Concorso Energiaingioco 2007

Pagina dedicata alla creatività degli allievi del CFP dei Salesiani Schio ( Vicenza )

Tutti i contenuti sono supervisionati dagli insegnanti ma sono frutto dell'inventiva e delle conoscenze degli allievi.

LenzPower !!!

La classe 3à della sezione Elettrotecnici della scuola dei salesiani di schio ha aderito anche a questa edizione del concorso indetto dall'enel "energiaingioco" proposto con il titolo "Tante idee luminose per la tua città".

L'idea si basa su una applicazione della legge di Lenz allo scopo di "catturare" e convertire una parte dell'energia cinetica e magnetica  presente  nelle automobili in transito nelle vie cittadine.

Il sistema è semplice ed efficace ed essendo basato su una delle principali leggi dell'elettrotecnica risulta sicuramente funzionate.

Durante le lezioni di laboratorio gli allievi hanno realizzato un modello in scala che è risultato funzionale già dal primo assemblaggio.

Una volta convinti gli automobilisti ad installare dei grossi magneti permanenti sotto alle proprie autovetture è teoricamente possibile "recuperare" una buona quantità di energia utilizzabile per accendere lampioni o alimentare qualche dispositivo di pubblica utilità come ad esempio il motore della pompa di una fontana.     I calcoli ed i ragionamenti vengono riportati nella versione integralmente pensata e sviluppata dagli allievi in base alle loro conoscenze tecniche.

Durante una fase preliminare di brainstorming gli allievi hanno trovato ed assegnato il nome al progetto, personalmente ritengo che "LenzPower !!!" sia stata la scelta più significativa ed indovinata.

Presentazione a cura di:

Prof.Dott. Marco Gottardo.        link correlati

Premessa

Classe terza Elettrici 2006/2007 della scuola dei Salesiani di Schio.

Durante le lezioni di elettrotecnica che la nostra classe ha seguito all'inizio di questo anno scolastico il prof. Gottardo ci ha spiegato la legge di Lenz. Questa ci è stata presentata come particolarmente importante perchè è alla base del funzionamento di tutte le macchine elettriche sia statiche che rotanti. Analizzandone  l'espressione abbiamo notato che crea una relazione tra i fenomeni magnetici e i fenomeni elettrici. La formula sostanzialmente afferma che se un campo magnetico di intensità variabile è concatenato da una spira di rame agli estremi di essa si presenta una forza elettromotrice con le seguenti caratteristiche:

• la f.e.m. ha il segno invertito rispetto al segno del campo magnetico concatenato.

• la f.e.m. esiste solo se il fenomeno non è statico, ovvero solo se in qualche modo il flusso concatenato varia.

• il fenomeno è invertibile, ovvero da una corrente (o tensione)possiamo ottenere un campo magnetico ma anche viceversa.   

Abbiamo pensato di applicare la legge di Lenz per cercare di recuperare almeno una parte dell'energia che normalmente va dispersa nell'utilizzare le automobili.

Fase di brainstorming.

Il giorno in cui il prof. Gottardo è entrato in laboratorio con il depliant pervenuto dall'enel subito ci siamo messi all'opera. L'insegnante ci ha fatto una breve premessa dicendo che i nostri compagni di qualche anno prima dettero lustro all'istituto partecipando a questo fantomatico "energiaingioco" presentando un progetto dal nome accattivante "spinningheating". Concettualmente si trattava di un sistema di conversione dell'energia muscolare in elettrica e successivamente termica per riscaldare l'acqua delle docce di una palestra. Il progetto si completava con una bella rete trifase e un piccolo inverter ed è tuttora visibile in questo stesso sito web. Di quella esperienza ne parlarono anche i giornali locali. La cosa ci ha entusiasmato quindi ci siamo subito dati da fare per identificare tra le nostre idee quelle che erano degne di essere tenute in considerazione e  sviluppate. L'insegnate ascoltava le nostre proposte e ci lasciava esprimere intervenendo solo in qui casi in cui le idee risultavano troppo fantasiose o comunque palesemente irrealizzabili. Da poco avevamo studiato la legge di Lenz, e tutta la classe ne aveva intuito l'importanza quindi la scelta dell'argomento ha trovato ampi consensi tra noi compagni. La tempesta di cervelli ora doveva produrre sostanzialmente due cose, come applicare la legge e non meno importante che nome dare al progetto? questo deve risultare accattivante e nello stesso tempo significativo, come sappiamo anche il marketing vuole la sua parte. Ci volle più di un'ora solo per identificare  "Lenzpower !!!" dove i tre punti esclamativi sono parte inscindibile del marchio come a volerne accentuare la semplice genialità e perchè no, anche l'effettiva potenza che se ne può ricavare.

Fase progettuale: prima bozza.

assodato che una spira investita da un flusso magnetico variabile produce una tensione,non rimane che trovarne una applicazione semplice ed intelligente. tra le tante idee scartate resiste quella di applicare dei grossi magneti permanenti sul fondo delle autovetture le quali viaggiando incontrano delle spire integrate nel manto stradale. successivamente le spire vengono collegate in blocchi serie e parallelo in modo da mantenere più o meno invariata la resistenza variabile del sistema. Le spire così connesse sono continuamente investite da un flusso variabile come richiesto dalla legge di Faraday-Newman-Lenz, e producono quindi una forza elettro motrice.

Fase progettuale: Modellazione.

Abbiamo pensato di riprodurre la situazione in un modellino in scala usando materiali di facile reperibilità. Il modello rappresenta un tratto di manto stradale e il traffico è simulato dalla presenza di automobiline giocattolo al cui interno nascondono delle calamite. Il problema principale è trovare una fonte di energia che rende disponibile una quantità nota a priori di energia su cui effettuare i bilanci e di conseguenza le trasformazioni. La maniera più semplice ed intuitiva per partire da una quantità nota di energia disponibile è quella di sfruttare l'energia potenziale e la sua definizione fisica.

ε_p =  m g h

con i consueti significati dei segni, ovvero m=massa dell'oggetto al vertice della rampa, g= accelerazione di gravità del pianeta, h = altezza del centro di massa dell'oggetto posto al vertice della rampa rispetto al piano orizzontale.   ε_p è l'energia potenziale e si esprime in joule.  Il bilancio energetico segue sostanzialmente questo principio:

ε_{p +} ε_{c =} ε_{cr +} ε_e

ε_p = energia potenziale dell'automobile posta al vertice della rampa

ε_c = eventuale energia cinetica dell'automobile prima dell'inizio della conversione al vertice della rampa

ε_cr = energia cinetica residua all'uscita della rampa ovvero dopo la discesa

ε_e = energia elettrica prodotta durante tutta la lunghezza della rampa

Abbiamo costruito una rampa di cartone che sostiene il coperchio di una canalina per quadristica industriale, essa risulta perfetta alla simulazione del tratto stradale anche perchè il suo bordino impedisce all'automodello di di uscire dal percorso. L'altezza della rampa mette a disposizione un'energia potenziale nota sotto forma potenziale che verrà in parte convertita in elettrica calcolata per differenza con la cinetica con cui il modello uscirà dal percorso vincolato.  

Le misure del modello sono:

• altezza h = m 0,55

• base B = m 1,10

• lunghezza percorso L = m 1,23

• massa veicolo compreso il magnete = kg 0,095

Allievi Smiderle, Cocco, Bertoldi nella prima fase costruttiva della struttura.

Con i dati strutturali disponibili abbiamo una riserva energetica pari a  ε_p = m g h   [J]

ε_p = 0.095*9.81*0.55 = 0.51   [J]

come già detto non tutta questa energia diventerà elettrica ma solo una parte, difatti il veicolo scorre verso il basso uscendo dalla rampa con una velocità non nulla, ma l'energia trasformata sarà comunque sufficiente per l'accensione dei "lampioni" qui simulati con dei L.E.D.

una fase di prova dello scorrimento dell'automobilina sulla rampa. (Diego Scortegagna)

Fase progettuale: Applicazione dei concetti teorici.

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