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!