero: low-cost!

Inefficiente!

Pannelli solari

Turbina

Riserva acqua

Dinamo DC

Pompa 1

Pompa 2

Elettricità

DINAMOProduzione di elettricità dal moto rotatorio della

turbina

Voc = 21.7 V

Isc = 222 mA

+VDC DC

TEST TURBINA DINAMO

CARICO = 47 Ω + LED 0,8 mmV = 2.8 V

I = 60 mA

P = 168 mW

η=(Vs1*Is1 + Vs2*Is2 )*tsollevamento

Ptot*tLED= 0.4%

Necessari ingranaggi per produrre sufficiente potenza per pilotare un carico! Rapporto 1 : 3

• 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

Efficienza molto bassa perché:

TEST AUTOMATICO

• MISURE MANUALI:

- SOGGETTIVE

- IMPRECISE

- LABORIOSE

• MISURE AUTOMATICHE:

- OGGETTIVE

- PRECISE

- COMODE

MULTIMETRO DIGITALE!

MULTIMETRO DIGITALE

PARTE ANALOGICA PARTE DIGITALE

μ A 741 PIC 18F452INA103

PRELIEVO DI TENSIONE

Morsetti motore

Al convertitore ADC

• 10 bit / valori tra 0 e 1023

• fattore di conversionesoftware

PRELIEVO DI CORRENTE

Morsetto

motoreAl carico

Al convertitore ADC

TENSIONE TENSIONE == CORRENTE CORRENTE

REGOLAZIONE GUADAGNO: G = 80

Vo = 80Vi

Massima dinamica di segnale!

Microcontrollore PIC18F452

• Facile da programmare

• Porte input / output

• Memoria disponibile

• Timer (utilizzato pergenerare l’interrupt)

Clock 2 MHz

Timer 0 + prescaler

Overflow ogni 2 secondi

INTERRUPT!Salvataggio dati

CIRCUITO STAMPATO

CONCLUSIONI

Migliorie apportabili al dispositivo

• 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

Nessuna modifica al multimetro!

Segue ora una breve dimostrazione pratica,

GRAZIE DELL’ATTENZIONE!