INIZIATIVE

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Il progetto Energie Future, finanziato dal bando 2013 - Scuola 21 - all'interno del percorso "Energeticamente consapevoli", si sviluppa in un biennio presso l’Istituto di Formazione Superiore Statale Fabio Besta - Liceo delle Scienze Umane - Opzione Economico Sociale - Classi III F - III H.

Il progetto, che ha come capofila l'Istituto Fabio Besta, viene svolto con la collaborazione delle associazioni "Venti Sosteniibili" e "CISE2007"

Leggi il progetto

 

ARETHA - Air Exchange Thermal Assembly

 

 

Il progetto ha partecipato al bando 2012-2013 (Legge Regionale N.1/08 Capo III) per le associazioni iscritte ai Registri Provinciali Associazionismo, ed è stato ritenuto meritevole di finanziamento.

Relazione sulle attività svolte

 

Progetto

ARETHA è un nuovo metodo per produrre acqua calda dal sole, usando materiali a basso costo e non particolare esperienza. Qualsiasi persona può costruirsi un pannello solare ARETHA di desiderata grandezza.

I pannelli fotovoltaici o termici tradizionali sono troppo costosi da installare nei paesi in via di sviluppo, specialmente nei villaggi isolati, per le molte parti che devono essere importate o difficili da realizzare sul posto. Al contrario i pannelli ARETHA possono essere costruiti con materiale di scarto e facilmente reperibile come legno, lana, radiatori di auto e lastre di plastica trasparente. Il principio di ARETHA consiste nel produrre aria calda che scalda l’acqua per mezzo di un dispositivo ad alta efficienza, costruito per uno scopo diverso: il radiatore di automobile. Ogni auto ha la necessità di disperdere il calore prodotto dal motore. Il radiatore fornisce un efficiente scambio tra l’acqua di raffreddamento, che circola nel motore, e l’aria esterna.Nel caso di ARETHA, il radiatore lavora al contrario: raccoglie calore dall’aria calda e trasferisce questa energia all’acqua di un circuito chiuso. L’acqua calda è poi immagazzinata in un serbatoio isolato termicamente, posto vicino al pannello. ARETHA può essere costruito con materiali di basso costo e facili da trovare:qualsiasi materiale isolante, come fibra di vetro, lana di roccia, lana di pecora; materiale trasparente come il policarbonato; un radiatore di automobile di media potenza ogni 8-10 metri quadrati di pannello, recuperato da uno sfasciacarrozze. Una descrizione dettagliata di ARETHA è nella sezione “Principio di funzionamento”.Un prototipo di circa 10 metri quadrati di pannello solare ARETHA è stato costruito a Milano da una squadra di ex-tecnici pensionati , che condividono la passione per il “fai da te”, l’energia solare e la tecnologia per scopi sociali. Il progetto è stato finanziato da due associazioni senza fini di lucro, CISE2007 e GREEM, che hanno anche aiutato il gruppo incoraggiandolo in quest’opera

 


 

Gruppo di lavoro

 

 

l progetto ARETHA è portato avanti da un gruppo di tecnici pensionati, uniti dalla passione per il fai da te e il fare cose utili alla società.

 Franco Mantega, è il team leader di ARETHA. Ha lavorato una vita nella ricerca nucleare, sino al decommissioning. Nella sua carriera ha registrato diversi brevetti, ma il suo sogno è di insegnare a fare cose "col fil di ferro". Appassionato di Teatro come autore e regista. Ama le salite durissime in bici o MBK. Sogna ARETHA in India, Africa o Bolivia...

Paolo Bonelli, ha costruito il sistema elettronico che misura e controlla ARETHA. Egli ha lavorato nella meteorologia e nelle sue applicazioni alle energie rinnovabili. E’ appassionato di elettronica e della costruzione di dispositivi basati sulla scheda  Arduino. Paolo sogna di fare strumenti a basso costo per la gente che vuole monitorare l’ambiente da se.

Piero Borroni, è nel team di ARETHA. Ha lavorato nella corrosione e nella ricerca nucleare, e nel decommissioning della centrale del Garigliano. Nella sua attività lavorativa ha registrato un brevetto, ama la natura e i viaggi, dopo l’India,  il Messico spero in un viaggio alle Galapagos, Terra del Fuoco e isola di Pasqua.

Gianni Pampurini, ha fondato il Greem, una delle associazioni che sostiene la realizzazione di Aretha. Ha lavorato per molti anni nel mondo della ricerca su tematiche legate alle acque, all’energia e alla corrosione ad alta temperatura. La sostenibilità ambientale ed energetica  sono obiettivi a cui dedica gran parte del suo tempo. Nei ritagli bicicletta, jogging e fotografia.

Bruno Riva, ha lavorato per 46 anni come tecnico da laboratorio in un centro di ricerca nucleare con interesse per tutto ciò che gli si presentava innovativo e in particolare impegnato alla costruzione di sensori per la rilevazione di misure varie. Sin da giovane ha avuto la passione per la fotografia scegliendo principalmente come soggetto l’ambiente naturale. Partecipa alla realizzazione del progetto ARETHA proprio per quell’interesse maturato da molti anni nell’ambito del suo lavoro professionale.

 

 

 


 

Principi operativi

 

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Milioni di auto sono demolite ogni anno nel mondo. Non tutti i componenti destinati alla separazione dei materiali-base meritano questo destino; tra questi il radiatore.Si tratta di un componente ad alta capacità di scambio termico acqua-aria, progettato per smaltire quasi il doppio dell'energia ceduta alle ruote.L'uso di anticongelanti nell’acqua, oltre a innalzare la temperatura d'esercizio del sistema (attorno ai 120 °C) determina un'eccellente protezione dalle corrosioni, che si traduce in una maggior durata del componente, ben oltre il limite d'impiego dell'auto stessa. Perciò il radiatore può essere usato per scambiare calore al rovescio, tra l’aria calda e l’acqua fredda.

 

Dia vista laterale

Il pannello ARETHA è essenzialmente una scatola con pareti ben isolate termicamente, eccetto per una, la finestra, fatta con lastre trasparenti di policarbonato. Il fondo e le pareti interne di ARETHA sono dipinte di nero. I raggi del sole passano attraverso la finestra trasparente e sono assorbiti dal fondo della scatola, innalzando la temperatura dell’aria dentro di essa. Il radiatore di automobile e situato al centro della scatola in un vano appropriato, in modo tale che il davanti del radiatore sia sullo stesso piano del fondo della scatola, mentre la parte posteriore, dove è presente il ventilatore, è nel vano. Il ventilatore mette in movimento l’aria attraverso i tubi del radiatore, il vano e il resto della scatola. Il ventilatore è collegato ad un alimentatore da 12 V in continua, ottenuto da un PC rottamato.Da tener presente che l’energia elettrica usata per il ventilatore è quasi interamente dissipata nel riscaldamento dell’aria, quindi non viene dispersa.

 

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L’acqua circola dal radiatore fino al serbatoio isolato termicamente, dove mantiene la sua temperatura per tutta la notte. Nel serbatoio è possibile installare un secondo radiatore con lo scopo di riscaldare l’acqua per scopi differenti: toilette, riscaldamento, etc.

 

 

 


 

Misure e controlli

Il progetto ARETHA, partito a Milano, dovrebbe dimostrare la fattibilità di un pannello solare termico come descritto nella sezione “Principio di funzionamento” di questo sito. Con questo scopo sono stati costruiti due prototipi: uno piccolo di circa 1 m2 e uno grande di circa 10 m2. Ognuno usa un unico radiatore di automobile.Dopo aver costruito il piccolo ARETHA, il progetto è stato orientato verso la massimizzazione della sua superficie con un solo radiatore, ottimizzando la forma e calcolando la sua efficienza nella conversione dall’energia solare all’acqua calda. Per questo motivo si è reso necessario un sistema di misura dei vari parametri. Un tale sistema è stato costruito a costi bassi usando la scheda Arduino e qualche sensore di tipo commerciale.Le misure effettuate sono:

n. 8 punti di temperatura in diverse parti del prototipo (acqua in ingresso, acqua in uscita, aria vicino al radiatore, aria in diversi punti del pannello);

n. 1 misura di portata d’acqua all’interno del radiatore;

n. 1 misura di irradianza solare globale sul piano del pannello.

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Il sistema controlla inoltre l’accensione e lo spegnimento di una pompa, che muove l’acqua nel circuito primario, e la velocità del ventilatore.Una scheda Arduino è dedicata all’acquisizione e archiviazione dei dati, essa controlla anche i dispositivi esterni. Una seconda scheda Arduino pilota un display LCD e la trasmissione dei dati su Internet.Le due schede Arduino sono equipaggiate con un data-logger shield ed un ethernet shield rispettivamente.Le temperature sono state misurate con un sensore chip, il DS18B20 prodotto dalla Maxim IC. Questo sensore rileva i gradi centigradi con una risoluzione fino a 12 bit. La sua precisione è migliore di 0,5 °C e misura temperature in un range da -55 a +125 °C. Ogni sensore ha un unico numero di serie a 64 bit marcato al suo interno, permettendo a un gran numero di sensori di essere usati sullo stesso bus dati.Il sensore usa l’interfaccia 1-Wire, compatibile con Arduino per mezzo della libreria gratuita “DallasTemperature”.Questo sensore ha tre terminali: alimentazione, dati e massa. La linea dati è usata sia come input che come output.In ARETHA, tutti i sensori di temperatura sono collegati ad un unico cavo schermato a due conduttori con lo schermo a massa.

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La misura della portata d’acqua nel circuito primario di ARETHA è molto importante per il calcolo del bilancio energetico. Un valore medio di portata è ottenuto con questo contatore volumetrico (vedi la foto). Un relè magnetico, all’interno del contatore, chiude un circuito ogni 10 litri d’acqua che gli passano attraverso.Arduino conta quante chiusure del circuito avvengono in un certo tempo, e calcola la portata.

 

L’irradianza globale solare è misurata con un piranometro Kipp & Zonen CMP6.

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La scatola visibile nella foto contiene le due schede Arduino con i loro shield (data-logger e ethernet), con un display LCD a 16x2 caratteri. Nella foto sono mostrate tre delle otto temperature in decimi di grado. Dopo le temperature, il display mostra anche il valore della portata e lo stato della pompa e del ventilatore.Tutti i parametri, aggiornati ogni 30 s, sono visibili qui per mezzo del programma web server caricato su Arduino.

 

 

 

 

Opuscolo illustrativo

Immagini della realizzazione

Filmato