Il professor Sean Xia-An Zhang della Jilin University, insieme ad un team di stretti collaboratori ha inventato una stampante che, al posto del normale inchiostro, usa l’acqua per imprimere testo e immagini su carta. La nuova stampante, denominata “water-jet” permette di riscrivere su un foglio speciale, non quindi della solita carta che utilizziamo per stampare, fino a 50 volte. Questo è possibile in quanto, l’inchiostro si dissolve dal foglio dopo meno di un giorno dalla sua stampa, se mantenuto a una temperatura inferiore ai 35 gradi. A temperature più elevate la dissolvenza risulta ancora più rapida. Ancora questa tecnologia presenta dei limiti dovuti al fatto che è possibile stampare in un solo colore, il blu ma sono allo studio nuove tecnologie per stampare a colori come un comune stampante.
La caratteristica della dissolvenza dell’inchiostro in così poco tempo rende questa stampante realmente “green” ed è compatibile con il dato che ci riferisce che in un ufficio, mediamente le stampe sono lette solo una volta prima riessere cestinate. Ancora meglio se si considera che il foglio può essere ristampato fino a 50 volte con un risparmio di carta e alberi non indifferente.
Vedremo quali saranno gli ulteriori sviluppi di questa tecnologia di stampa.
Sempre per la serie “impianti indispensabili per le abitazioni“, parliamo oggi di impiantoidrico-sanitario, ossia di quell’impianto che rifornisce le abitazioni di acqua potabile. Purtroppo questa considerazione, evidenzia anche un grosso limite di questo sistema. Infatti, la distribuzione dell’acqua avviene oggi attraverso un unico sistema ed un unico tubo. Per cui, l’acqua potabilizzata rifornita dall’ente gestore, viene in buona parte sprecata perché utilizzata non solo per usi potabili, ma anche per usi industriali e per i servizi sanitari. Recenti normative, e indicazioni di buon senso, stanno facendo in modo che tutto questo, cambi. Si prevede, infatti, la realizzazione di due diverse reti di servizio, una per l’acqua potabilizzata e una per l’acqua destinata ad altri usi.
Ma seguiamo il percorso che fa l’acqua per giungere nei nostri edifici partendo dal luogo in cui viene prelevata.
IL CICLO DELL’ACQUA
Prima di descrivere l’impianto idrico-sanitario delle nostre case è importante capire qualcos’altro. Dobbiamo per questo sconfinare in un altra disciplina, le scienze, e rivedere l’argomento sul “ciclo dell’acqua”. L’acqua piovana, quella che scorre nei fiumi o nei laghi, rifornisce per permeazione del terreno le falde acquifere (corsi d’acqua sotterranei). In poche parole l’acqua viene assorbita dagli strati permeabili del terreno. Quando l’acqua scendendo nel sottosuolo incontra uno strato roccioso impermeabile, si accumula formando le cosiddette falde acquifere e inizia a scendere verso il mare, ritornando lì da dove partita. Il simpatico video di seguito ci spiega chiaramente lo svolgimento di questo ciclo.
L’acqua che utilizziamo per le nostre utenze, viene proprio da queste falde acquifere sotterranee. La sua estrazione, avviene attraverso la realizzazione di pozzi che raggiungono in profondità le falde, nei quali viene inserito un tubo di acciaio chiamato colonna il cui diametro variabile tra i 20 cm e i 50 cm. Il pozzo attraversa nella sua discesa diversi strati di terreno permeabili imbevuti di acqua (le falde acquifere). La colonna, in prossimità di questi strati presenta delle aperture chiamate filtri attraverso i quali l’acqua passa dalla falda al pozzo. I filtri impediscono che sostanze estranee possano passare inquinando l’acqua. All’interno del pozzo troviamo poi un altro elemento fondamentale per l’estrazione dell’acqua: la pompa sommersa. Questa, ha la funzione di aspirare l’acqua e sollevarla fino un serbatoio posto in superficie dell’altezza di circa 30-40 m, quindi una torre molto alta. Il portare l’acqua in un posto così alto è necessario affinché possa raggiungere, per la pressione accumulata, attraverso la rete di tubazioni le nostre case. In genere quest’altezza consente all’acqua di rifornire utenze fino al secondo, terzo piano. Per utenze poste a piani ancora maggiori sarà necessario dotare l’edificio di una pompa o di una autoclave in maniera tale da avere la pressione sufficiente a spingere l’acqua fino a tali altezze. Attraverso tubature di circa 1 m di diametro, l’acqua viene trasportata dall’acquedotto alle città e poi con tubi più piccoli agli edifici.
L’impianto idrico dell’edificio, riceve l’acqua dalla rete idrica dell’acquedotto (ente gestore) e la distribuisce a tutte le utenze. Anche in questo caso, come per l’impianto di riscaldamento, possiamo avere un impianto di tipo centralizzato o un impianto autonomo. In ciascuno dei due casi, l’impianto idrico è dotato di alcuni elementi fondamentali; vediamo quali.
IL CONTATORE AD IMMERSIONE
L’acqua giunge all’edificio dal basso, quindi troviamo le tubature idriche nei cantinati o al piano terra; il primo elemento di questo impianto è il contatore. Si tratta di un apparecchietto metallico in cui in immersione troviamo una serie di indicatori che ci forniscono alcune utili informazioni sul funzionamento dell’impianto e sui consumi. Oggi, leggere il contatore è abbastanza semplice, perché è stato semplificato al massimo per consentire una immediata lettura dei consumi.
Aprendo il coperchio in plastica si scopre l’indicatore di consumo. In pratica basta leggere il valore numerico progressivo, espresso in metri cubi, per conoscere il proprio consumo. Le asticelle rosse non vanno considerate, mentre per sapere se l’impianto funziona e l’acqua scorre, basta osservare la rotella nera posta al centro (se ruota l’impianto è funzionante).
IL RUBINETTO GENERALE
Ogni impianto che si rispetti è dotato di un rubinetto generale necessario all’interruzione dell’erogazione dell’acqua in caso di perdite o di manutenzione. Normalmente questo rubinetto è posto all’ingresso della fornitura dell’alloggio, o sul balcone o in una delle stanze servite (bagno, cucina, lavanderia, ecc.). Oggi si tende a dotare ogni ambiente di un proprio rubinetto generale, in modo da sezionare l’impianto così che, se abbiamo un guasto in bagno, chiudiamo l’acqua solo in quell’ambiente lasciando serviti tutti gli altri. Il rubinetto può essere o a manopola a rotella o a scodellino cromato (vedi immagini qui a lato).
L’AUTOCLAVE
L’autoclave è una vasca metallica chiusa ermeticamente che contiene al suo interno un compressore. Questo pompa all’interno della vasca aria. L’acqua dell’impianto riempie per metà la vasca dell’autoclave. Poiché l’acqua è un liquido non comprimibile, una diminuzione della sua quantità all’interno delle tubazioni provocherebbe una diminuzione della pressione nell’impianto e quindi un suo funzionamento non ottimale. L’aria presente nella nella vasca impedisce queste variazioni di pressione e quindi l’impianto funziona sempre a pieno regime. L’autoclave è poi abbinata a una elettropompa di soprelevazione che ha il compito di spingere l’acqua fino all’ultimo piano dell’edificio.
LE TUBAZIONI
L’acqua, spinta dalla elettropompa, sale attraverso una lunga tubatura inserita all’interno dei muri dell’edificio chiamata colonna verticale, tubatura realizzata in acciaio zincato. Alla colonna verticale, ad ogni piano, sono collegate le tubazioni orizzontali che portano l’acqua ad ogni elemento idrico dell’appartamento (wc, lavabo, doccia, lavatrice, lavastoviglie, caldaia, ecc.).
IL SIFONE
Sifone a T e a U
L’acqua che fuoriesce dai rubinetti dei vari sanitari, scorre via, poi, attraverso altre tubazioni realizzate in materiale plastico, molto resistenti alle azioni degli acidi presenti in tali acque. Prima di finire nelle tubazioni orizzontali di scarico e poi in quelle verticali (colonna montante), le acque attraversano un un tubo particolare che prende il nome di sifone. Questo tubo ha una particolare forma a U o a T in modo che, al suo interno resti sempre una parte di acqua pulita che ha la funzione di non far risalire l’aria mefitica proveniente dalla fognatura sfruttando il principio dei vasi comunicanti.
Vasi comunicanti
Approfondisco: in base alla legge di Stevino, in un sistema di vasi comunicanti, ossia collegati tra di loro alla base, il fluido in essi contenuto raggiunge la stessa quota indipendentemente dalla forma dei recipienti.
Anche l’acqua piovana che si raccoglie sui tetti o sui terrazzi, viene incanalata attraverso delle tubazioni verticali apposite (grondaie, pluviali, gocciolatoi, ecc.) e scaricata anch’essa nella rete fognaria comunale.
Nella mia solita ricerca di cose “strane” e tecnologiche mi sono imbattuto in una interessantissima combinazione di due differenti tipi di veicoli che in qualche modo riportano alla mente gli strani mezzi di James Bond, l’immarcescibile agente 007 di sua Maestà la regina, o gli strani prototipi nati dalle menti creative dei disegnatori di manga robotici giapponesi. Eppure quello di cui vi parlo oggi non ha nulla a che veder ne con l’Inghilterra ne con il Giappone. Si tratta del GIBBS QUADSKI, un veicolo ibrido, fusione tra una potente moto d’acqua ed un quad, il tipico veicolo con 4 ruote motrici che consente di percorrere qualunque tipo di superficie. Con la pressione su un semplice pulsante disposto sulla console-manubrio del veicolo, si passa dalla modalità terrestre a quella acquatica e viceversa.
Premendo un tasto, infatti, il veicolo ritrae all’interno della carrozzeria le quattro ruote ed ecco che galleggiando sulla pancia, spinto da due potentissimi motori, uno il Motorrad K1300 della BMW e da un altro propulsore brevettato dalla Gibbs Sports Amphibians per jet d’acqua, sfreccia a razzo sulle onde di qualunque corso d’acqua alla velocità di 80 km/h (una scheggia). La guida è uguale a quella di una normale moto d’acqua (vedere il video allegato) e le sensazioni provocate pure. Agilità, facile manovrabilità, eccitante velocità acquatica.
Ma, con una normale moto d’acqua, finito il giro, ci si avvicina alla costa, si attracca, si scende e tutto è finito. Con il Quadski no. Avvicinandosi alla costa, lo stesso pulsante consente la fuoriuscita delle ruote telescopiche e il veicolo, come per magia, si trasforma in un quad terrestre capace di percorrere qualunque superficie. In questo caso, il motore speficico per jet d’acqua della Gibbs, si spegne e rimane in funzione solo il motore BMW.
Anche in questo caso, grande tecnologia: un avanzatissimo sistema di sospensioni garantisce una grande tenuta di strada e sensazioni di guida tipiche dei migliori quad stradali.
Alcune curiosità: le ruote entrano o escono dal veicolo in soli 4 secondi, il veicolo sarà in vendita da questo mese negli Stati Uniti e il costo è adeguato aduno strumento di tali caratteristiche, infatti è acquistabile ad un prezzo indicativo di 40.000$.
HzO ha presentato al CES di Las Vegas una nuova tecnologia denominata WaterBlock. Questa tecnologia è in grado di rendere impermeabili gli iPhone e altri gadget elettronici. Nella dimostrazione, un iPhone e un iPad, ripetutamente immersi in acqua hanno continuato a funzionare perfettamente nonostante l’acqua era ancora ben visibile sotto lo schermo touch. La tecnologia non è destinata a proteggere il dispositivo per un periodo indeterminato in acqua, ma un modo per proteggerli quando cadono accidentalmente in un liquido. La dimostrazione ha comunque dimostrato che il dispositivo, immerso per ore in acqua, ha continuato a funzionare perfettamente. L’azienda sta stringendo accordi con i principali produttori, per introdurre l’uso di questa tecnologia già in fase di produzione, in quanto la sua applicazione a posteriori risulterebbe troppo costosa. Il processo di impermeabilizzazione avviene attraverso l’utilizzo di una camera a vuoto nella quale tutta l’aria viene risucchiata e viene iniettato un gas che penetra nel dispositivo ricoprendolo.
Lo scopo di una centrale idroelettrica è quello di sfruttare l’energia idraulica contenuta dall’acqua per ottenere energia elettrica. Questo passaggio non avviene direttamente, ma richiede una serie di trasformazioni prima che l’energia contenuta potenzialmente dall’acqua possa divenire elettricità.
Quale forma di ENERGIA sfruttiamo in una centrale idroelettrica?
La costruzione di un bacino artificiale o la presenza di uno naturale, consente di accumulare l’acqua. L’energia contenuta dall’acqua prende il nome di Energia Potenziale. In una centrale idroelettrica, l’acqua viene convogliata in una condotta, detta forzata, in modo che per la pressione e per la forza di gravità, l’acqua inizi a muoversi verso il basso sempre più velocemente. L’energia potenziale dell’acqua diventa così Energia Cinetica. L’acqua cadendo impatta contro una gigantesca turbina facendola ruotare. L’Energia Cinetica cambia il suo stato diventando Energia Meccanica. La turbina è collegata a un generatore elettrico, l’Alternatore che, trasforma l’Energia Meccanica della turbina in Energia Elettrica, completando il ciclo.
Com’è fatta una CENTRALE IDROELETTRICA ?
Per realizzare il processo sopra descritto, una centrale idroelettrica deve essere realizzata con alcuni elementi fondamentali. L’immagine qui sopra ci aiuta a capirne meglio il funzionamento. Gli elementi costituenti per una centrale idroelettrica sono:
bacino o serbatoio;
diga;
condotta forzata;
turbina;
generatore;
trasformatore;
opere di restituzione.
BACINO – è un invaso d’acqua ottenuto mediante lo sbarramento del corso di un fiume. Può essere naturale (lago) o artificiale e la sua forma è determinata dalle caratteristiche geologiche della zona in cui insiste. Altre caratteristiche da tener presenti nella formazione di un bacino idrografico sono la densità dei corsi d’acqua minori, le precipitazioni annuali e stagionali, il tipo di terreno e di vegetazione, oltre che le opere umane.
DIGA – è l’opera di sbarramento di un corso d’acqua e consente di formare il bacino o serbatoio. E’ dotata di opere di imbocco, di gallerie, di opere di sfioro dell’acqua in eccesso e di opere di scarico. Le dighe si possono dividere in due grandi categorie:
diga a gravità;
dighe ad arco.
Le prime sono strutture massicce a geometria semplice con asse rettilineo e sezione di forma triangolare. La resistenza alla spinta dell’acqua è dovuta essenzialmente al peso della costruzione stessa.
Diga a Gravità
Le seconde resistono alla spinta idrostatica delle acque d’invaso, trasferendola sulle pareti laterali della struttura. In questo caso hanno forma convessa e possono essere costruite solo per sbarrare valli non molto larghe con fianchi rocciosi a cui la diga è ancorata.
Diga ad Arco
CONDOTTA FORZATA – è costituita essenzialmente da tubazioni che possono essere realizzate in metallo o calcestruzzo armato. Queste, generalmente, sono costruite all’interno della montagna (in galleria) o possono scorrere anche all’esterno sul crinale della stessa. All’imbocco, sono munite di organi di chiusura e di sicurezza che servono a regolare la portata dell’acqua, e alla base le paratoie di intercettazione delle acque che hanno garantiscono il funzionamento delle turbine filtrando o rallentando la spinta dell’acqua. Ancora più in basso sono posti appositi organi di regolazione, connessi direttamente con le turbine che, hanno lo scopo di regolare la portata dell’acqua.
In una centrale idroelettrica, gli organi di chiusura utilizzati possono essere di tre tipi: valvole a farfalla, valvole a rotativa e valvole a fuso.
Valvola a Rotativa
Valvola a Fuso
Valvola a Farfalla
TURBINA – è la macchina che converte l’energia cinetica e/o potenziale di un fluido, ad esempio acqua o vapore acqueo, in energia meccanica. Può essere utilizzata direttamente come ad esempio in un classico mulino ad acqua che fa funzionare una macina, oppure nel caso delle vecchie filande per far funzionare le macchine tessili. E’ costituita da un complesso detto generalmente stadio, formato da una parte fissa chiamata distributore e una parte mobile detta girante o rotore. Il fluido in movimento entra nella turbina, regolato mediante il distributore e agisce sulle pale del rotore mettendolo in movimento. Il movimento rotatorio del girante viene trasferito mediante un asse detto albero a un alternatore che produce energia elettrica.
Dal punto di vista costruttivo, la turbina è l’elemento più importante della centrale. Per realizzare il massimo rendimento possibile vengono costruiti differenti tipi di turbine idrauliche. I parametri considerati nella loro costruzione sono due: l’altezza e la portata (quantità di fluido che attraversa una sezione di area A nell’unità di tempo). Si realizzano quindi 3 tipi di turbine idrauliche:
Turbina Pelton
Utilizzata di solito con alti salti (50-1300 metri) e piccole portate. Sono costituite da un distributore a uno o più ugelli da dove viene iniettata l’acqua (max 6) in relazione alla portata da inviare alla girante e da una ruota. Ogni ugello crea un getto, la cui portata è regolata da una valvola a spillo.
Schema Turbina Pelton
Turbina Pelton
Dettaglio della Girante
Turbina Francis
Utilizzata di solito con medi o bassi salti (da 10 a 250 metri) e con portate medie. In queste turbine l’acqua raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola, poi un distributore, ovvero dei palettamenti sulla parte fissa, indirizzano il flusso per investire le pale della girante.
Turbina Francis
Palette settate per minima portata
Palette di portata
Turbina Kaplan
Utilizzata di solito con grandi portate e bassi salti (da 5 a 30 metri). Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili. Quando sia le pale della turbina sia quelle del distributore sono regolabili, la turbina è una vera Kaplan (o a doppia regolazione); se sono regolabili solo le pale della ruota, la turbina è una semi-Kaplan.
Schema turbina Kaplan
Dettaglio della girante
GENERATORE – L’alternatore e’ un generatore di corrente elettrica. È costituito da due parti fondamentali, una fissa e l’altra rotante, dette rispettivamente statore e rotore, su cui sono disposti avvolgimenti di rame isolati. Normalmente l’alternatore lo ritroviamo in tutti i tipi di centrali per la produzione di energia elettrica perché riesce a trasformare l’energia meccanica di una turbina (idraulica, eolica, a vapore, ecc.) in energia elettrica.
Alternatore
TRASFORMATORE – è una macchina elettrica che serve a trasferire, energia elettrica a corrente alternata da un circuito ad un altro modificandone le caratteristiche. E’ formato da un nucleo di ferro a cui sono avvolte spire di rame in due diversi avvolgimenti, dei quali uno riceve energia dalla linea di alimentazione, mentre l’altro è collegato ai circuiti di utilizzazione.
Trasformatore (foto)
Trasformatore (schema)
OPERE DI RESTITUZIONE – sono costituite da un canale o galleria, che attraverso uno sbocco, restituiscono le portate utilizzate al corso d’acqua.
PRO e CONTRO di una Centrale Idroelettrica
La centrale idroelettrica utilizza come fonte energetica da trasformare, l’acqua. Per cui utilizza una fonte inesauribile, gratuita e non inquinante.
Comunque nel processo di trasformazione, anche una centrale idroelettrica genera inquinamento. Infatti, la realizzazione di tutte le strutture che compongono una centrale, trasformano profondamente l’ambiente generando una forma di inquinamento che prende il nome di Impatto Ambientale.
Il professor Sean Xia-An Zhang della Jilin University, insieme ad un team di stretti collaboratori ha inventato una stampante che, al posto del normale inchiostro, usa l’acqua per imprimere testo e immagini su carta. La nuova stampante, denominata “water-jet” permette di riscrivere su un foglio speciale, non quindi della solita carta che utilizziamo per stampare, fino a 50 volte. Questo è possibile in quanto, l’inchiostro si dissolve dal foglio dopo meno di un giorno dalla sua stampa, se mantenuto a una temperatura inferiore ai 35 gradi. A temperature più elevate la dissolvenza risulta ancora più rapida. Ancora questa tecnologia presenta dei limiti dovuti al fatto che è possibile stampare in un solo colore, il blu ma sono allo studio nuove tecnologie per stampare a colori come un comune stampante.
Aprendo il coperchio in plastica si scopre l’indicatore di consumo. In pratica basta leggere il valore numerico progressivo, espresso in metri cubi, per conoscere il proprio consumo. Le asticelle rosse non vanno considerate, mentre per sapere se l’impianto funziona e l’acqua scorre, basta osservare la rotella nera posta al centro (se ruota l’impianto è funzionante).
Ogni impianto che si rispetti è dotato di un rubinetto generale necessario all’interruzione dell’erogazione dell’acqua in caso di perdite o di manutenzione. Normalmente questo rubinetto è posto all’ingresso della fornitura dell’alloggio, o sul balcone o in una delle stanze servite (bagno, cucina, lavanderia, ecc.). Oggi si tende a dotare ogni ambiente di un proprio rubinetto generale, in modo da sezionare l’impianto così che, se abbiamo un guasto in bagno, chiudiamo l’acqua solo in quell’ambiente lasciando serviti tutti gli altri. Il rubinetto può essere o a manopola a rotella o a scodellino cromato (vedi immagini qui a lato).
L’autoclave è una vasca metallica chiusa ermeticamente che contiene al suo interno un compressore. Questo pompa all’interno della vasca aria. L’acqua dell’impianto riempie per metà la vasca dell’autoclave. Poiché l’acqua è un liquido non comprimibile, una diminuzione della sua quantità all’interno delle tubazioni provocherebbe una diminuzione della pressione nell’impianto e quindi un suo funzionamento non ottimale. L’aria presente nella nella vasca impedisce queste variazioni di pressione e quindi l’impianto funziona sempre a pieno regime. L’autoclave è poi abbinata a una elettropompa di soprelevazione che ha il compito di spingere l’acqua fino all’ultimo piano dell’edificio.
L’acqua che fuoriesce dai rubinetti dei vari sanitari, scorre via, poi, attraverso altre tubazioni realizzate in materiale plastico, molto resistenti alle azioni degli acidi presenti in tali acque. Prima di finire nelle tubazioni orizzontali di scarico e poi in quelle verticali (colonna montante), le acque attraversano un un tubo particolare che prende il nome di sifone. Questo tubo ha una particolare forma a U o a T in modo che, al suo interno resti sempre una parte di acqua pulita che ha la funzione di non far risalire l’aria mefitica proveniente dalla fognatura sfruttando il principio dei vasi comunicanti.
