PROGETTO | GreenWorksCompany SA

λev = 2230 J/g (calore latente evaporazione acqua)

Cv = 4.186 J/gK (calore specifico acqua)

E (per 1g di H2O) = (4.186 J/K × 80 K) + 2230 J = 2.57 kJ

E ( per 1 m3 di H2O) = 2.57 × 106 kJ = 2.57 GJ

Per effetto del forno solare citato il consumo di energia appena esposto è diminuito del 20% circa. Se si vuole diminuire ulteriormente il consumo energetico di detto calcolo anzi nominato, le resistenze y10, poste a pelo d’acqua (immediatamente sotto la superficie del liquido), sono unite tra loro, sia a nord che a sud, da un profilo – fig. 2, y9 – dello stesso colore e materiale costruito a forma approssimativa di una V molto aperta con un angolo al suo interno tra 90 e 120 gradi.

Detto profilo ha una gambetta posizionata in modo da unire le resistenze y10 tra loro percorrendo la struttura trasversalmente e rimanendo alla stessa quota del liquido, ma un paio di centimetri più in alto. L’altra gambetta è poggiata al pannello nero che chiude il forno solare. Questo profilo è atto a essere riscaldato ad alte temperature, 2000 gradi c., a mezzo di piccole, ma potentissime, lenti – fig. 2, y7 – che con la loro focale concentrano i raggi solari sul profilo a V citato. Detto procedimento consente di ridurre drasticamente l’erogazione di energia per la necessità affinché le resistenze elettriche mantengano una temperatura utile allo scopo.

Queste resistenze y10 tengono l'acqua del primo centimetro di profondità ad una temperatura tra i 90 gradi e i 100 gradi centigradi. Il compito delle resistenze y10 è quello di portare la temperatura dell'acqua del mare da circa 20 gradi centigradi alla temperatura citata. A questo punto è facile per il forno solare a temperatura di circa solamente 150 gradi centigradi permettere il processo di vaporizzazione in tempi brevissimi, grazie soprattutto al sistema di lenti che aiutano ad aumentare in maniera consistente la temperatura di lavoro delle resistenze y10, limitando la richiesta di energia elettrica. Il vapore acqueo prodotto così in tempi brevi cercherà una via di fuga verso l'aria fredda e si incanalerà quindi dentro i tubi x4 che da un serbatoio posto ben sotto il livello del mare arrivano fin dentro il prisma forno solare per raccogliere l'acqua allo stato gassoso dalle bocchette di aspirazione. Il serbatoio a sua volta ha un altro tubo x2 che dalla parte alta si eleva fuori dal mare in direzione ortogonale a questo fino a cento metri di altezza per cercare aria più fredda che contribuisca a creare correnti di aspirazione per l'acqua gassosa proveniente dalle bocchette citate poste nel forno solare. Il vapore acqueo o acqua gassosa una volta giunto all'interno del serbatoio passa repentinamente da una temperatura di circa 100 gradi ad una di circa 25 gradi centigradi. Questo passaggio improvviso tra queste due temperature trasforma l'acqua allo stato di vapore all'interno del citato serbatoio nuovamente in acqua liquida purificata.

Con riferimento al presente brevetto è stata eseguita una valutazione quantitativa allo scopo di verificare la quantità di acqua distillata prodotta in un arco di tempo pari ad una giornata (24 ore). Tale valutazione calcola l’energia necessaria per portare un m3 d’acqua alla temperatura di 20 °C ad uno stato di vapore d’acqua alla temperatura di 100 °C. Come si vede dal calcolo sottostante il valore risulta pari a 2.57 GJ. Tale valore si riferisce ad un sistema isolato che quindi non scambia energia e materia con l’esterno. Per quanto riguarda l’energia, tale situazione può considerarsi sostanzialmente verificata.

Infatti l’effetto serra prodotto dalla struttura che realizza il forno solare permette di mantenere la temperatura del vapore d’acqua almeno a 100 °C. La stima nel brevetto prevede una temperatura in realtà ben superiore (circa 150-200 °C) rendendo quindi il calcolo eseguito conservativo. Per quanto riguarda lo scambio di materia, la struttura si può considerare quasi chiusa e consente un limitato ingresso di acqua a temperatura ambiente attraverso la parte inferiore della struttura stessa. Tale acqua essendo più fredda tenderà a rimanere sul fondo della struttura non azionando quindi moti convettivi. L’acqua riscaldata a 100 °C in superficie risente quindi in maniera molto limitata di questo scambio ed in prima approssimazione risulta lecito assumere, al fine esclusivo dei calcoli, il sistema come quasi chiuso. In conclusione, l’assunzione di considerare il sistema come quasi isolato risulta pertanto ragionevole. Per quanto riguarda la potenza necessaria, questa chiaramente dipende dal numero di ore giornaliere durante le quali l’effetto serra può essere sfruttato. Prendendo come riferimento una durata di 6 ore di insolazione media nella costa meridionale della Sardegna, la potenza necessaria risulta essere di 120 kW. Pertanto utilizzando una pala eolica con una potenza di 8 MW si produrrebbero oltre 100 m3 di acqua distillata al giorno. Le restanti 18 ore il sistema eolico può quindi erogare l’energia prodotta per altre lavorazioni. Si riporta qui la valutazione energetica sull’evaporazione dell’acqua.

Infatti questo si innalza dal serbatoio, immerso nel mare, fino alla fine del palo di sostegno x8 per il sistema eolico. II secondo tubo – fig. 2, x4 – parte sempre dalla parte alta del serbatoio e arriva fin dentro al volume del prisma triangolare retto che funge da forno per l'evaporazione per l'acqua. Questo tubo ha il compito di portare il vapore nel serbatoio per trasformarlo nuovamente in acqua distillata. Il terzo tubo – fig.2, x5 – è posizionato all'inizio e alla fine del serbatoio, cioè nelle due estremità, e pesca l'acqua prodotta dalla parte più bassa del serbatoio per trasferirla. Sul piano del prisma a contatto con il mare, visto in sezione come il cateto più lungo – fig.2, y1 –, di circa 5 metri a pelo d'acqua in progetto, è posta una griglia formata da resistenze y10 tipo scaldacqua da bagno posizionate parallele l'una con l'altra trasversalmente e unite alle due estremità da due verghe longitudinali che si uniscono alla struttura x6 rigida di sostegno in modo da tenere le resistenze y10 a pelo d'acqua, e sono atti ad essere riscaldati ad alte temperature con un sistema di lenti. Tali resistenze y10 si riscaldano fino a superare i 1000 gradi centigradi e sono distanziate tra loro di 0.20/0.30 metri e sono colorate di nero. Ovviamente le due estremità del manufatto sono chiuse da pannelli trasparenti di forma trapezoidale – fig.2, y6 – dall'ipotenusa citata scendono ortogonalmente dentro la superficie dell'acqua con un’immersione di circa 2 metri al fine di contenere la pressione dell'aria dentro il prisma. I pannelli appena citati – fig.2, y6 – sono di forma trapezoidale in quanto la naturale forma triangolare per chiudere il prisma è stata allungata al fine di immergerne una ulteriore parte dentro l'acqua. Detto volume tra l'ipotenusa e la superficie dell'acqua – prisma –, funzionante come un forno solare assistito, deve essere isolato e sigillato per avere le caratteristiche di una grande pentola a pressione avente come unica via di sfogo i tubi – fig.2, x4 – che da sotto il livello dell’acqua raccordano il serbatoio cilindrico per la raccolta del vapore acqueo – che lì dentro si trasforma in acqua pura – e il già citato prisma formato a pelo d'acqua con l'ipotenusa in questione – piano inclinato – e i cateti – piano dell’acqua e piano ortogonale all’acqua, i piani ortogonali e obliqui immersi nell’acqua.

I tubi di raccordo citati possono essere dotati di valvole. Come abbiamo già detto, questa struttura tridimensionale, che funziona da pentola a pressione, non ha il fondo in quanto detto fondo è la superfice dello specchio d’acqua citato. Detta superficie, dello specchio d’acqua, può anche essere abbassata dal suo naturale livello per il principio del bicchiere rovesciato e immerso nel liquido il quale non permette all’acqua di entrare all’interno per la presenza di un volume d’aria e il livello di detta acqua/aria è regolato dalla pressione concessa. Detta struttura tridimensionale non ha nessun sistema di pompaggio per portare l’acqua da trattare in quanto il liquido entra autonomamente dallo spazio aperto nella sua porzione inferiore.

Il progetto in questione si basa sui principi dei forni solari che sono sempre stati utilizzati per la produzione di energia termica in usi prevalentemente alimentari. Con la presente invenzione si è pensato di cumulare con il calore prodotto dai forni solari l'energia eolica, o altra fonte energetica, così da ottenere il calore necessario a produrre acqua depurata. Nel presente progetto questo fenomeno viene sfruttato integrando le energie anzidette anche direttamente in mare. Le esigenze del progetto dettano però tempi brevi per la produzione dell'acqua pura in grandi quantità. Per questo motivo è necessario elevare la temperatura dell'acqua del primo strato nel forno - si parla di profondità minime dal volume d'aria all'interno del prisma (3 centimetri circa) - intorno ai 100 gradi centigradi a mezzo di resistenze elettriche y10 tipo quelle poste all'interno degli scalda-acqua domestici. Dette resistenze y10 vengono poste a pelo d'acqua lungo il piano del prisma che è appunto la superficie del mare/acqua e seguono la direzione dell'inclinazione del piano inclinato del 25% che chiude dall'alto il prisma forno. Le resistenze y10 sono poste parallelamente l'una con l'altra ad una distanza di circa 0.20/0.30 metri ed unite alle estremità con verga ortogonale affiorante dall’acqua atto ad essere riscaldato ad alte temperature a mezzo di lenti – fig. 2, y7. Per le resistenze y10 è previsto al centro di ognuna un galleggiante in ferro che le mantenga in superficie immerse nell'acqua un paio centimetri.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione diverranno maggiormente chiari dalla seguente descrizione dettagliata, data in forma esemplificativa e non limitativa e illustrata nelle allegate figure in cui:

Fig. 1 illustra una vista prospettica in scala 1:40 di una realizzazione preferita della presente invenzione;

Fig. 2 illustra una prima vista in sezione laterale in scala 1:50 di una realizzazione preferita della presente invenzione.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

In una realizzazione preferita, il manufatto secondo la presente invenzione è costruito su un ingombro in pianta di una striscia d’acqua avente una larghezza di 5 metri ed una lunghezza di circa 5 metri. A puro titolo esemplificativo e non limitativo, che lo specchio d’acqua sia dato da una porzione di superficie del mare. La struttura portante x6 nella figura 2 risulta in acciaio, ed è costituita da putrelle e pilastri. Completano la sua realizzazione materiali in vetroresina; vetro/materiale plastico trasparente; pannelli fotovoltaici trasparenti; componenti elettrici, elettronici e idraulici. Il manufatto in esempio consiste in un prisma assemblato a filo d'acqua, in cui un piano rettangolare – fig.1, y1 – è il piano dell'acqua del mare; un secondo piano – fig.1, y2 –, sempre rettangolare, ortogonale al primo e un terzo piano – fig.1, y3 – anch'esso rettangolare unisce le estremità dei piani anzidetti per formare un prisma; i due piani laterali sono anch'essi chiusi a forma trapezoidale. Dei piani obliqui, rispetto alla superficie del liquido, che continuano dentro detto liquido – fig. 1 e 2 – tali da restringere l’ingresso dell’acqua formando un piano rettangolare – fig. 1 e 2, y8 –, più piccolo, sotto la superficie del liquido da dove l’acqua (ad esempio di mare) entra nel volume del prisma, in maniera autonoma non necessitando di nessun sistema di pompaggio, per essere trattata. Analizzando la figura 2 rileveremo che in sezione detta struttura tridimensionale assume la forma composta da un trapezio (nella parte quasi totalmente immersa nell’acqua) e da un triangolo rettangolo, nella sua parte superiore, dove i cateti misurano 5 metri di lunghezza per un’altezza di 1.65 metri circa. Il cateto più lungo – fig.2, y1 – è quasi coincidente con il piano dell'acqua mentre quello più corto – fig.2, y2 – è ortogonale al piano del mare e si alza verso il cielo a nord.

L'ipotenusa – fig.2, y3 – è rivolta verso il sole unendo con una pendenza del 20 % circa i due cateti. Questa ipotenusa poggia ad una struttura x6 rigida formata da pilastri e travi x7 in acciaio ancorata al fondo marino. L'ipotenusa è rigorosamente in materiale trasparente, vetro/materiale plastico trasparente ovvero pannelli fotovoltaici di ultima generazione trasparenti. L'irraggiamento del sole sulla superficie trasparente appena citata crea un effetto serra tra la lastra in questione e la superficie del mare.

Il cateto più corto – piano rettangolare –, quello che andando verso l'alto crea un lato di 1.65 metri – figg. 1 e 2, y2 – prosegue per doppia lunghezza circa anche dentro l'acqua formando con essa un angolo di 30 gradi – potrebbe anche ridursi a 20 gradi – per dirigersi sotto il cateto più lungo ed è fatto dello stesso materiale – vetroresina colorata di nero formando quindi un piano rettangolare immerso nel mare – fig.1 e 2, y4. Lo stesso pannello – piano rettangolare – prosegue anche verso l'alto sorpassando il cateto – fig.2, y2 – di 1.65 metri fuori dal mare per pari misura ma con un materiale e orientamento differente, arrivando quindi a complessivi 3.30 metri fuori acqua. Quest'ultima parte – figg.1 e 2, y5 –, di ulteriori metri 1.65 è di specchio rifrangente ed è regolabile con una piccola rotazione della base. Questo specchio rifrangente si sviluppa per tutta la larghezza del prisma. L'opposta estremità dell'ipotenusa, quella che sfiora l'acqua a sud, si appoggia anch’essa a rigida struttura x6 in acciaio – putrelle – ma chiude la superficie del mare con un pannello – figg.1, 2, y4 – in vetroresina nero immerso nell'acqua per circa 3 metri, e ruotato nella sua posizione ortogonale all'acqua di 60/80 gradi verso l'interno dell'ipotenusa, dando origine quindi ad un altro piano di forma rettangolare – fig.1, y4.

Con il manufatto in oggetto si vuole costruire, con l'ausilio di resistenze elettriche y10 fig. 2 – tipo quelle degli scalda-acqua domestici – poste a filo d'acqua, un forno che raggiunga nel suo interno temperature superiori ai 100 gradi centigradi. Nella parte alta dell'ipotenusa in questione, rivolta verso nord, la struttura x6 di appoggio del manufatto è composta da pali pilastri x7 – nella figura 2 - ancorati saldamente al fondo marino. Uno di tali pali in acciaio si alza verso il cielo per consentire la posa di una pala eolica, per produrre energia al fabbisogno dell'acqua. Alla base di questo palo x8 è fissato un serbatoio – fig2, x3 – per la raccolta dell'acqua. Quest'ultimo ha la forma tubolare. È raccordato da tre tubi: il primo è un tubo che dalla parte alta del serbatoio porta aria verso l'esterno – fig. 2, x2.

Descrizione dettagliata del brevetto

La presente invenzione scaturisce infatti dalla considerazione generale secondo la quale il problema tecnico della depurazione dell’acqua può essere risolto in modo efficace ed affidabile mediante un sistema per la depurazione dell’acqua che comprende una struttura tridimensionale (prisma) costituita da una pluralità di lastre (materiale plastico trasparente, vetro, pannelli fotovoltaici, o altro materiale atto a favorire l’innalzamento termico all’interno della struttura) collegate ermeticamente tra loro in modo da lasciare uno spazio aperto in corrispondenza della sua porzione inferiore, in cui detta struttura è atta ad essere posizionata sulla superficie dell’acqua del mare, di un lago o di un bacino idrico artificiale , in modo che la superficie dell’acqua su cui è posizionata detta struttura contribuisca a rendere chiusa ermeticamente la struttura stessa. La presente invenzione utilizza i principi dell'ebollizione e della vaporizzazione integrati per lo scopo prefissato. L’invenzione, inoltre, fa uso sia dell’energia raccolta dall'irradiazione amplificata del sole, sia di energia raccolta da un ulteriore fonte esterna.

Il sistema per la depurazione dell’acqua della presente invenzione è caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre:

- almeno una fonte di calore, associata a detta struttura tridimensionale (prisma), posta in corrispondenza della superficie e sotto il pelo d’acqua di detto bacino d’acqua (dove per bacino d’acqua si intende sia un bacino d’acqua artificiale che uno specchio d’acqua appartenente alla superfice di un lago o del mare), detta fonte di calore essendo in grado di riscaldare la porzione d’acqua ad essa circostante genera una corrispondente quantità di vapore acqueo portando ad ebollizione l’acqua;

- almeno un condotto - ad esempio un tubo - preferibilmente munito di almeno una valvola (non rappresentata nelle figure), detto condotto essendo atto a mettere in comunicazione detto vapore acqueo con una fonte di aria fredda in modo da trasformare detto vapore acqueo in acqua purificata;

- almeno un serbatoio per l’accumulo dell’acqua purificata prodotta;

- almeno un sistema di lenti poste sulla parte esposta al sole;

- nessun sistema di pompaggio per portare l’acqua da trattare;

- la possibilità di abbassare il livello del liquido all’interno del prisma rispetto al livello esterno dello stesso liquido mediante l’aumento della pressione del volume d’aria in detto prisma.

Ciò viene ottenuto unendo varie lastre - di vetro, elementi plastici trasparenti, pannelli fotovoltaici o altro materiale - come nella esemplificativa descrizione seguente, ed appoggiando il suddetto manufatto sulla superficie liquida in maniera tale da chiudere ermeticamente tutto il manufatto, così da costituire sostanzialmente un forno solare.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detta struttura tridimensionale comprende inoltre ulteriori lastre poste al di sotto della superficie dell’acqua che rappresentano una sorta di prosecuzione della struttura tridimensionale stessa sott’acqua.

In tale forma di realizzazione, immediatamente al di sotto della superficie dell’acqua, sono poste delle resistenze elettriche tali da far giungere rapidamente ad ebollizione l'acqua, il cui vapore viene convogliato mediante un tubo verso una sorgente di aria fredda così da essere ritrasformato in acqua distillata, a sua volta poi accumulata in apposito serbatoio per l'utilizzo e la distribuzione.

La presente invenzione riguarda un metodo per la depurazione dell’acqua comprendente le fasi di:

- fornire una struttura tridimensionale costituita da una pluralità di lastre collegate ermeticamente tra loro a formare delle pareti in modo che detta struttura sia fornita di almeno uno spazio aperto in corrispondenza della sua porzione inferiore;

- posizionare la struttura tridimensionale sulla superficie dell’acqua da purificare contenuta in uno specchio d’acqua di mare ovvero un bacino d’acqua, in modo che la superficie dell'acqua su cui è posizionata detta struttura contribuisca a rendere ermeticamente chiusa la struttura stessa;

- portare l’acqua da purificare nella struttura tridimensionale mediante detta fase di posizionare detta struttura sulla superficie dell’acqua da purificare, solo per mezzo di detto spazio aperto di detta struttura;

- fornire almeno una fonte di calore posizionata sotto il pelo dell’acqua da purificare;

- riscaldare la porzione di acqua circostante almeno con una detta fonte di calore e generare una corrispondente quantità di vapore acqueo;

- mettere in comunicazione detto vapore acqueo con una fonte di aria fredda in

modo da trasformare detto vapore acqueo in acqua purificata;

- accumulare detta acqua purificata.

RELAZIONE SU UNA ATTIVITA’ DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E ACQUA PURA.

Detto sito si presta inoltre alla realizzazione di un impianto industriale di acquacoltura/itticoltura a terra e in mare ovvero alla realizzazione di una università o centro di ricerca pertinente con lo stato dei luoghi.

SITO DI INTERESSE: ISOLA DI SAN PIETRO, SARDEGNA ITALIA

L’attività in questione si sviluppa su un terreno di circa 500.000 mq con affaccio diretto sul mare Mediterraneo.

Adiacente alla strada Provinciale che porta al faro di Capo Sandalo si costruiscono, per il momento, solo vani tecnici.

L’acqua e l’energia necessaria al raggiungimento degli scopi aziendali vengono autoprodotte per la vendita a terzi.

Ad una distanza superiore di un chilometro dalla costa vengono posizionate circa sessanta turbine eoliche, senza pale giranti, da 1 megawatt di potenza ciascuna. Detto sistema eolico si rende necessario per la produzione di acqua distillata e pura utile ad alimentare un grosso impianto per l’erogazione di acqua anche potabile. Detta acqua è prodotta con l’aiuto dei sistemi eolici a mezzo del Brevetto Italiano n° 102016000034183.

Il brevetto è adatto alla produzione di acqua pura direttamente dal mare a mezzo di un prisma trasparente assistito da energia solare ed elettrica industriale.

Le turbine e l’impianto di produzione dell’acqua lavorano in mare, ad un chilometro dalla costa, formando un procedimento integrato in unico manufatto industriale.

L’energia e l’acqua prodotta vengono trasferite al fabbricato a terra a mezzo di cavedio tecnico orizzontale della lunghezza di due chilometri circa posto sottoterra ovvero aereo.

Le turbine eoliche possono anche essere montate su struttura mobile a mezzo del Brevetto Italiano n° 102018000020224 sommergibile a propulsione eolica. L’impianto lavora 24 ore al giorno suddividendo il lavoro in due produzioni distinte. Nelle ore più calde della giornata si concentra nella fabbricazione di acqua pura dal mare, mentre nella restante e maggior parte del giorno produce energia elettrica.

Breve descrizione del brevetto

Il manufatto è un prisma dove un piano è costituito dallo strato superficiale dell'acqua - solitamente di mare -, ed è quindi una porzione di mare/acqua il piano di detto prisma. Un secondo piano, più piccolo di quello appena citato, è ortogonale al piano dell'acqua, ed è, ad esempio, di materiale tipo vetroresina colorata di nero. Un terzo piano unisce con una pendenza preferibilmente del 25 per cento circa i due piani citati partendo dai bordi liberi, rigorosamente in materiale trasparente, ad esempio in vetro. I due piani triangolari dei lati sono chiusi anch'essi in maniera ermetica da pannelli di forma trapezoidale, in quanto penetrano nell'acqua, e sono anch'essi di materiale trasparente. Il piano dell'acqua ha alle due estremità libere un piano per ogni parte che con un angolo preferibilmente di circa 30 gradi si dirige dentro l'acqua verso il centro del prisma. Tutto come meglio presentato nella descrizione e nei disegni allegati. Il piano alto del prisma è orientato verso sud in maniera da formare al suo interno un forno solare. Il piano sull'acqua è dotato di una griglia di resistenze elettriche - tipo quelle per gli scalda-acqua domestici - per tutta la sua superficie. L'energia elettrica necessaria può essere prodotta da pale eoliche, da pannelli fotovoltaici, da sistemi di generazione di energia a combustibili fossili, a idrogeno o da sistemi di produzione di energia di altro tipo. L'impianto ha come scopo quello di produrre acqua pura e potabile dal vapore acqueo che si forma nel forno solare del prisma.

LEGENDA:

Y1 = piano rettangolare dell’acqua, in sezione cateto lungo;

Y2 = piano rettangolare ortogonale all’acqua e unito ermeticamente a y1, in sezione cateto corto;

Y3 = piano rettangolare di chiusura dall’alto del prisma, in sezione ipotenusa;

Y4 = piano obliquo immerso nell’acqua all’inizio e alla fine del prisma;

Y5 = specchio;

Y6 = piano di chiusura del prisma a destra e a sinistra a forma tipo trapezoidale quasi completamente immersi nell’acqua;

Y7 = lenti;

Y8 = piano rettangolare aperto nell’acqua;

Y9 = profilo a V posto all’inizio e fine delle resistenze elettriche irradiato dalla focale della lente;

Y10 = griglia di resistenze poste a pelo d’acqua;

X2 = tubo d’aria che si innalza insieme al palo di sostegno della turbina eolica X8;

X3 = serbatoio di raccolta dell’acqua depurata in attesa del trasferimento;

X4 = tubo di sfiato con valvola all’interno del forno solare;

X5 = tubo in uscita dal serbatoio di raccolta dell’acqua depurata X3;

X6 = struttura portante in acciaio putrelle e pilastri;

X7 = struttura portante travi e pilastri;

X8 = struttura a palo di sostegno per la turbina eolica;

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