TRASPORTI: I MEZZI NAVALI

 Didattica, Trasporti
Ott 192018
 

Quando parliamo dei mezzi navali subito la nostra immaginazione va alle barche a remi oppure a quelle a vela. Il termine generico che definisce tutti mezzi in grado di navigare sulle acque, è nave, intendendo con questa definizione una struttura galleggiante realizzata in legno, metallo o altro materiale, capace di muoversi e trasportare persone e merci sull’acqua. Parlo di acqua, perché le navi non navigano esclusivamente in mare, ma possono farlo anche nei laghi e nei fiumi in base alla loro profondità.

PRINCIPIO DI ARCHIMEDE

Una nave galleggia in virtù del principio di Archimede che dice: “Un corpo immerso in un fluido (in parte o completamente) riceverà una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del fluido spostato“. Quindi, maggiore è la quantità i fluido che viene spostato, maggiore sarà la spinta che il corpo riceverà dal basso verso l’alto. Ecco perché gli scafi delle navi sono così larghi, perché maggiore sarà la quantità di acqua che sposteranno, maggiore sarà la spinta che riceveranno dal basso e quindi migliore il galleggiamento. Inoltre, sono cavi all’interno, cioè, pieni d’aria, cosa che rende la loro densità minore di quella dell’acqua. E’ quello che capita se gettiamo in acqua due oggetti uno di legno e uno di metallo. Il primo galleggerà perché ha un peso specifico minore di quello dell’acqua mentre il secondo affonderà perché il suo peso specifico è maggiore.

I mezzi che utilizzano l’acqua come elemento per spostarsi, sono molto diversi tra di loro però condividono le stesse caratteristiche che sono: lo scafo, le sovrastrutture, il sistema di propulsione, il sistema di navigazione.

Lo scafo rappresenta la base della nave, è un guscio a tenuta stagna che impedisce all’acqua di entrare e consente il galleggiamento all’imbarcazione. È costituito da una serie di nervature, lunghe travi disposte longitudinalmente tra cui la più importante è la chiglia, ricoperte con elementi trasversali chiamati fasciami che consentono l’impermeabilità allo scafo. Nello scafo troviamo alloggiati tutti i locali tecnici, alloggi per l’equipaggio, i locali motore.

Lo scafo è chiuso superiormente dalle sovrastrutture, compreso il ponte di coperta che rappresenta il piano base della nave. Al di sopra di questo si ergono gli altri ponti che possono essere anche molti come nel caso delle navi da crociera.

Ponti in una nave da crociera

Il sistema di propulsione può essere molto vario. Avremo così barche che si spostano grazie alla forza muscolare, come barche a remi, pedalò, canoe, sono le più lente, vengono utilizzate per svago o per svolgere attività sportive.

Abbiamo poi barche che sfruttano l’energia cinetica del vento come le barche a vela o i più grandi velieri, costituiti da uno o più alberi, enormi elementi in legno infissi verticalmente sul ponte di coperta ai quali sono fissate le vele, grandi elementi di tessuto che raccolgono la spinta del vento e la trasmettono all’imbarcazione.

Infine abbiamo le imbarcazioni a motore, ossia quelle che sfruttano la spinta di un motore a scoppio, come quello delle macchine, anche se di dimensioni e potenza maggiori. La spinta del motore viene trasmessa dalla barca all’acqua tramite alberi di trasmissione e una o più eliche.

Esistono anche mezzi acquatici che hanno motori a energia nucleare come le grandi navi e i sottomarini da guerra.

Infine, l’ultimo elemento che troviamo sempre sui mezzi navali è il sistema di governo o navigazione. Si tratta di strutture meccaniche, come il timone, e strumentazione elettronica come radar, ecoscandaglio, GPS, ecc.

Le navi possono essere classificate in base al tipo di servizio svolto per cui avremo:

  • navi da diporto, ossia quelle per uso privato, sportivo e turistico;
  • navi da pesca, ossia quelle utilizzate esclusivamente per la pesca professionale, come i pescherecci;
  • navi mercantili, ossia quelle destinate al trasporto di merci e persone, come le grandi navi porta-container, le navi da crociera, le navi cisterna;
  • navi militari, ossia quelle utilizzate per scopi sia difensivi che bellici, come le portaerei, i sommergibili, gli incrociatori, i cacciatorpediniere ma anche le motovedette.
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UN VECCHIO TRENO…TECNOLOGICO

 Energia, Trasporti
Ott 172018
 

In Australia, terra giovane e pioniera di tante iniziative a livello globale, sta per avviarsi un progetto frutto di un enorme investimento economico fatto dal multimilionario Brian Flannery proprietario di resort turistici nel grande continente. Flannery, ha deciso di investire ben 4 milioni di dollari in un progetto eco-turistico che, si inserisce in una politica nazionale volta allo sviluppo del turismo sostenibile come chiave per lo sviluppo di questo settore sfruttando l’energia solare. Ma di cosa si tratta?

Utilizzando un vecchio treno con più di 70 anni di età, si avete letto bene 70, il visionario magnate ha restaurato locomotiva e carrozze della vecchia Byron Bay Railroad Company ricoprendo tutta la superficie del tetto con pannelli fotovoltaici in grado di produrre 6,5 chilowatt di potenza. Grazie a questi, l’iconico treno riuscirà a percorrere una prima tratta di circa 3 chilometri sulla linea nella Byron Bay, zona turistica del Nuovo Galles del Sud.

Il treno sarà in grado di trasportare circa 100 eco-turisti lungo un percorso storico non consumando gasolio ne carbone e ad impatto zero. Lungo il percorso è posta una stazione di ricarica sempre solare, in grado di erogare circa 30 chilowatt di energia nei casi in cui, a causa delle avverse condizioni atmosferiche, il treno non potesse ricaricarsi autonomamente. Già con la sua ricarica fotovoltaica, il treno è in grado di compiere la tratta per 15 volte. Inoltre, un sistema di frenata a recupero di energia, riesce a accumulare altra elettricità dall’energia dissipata durante questa.

A voler essere precisi, non è il primo esperimento di mezzo riconvertito a energie Green sul pianeta, ma è sicuramente il primo ad utilizzare esclusivamente energia pulita perché gli altri hanno comunque un sistema alternativo con motori  scoppio.

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CELLE A COMBUSTIBILE

 Energia
Ott 122018
 

Le celle a combustibile sono dispositivi elettrochimici capaci di convertire l’energia chimica direttamente in energia elettrica. La loro scoperta è del 1839 anche se gli sviluppi maggiori si sono avuti in epoca recente grazie alle missioni spaziali, dove sono state ritenute il miglior sistema per l’alimentazione elettrica a bordo delle navicelle.

Purtroppo la loro affermazione è stata ostacolata da un costo altissimo dovuto all’uso del platino, uno dei metalli preziosi presenti sulla Terra utilizzato in grande quantità in queste batterie come catalizzatore.

Oggi, però, grazie ad uno studio congiunto dell’Università di Stanford e della casa automobilistica tedesca Volkswagen, forse questo ostacolo è stato definitivamente superato.

Le particelle di platino, sono distribuite su una polvere di carbone ma il processo catalitico avviene solo sulla loro superficie rendendo inutile gran parte del materiale utilizzato.

Il processo innovativo sviluppato in questa ricerca, consente di collocare atomi di platino sulla superficie di carbone in particelle molto piccole. In questo modo la quantità di platino utilizzata è molto meno di quella adoperata fino ad oggi abbassando notevolmente i costi migliorando sensibilmente l’efficienza del catalizzatore e la sua resistenza.

La ricerca coinvolge anche la Volkswagen perché impegnata grandemente nello sviluppo di nuove soluzioni per batterie per le auto elettriche.

Da questa ricerca, trarranno vantaggio, secondo i ricercatori, non solo le celle a combustibile, ma anche le batterie convenzionali come quelle a ioni di litio.

Thomas Schladt del Dipartimento di Ricerca del Gruppo Volkswagen, ha evidenziato come questa nuova tecnologia ALD a deposito di strato atomico (atomic layer deposition), porterà i sistemi di produzione di energia ad un altro livello. Infatti, le celle a combustibile, sono ad emissioni zero ed inoltre presentano grandi vantaggi sia rispetto ai motori con batterie elettriche che a quelli a combustione interna classici. I vantaggi derivano dall’efficienza, dall’autonomia e dal tempo di ricarica. Le auto a celle di combustibile sono in tutto e per tutto paragonabili alle auto attuali a combustione interna con il vantaggio, però, di emettere solo acqua e calore. L’abbassamento dei costi e l’aver reso il processo più efficiente dovrebbe portare a una maggiore diffusione e un’affermazione sul mercato di questo sistema di propulsione. I ricercatori, adesso saranno impegnati nel trasferire questi risultati dalla fase sperimentale a quella applicativa.

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PNEUMATICI DEL FUTURO DALLA NASA

 Materiali
Ott 102018
 

Se pensiamo alla NASA, ossia l’ente spaziale americano, la nostra mente ci porta subito alle navicelle, alle sonde di esplorazione spaziale, alle conquiste nella ricerca di altri mondi. Ma la NASA non si occupa solo di questo, bensì le ricerche si allargano in infiniti campi che sono in qualche modo interconnessi con le attività spaziali.

I mezzi ideati per l’esplorazione di altri pianeti, sono anch’essi costituita da infinite parti, frutto di studi e ricerche per renderli adattabili ad altri mondi o a situazioni imprevedibili. Tra le innovazioni ha sicuramente un risalto particolare il Superelastic Tire, ossia il nuovo concetto di pneumatico. L’idea che sta alla base di questa nuova grande innovazione, è lo pneumatico senza aria, non soggetto quindi ai limiti che le normali ruote hanno sulla Terra.

Sono realizzati con leghe a memoria di forma che costituiscono la struttura rigida capace di migliorare enormemente questo oggetto. Gli studi in questa direzione erano già stati avviati parecchi anni fa, quando la NASA sviluppò un nuovo concetto di pneumatico usando per i rover lunari acciaio per molle, che si dimostrò essere un buon compromesso. Questi pneumatici a molla airless, però, quando dovevano sopportare grossi carichi, erano soggetti a deformazioni permanenti. Il salto di qualità avvenne quando lo scienziato dei materiali Santo Padula fece casualmente una visita al laboratorio Simulated Lunar Operations (SLOPE) del Glenn Research Center della NASA. Egli suggerì la sostituzione della struttura in acciaio airless con quella a leghe a memoria di forma nei rinforzi radiali sullo pneumatico. La lega utilizzata, è una particolare combinazione di nichel e titanio stechiometrico che è capace di riorganizzarsi a livello atomico riacquistando la sua forma una volta che il carico viene tolto. Lo pneumatico con questa combinazioni di materiali è in grado di deformarsi fino al 30% in più rispetto ai precedenti, senza modifiche o danni permanenti sulla sua superficie.

Un tipo di soluzione del genere porta con se evidenti vantaggi. Lo pneumatico non deve essere gonfiato e conseguentemente non può esplodere, non serve un telaio interno di rinforzo il che si traduce in una riduzione del peso. In questo modo i rover possono essere regolati con carichi differenti, adattati a più tipi di terreno e resistere a gravità diverse.

Il sistema Superelastic Tire è stato evidentemente studiato per le missioni spaziali e per i rover che devono affrontare gli ambienti sconosciuti di Marte, ma il loro uso anche in ambito civile pare possa essere possibile. Il problema maggiore sarebbero la velocità ed i costi, ma per veicoli che viaggiano solo a bassa velocità o su terreni asfaltati, i vantaggi potrebbero essere diversi.

TRASPORTI: I MEZZI SU ROTAIA

 Didattica, Trasporti
Ott 082018
 

Quando parliamo di trasporti terrestri, non possiamo non menzionare il trasporto su rotaia, ossia treni, metropolitane e tram. Si tratta di mezzi adibiti al trasporto sia di persone che di merci e tra i mezzi terrestri sono i meno inquinanti perché alimentati quasi esclusivamente ad elettricità. Nel passato, invece, i treni erano alimentati a carbone ed erano molto inquinanti.

Sono definiti trasporti su ferro o rotaia, perché a differenza dei mezzi su gomma i treni corrono su una linea ferrata, ossia una coppia di binari paralleli.

Tutti i treni sono costituiti dagli stessi elementi: una locomotiva o locomotore, normalmente posta in testa al treno e dotata di motore capace di generare una potenza sufficiente a far muovere l’intero convoglio. Oggi i motori elettrici di cui sono dotati, prelevano la corrente attraverso una struttura a molla chiamata pantografo, che sollevandosi a arriva a toccare i cavi dell’alta tensione sospesi a circa un metro dal tetto del treno.

Le locomotive possono essere anche due poste o in sequenza o una in testa e l’altra in coda al treno come nel caso delle metropolitane in modo da poter cambiare direzione senza cambiare binario.

Agganciate alla locomotiva, troviamo le carrozze o vagoni, convogli che possono contenere persone o merci. Possiamo avere carrozze letto, cioè dotate di cuccette o vere e proprie camere per lunghi viaggi notturni, carrozze ristorante e inoltre i moderni treni sono dotati di molti sistemi di intrattenimento come il wi-fi o le prese USB per la ricarica dei cellulari.

Le cabine di pilotaggio dei treni moderni sono tecnologicamente molto avanzate, dotate di strumentazioni di controllo e sensori che avvisano di ogni possibile anomalia sul treno.

Alcuni treni, scorrono su binari sotterranei in percorsi sotto le nostre città. Sono le metropolitane. Si tratta di un moderno sistema di spostamento ideato per alleggerire le città dal caos e dal traffico e consentire alle persone spostamenti rapidi. Serve esclusivamente per il trasporto di persone. Le stazioni sono ubicate in corrispondenza dei punti più importanti turisticamente o commercialmente della città in modo da assorbire buona parte del traffico pedonale in superficie. Normalmente la frequenza dei viaggi delle metropolitane è di molto superiore a quella dei treni a lunga percorrenza.

Infine, il trasporto su rotaia avviene anche nei centri urbani in superficie. Si tratta dei tram, ossia treni con poche carrozze che circolano in mezzo al traffico cittadino o in aree riservate per consentirne una mobilità più rapida. In genere, però, questi binari incontrano le reti viarie su gomma, sono soggette a stop dovuti a semafori e incroci. Anche in questo caso la fermate (non stazioni) sono localizzate in punti chiave della città.

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TRASPORTI: I MEZZI SU GOMMA

 Didattica, Trasporti
Ott 042018
 

Quando parliamo di mezzi su ruota pensiamo subito alle auto perché sono le più diffuse e quelle che in qualche modo fanno parte del nostro quotidiano. Ma in realtà il numero di mezzi è molto più ampio; dalle 2 ruote, come le biciclette, gli scooter e le moto a mezzi con molte ruote come autobus e camion per finire a mezzi fortemente innovativi come hoverboard, bighe e affini.

I MEZZI A 2 RUOTE

BICICLETTA

Tra i mezzi su ruote, il più diffuso è la bicicletta. E’ uno dei mezzi più antichi, nasce in Francia nel 1791 e diventa presto uno strumento per gli spostamenti molto diffuso, perché grazie all’uso intelligente delle leve, riesce a far spostare con facilità e molto più velocemente chi la guida. E’ costituita essenzialmente da un telaio, la struttura metallica che sostiene il tutto a cui sono agganciate tramite una forcella, le due ruote. Normalmente quella motrice, cioè quella che ci consente di muoverci, è quella posteriore collegata attraverso una serie di ingranaggi (ruote dentate, catena, cambio) con la base del telaio, dove troviamo i pedali, gli strumenti attraverso i quali imprimiamo la spinta con le gambe. Sul telaio stesso, sono poi fissati la sella, che ci consente di stare seduti mentre pedaliamo e il sistema di guida costituito dal manubrio.

Da qualche anno sta vivendo una seconda giovinezza perché non essendo alimentata da carburanti la rende assolutamente ecologica e soprattutto perché ci costringe a fare del moto risultando così anche salutare.

Si stanno affermando delle varianti elettriche con pedalata assistita, dotate di un motore elettrico che interviene quando la strada si fa più dura.

SCOOTER e MOTOCICLETTE

Più moderni, sono il simbolo delle città contemporanee. Alimentati con carburanti fossili come le automobili sono perfetti per gli spazi urbani, dove la loro maneggevolezza e dimensione consente spostamenti rapidi e ricerca di parcheggio quasi nulla. Presentano gli stessi elementi di una bicicletta, ma montano un motore per cui non è richiesta forza muscolare e hanno una sella molto più grande. La differenza tra uno scooter e una moto, a parte la cilindrata più grossa per le moto ovviamente, è la struttura del telaio aperto superiormente senza serbatoio tra le gambe, meccanica non a vista, pedane poggia piedi e ruote di diametro inferiore.

HOVERBOARD

Sempre più spesso troviamo in giro gli hoverboard, piccole pedane dotate di motore elettrico e giroscopio, leggere, trasportabili, veloci. Il movimento è provocato dallo spostamento del nostro peso distribuito sulle pedane: in avanti, provoca l’avanzamento dell’hoverboard e l’accelerazione è maggiore quanto maggiore è lo sbilanciamento. Spostando il peso all’indietro, il mezzo si sposta nella stessa direzione e per curvare dobbiamo piegarci nella direzione in cui vogliamo andare.

Guidare un mezzo di questo tipo richiede comunque grande perizia e un ottimo equilibrio.

LE AUTO

Nate alla fine dell’800, la loro diffusione, ha avuto un grosso impulso quando sono state dotate per la prima volta di motore a scoppio dopo la prima guerra mondiale. Da allora la loro affermazione è stata inarrestabile. Il numero di tipologie e i modelli sul mercato rendono la classificazione delle auto quasi impossibile anche se le case automobilistiche e i media inventano continuamente nuovi segmenti di mercato per spingere le vendite. A livello europeo si distingue tra M e N, dove i primi sono i mezzi per il trasporto delle persone, mentre il secondo per quello delle merci.

La classificazione per segmenti, invece, è più articolata e in generale è così composta:

  • segmento A: vetture di piccole dimensioni come le mini car, caratterizzate da ridotti ingombri;
  • segmento B: small cars che vi rientrano sono tutte le vetture utilitarie, dotate di carrozzeria a due volumi e trazione anteriore;
  • segmento C: vetture medium cars, che presentano medie dimensioni note come berline;
  • segmento D: dedicato alle large cars, ossia auto berline dalle medio / grandi dimensioni;
  • segmento E: executive cars, berline di grandi dimensioni a tre volumi;
  • segmento F: luxury cars auto berline lussuose e di grandi dimensioni.

Oltre a queste, per identificare altre tipologie di auto che non rientrano nei precedenti troviamo il segmento S per le auto sportive; il segmento J per identificare i Suv e fuoristrada; il segmento M per indicare i minivan o i van.

Indipendentemente dalla tipologia, le auto sono composte tutte dagli stessi elementi. La scocca o telaio che rappresenta la struttura portante sulla quale sono montate tutte le altre parti. La carrozzeria, ossia l’involucro dell’auto, quello che ne definisce la forma e il design, il motore che consente all’auto di muoversi, può essere a benzina, diesel, gas, metano o elettrico riducendo in questo modo anche le emissioni inquinanti nell’atmosfera. Il sistema di guida è l’insieme dei meccanismi che consentono all’auto di poter essere direzionata. Completano le auto altri sistemi come l’intrattenimento di bordo, il bluetooth, l’antifurto, il condizionamento, l’illuminazione, ecc.

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UN TOTEM “SMART” IN CITTA’

 Energia
Ott 032018
 

Smart, smart, smart. Tutto diventa più intelligente, le nostre case, le nostre città, i nostri elettrodomestici. L’Internet of Things, ossia l’Internet delle Cose, l’Intelligenza Artificiale, i sistemi di comunicazione evoluti stanno cambiando radicalmente il nostro approccio con le cose, con gli oggetti della nostra quotidianità.

Ormai cercare una strada è un’operazione che svolgiamo automaticamente, senza rifletterci, con il nostro smartphone attraverso una richiesta all’assistente vocale, ordinare al televisore di cambiare canale semplicemente parlando è quasi scontato, parcheggiare l’auto mentre sensori e telecamere ci guidano in questa operazione è quotidianità. E nel prossimo futuro sarà ancora meglio perché lo sviluppo della rete di quinta generazione consentirà un salto in avanti difficilmente immaginabile.

Grazie al lavoro di una startup americana chiamata Totem Power, è nato un evolutissimo concept di illuminazione urbana. Totem, non può essere definito un semplice palo della luce, ma è uno strumento multifunzione capace di andare ben oltre il suo compito principale.

Totem è un hub digitale, dotato di molta tecnologia. E’ una “smart utility” nel senso che consentirà di connettere le nostre città in maniera molto più efficiente. L’idea è semplice. Dover interconnettere tutta la città è un’operazione piuttosto lunga e complessa. I lampioni della luce sono già ovunque, quindi prevedere una loro sostituzione o predisposizione in caso di nuova installazione potrebbe far risparmiare molto denaro all’amministrazione pubblica.

In pratica, Totem, è un oggetto di design molto ben pensato. Oltre alla classica funzione di illuminazione, è dotato di sensori che lo rendono intelligente, ossia rileva il flusso di traffico riducendo la propria potenza fino al 50% in caso di traffico scarso o nullo in modo da ottimizzare i consumi elettrici.

La parte superiore è invece ricoperta di celle fotovoltaiche in grado di raccogliere i raggi solari e all’interno della sua struttura sono dislocate una serie di accumulatori di elettricità, che garantiscono il suo funzionamento anche in assenza della rete elettrica per interruzione o guasto. Inoltre, l’energia accumulata farà da colonnina di ricarica per le auto elettriche.

Il sistema wi-fi e 4G di comunicazione interno, consentirà a Totem di svolgere la funzione di sensore per la raccolta dei big data che l’amministrazione potrà utilizzare per evidenziare problemi o criticità e predisporre piani di intervento nel più breve tempo possibile. Totem, creerà una vera e propria rete di comunicazione che, ad esempio, registrerà il livello di traffico intervenendo sulla rete stradale e deviandolo quando necessario su percorsi alternativi.

Il primo modello sarà commercializzato la prossima estate e sarà dotato di un panello fotovoltaico da 5 kw, un sistema di batteria da accumulo da 44 chilowattora e un caricabatterie per veicoli elettrici.

Totem integrerà anche il sistema di comunicazione wi-fi e 4G in un design moderno e innovativo, capace anche di valorizzare esteticamente le aree in cui verrà installato.

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