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Discussione: E che CAES !

  1. #1
    Super_Mod

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    Predefinito E che CAES !



    Da un paio di giorni mi frulla un'idea e come sempre vorrei condividerla con il forum (a buon intenditor).
    Occupandomi delle due cisterne di accumulo acqua da 10.000 litri cadauna per la classica manutenzione periodica, immagginavo se si potessero utilizzare come accumulo di aria compressa per un sistema CAES domestico.
    Ovviamente richiederebbe un intervento di riqualificazione delle stesse ma ritengo poco gravoso e fattibile, al fine di sigillarle nella parte superiore.
    La mia ipotesi era di comprimere aria a circa 3,5 / 4 atmosfere, utile quel tanto per cui non occorra più l'autoclave per il circuito di distribuzione acqua sanitaria, pressione più che sufficiente e poco pericolosa.
    Tipicamente, la parte superiore al pelo dell'acqua potrebbe contenere circa altri 3mc (50cm) per ciascuna cisterna se fossero totalmente piene, cosa che raramente accade nelle nostre zone.

    Gugolando ho trovato una formula per cercare di capire quanta energia potenziale avrei potuto immagazzinare con tale sistema: (energia)"Kjoule" = (pressione iniziale)"AtN" X (volume)"LN" X ln [(pressione iniziale)/(pressione atmosferica)]
    Trasponendo per 1.000 Litri o 1mc otteniamo Kjoule = 4 X 1.000 X 1,38629 = 5.540 KJ = 1.540 Wh.
    Per cui facendo l'ipotesi di sfruttare il volume di una sola cisterna si potrebbero accumulare oltre 15,4 Kwh.

    Poi ho scoperto i moltiplicatori di pressione, con rapporti da 1:2 fino a 1:16 dal costo minimo di circa 200€ che in 50' possono erogare 1000NL da 8 fino addirittura a 320 AtN ma necessitano di un accumulo statico di transito da non utilizzare in fase di moltiplicazione e funzionano con la stessa aria compressa a 4AtN.

    Infine un generatore elettrico ad aria compressa che confermerebbe i miei dati teorici (scheda tecnica) e tipologia di applicazione ad utilizzo domestico che applica la stessa formula da me utilizzata e potrebbe confermare ciò che ho esposto.

    Comprendo quanti osserveranno che i problemi sono molteplici e soprattutto la tipologia di applicazione da me ipotizzata è poco ortodossa, che la resa globale di tale sistema non è paragonabile con sistemi di accumulo tradizionale in termini di efficienza (forse il 50% ?), ed accetterò le critiche pur restando nel merito del CAES e sue valutazioni, ma ritengo che i potenziali vantaggi che ne possano derivare in termini di capacità di accumulo nel tempo e la relativa semplicità del sistema possa essere una strada da valutare attentamente come alternativa a sistemi tradizionali e probabilmente più costosi e meno ecologici.

  2. #2
    Paladino del Forum

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    Azz...... Elisabetta stavamo guardando entrambi lo stesso sito....la cosa inizia a farsi preoccupante....

    Stavo googlando per vedere se c'erano delle news sugli accumuli ad aria compressa e sono finito qui...sistema Swiss Green Systems

    B
    uona idea la tua, l'analizzo più tardi con calma che mi si è schiantata una pompa di sollevamento e ora la devo sostituire.
    Porc@#@@@@ anche oggi niente mare....
    Ufff....

    Ciao

  3. #3
    Super_Mod

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    Renato la nostra è empatia ecologica .
    Buon bagno, purtroppo di sudore per oggi anche per me a sistemare varie cosucce.

  4. #4
    Paladino del Forum

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    Holà Elisabetta......
    Ho appena finito il bagno (di sudore) e la tintarella (laterale SX)....

    Veniamo al progetto......
    Premetto che ti stai addentrando in un settore a me molto caro che è stato oggetto di studio da parte del sottoscritto e, pur non essendo una materia di mia competenza, mi affascina tantissimo.
    Ne parlai già nel Forum qui nei sistemi di accumulo per FV, con il sistema eolico aria compressa.pdf, una bozza d'idea realizzata solo in parte per la solita carenza di sghei. Se hai tempo/voglia buttaci un'occhio.....

    1)-Se ho ben capito invece tu vorresti accumulare l'aria compressa con la pressione della condotta idrica, trasformando la cisterna da 10k lt in una sorta di gigantesco polmone idro-pneumatico. Corretto???
    2)-La cisterna da 10k lt in che materiale è realizzata??
    3)-è interrata o è all'aperto?


    Saluti

  5. #5
    Paladino del Forum

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    Ciao a tutti e due, Elisabetta potresti postare il link dove hai trovato la formula?
    A volte l'uomo inciampa nella verità, ma nella maggior parte dei casi si rialzerà e continuerà per la sua strada (Churchill).
    Colui che chiede è uno stupido per cinque minuti. Colui che non chiede è uno stolto per sempre. (p. cinese)

  6. #6
    Super_Mod

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    Ciao Lupino, eccoti il link richiesto che viene utilizzato come calcolo anche dalla Swiss Green Systems nella sua scheda tecnica ed ho notato anche da alcuni produttori di UPS.
    Anche Yuz la ha utilizzata sulle discussioni MDI Eolo Air-pod e mi piacerebbe avere un suo parere sulla correttezza perchè nutro ancora alcuni dubbi che vorrei dipanare.

    Renato si lo avevo letto già e seguo la discussione.

    L'idea folle non è quella di sfruttare la pressione dell'aquedotto.
    Le cisterne sono all'esterno in cemento vibrocompresso da 'credo' 5cm ed interrate a circa 80cm dal suolo, profonde 240cm, sopra c'è un massetto con rete elettrosaldata da 25cm e poi è pavimentato, una botola 80X80 consente l'accesso per la manutenzione interna ed un piccolo 'spioncino' al centro della botola di 20X20 consente una verifica estemporanea (livello etc).

    Sigillando bene la parte superiore interna con un 'tappo' in contropressione resterebbe il pozzetto di accesso superiore di poco meno di 80 cm.
    Su questo 'tappo' insisterebbero l'ingresso acqua da acquedotto con all'interno della cisterna il relativo galleggiante ed una valvola di non ritorno ( altrimenti ridistribuirei l'acqua della cisterna all'acquedotto ) e due connettori innesto rapido per aria compressa (ingresso ed uscita).
    Le cisterne sono separate, sia in immissione che in prelievo di acqua, questo per consentirne la manutenzione di una delle due senza restare sprovvisti del prezioso liquido, ed attingendo così da quella operativa.

    Come dicevo dal pelo dell'acqua al 'tappo' restano circa 50cm o poco meno, spazio operativo utile per il galleggiante di sovrappieno e sua manutenzione, pari ad una capacità residua di 2.000 circa litri.

    Nel pozzetto stesso (80X80X50h) si potrebbero inserire turbine di Tesla o altro generatore/compressore connessi ai connettori rapidi del 'tappo' e derivare i cavi elettrici, e filtri vari. Tale sistema sarebbe utile anche ai fini della insonorizzazione.

    Ponendo una cisterna adibita allo stoccaggio della energia alimentandola con PV di giorno incrementerei la pressione fino a portarla a 3,5/4 atm massimo mentra l'altra cisterna viene riempita dall'acquedotto e quando riempita messa in pressione.
    La pressione interna della cisterna alimenterebbe il circutio acqua di casa senza necessità di autoclave.
    Ovviamente il consumo di acqua riduce la pressione interna, ma tipicamente il consumo medio di 600 Litri al giorno ridurrebbe di circa 230Wh l'accumulo (l'acqua non è comprimibile) contro i teorici 3,08 Kwh minimi dei 2000 litri e 10,78Kwh massimi dei 7000 litri.
    Il volume di aria restante sarebbe l'accumulo sfruttabile e variabile in funzione di quanta acqua è presente.
    Scendendo al di sotto di un livello minimo di guardia di acqua (50% ?), vengono invertite le cisterne, sfruttando l'aria compressa residua della prima (10,78Kwh).
    Il ciclo ricomincia.
    In questo modo, con una cisterna piena, dovresti avere disponibile minimo 3,08 + 3,08 e massimo 3,08 + 10,78.
    Ed acqua sempre in pressione garantita da almeno una delle due.
    Poi se vuoi fare un ulteriore accumulo esterno da 8Atm 500L (2,31 Kwh) con un moltiplicatore di pressione o altre taglie puoi sempre farlo.

  7. #7
    Paladino del Forum

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    Ciao a tutti....
    Ok Elisabetta.......
    E' tardi ma ho tempo per qualche domanda??
    Che pressione offre la condotta idrica dalle tue parti????
    Con cisterna in pressione non puoi più utilizzare il troppo pieno, poiché andrà sigillato !!!
    Dopo parziale svuotamento e con parziale pressione residua come risolvi il problema del riempimento con la rete idrica??
    Svuoti l'aria compressa residua??? Mi pare un'inutile spreco d'energia accumulata!!!!
    Per caricare d'acqua il serbatoio, la pressione residua all'interno dovrà essere inferiore a quella di rete, diversamente occorrerà ulteriore energia per riempire(pompa elettrica??), energia comunque recuperata con l'aumento della pressione interna sfruttabile in seguito.


    Saluti

  8. #8
    Super_Mod

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    Renato, non ha importanza la pressione della rete idrica, considera quanto segue come processo:

    Partiamo da una cisterna A al 50% e non più in pressione ed una piena B in pressione.
    Quella non in pressione A riceve acqua mentre io sfrutto la B per il suo 50%.
    Al riempimento della A essa viene posta in pressione pronta per il suo utilizzo o per recuperarne l'eventuale energia (entro certi limiti e gestita da una centralina di controllo per garantirti che almeno una delle due cisterne possa erogarti almeno 3 Atm per l'impianto).
    Ovviamente in questa fase non posso ricevere acqua.
    Quando la B scende sotto il 50%, essa cede l'aria compressa residua, può essere sfruttata come generazione o per integrare la pressione della A o in un accumulo esterno.
    Trovandosi finalmente B a pressione ambiente inizia il suo ciclo di riempimento mentre sfrutto la A per il suo 50%.
    Il ciclo continua.

    Come vedi non necessito di sigillare il troppo pieno, ma ho detto che si monta una valvola di non ritorno sull'ingresso di ciascuna cisterna, ed è ininfluente la pressione acquedotto.

    Ti trovi tipicamente con una cisterna piena ed una che potrebbe variare dal 50% al 100% quindi dai 15.000 ai 20.000 litri.
    Ti trovi tipicamente con almeno una cisterna in pressione.
    Disponi di 2.000 + 2.000 + dallo 0% al 50% di una cisterna di aria compressa quindi da 4.000 a 9.000 litri a 4 Atm quindi in teoria dai 6,16 ai 13,86 Kwh.

    I problemi possono essere di carenza idrica in cui sei costretto ad immagazzinare per avere la pressione (anche a 3Atm) in attesa che vi sia erogazione, eventualmente sfruttando anche oltre il 50% di tutte e due le cisterne come riserva idrica ma lasciandone sempre una non in pressione per ricevere dall'acquedotto, e puoi accumulare al massimo 12.000 litri a 4 atm 18,48Kwh ma sei senza acqua.

    La fase di scambio cisterna in cui devi attendere di depressurizzare la cisterna prima di potere ricevere acqua, e come dicevo o generi energia, o utilizzi un moltiplicatore per un accumulo esterno o per l'altra cisterna.

  9. #9
    Super_Mod

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    Non capisco, c'è un errore di fondo sul calcolo.
    Trovo valori discordanti in rapporto tipicamente di 1 a 10.
    Se ipotizzo una bombola metano standard a 216 bar (213 atm) da 200 Litri dai miei calcoli risulta 63,4 Kwh mentre in giro ho trovato valori di circa 6,34 Kwh 1/10° inferiori.
    Sembra più credibile il 6,34 in effetti, ma se così fosse ed è il valore potenziale quindi prima della sua trasformazione in energia, il castello non regge in piedi.

    Ma se così fosse anche Swiss Green System ha preso un enorme abbaglio come alcuni produttori di UPS dei quali trovi specifiche ed esempi di 'successo' ?.
    Ma ho difficoltà anche a comprendere come abbiano mai potuto funzionare locomotive e tram ad aria compressa nel '900 e forse anche la stessa locomotiva a vapore.
    Ma se uso un trapano ad aria compressa professionale che consuma 170 Litri/min con una potenza di 0,38Kw usando 10.000litri X 4Atm = 40.000/(170*60) può lavorare per 4 ore che per 0,38Kw sono 1,49 Kwh quindi i conti tornano.
    E forse possiamo dimenticarci la Eolo e la Ipod se con 200Litri e chili ho teoricamente 6,3Kw per fare sicuramente meno di 100Km (almeno a 213 Atm) e la Citroen Air Hibrid che invece ci crede ?

    Confused aiuto .

  10. #10
    Paladino del Forum

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    Quote Originariamente inviata da Elisabetta Meli Visualizza il messaggio
    Come vedi non necessito di sigillare il troppo pieno, ma ho detto che si monta una valvola di non ritorno sull'ingresso di ciascuna cisterna...
    Ciao Elisabetta,
    scusami ma evidentemente non ho capito qualcosa del tuo schema, io l'ho pensato simile a questo:
    accumulo-aria-compressa.jpg
    Dimmi somiglia al tuo??
    NB in questo schema occorre sigillare anche il troppo pieno!!

    Saluti
    Ultima modifica di renatomeloni; 01-07-2014 a 08:33

  11. #11
    Super_Mod

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    Renato, perdona il disegno.
    Immagini Allegate Immagini Allegate

  12. #12
    Super_Mod

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    Quando la cisterna si riempie, il galleggiante si alza e chiude l'ingresso acqua.
    La cisterna inizia ad andare in pressione e raggiunge le 4Atm, il galleggiante rimarrà nella sua posizione poiché sospinto dalla pressione interna alla cisterna che controbilancia la pressione dell'acqua presente in tubatura da acquedotto.
    Se la pressione acquedotto fosse superiore a 4 Atm allora potrebbe riempire la cisterna, ma difficilmente così sarà, e se lo fosse, meglio.
    In ogni caso in ingresso vi è la valvola di non ritorno per cui non può uscire aria, la valvola si chiude con la stessa acqua residua della condotta che va in contropressione anche se il galleggiante per gravità dovesse abbassarsi dopo i prelievi.

    Il pescaggio posto in basso riceve la pressione dall'aria compressa posta nella parte superiore della cisterna con una prevalenza pari a 30m in altezza (4Atm) per cui non necessiti di autoclave, puoi solo compensare la pressione in base alla suzione di acqua, ma con prelievi modesti la differenza di pressione è talmente limitata che non te ne accorgi nemmeno ed ottieni una pressione costante anche e soprattutto per piccoli prelievi, cosa che attualmente impone al press-control degli avvii continui per ripristinare costantemente la pressione.

    Il problema è che ai fini dello stoccaggio e del recupero energetico ancora non ho capito se il gioco vale la candela.
    Ultima modifica di Elisabetta Meli; 01-07-2014 a 11:21 Motivo: La Candela

  13. #13
    Mr.Hyde
    Ospite

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    (energia)"Kjoule" = (pressione iniziale)"AtN" X (volume)"LN" X ln [(pressione iniziale)/(pressione atmosferica)]

    Non capisco, c'è un errore di fondo sul calcolo.
    Trovo valori discordanti in rapporto tipicamente di 1 a 10.
    ciao Elisabetta , non vorrei dire cavolate ma .... penso che quella formula non calcoli i KJ , se la press è misurata in atm ed il volume in litri , l'unita' di misura corrispondente penso che sia atm*litri , che convertito in KJ da quasi un decimo

    1 litro*atmosfera = 0,1013 KJ

    ripeto ...non vorrei aver detto una cavolata

    quindi prendilo con le pinze ...

    cordialmente

    Francy
    Ultima modifica di Mr.Hyde; 01-07-2014 a 17:34

  14. #14
    Super_Mod

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    Grazie Francy, studio studio, ma credo che hai ragione

  15. #15
    Mr.Hyde
    Ospite

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    Grazie Francy
    figurati cara

    ma... ho notato che "in alcuni casi" wiki scrive cose parzialmente corrette ... almeno ..è quel che ho osservato nel mio campo (chimica).

    ad es.. in questo caso sono state omesse tutte le unita' di misura nella formula , compresa quella dell' incognita "energia" .

    sono solo osservazioni , non voglio fare polemica

  16. #16
    Super_Mod

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    Grazie per l'interessamento Francy.
    Si lo avevo notato, ma secondo il SI l'energia è espressa in J.
    Ma facendo i calcoli in Joule venivano numeri troppo bassi per cui ho ipotizzato che fossero KJ e non J, ma lo scostamento non era più 1 a 100 a scendere ma 1 a 10 a salire cercando ulteriori informazioni.
    Quindi panico... la formula è errata ?, ma poi ho trovato Swiss etc. etc. che mi hanno dato fiducia, ma il dubbio aleggiava sempre tanto che ho scritto, per ipotesi, teoricamente, se fosse vero etc.
    In ogni caso la formula desta anche qualche perplessità per il calcolo logaritmico che esegue, come se potessi aumentare l'energia accumulata incrementando la pressione e la cosa non mi torna nemmeno, da dove la creo questa energia ?.

  17. #17
    Mr.Hyde
    Ospite

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    come se potessi aumentare l'energia accumulata incrementando la pressione e la cosa non mi torna nemmeno, da dove la creo questa energia ?
    giustamente in un sistema l'energia aumenta se si incrementa la pressione del gas .... ma ... per aumentare la pressione dell'aria in un sistema tipo il tuo (idropneumatico) bisogna ridurre il volume del gas per avere incremento di pressione ....quindi alla fine l'energia contenuta sia a 4 che a 8 bar è conservata/identica ( a discapito del volume chiaramente , infatti dalla legge di Boyle sappiamo che PxV=K e K = nRT)

    diversamente ....se in un egual volume riesci ad aumentare la pressione (isocora) , l'energia contenuta risultera' maggiore

    concordi?

  18. #18
    Mr.Hyde
    Ospite

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    Si lo avevo notato, ma secondo il SI l'energia è espressa in J.
    allora Eli tu hai espresso i dati in litri*atm , che poi vengono convertiti in KJ .

    ora se vogliamo vedere il SI , oltre all'energia espressa in J , anche il volume è espresso in m3 e la pressione in pascal

    quindi in quel caso( ma solo in quel caso) la formula è corretta!! prova tu stessa a fare i calcoli

    verrebbe in formula

    pascal (N/m2) x m3 = N*m =Joule

    (e questo wiki doveva sottolinearlo)

  19. #19
    Paladino del Forum

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    Ciao a tutti....
    Quote Originariamente inviata da Mr.Hyde Visualizza il messaggio
    ..se in un egual volume riesci ad aumentare la pressione (isocora) , l'energia contenuta risultera' maggiore

    concordi?
    Concordo!!! Infatti nel caso specifico, essendo l'h2o non comprimibile, a parità di volume disponibile, aumentando la pressione, aumento l'energia accumulata e mentre svuoto l'accumulo, perdo gradatamente l'energia accumulata, poiché il volume a disposizione aumenta.
    Penso però che il sistema possa funzionare anche al contrario, cioè ipotizziamo di non caricarlo a 4 atm. con l'aria compressa ma, ad accumulo vuoto, cominciamo a pompare h2o all'interno, inizialmente con la sola pressione di rete (a gratis) e in seguito, raggiunto l'equilibrio, con una pompa elettrica (alimentata da FV). Man mano che il livello sale su, salirà anche la pressione all'interno, accumulando di fatto energia.
    Che ne pensate????

    Saluti

  20. #20
    Super_Mod

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    Francy perdonami, ma cosa significa:
    Quote Originariamente inviata da Mr.Hyde Visualizza il messaggio
    quindi in quel caso( ma solo in quel caso) la formula è corretta!! prova tu stessa a fare i calcoli
    Come da tuo suggerimento applico il SI per 1000 litri a 4 Atmosfere:
    J=Pai X M3 X Ln(Pai/Paf)
    J=(4 X 101325) X 1 X Ln ((4 x 101325)/101325)
    J= 405300 X 1 X 12.91238
    J= 5233388
    J=5233388/3600 = Js1453 = Wh 1453

    Questo è ciò che mi risultava e continua a risultarmi.

    Ora andiamo con stessi valori in energia:

    1 Litro X 1 Atmosfera al minuto = 101,3 J
    1000 X 4 X 101,3 = 405.200 J
    405200 / 60 = J 6753 X 0.00027777778 = Wh 1876 (era al minuto)

    In ogni caso pur se i conti non tornano tra i due esempi, danno risultati simili, e non di un decimo.
    Dove sbaglio ?

  21. RAD
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