Isola solare

Ho visto quello link, e mi pare di aver trovato una incongruenza, non so quanto influente sulla fattibilità del sistema, comunque la riporto, magari qualcuno mi dice dove mi sbaglio.

al link:
solar islands - a csem concept
si trova questa figura


Fig 6: The principle of "floating". Note: No lateral forces are occurring!

come si vede, nega che vi siano forze laterali; anche nel testo esplicativo, al paragrafo intitolato "Floating Platforms", viene negato che vi siano forze laterali.
Questo è in contrasto con la Legge di Pascal, secondo la quale la pressione si esercita in ogni direzione con forza uguale.

Per un diametro di 5.000 metri, che sviluppa una circonferenza di 15.700 metri, essendo la parete alta 20 metri, si ha una superficie di 314.000 metri quadrati, una pressione di 0,1 atmosfere darà una spinta radiale, che però non so calcolare;
questa spinta laterale si trasforma in uno sforzo di trazione sulla parete;
può darsi che date le dimensioni/proporzioni dell' opera questa spinta/sforzo sia trascurabile, ma certamente esiste, e mi perplime che ne venga negata tout court l' esistenza.

Ci sono un altro paio di punti che non mi convincono, ma prima di esporli vorrei sapere se ho cannato questa.

renatore
 
renatore,
non sbagli, ma probabilmente intendevano dire che non ci sono forze di trazione laterali sulla copertura, non che non c'e' pressione sui lati.
Se non ci fosse la pressione laterale, avrebbero realizzato l'isola quadrata e non rotonda.
Ciao
Mario
 
Tensione della membrana

Tensione della membrana

mariomaggi ha detto:
...
1)probabilmente intendevano dire che non ci sono forze di trazione laterali sulla copertura, non che non c'e' pressione sui lati.

2)...se non ci fosse la pressione laterale, avrebbero realizzato l'isola quadrata e non rotonda...
Clicca per espandere...

Alla 2), rispondo che avrebbero dovuto farla comunque rotonda, perché deve girare per orientarsi al sole; quella in mare potrebbe girare anche se fosse quadrata, con grandi problemi strutturali immagino; quella a terra, che secondo il progetto galleggia in un canale circolare, sarebbe praticamente impossibile;

per la 1)...chi lo sa cosa volevano dire, fatto sta che dicono che spinte laterali non ce ne sono, mi fa strano che una società che si impegna in un progetto di stramilioni come questo, non trovano un modo di dire qualcosa tipo: "le spinte laterali, pur presenti, sono trascurabili per questo e questo motivo";

la membrana che forma il "sopra" della struttura sarà sottoposta a tensione, quindi secondo me prenderà la forma di una lente( forse la curva si avvicinerebbe ad una catenaria?).

un struttura circolare con diametro di 5.000 metri, ha una superficie di 19.000.000 di metri quadrati;
alla pressione di 0,1 atmosfere, questa superficie sarà sottoposta ad una spinta di 19.000.000 di tonnellate;
per mantenere piatta la membrana, o la si sottopone ad una tensione tendente all' infinito, oppure come si può fare?

Metterci sopra una crosta andante di mezzo metro di calcestruzzo?
da:
http://www.sanzioniamministrative.it/collegamenti/Testi/Tabelle/Tab_Pesi_ :
calcestruzzo con granito - peso (kg/m3) - 2200


Ma sono 1900 ettari... come una strada larga 10 metri e lunga 1900 chilometri...più di 8.000.000 di metri cubi di calcestruzzo... spero di essermi confuso con gli zeri...



r
 
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La spinta del vento

La spinta del vento

Un altro punto che non mi torna...

la spinta del vento.

Questa piattaforma si presenta come un cilindro dal diametro di 5.000 metri ed alto 20 m, sezione frontale 100.000 m^2

Trascurando gli uragani e l' azione tangente del vento sulla staordinaria superficie di 19 km^2, minimo una cinquantina di chili di spinta per metro quadro gli toccheranno spesso, per una spinta totale di 5.000 tonnellate.

Da qui:
INGEGNERIANAVALE.COM - Associazione Studenti ed Ingegneri Navali | Forums+
ricavo che
...un rimorchiatore da 4000 hp ha un bollard pull (forza) di 52 tonnellate...

Mantenendo lo stesso rapporto potenza/spinta, per contrastare il vento sono necessari circa 300 MW.
Ill progetto prevede che sia installato sul toroide un motore ogni dieci metri, ed essendo la circonferenza del toroide di 15.700 metri, ci vogliono 1570 motori, quindi va considerato che l' efficienza di elihe piccole è minore di quella di eliche grandi.

Da :Elica marina - Immagine - MSN Encarta :
...le eliche che più efficienti, comunque, sono quelle più ampie e più lente...

Mi sembra esagerato... prendiamone la metà, 150 MW.

r
 
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Spessore e peso del toroide

Spessore e peso del toroide

Cerco ora di calcolare lo spessore ed il peso del toroide.
La pressione di progetto è 40 bar, il diametro del tubo è 20 metri.
Assumo 1 bar=1 kg/cm^2, riduco a millimetri quadrati ed ottengo che la pressione la posso scrivere 0,4kg/mm^2;
il diametro lo posso scrivere come 20.000 mm.

Da wikipedia
Recipiente in pressione - Wikipedia
ricavo questa formula:
tensione= (pressione x diametro) : (4 x S) (Spessore);
Qui:
Resistenza alla trazione del ferro? - Yahoo! Answers
trovo la resistenza dell' acciaio:
...acciaio S355 a rottura - Fr=?r*A=510MPa*1mm2=510N=52kg...

quindi 52= (0,4 x 20.000) : (4 x S) = 8.000 : (4 x S) = circa 40 mm.
Per avere un qualche fattore di sicurezza lo spessore dovrà essere 80 mm, ovvero 0,08 m.
Da qui:
peso specifico metalli e leghe metalliche
ricavo il peso specifico dell' acciaio:
acciaio comune [FONT=Arial, Helvetica, sans-serif]peso (kg/dm3) [FONT=Arial, Helvetica, sans-serif][FONT=Arial, Helvetica, sans-serif]7.8 - 7.9:[/FONT][/FONT][/FONT]

il diametro del tubo è 20 m, quindi sviluppa una circonferenza di 63 m;
il diametro del toroide è 5.000 m, quindi la sua circonferenza è di 15.700 m.
Pertanto la superficie del tubo è di circa 1.000.000 m^2.
1.000.000 x 0,08 = 80.000 m^3
80.000 x 7,8 = 624.000 tonnellate è quindi il peso del toroide.

r

N.B.: per la resistenza dell' acciaio ho usato il carico di rottura e non quello di stiramento, per stare basso con le stime.
r
 
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Velicità periferica del toroide

Velicità periferica del toroide

Il progetto prevede che la piattaforma galleggiante ruoti alla velocità di un giro ogni 24 ore, per orientare al sole i pannelli solari.
Data la circonferenza di 15.700 m, la velocità periferica sarà di 654 m/h.

Quanta potenza occorre? Ammettiamo che 1 kW possa muovere 20 tonnellate a questa velocità;
la membrana, i pannelli solari e le varie infrastrutture avranno un loro peso, poniamo 30 kg/m^2;
data la superficie della piattaforma di 19.000.000 di m^2, il peso della copertura sarà di 570.000 t;
bisogna sommare il peso del toroide, da me calcolato in 624.000 t, il totale è 1.200.000 t;
con questo, la potenza necessaria a far compiere alla struttura 1 giro al giorno, diventa prossima a 60 MW.

Con queste stime approssimate per difetto, e senza avere ancora risolto il problema del mantenere in piano la membrana, siamo ad una potenza media necessaria al funzionamento della struttura di oltre 200 MW, a fronte di una produzione media di 510 MW.


r
 
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Le correnti marine

Le correnti marine

Dovunque negli oceani vi sono correnti, le più deboli si muovono intorno a 10 cm/sec, misura affetta da un errore in più o in meno del 50%:
http://oceancurrents.rsmas.miami.edu/img_basin/spaghetti-speed/pacific.jpg

Nella fascia compresa tra 10 gradi a nord e 10 a gradi sud dell' equatore, dove l' insolazione è più favorevole, le correnti possono raggiungere una velocità di 100 centimetri al secondo, 3,6 km/h.

Piazziamo perciò la piattaforma a 15 gradi dall' equatore, accettando una minore produttività, e manteniamone la posizione contro una corrente di 30 cm/sec ( 10 la misura, + 0,5 l'errore, + 100% fattore di sicurezza ), cioè la piattaforma deve poter sviluppare una velocità relativa all' acqua di circa 1 km/h.

Che potenza è necessaria?
Stabiliamo la sezione frontale immersa: il diametro è dato (5.000 metri), ed il pescaggio della piattaforma lo valuto nel modo seguente:
nello spazio racchiuso tra il toroide e la membrana vi è una pressione di 0,1 kg/cm^2, perciò il livello dell' acqua all' interno della immensa ciambella è un metro al disotto del livello esterno;
perché l' aria non sfugga da sotto il bordo del toroide, quando esso passa sopra al cavo delle onde, bisogna che il pescaggio sia di almeno due metri;
la sezione frontale immersa è perciò di 10.000 m^2.

Non so come calcolare la spinta necessaria a fare avanzare questa cosa alla velocità di 1 km/h ma, dato che la stima della potenza necessaria alla rotazione, che deve vincere solo l'attrito dell' acqua senza spostarne, era di 60 MW, assumo che ne sia necessaria almeno il doppio, cioè 120 MW; sommati a quelli già calcolati per sostenere la spinta del vento, e per far ruotare la piattaforma, concludo che per il suo funzionamento l' isola artificiale ha bisogno di almeno 300 MW, approssimando ancora per difetto.

r
 
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Problemi strutturali

Problemi strutturali

Questa isola solare non potrà essere rigida, in proporzione essa è come on cerchio da hula-op del diametro di 5 m, formato da un tubo del diametro di 2 cm, lo spessore di questo tubo essendo 0.08 millimetri, quanto il foglio di alluminio da cucina,il tutto coperto da un velo molto più sottile del domopakk.
E in questa specie di tamburello gigante, la sua pelle sottilissima dovrebbe restare piana con una precisione da ottica equilibrando, mediante la pressione interna e la tensione, un carico che, mantenendo le proporzioni, sarebbe di 19 kg.

Le spinte contrapposte dei 1570 motori ( da 190 kW ciascuno!), del vento e della corrente, le sollecitazioni dovute alle onde, alle variazioni di pressione atmosferica, di temperatura, che effetto avranno su questa struttura?
Il minimo che possono fare è di formare delle "grinze" sulla superficie della piattaforma, e questo metterebbe in crisi l' allineamento degli specchi, dal quale dipende la produttività del sistema:
Nel link all' origine di questo thread si legge:

A new solution:
EFC (extra flat concentrators) panels ... still suffer from two disadvantages which render them too costly ... They either have to be built very ruggedly (expensive) or they lose dramatically in efficiency (wind movement meaning de-focusing, therefore loss of efficiency)...
Cioè, se gli specchi non sono allineati correttamente, la perdita di efficienza è "drammatica".

r
 
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Conclusioni

Conclusioni

Ritengo che l' "isola solare" all' inizio di questo thread non sia realizzabile, per le seguenti ragioni:

il progetto prevede in condizioni ottimali ( zona equatoriale) una potenza media continua di 510 MW, ma non considera la necessità, dovuta alle forti correnti equatoriali, di posizionare l' isola in zone a minore insolazione;
valuto per questo fatto una perdita di produzione del 5%, il che porta la potenza media producibile a meno di 500 MW;

non cosidera la potenza necessaria per mantenere l'isola in posizione, da me calcolata in 300 MW;

non prevede alcun modo di mantenere piana e stabile la membrana che costituisce il piano di appoggio degli specchi;

non considera la "drammatica" perdita di efficienza, dovuta all' inevitabile disallineamento degli specchi, causato dalle reazioni della struttura alle sollecitazioni. Ipotizzo un 20% in meno e questo porterebbe la potenza media producibile a 450 MW;

Secondo me, alla fine questo sistema produrrebbe l' energia appena sufficiente per restare a galla nella zona prevista, senza possibilità di far fronte ad eventi naturali inevitabili, come vento forte e grandi onde.

r
 
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E dopo tanto, tanto, tanto tempo

http://www.solar-islands.com/: "This domain may be for sale"

Era una bufala

si vedeva da lontano che era una bufala, ma no! Andava presentata anche questa.

Ed è finita come doveva finire, nel cimitero delle bufale.

In pace riposi.
 
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