Progetti per stampante 3D: turbina idroelettrica

 

Quali progetti posso realizzare con la stampante 3D ?

Questo articolo descrive una turbina idroelettrica realizzata come tesina di scuola da alcuni ragazzi del Liceo scientifico Leonardo di Brescia.

 

Progetti per stampante 3D

una turbina idroelettrica

I ragazzi del Liceo scientifico Leonardo di Brescia hanno realizzato questa tesina dal titolo: “energia idroelettrica”.

A corredo della tesina hanno progettato e stampato in 3D una intera turbina in scala, per uso idroelettrico, e l’hanno fatta funzionare con l’acqua del rubinetto ed una dinamo da bicicletta.

L’uso della stampante 3D ha permesso a questo progetto di poter essere completato con una esperienza pratica, reale, con cui cimentarsi e da cui poter trarre misure sperimentali.

Il progetto del disegno 3D è stato realizzato utilizzando svariati software: fusion 360 di autodesk per la realizzazione del disegno in tre dimensioni e Cura per lo “slicing” dell’oggetto tridimensionale.

Il risultato finale è stato ben curato, proteggendo la turbina da un bel cilindro in plexiglass trasparente, che ha permesso alla classe di apprezzare il lavoro svolto con la stampante 3D. Così l’acqua può affluire sui cucchiai della turbina facendo si che essa si muova a forte velocità. La funzione importante è stata quella di segregare l’acqua che altrimenti sarebbe fuoriuscita allagando tutta la classe.

progetti-stampante-3d-turbina-idroelettrica-a-lavoro-finito
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Ma quali sono state le sfide da vincere in questo progetto ?

Essendo una tesina di Fisica, tutto è stato determinato da una formula che definisce la potenza disponibile sull’albero del rotore della turbina. Riporto una immagine tratta dal lavoro in powerpoint fatto dai ragazzi, e utilizzato per la presentazione finale del progetto.

progetti-stampante-3d-turbina-idroelettrica-formule-della-potenza
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Basandosi sul lavoro fatto in classe, con la loro professoressa di fisica, i ragazzi hanno potuto comprendere la dinamica di una turbina idroelettrica ed i principi che la governano, ma anche i sotto componenti/blocchi funzionali con cui avviene la trasformazione di energia potenziale in energia elettrica.

Forse la sfida maggiore è stata determinata dalla carenza di questi nuovi strumenti di ricerca nei laboratori della scuola. Luca ha la fortuna di avere genitori che hanno capito la portata di un argomento extra curriculare qual’è la stampa 3D e l’hanno sostenuto in questa sua avventura e crescita sia culturale che scientifica.

 

progetti-stampante-3d-turbina-idroelettrica-come-funziona
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Stampante 3D RepaRap

un progetto open source nato nelle scuole

Una nota curiosa: la stampante 3D utilizzata per produrre i pezzi che formano la turbina è frutto del movimento open source reprap che è sfociato in più progetti gratuiti tra i quali la stampante 3D Prusa i3 utilizzata da Luca P. lo stampatore ufficiale del team di ricerca.

progetti-stampante-3d-turbina-idroelettrica-vista-appena-costruita-con-la-stampa-3d
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I ragazzi hanno condotto alcune prove sulla turbina e sul suo funzionamento. Hanno lasciato il progetto con tante possibilità di sviluppo, per esempio:

  • oltre a misurare tensione e corrente che esce dalla dinamo creeranno un banco prova per verificare i funzionamenti e il rendimento elettrico con la misura simultanea di corrente e tensione in uscita dalla dinamo al variare del carico elettrico.
  • Al posto di utilizzare acqua corrente del rubinetto verrà costruito un serbatoio di acqua che, posizionato ad una certa altezza dalla turbina, simulerà la caduta potenziale dell’acqua. Questo permetterà un confronto quantitativo sulla formula di producibilità elettrica di una centrale idroelettrica.
  • migliorare l’imbocco di arrivo dell’acqua sui cucchiai e misurare i miglioramenti di efficienza ottenuti.
  • poter variare la portata e costruire una curva dei rendimenti al variare del flusso di acqua
  • analizzare l’effetto delle turbolenze dell’acqua nella fase di caduta sulla potenza generata.
  • progettare un generatore elettrico stampato in 3D da accoppiare al mozzo della turbina
  • con una scheda a microprocessore Arduino misureranno e campioneranno velocità di rotazione del mozzo, potenza, tensione e corrente generata dalla dinamo, variazione automatica della portata d’acqua con valvola a farfalla mossa da un servo motore.

Ringrazio Luca Palini  e gli altri ragazzi del team (Camilla C. – Francesca B. – Sabrina S. – Andrea G. – Iujia Y.) e anche la professoressa di fisica, che ha avuto la sensibilità di invogliare i ragazzi ad utilizzare anche i nuovi strumenti di ricerca scientifica per produrre una tesina di scuola superiore, e per il permesso di pubblicare gli stralci del loro ben fatto e completo lavoro.

Autore dell'articolo: Lucio Sciamanna

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