Go Molise - siresrl.technology · Presentation Foundation (WPF). L’interfaccia grafica è...

SOCIETA’ INNOVAZIONE RICERCA ENERGIA

Go Moliseil ProGetto di sire


relazione scientifica

soMMario

3

doMotica

1. relazioni tecnico-scientifiche sui Pl chiusi al 30 giugno 2014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1 Relazione tecnico-scientifica PL 4.1.

Ideazione Progettazione BL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9


Realizzazione dimostratore software e BL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.1 Il software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.2 I Phidgets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2.3 Il linguaggio C# . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 Relazione tecnico-scientifica PL 4.3. Reengineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12


Realizzazione disegni, prototipi e brevetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.5 Relazione tecnico-scientifica PL 7. Industrializzazione BL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

BioMasse

1. relazione tecnico-scientifica Pl 9.1.

ideazione Progettazione Microcogenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.1 La tecnologia della gassificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.2 I vantaggi della gassificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2. relazione tecnico-scientifica Pl 9.3. reengineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1 I componenti principali dell’impianto da 50 kW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.2 Il sistema di alimentazione della gassificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.3 Reattore di gassificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4 Sezione di trattamento syngas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.5 Filtraggio con ciclone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.6 Filtro ad olio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.7 Filtro a secco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.8 Sistema di aspirazione gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.9 Torcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.10 Sezione di produzione di energia elettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.10.1 Motore Diesel bifuel e quadro elettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4

3. relazione tecnico-scientifica Pl 9.4.

specifiche per l’industrializzazione di microcogenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

turBina sire-1000

1. Premessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2. il microeolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3. elder: microeolico applicato ai pali da illuminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.1 Efficienza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.2 Sistema distribuito ed impatto ambientale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.3 Un impianto da 25 kW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4. la pala sire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.1 Manuale di installazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2 Descrizione componenti SIRE-1000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5. norme generali di sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.1 Avvertenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.2 Generalità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6. dati tecnici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.1 Definizione layout impianto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.2 Sopralluogo preliminare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

6.3 Regolamentazione locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

6.4 Posizionamento aerogeneratore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

6.5 Definizione struttura di supporto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

6.6 Posizionamento parte elettrica e definizione lunghezza dei cavi . . . . . . . . . . . . . 59

7. installazione dell’aerogeneratore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

7.1 Movimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

7.2 Norme di sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

7.3 Componenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

7.4 Strumentazione necessaria per l’installazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8. installazione rotore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

8.1 Installazione alternatore su palo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

8.2 Montaggio braccetti/alternatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5

8.3 Montaggio pala/braccetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

8.4 Montaggio winglet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

8.5 Equilibratura rotore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

9. installazione elettrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

9.1 Prima dell’installazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

9.2 Montaggio meccanico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

9.2.1 Montaggio SL-Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

9.2.2 Montaggio della resistenza di frenatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

9.2.3 Montaggio alimentatore 48V/24V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

9.2.4 Montaggio del regolatore di carica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

9.3 Collegamenti elettrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

9.3.1 Collegamento elettrico del SL-Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

9.3.2 Collegamenti di potenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

9.3.3 Collegamento della sonda termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

9.3.4 Collegamento elettrico della resistenza di frenatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

9.3.5 Collegamento elettrico alimentatore stabilizzato 48/24 Vcc . . . . . . . . . . . . 86

9.3.6 Collegamento elettrico del regolatore di carica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

9.4 Messa in servizio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

10. funzionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

11. Manutenzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

11.1 Manutenzione ordinaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

11.2 Manutenzione straordinaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

12. disattivazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

13. domande frequenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

led

1. Premessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2. i led . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3. Valutazione economica ed energetica dell’illuminazione a led . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.1 Parametri caratteristici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.2 Illuminazione pubblica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101

6

3.3 I requisiti fondamentali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101

3.4 La normativa europea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

3.5 La normativa UNI 11248 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

3.6 La norma UNI EN 13201-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

3.6.1 Requisiti illuminotecnici in ambito stradale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106

3.6.2 Luminanza media mantenuta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107

4. la struttura del led . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

4.1 Alimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

5. sorgenti luminose per uso domestico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

5.1 Lampade ad incandescenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

5.2 Lampade alogene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

5.3 Lampade fluorescenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

5.4 LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

5.4.1 Vantaggi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

6. Valutazione economica ed energetica dell’illuminazione a led . . . . . . . . . . . . . . 112

6.1 Singoli LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

6.2 Lampade a più LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

7. confronto energetico ed economico tra le varie tecnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

7.1 Confronto energetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115

7.2 Confronto economico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

7.3 Comparazione costi di illuminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

8. le nostre soluzioni e test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

9. conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

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doMotica

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1. relazioni tecnico-scientifiche sui Pl chiusi al 30 giugno 2014 1.1 relazione tecnico-scientifica Pl 4.1. ideazione Progettazione BlGli ultimi decenni hanno cambiato, anche talvolta sostanzialmente, il nostro modo di vivere e di pensare l’ambiente domestico. Si tratta di un cambiamen-to dovuto alla necessità di migliorare l’accessibilità dell’ambiente, l’abitabilità, il comfort, la sicurezza e la qualità della nostra vita e per questo sono entrati a far parte delle nostre case elettrodomestici sempre più sofisticati e all’avan-guardia, dotati di “intelligenza”.Il grande passo che però solo negli ultimi anni si sta cercando di compiere è di interconnettere tutti questi dispositivi insieme a formare così un’unica rete grazie alla quale sia possibile gestire ogni apparecchiatura con facilità ed in modo standard ovunque sia necessario, e che dia la possibilità di far dialogare tra loro i componenti della rete. La casa si sta avviando verso nuove frontiere di sviluppo e di automazione e la Domotica nasce proprio per venire incontro e soddisfare queste esigenze. Le frontiere verso le quali si sta sviluppando la ricerca domotica posso essere riassunte nei seguenti punti:1. risparmio energetico - un sistema integrato e completamente automatiz-

zabile consente di evitare gli sprechi energetici dovuti a dimenticanze o al-tre situazioni;

2. Protezione dai furti - un sistema d’allarme informatizzato permette la pro-tezione della casa durante le vostre uscite: può per esempio informarvi di entrate indesiderate nell’abitazione e lanciare eventuali allarmi;

3. Gestione automatica dell’impianto elettrico e riscaldamento - sensori di movimento possono informare il sistema che gestisce l’impianto di illu-minazione dell’assenza di persone e quindi avviare lo spegnimento auto-matico di tutte le luci; sensori di temperatura possono regolare la tempera-tura in ogni stanza e così via;

4. automatizzazione di azioni quotidiane - è possibile semplificare alcune azioni quotidiane, quali spegnere e accendere luci, alzare ed abbassare le tapparelle, oppure regolare queste funzioni in base alla luce esterna, gestire l’irrigazione del giardino e la manutenzione della piscina;

5. comunicazioni - la casa può dare informazioni di eventuali anomalie me-diante l’invio di un sms sul cellulare oppure mediante una e-mail;

6. integrazione ai social network - Facebook, skype, VOIP (Voice Over IP: Voce tramite protocollo Internet) che dà notevoli vantaggi: minore costo

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per chiamata, specialmente su lunghe distanze e minori costi delle infra-strutture.

In sintesi un sistema domotico standard permette le seguenti funzioni:• centralizzazionedeicomandi;• facilitàdicostruirescenaridicomfortambientale;• illuminazione;• termoregolazione;• protezionedellacasa,videosorveglianza;• rilevazioneallarmitecnici;• diffusione sonora, accesso a contenuti audio-video personalizzati in più

punti della casa.

Anche se il mercato della domotica in Italia, allo stato attuale dell’arte, è ancora a li-vello di nicchia, i sistemi domotici si stanno sviluppando a ritmi crescenti con solu-zioni accattivanti e con potenzialità sempre più alte ma devono rompere una barrie-ra che si frappone alla loro penetrazione sul mercato: la grande utenza non è, e forse non sarà mai, pronta per gestire sistemi di grandi performance e sofisticazione.I sistemi sul mercato sono solitamente sistemi chiusi, cioè sono device pronti all’uso che permettono di realizzare una funzione (accensione e spegnimento di una luce, attivazione di un elettrodomestico, ecc.) e al crescere delle poten-zialità e dei gadgets possibili crescono anche i livelli di complessità e i proble-mi di controllo globale del sistema.La nostra proposta è innovativa e rappresenta una evoluzione importante dei si-stemi domotici: in questo progetto infatti si esplora la possibilità dei componen-ti e delle apparecchiature di poter svolgere contemporaneamente più funzioni. Questo è possibile quando tali sistemi sono tra loro integrati. Per esempio un sensore di presenza a infrarossi posto all’interno di una stanza può espletare fun-zioni diverse in relazione agli eventi che possono verificarsi (comandare le tap-parelle, accendere e spegnere luci, ecc.). Inoltre la centralizzazione dei comandi tramite la creazione di un’unica interfaccia utente permette di eliminare la molti-tudine di telecomandi e interruttori associati a sistemi impiantistici non integrati e di avere un dialogo con la centrale di controllo da qualunque apparecchio del-lacasaodalcellulare,alfinedieffettuarecomandi,interrogareilsistema,attivareo disattivare un impianto, modificare una programmazione.La soluzione che presentiamo cerca di rispondere a questi problemi con una chiarezza di impostazione ab initio individuando problemi e metodi di soluzio-ne e utilizzando una struttura modulare.

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Tale modularità riguarda sia il SW che l’HW. Entrambe queste strutture devo-no presentarsi come una sorta di LEGO elementare con cui il progettista possa, con semplici procedure, costruire una soluzione personalizzata per il proprio cliente.

1.2 relazione tecnico-scientifica Pl 4.2. realizzazione dimostratore software e Bl

1.2.1 il softwarell motore del sistema domotico è stato sviluppato utilizzando un sistema di programmazione ad oggetti. Non sarebbe stato possibile sviluppare un siste-ma così modulare e flessibile utilizzando un altro tipo di architettura. La scelta si è indirizzata verso due sistemi di programmazione simili: C# e Java. Entrambi i sistemi prevedono una programmazione ad oggetti ed entrambi supportano le librerie di comunicazione Phidgets. La nostra scelta si è orienta-ta verso il sistema C# per due principali motivi: rapidità di sviluppo, flessibilità ed accessibilità di librerie supplementari. Per altro la struttura del codice è tal-mente simile che un porting verso il linguaggio di programmazione Java è sì time consuming, ma non ne stravolgerebbe la sua struttura. Inoltre, si è proce-duto ad un modello di scrittura semplice e lineare in modo da poter assicurare un porting semplice verso altri sistemi operativi utilizzando Mono.Le soluzioni scelte sono state a livello HW i Phidgets e a livello SW il linguaggio C#. Queste scelte sono state dettate da criteri di semplicità e robustezza non-ché dalla possibilità di estendere in modo illimitato il sistema.

1.2.2 i PhidgetsI Phidgets sono “moduli plug and play” per realizzare sistemi di rilevamento e controllo da computer, tablet o smartphone. Il nome deriva dall’unione dei ter-mini Physical e Widgets (congegni fisici).I Phidgets si collegano alla porta usb del computer, si sceglie il linguaggio di programmazione preferito tra quelli supportati, si crea quindi l’applicazione che usando le schede permette di interagire con il mondo fisico.

1.2.3 il linguaggio c#Il sistema di interfaccia domotica è stato sviluppato utilizzando il linguaggio di programmazione C# e l’ambiente WPF (Windows Presentation Foundation). La scelta di questo linguaggio è dovuta principalmente alla necessità di man-tenere una integrità programmativa tra la libreria e le nuove librerie utilizzate

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da Windows principalmente in ambiente desktop. Oggigiorno la tecnologia più usata per utilizzare applicazioni Store e di interfaccia evolute è appunto l’ambiente WPF, meglio detto Avalon. Infine, si è proceduto ad un modello di scrittura semplice e lineare in modo da poter assicurare un porting semplice verso altri sistemi operativi utilizzando Mono (il sistema C# sotto Linux).Ovviamente, poiché l’engine domotico è stato sviluppato come libreria a se stante, l’implementazione dell’interfaccia grafica può essere indipendente dall’ambiente di sviluppo della libreria originale. In ogni caso è buona pratica nello sviluppo di un codice utilizzare un ambiente di sviluppo simile.

1.3 relazione tecnico-scientifica Pl 4.3. reengineeringL’interfaccia grafica è programmata in C# utilizzando il framework Windows Presentation Foundation (WPF).L’interfaccia grafica è scollegata dall’engine domotico. Il sistema può comuni-care con il motore domotico attraverso la libreria domotica DLL oppure attra-verso un sistema di comunicazione WCF (Windows Comunication Foundation).Il sistema WCF permette di incapsulare i messaggi in formato XML e spedirli attraverso un opportuno protocollo di comunicazione anche via internet. Il programma si avvia con una schermata principale in cui sono rappresentate 6 icone principali che permettono di accedere a diverse funzionalità domotiche. 1. esplora stanze. Si accede ad una sezione in cui i dispositivi vengono sud-

divisi nelle loro diverse stanze.2. Gestione luci. Si accede ad un pannello in cui vengono raccolte e visualiz-

zate solo le luci presenti in tutto il sistema domotico.

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3. Gestione caldaia. Scheda di gestione caldaia.4. Gestione allarmi. Si accede al pannello di controllo degli allarmi.5. energy control. Si accede ad un sistema di misura dei consumi energetici e

allo storico dei consumi.6. domotic task. Il task è un comando manuale temporizzato del dispositivo

definito da data e ora.

• esplora stanze. Il sistema permette di scegliere una stanza sull’elenco a si-nistra e nel pannello centrale compare l’elenco dei dispositivi ad essa asso-ciati. In questo pannello vengono restituiti solo i valori di tutti i sensori as-sociati a quel dispositivo.

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• Gestione luci. Il sistema estrae soltanto le luci presenti in ciascuna stanza.

Alcuni dispositivi di luce sono associati ad un sensore di illuminazione o ad un sensore di movimento. Se il sensore di movimento è associato al dispositivo, la luce si spegne automaticamente dopo che non è stato più rilevato un movi-mento per 5 minuti. Attraverso il tasto “interruttore” associato ad ogni disposi-tivo di luce è possibile accendere o spegnere la luce selezionata. Altrimenti è possibile spegnere tutte le luci attraverso il pulsante in basso a sinistra.

• sistema di gestione allarmi. In questo pannello vengono visualizzati tut-ti i sensori di movimento. I sensori di movimento visualizzano il movimen-to rilevato, la data di registrazione dell’ultimo movimento e quanti secondi sono trascorsi dall’ultima rilevazione. Attraverso il pulsante allarme attivo è possibile attivare o disattivare il segnale acustico di allarme.

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• Monitoraggio consumo energetico & gestione caldaia

1.4 relazione tecnico-scientifica Pl 4.4. realizzazione disegni, prototipi e brevettiSono state acquistate le seguenti tipologie di sensori e attuatori:

item # Product name Quantity1072_0 PhidgetSBC2 11111_0 Motion Sensor 21125_0 Humidity/Temperature Sensor 21142_0 Light Sensor 1000 lux 23002_0 Sensor Cable 60 cm 33004_0 Sensor Cable 350 cm 43011_0 USB Cable 30 cm 28AWG 13023_1 Power Supply 12VDC 2.0A - EU 13051_1 Dual Relay Board 23500_0 i-Snail-VC-10 AC Current Sensor 10Amp 13817_1 Acrylic Enclosure for the SBC 1

Sono stati integrati in un’unica scheda dove si è proceduto ad un test di 10 giorni per controllare la stabilità del sistema e la capacità di storage delle infor-mazioni raccolte.

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Si è poi proceduto a distribuire sensori e attuatori nelle diverse stanze utiliz-zando una tipica villetta a due piani.L’immobile di riferimento è una villetta che si sviluppa su due piani, con un grande giardino che la circonda, locata in una zona suburbana. Il piano terra di 82,5 m2 è adibito a zona giorno ed è suddiviso in cucina, sala da pranzo e soggiorno, bagno e ripostiglio. Nel piano superiore di 80 m2 si trova-no le stanze da letto, un secondo bagno e un’ulteriore camera che è possibile adibire a salottino o studio.Occorre predisporre l’illuminazione negli ambienti interni abitabili, nella man-sarda non abitabile e nel giardino circostante.

Siccome ogni dispositivo è una classe a se stante derivata da una classe astrat-ta al suo interno sono presenti due liste di sensori ed attuatori. Il dispositivo ef-fettua operazioni su queste due liste.Dalla prima classe astratta si evolve una serie di classi dispositivo specializza-te con le proprie liste di sensori e attuatori e operazioni complesse: dispositivo luce, dispositivo caldaia, dispositivo risparmio energetico ecc.

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figura 1. Classi dispositivo; da una classe primitiva, a sinistra, si evolvono tutte le classi

dispositivo derivate. Ogni dispositivo ha una lista di sensori e attuatori che alla fine

interagiscono con la classe scheda

1.5 relazione tecnico-scientifica Pl 7. industrializzazione BlL’industrializzazione del sistema domotico è resa semplice dalla struttura del SW che permette di gestire direttamente i dispositivi.Siccome il sistema comunica con eventi e proprietà che si propagano all’inter-no delle classi partendo dalla classe scheda (cioè: un sensore fisico cambia il suo valore, dalla classe scheda si genera un messaggio che viene visto da tutte le classi che hanno quel sensore) non esiste un ciclo che controlla ciascun sen-sore e dispositivo.Il comportamento generale è che quando cambia lo stato di un sensore, un di-spositivo esegue la sua operazione dedicata. Esempio caldaia: valore tempera-tura basso, si accende la caldaia.Questa funzione è interna al dispositivo. I comandi manuali invece vengono attivati attraverso il dispositivo dall’utente stesso; per esempio, “Accendi la luce”.Un ciclo in un’altra classe controlla il calendario e alla data prefissata attiva il comando.

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Ovviamente bisognerà costruire una priorità di importanza e questa sarà im-plementata in base a questo paradigma:1. Il comando manuale ha priorità più alta del comando automatico dei task.2. Il comando automatico task ha la priorità sui comandi intrinseci del dispo-

sitivo. 3. Per la proprietà transitiva delle priorità il comando manuale ha la priorità su

un comando integrato del dispositivo.

Il lavoro di industrializzazione ancora da fare consiste principalmente nella produzione di un manuale di uso di facile lettura per l’utente e nella definizio-ne dei requisiti richiesti nelle diverse parti dell’abitazione.

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BioMasse

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1. relazione tecnico-scientifica Pl 9.1. ideazione Progettazione MicrocogenerazioneIl presente progetto prevede la realizzazione di un impianto di produzione di energia elettrica e termica di potenza elettrica nominale pari a 50 kWe e termi-ca da 80 KWt, alimentato da gas di sintesi prodotto dalla gassificazione di bio-masse solide vergini. I parametri operativi fondamentali del presente impianto sono i seguenti: • opera di interesse pubblico. Si evidenzia come l’impianto in oggetto è di-

chiarato opera di interesse pubblico dal D.lgs 387/2003, in quanto dedica-to alla produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile. Tutto ciò in re-cepimento delle direttive internazionali relative all’ambiente, in particolare il Protocollo di Kyoto del 1997, e delle direttive europee, in particolare la 2009/28, la cosiddetta 20-20-20.

• Best available technology. La tecnologia oggetto del presente progetto della Life Energy Group srl rappresenta la Best Available Technology (B.A.T.) del settore in quanto combina un’ottima efficienza di gassificazione di bio-masse solide ad un’elevata efficienza di conversione energetica, tramite un motore endotermico bifuel, che garantisce il funzionamento anche con un syngas di scarsa qualità.

• ottima efficienza. L’impianto in oggetto garantisce un elevato rapporto consumi di biomassa/prestazioni elettriche e termiche, grazie ad un effi-ciente design ed all’utilizzo di accorgimenti tecnologici innovativi che con-sentono di ottimizzare le prestazioni.

• ottime prestazioni ambientali. L’impianto in oggetto presenta una serie di vantaggi economici ed ambientali di seguito riportati: - produzione di energia elettrica e termica da fonte rinnovabile;- ciclo di produzione ad emissione neutra di CO2;- energia fossile risparmiata: 100 tep/a (tonnellate equivalenti di petrolio);- emissionidigasadeffettoserraevitate:300tCO2 eq/anno; - minimizzazione della “grey energy”, grazie ad una adesione al principio

della filiera corta (approvvigionamento < 50 km).

L’installazione dell’impianto di produzione di energia in oggetto, non finaliz-zata all’esclusivo soddisfacimento degli attuali fabbisogni, deve essere inqua-drata nella più ampia accezione di impianto di produzione di energia da fonti rinnovabili la cui prestazione energetico-ambientale è misurabile dal risultato ottenuto sulla mancata emissione di quasi 900 t CO2eq/annodigasadeffet-to serra.

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1.1 la tecnologia della gassificazione La gassificazione è un processo attraverso cui un combustibile solido viene convertito in un combustibile gassoso, denominato gas di sintesi (o syngas), mediante una parziale ossidazione con aria. Il processo di gassificazione termochimico, oggetto del presente progetto, consiste nella produzione di gas di sintesi attraverso la reazione chimica che si sviluppa tra la biomassa ed opportuni reagenti (aria e/o vapore) in condizioni di elevata temperatura e carenza di ossigeno. Il processo si sviluppa in tre fasi: • unaprimafasefortementeesotermicadicombustione(ossidazione),trami-

te la quale viene prodotto il calore necessario al processo; • unasecondafasedipirolisi,incuiavvieneladecomposizionedellabiomas-

sa in carbonio, per via termica in carenza di ossigeno; • infinenellaterzafasesiverificalariduzionedelcarbonioingas(CO,H2, CH4,

ecc.), cioè la gassificazione propriamente detta.

Il processo origina i seguenti prodotti: • char,unagglomeratosolidodinaturacomplessa,cherimaneallafinedel

processo di gassificazione, costituito principalmente da carbonio, ceneri, composti sulfurei e idrocarburi volatili e partecipa al processo di gassifica-zione;

• tar,composticarboniosicondensabili;indeterminatecondizionitermodi-namiche partecipa al processo di gassificazione;

• gasdisintesi(osyngas):miscelagassosacompostadametano(CH4), mo-nossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2), idrogeno (H2), azoto (N2), vapore, tracce di idrocarburi char, oli) con percentuali diverse in base al reagente utilizzato.

Le principali reazioni chimiche che avvengono durante la gassificazione sono le seguenti: C + O2 CO2 (Combustione); C + ½ O2 CO (Ossidazione parziale); C + H2O(g) CO + H2 (Reforming del carbone); C + CO2 2CO (Reazione di Boudouard); C + 2H2 CH4 (Metanazione); CO + H2O(g) CO2 + H2 (Water/Gas Shift Reaction).

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Il syngas è caratterizzato da una percentuale di metano strettamente dipen-dente dal reagente utilizzato: qualora sia derivato da una reazione con aria, il contenuto di metano sarà modesto, dando origine così ad un gas dal basso po-tere calorifico compreso tra 1,4 e 2 kWh/Nmc. Nel processo realizzato nell’im-pianto in progetto il potere calorifico inferiore del syngas si attesta sul valore inferiore di ca 1,6 KWh/Nmc equivalente a ca 1.200-1.400 Kcal/Nmc.

1.2 i vantaggi della gassificazioneLa gassificazione consente la trasformazione di un combustibile solido relati-vamente povero ad uno gassoso (il syngas) permettendo, nel confronto con la combustione diretta della biomassa solida, una serie di vantaggi significativi: • unamaggiorefruibilitàdelcombustibile;• unamaggiorepossibilitàdicontrolloedabbattimentodelleemissioniinat-

mosfera; • impiegodisoluzionitecnologicherelativamentesempliciecollaudate;• impianticontraddistintidaingombricontenuti;• rendimentidiconversionemaggiori.

Il gas di sintesi, per quanto contraddistinto da un basso potere calorifico, una volta filtrato e depurato, viene utilizzato per l’alimentazione di un motore en-dotermico valorizzando il potere calorifico della biomassa utilizzata e consen-tendo la produzione di energia elettrica e termica. In particolare, l’impiego della biomassa legnosa quale combustibile primario dell’impianto consente, inoltre, i seguenti fattori di interesse: • impiegodiunafonterinnovabile;• bilanciozerodiemissionidiCO2; • ampiadisponibilitàdibiomassasulterritorio.

La produzione di energia elettrica tramite il syngas viene realizzata per mezzo di un motore a pistoni di tipo bifuel, cioè con alimentazione contemporanea a syngas e gasolio; la generazione di energia elettrica viene realizzata tramite un alternatore asincrono trifase ad accoppiamento diretto. I gas combusti, prodotti dal sistema, sono caratterizzati da un’alta temperatura (400-550 °C) e vengono inviati ad uno scambiatore di calore che recupera l’e-nergia termica in essi contenuta. Quest’ultima rappresenta circa il 60% del ca-lore recuperabile dal motore; la restante parte viene recuperata attraverso l’o-liodiraffreddamentoaca.90°C(ilmotoreèraffreddatoadolio).

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figura 1. In alto, il nostro sistema di gassificazione (progetto esecutivo);

sopra, le diverse componenti

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2. relazione tecnico-scientifica Pl 9.3. reengineering

2.1 i componenti principali dell’impianto da 50 kW

n. componente sigla1 Container biomassa A01-P012 Coclea A01-P023 Reattore di gassificazione A024 Ciclone A035 Filtro a olio A046 Filtro a trucioli di legno A057 Soffiante8 Torcia di emergenza9 Motore a ciclo diesel

2.2 il sistema di alimentazione della gassificazioneIl sistema di alimentazione che porta la biomassa alla camera di gassificazione è realizzato mediante una tramoggia A01-P01 nella quale viene caricata la bio-massa; quindi una coclea inclinata A01-P02 trasporta il materiale direttamente in testa al reattore.Tutto il sistema è progettato per funzionare in esercizio continuo ed è dimen-sionato per trattare la portata di biomassa così come da progetto. La coclea è azionata da un motore elettrico.In testa al reattore una rotovalvola permette l’ingresso del materiale in manie-ra automatica oltre a realizzare la tenuta stagna necessaria per isolare il reatto-re dall’ambiente esterno.Tutto il sistema di caricamento è controllato da un PLC che riceve i segnali dai sensori posizionati nelle varie sezioni del gassificatore. In continuo vengono fornite, tra le altre, informazioni relative alla rotazione della coclea ed al livello di riempimento del reattore.Tramite il sensore di carico posto in testa al reattore il PLC ordina il riempimen-to del reattore in modo automatico. La velocità della coclea invece è regolata manualmente salvo i suoi start&stop che sono comandati dal PLC sempre in accordo con il sensore di carico.La velocità di rotazione può essere regolata manualmente in un determinato intervallo mentre è mantenuta costante nelle condizioni di funzionamento au-tomatico. È previsto un controllo di livello all’interno del reattore che aziona il circuito idraulico a seconda della lettura.

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Osserviamo che i fumi di scarico del motore diesel vengono convogliati sul contenitore della coclea nel punto mostrato in foto. Questi si muovono con-trocorrente rispetto al cippato ed escono dalla parte superiore della tramoggia dove c’è un aspiratore messo per aiutare l’uscita dei fumi.

2.3 reattore di gassificazioneNel presente progetto la biomassa alimenta un reattore di gassificazione ad asse verticale A02.Il reattore di gassificazione A02 è stato progettato e concepito per accogliere materiale cippato. I volumi del reattore sono tali da poter accettare un’alimen-tazione contenente una umidità relativa variabile. Il reattore è costruito in ac-ciaio INOX AISI 304. Tra la camera del reattore e la struttura esterna è presente una camicia intermedia stagna riempita con materiale isolante.La temperatura di esercizio è stata prevista tra 700 e 800 °C.Il reattore è dotato di due sonde di temperatura poste al suo interno e comuni-canti con il PLC. Una sta sopra la clessidra e l’altra un poco più in alto. Ci sono poi tre manometri, uno sul fianco e due in testa, con sola indicazione a vista. Abbia-mo poi un sensore di livello in testa disposto inclinato per ottenere una lettura più precisa. Questo misura la quantità di biomassa presente nel reattore e ordina il riempimento in modo che il reattore si mantenga pieno il più possibile.Tutto il reattore poggia su quattro piedi realizzati in profilato rettangolare chiuso.Le correnti principali in ingresso ed uscita dal reattore sono:• ilsyngasprodottouscentetramiteunbocchelloflangiatoinaltosulfianco

del reattore, collegato alla prima sezione di filtraggio del syngas;

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• labiomassachealimentailreattoreamezzodiun’aperturapostaintestaalreattore e gestita con una rotovalvola.

Il materiale di scarto esce dal reattore dalla zona inferiore tramite una seconda rotovalvola azionata da un motore elettrico con opportuno riduttore. Il mate-riale viene espulso per mezzo di una coclea orizzontale in una zona di stoccag-gio temporaneo.La procedura d’avviamento deve essere realizzata in forma semiautomatica tramite un piezoelettrico interno, attualmente non presente. Al momento l’o-perazione è del tutto manuale a partire dal caricamento iniziale. Dopo questa fase, tramite una apertura sulla testa del reattore, viene immesso del materiale facilmente combustibile per innescare il processo. Tale materiale viene quindi incendiato direttamente dall’operatore.Il motore Diesel viene fatto partire a gasolio quindi viene aggiunto gradual-mente il syngas appena la sua qualità lo rende possibile.Da quel punto in poi il funzionamento passa in automatico.

Reattore di gassificazione

Ciclone Filtro ad olio Filtro a secco

2.4 sezione di trattamento syngasIl sistema di depurazione del syngas si prefigge lo scopo di eliminare le impu-rità presenti nel gas entro i limiti imposti da parte del motore endotermico.Il gas fuoriesce dal reattore ad una temperatura non superiore ai 400 °C.Come primo filtraggio quindi il gas entra in un ciclone che permette di abbat-tere la percentuale di polveri e particelle sfruttando il principio della forza cen-trifuga.

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Ilpassaggioseguenteprevedeunasecondasezionediraffreddamentoefil-traggio costituita da un filtro ad olio.Ilgas,unavoltaraffreddatoelavato,entrainunfiltrostaticoaseccoriempi-to di trucioli di legno e da qui viene introdotto all’interno del motore. Il cippa-to usato per questo tipo di filtraggio viene periodicamente sostituito; quello esausto viene a sua volta gassifcato.

2.5 filtraggio con cicloneIl gas prodotto nel reattore di gassificazione A02 viene inviato al ciclone mediante un condotto in acciaio flangiato dai due componenti con DN 100. Il ciclone è di tipo convenzionale, con ingresso tangenziale del gas da trattare e uscita assiale di gas e polveri. Il gas entra con direzione tangenziale al ciclone. Grazie alla forma e dimensio-ne del dispositivo il flusso d’aria assume un moto a spirale direzionato verso il basso.Pereffettodellaforzacentrifuga,sihaildepositodelleparticellesulleparetidel ciclone.Per la forza di gravità, il contaminante precipita sul fondo dove in seguito vie-ne raccolto.Grazieallaformaconicadellaboccadiuscitasicreaunadifferenzadipressio-ne nella zona inferiore del ciclone che genera l’inversione del moto di rotazio-ne del flusso di gas. Il gas trattato senza le particelle più grossolane risale ver-so l’alto, si genera quindi un vortice più piccolo che permette la fuoriuscita del gas dalla bocca di scarico posta lungo l’asse del ciclone.

2.6 filtro ad olioLa seconda sezione di filtraggio avviene tramite un filtro ad olio. Una pompa provvede al caricamento dell’olio risucchiato dalla parte bassa del manufatto. La pompa quindi provvede a immettere l’olio in pressione all’interno del cilin-drotramitedueugellipostiadaltezzedifferenti.L’olio contaminato ricade quindi verso il basso dove viene nuovamente ripe-scato per ripetere il ciclo. Una piccola parte dell’olio viene trascinata dal gas nelle sezioni successive del circuito e per questo diminuisce gradualmente.Comunque, ogni due settimane circa, l’olio residuo viene tolto e immesso nel reattore mentre il filtro viene ricaricato con olio nuovo. Il percorso del gas all’in-terno del filtro è dal basso verso l’alto.

2.7 filtro a seccoIl filtro a segatura F-01 è costituito da una struttura cilindrica di acciaio con una parete separatrice intermedia che arriva quasi alla fine del cilindro costringen-

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do il gas a seguire un percorso predefinito. Il riempimento avviene con trucio-li di legno in granulometria prefissata. Una volta esausti vengono immessi nel gassificatore e quindi rimpiazzati.Il syngas, uscente dal filtro ad olio, entra dall’alto nel filtro a secco e lo attraver-sa fino ad uscire dalla parte opposta. Eventuali condense o particelle ancora presenti nella corrente gassosa sono trattenute in questa sezione di filtrazione.

2.8 sistema di aspirazione gasIn uscita dal filtro a secco il syngas è aspirato dalla soffiante.La soffiante ha il compito di mantenere un valore prefissato di depressione all’interno del circuito a monte. Tale valore è pari a 0.75 bar ÷x%.

2.9 torciaSubito a valle della soffiante è presente una torcia dove viene deviato il syngas in avviamento, quando la sua qualità non gli permette ancora di essere utiliz-zato per l’alimentazione del motore Diesel. La torcia riveste anche un compi-to di sicurezza in quanto è sempre ammessa una deviazione del flusso del gas verso di essa quando non è possibile usarlo per alimentare il motore. Una val-vola a tre vie controllata dal PLC regola la gestione di questi flussi.

2.10 sezione di produzione di energia elettricaÈ prevista la fornitura di un motore a ciclo Diesel per servizio continuo di mar-ca DEUTZ. Il motore è commerciale salvo la sezione di immissione carburante che viene opportunamente modificata per rendere possibile l’alimentazione con doppio combustibile (gassoso e liquido). Il sistema di produzione di ener-gia elettrica è costituito da un alternatore. Per l’avviamento è necessaria la di-sponibilità di combustibile liquido (gasolio, biodiesel).

2.10.1 Motore diesel bifuel e quadro elettricoI tubi paralleli che collegano il quadro elettrico visti da dietro come in foto (pag. 30) sono sette: 1 valvola a tre vie (torcia, motore, syngas);2 motore del filtro ad olio;3 motore carico reattore;4/5 motori per lo scarico del tar, apertura base reattore, movimento coclea;6 motore coclea alimentazione;7 alimentazione soffiante.

30

Sotto al quadro ci sono (almeno) altri tre cavi che dovrebbero essere collegati ai 2 sensori di temperatura e al sensore di carico.

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3. relazione tecnico-scientifica Pl 9.4. specifiche per l’industrializzazione di microcogenerazioneL’industrializzazione del gassificatore comporta diverse attività che sono state svolte con successo:• lamessainfunzioneeiltestdelsistemadigassificazione;• lamisuradellaproduzionedienergiaelettricaedellastabilitàdeimotori

Diesel;• l’ottimizzazionedeiparametridellediversecomponentidelsistemadigas-

sificazione;• lapredisposizionediunmanualedimontaggioediunmanualediusoe

manutenzione dell’impianto. Quest’ultima attività è tuttora in corso.

Le specifiche delle diverse componenti sono riassunte nella tabella qui sotto per i principali elementi.

dati geometrici e costruttivi

Diametro [mm] 806Altezza cassone

[mm] 960

Altezza totale

[mm] 1.900

Volume [m3] 0.4Peso [kg] 120

Dimensionamento per una alimentazione

di 4 ore Materiali di costruzione

CassoneAcciaio

(AISI 304)


Altezza ingombro

[mm] 1.385

Altezza cilindro

[mm] 760

Diametro cilindro

[mm] 700

Peso [kg] 200

Materiali di costruzione

Acciaio (AISI 304)


Altezza ingombro

[mm] 792

Altezza cilindro

[mm] 237

Diametro cilindro

[mm] 390

Peso [kg] 30


Acciaio (AISI 304)


Altezza ingombro

[mm] 1.090

Altezza cilindro

[mm] 900

Diametro cilindro

[mm] 400

Peso [kg] 32


Acciaio (AISI 304)

tramoggia reattore di gassificazione

ciclone filtro olio

33

turBina sire 1000

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1. PremessaL’energia eolica si sta imponendo sul mercato mondiale e in particolare sul mercato europeo come la più importante fonte rinnovabile dopo l’idroelet-trico.La tabella che segue presa dai dati dell’ EWEA (European Wind Energy Associa-tion) pubblicati nel 2009 evidenzia l’importanza del settore che copre il 3,8% del fabbisogno elettrico europeo e la crescita a due cifre in quasi tutti i paesi.

tabella 1. La colonna rate % dà l’incremento medio annuo dal 2004 proiettato al 2010; la colonna wind/tot dà la percentuale di energia prodotta con l’eolico

country/year 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2010 rate % wind/tot

Austria 77 94 140 415 606 819 965 982 1.200 10,3% 3,3%Belgium 13 32 35 68 96 167 194 287 800 35,4% 0,7%Bulgaria 10 10 36 70 200 53,4% 0,5%Czech Rep 3 9 17 28 54 116 250 46,8% 0,4%Denmark 2.417 2.489 2.889 3.116 3.118 3.128 3.136 3.125 4.150 4,2% 21,3%Finland 39 39 43 52 82 82 86 110 220 15,1% 0,3%France 66 93 148 257 390 757 1.567 2.454 5.300 45,2% 1,2%Germany 6.113 8.754 11.994 14.609 16.629 18.415 20.622 22.247 25.624 6,4% 7,0%Greece 189 272 297 383 473 573 746 871 1.500 17,9% 3,7%Ireland 118 124 137 190 339 496 746 805 1.326 21,5% 8,4%Italy 427 682 788 905 1.266 1.718 2.123 2.726 4.500 19,9% 1,7%Netherlands 446 486 693 910 1.079 1.219 1.558 1.746 3.000 15,7% 3,4%Portugal 100 131 195 296 522 1.022 1.716 2.150 3.500 31,2% 9,3%Spain 2.235 3.337 4.825 6.203 8.264 10.028 11.623 15.145 20.000 13,5% 11,8%Sweden 231 293 345 399 442 510 571 788 1.665 20,9% 1,3%UK 406 474 552 667 904 1.332 1.962 2.389 5.115 28,1% 1,8%totale 12.877 17.300 23.084 28.479 34.237 40.304 47.705 56.011 78.350 12,6% 3,8%

In particolare l’Italia si attesta con una crescita del settore al 20% il che impli-ca che, pur con la crisi economica attuale, l’investimento previsto nel 2012 sarà dell’ordine del miliardo di euro.Il vero punto di forza dell’eolico sta nella competitività economica come si evi-denzia dalle due figure che seguono, anche esse tratte da rapporti EWEA del 2009.

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La tabella 1 illustra la ripartizione tra diversi componenti del costo di un impianto eolico sopra il MW e fornisce il valore globale di 1.227 euro per kW installato.La figura 1 evidenzia che il costo per kWh, a seconda del prezzo del kW instal-lato che può variare tra 1.200 e 1.400 € e al variare della ventosità della zona, va da 5 a 10 centesimi di euro.Questo è un prezzo allineato con la media europea del costo industriale del kWh che è di circa 8 centesimi e che fa sì che il settore del macroeolico possa competere senza sovvenzioni con quello dei combustibili fossili e del nucleare.

investment (€ 1,000/MW) share of total cost %Turbine (ex works) 928 75.6Grid connection 100 8.9Foundation 80 6.5Land rent 48 3.9Electric installation 18 1.5Consultancy 15 1.2Financial costs 15 1.2Road construction 11 0.9Control systems 4 0.3total 1.227 100

figura 1. Costi del kWh a seconda del numero di ore di vento all’anno

tabella 2. Tabella dei costi di impianti di grandi potenza (più di 1 MW)

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I limiti dell’energia eolica stanno nelle grandi dimensioni e nel rischio di inci-dente.Le grandi dimensioni servono per realizzare economie di scala e raggiungere i criteri di economicità richiesti con forza dal mercato. Questo implica ovviamen-te un impatto ambientale elevato, minimizzato, pur con alcuni problemi tecni-ci,dallesoluzionioff-shore,mabenpresenteperesempiosullecollinetoscane.Gli incidenti, dovuti in genere ad eventi atmosferici estremi sono invece un ri-schio inevitabile ed intrinseco della tecnologia.Le figure che seguono illustrano queste problematiche.

figura 2. Una pala eolica per una turbina da 1.5 MW

figura 3. Windmill collapse febbraio 2007 figura 4. Luglio 2005

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Nonostante questi limiti l’economia di scala e l’interesse dei grandi produttori ha spostato il mercato verso i grandi impianti e il grafico qui sotto illustra que-sto fenomeno.

figura 5. Impatto paesaggistico di megaturbine

figura 6. Dimensione della potenza installata

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Il microeolico è stato quindi trascurato e non c’è stato un adeguato investi-mento industriale né un corrispondente sviluppo della ricerca e questo gap comincia ad essere colmato solo adesso.Solo recentemente vi sono stati interventi correttivi; in particolare in Italia la legge del gennaio 2009 limita la tendenza al gigantismo e promuove il mini e microeolico assegnando crediti verdi ai piccoli impianti.

2. il microeolicoInrealtàilventoèunasorgentedienergiadistribuitaequindièeffettivamenteinteressante poter utilizzare sistemi piccoli e distribuiti.Esistono oggi due nicchie di mercato:• range100kW-1MW. Pochi sistemi sono stati prodotti in questo range per

il fatto che la pala si presenta comunque con forte impatto ambientale e non si realizzano le economie di scala raggiungibili con il MW e oltre.

• range0.5-100kW. Questa zona, che si definisce microeolico, si candida per piccole utenze, anche domestiche, e si propone con una grande varietà di modelli e soluzioni.

Quest’ultima nicchia è di grande interesse e ha un potenziale di espansione notevolissimo pur di risolvere alcuni problemi basilari:a) la pala eolica è un dispositivo meccanico rotante che viene visto, giusta-

mente, come un oggetto potenzialmente pericoloso. Ci sono quindi resi-stenze psicologiche che possono essere in parte risolte dall’utilizzo di turbi-ne eoliche ad asse verticale;

b) la pala eolica deve essere utilizzata alla massima distanza possibile dal suo-lo perché il vento aumenta rapidamente con la quota. Bisogna quindi trova-re adeguati supporti, che possono essere invasivi per le strutture abitative;

c) i costi sono più alti e le efficienze ridotte ma a questo si può rimediare con uno studio accurato dei materiali, con disegni innovativi delle pale e con controllo attivo del sistema.

Limitandosi unicamente alle pale ad asse verticale esistono già numerose scel-tepossibilioffertedalmercatoedalcuniesempi,nonesaustivi,sonodatinellefigure che seguono.

40

3. elder: microeolico applicato ai pali da illuminazioneEolic StreetLigth Distributed Energy Resource

I piccoli impianti pongono diversi tipi di problemi, tra cui i più rilevanti sono:• unpiùaltocostodelkWinstallato.Siparlainquestocasodicostidi1.500-

2.500 €/kW;• unpiccoloimpattoambientalemaunagrandedifficoltàdiinstallazione.Se

si escludono infatti le case coloniche, è ben difficile integrare gli impianti a strutture abitative, né del resto vale la pena di gestire il microeolico in posi-zioni remote e isolate;

• sepoicisiconcentrasullepaleadasseverticalesideveanchetenercontodi una minore efficienza di conversione.

Giromill

Darreius+ Savonius

Savonius

2kW PackWind

Gorlov

Turbina in camera a vento

figura 7. Alcuni modelli ad asse verticale

41

3.1 efficienza Il principale limite del microeolico sta nella bassa efficienza delle turbine usate.Il modello Savonius parte con venti anche modesti (1-2 m/s) ma ha una effi-cienza inferiore al 20% mentre Darreius ha una efficienza migliore (intorno al 25%) ma opera solo con venti superiori ai 5 m/s.Una utile alternativa proposta da diversi modelli è l’accoppiamento dei due si-stemi in un unico rotore che supera i limiti di efficienza del Savonius e permet-te di lavorare anche con venti di bassa velocità.

Recentemente è stato proposto un sistema basato su un brevetto 2001 statu-nitense di Gorlov che sembra essere il candidato ideale per installazioni di bas-sa potenza. Infatti ha le seguenti caratteristiche:a) alta efficienza (circa 30%);b) leggerezza;c) estetica pregevole.

Nella figura che segue si vedono alcuni sistemi Gorlov già commerciali. Si sta lavorando alla progettazione e realizzazione di un sistema leggero (10-15 kg), in composito e fibra, nelle due versioni 0.75 e 1 kW e con un design personaliz-zato. Le dimensioni sono 2x1.5 e 3x2 metri rispettivamente.

figura 8. Modello Darreius figura 9. Modello integrato

Savonius + Darreius

42

3.2 sistema distribuito ed impatto ambientaleL’utilizzo di piccoli generatori eolici ad asse verticale può essere integrato a pali preesistenti (tipicamente i pali per l’illuminazione stradale): ELDER (Eolic Stre-etLigth Distributed Energy Resource).Alternativamente può essere localizzato con pali di modesta lunghezza sui tet-ti dei condomini.Gli scopi di queste soluzioni sono molteplici.1. utenza distribuita. Piccoli impianti nella taglia 0.5-2 kW. Questo punto

rappresenta un elemento base del progetto. La scelta di piccole taglie per-mette di installare i generatori su pali di 6-8 metri.

2. Pali della luce. È potenzialmente possibile sfruttare i pali della luce attual-mente in uso. Una sostituzione del palo può essere necessaria ma il punto essenziale sta nello sfruttare siti e strutture già predisposti. Di tutte le strut-ture esistenti (pali elettrici, tralicci, antenne, tetti di condomini) i pali della luce sembrano le più adatte.

3. tetti piani delle case. Anche i tetti di case alte possono essere sfruttati con generatori eolici verticali utilizzando pali di lunghezza modesta (3-4 metri)per rendere sicuro l’accesso al tetto.

4. design innovativo. È essenziale scegliere delle soluzioni e sviluppare dei design tali da rendere non solo accettabile ma al limite appetibile la solu-zione proposta.

5. accordo con gli enti locali per la gestione delle wind factories distri-buite. I comuni piccoli e grandi italiani si trovano a gestire parchi di illumi-

figura 10. Alcuni modelli di turbina di Gorlov commerciali

Gorlov1 Gorlov2 Gorlov3

43

nazione di grandissime dimensioni. Il parco di Torino consta per esempio di 79.000 punti luce, quello di Genova di 50.000. Il numero di riferimento che si utilizza è di un punto luce ogni dieci abitanti. Naturalmente non tutti i punti luce sono utilizzabili ma anche ricorrendo solo a impianti in zone peri-feriche e lungo viali a doppia corsia e con spazi per l’installazione, la stima è che un 20% delle palinature sia utilizzabile. Questo permette di concludere che è possibile installare in modo distribuito e col microeolico una poten-za di 20 W per abitante (1 kW per impianto, un impianto ogni 50 abitanti di qualsiasi comune italiano), solo utilizzando il 20% dei lampioni esistenti. A livello italiano questo equivale a 1.2 GW, cioè poco meno della potenza ad oggi installata.

3.3 un impianto da 25 kWIn figura si illustra la possibile realizzazione di un impianto da 25 kW che sfrutta la palinatura di un parcheggio.

figura 11. Microeolico in un parcheggio

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Il sistema consta di:a) 50 pali con turbine da 0.5 kW;b) studio delle tecniche per irrobustire il palo di supporto e sua eventuale so-

stituzione;c) generatore accoppiato coassialmente alla pala eolica;d) inverter posizionato alla base del palo;e) cablaggi che sfruttano le canaline preesistenti;f ) monitoraggio e controllo distribuito e wireless.

Il materiale è disponibile commercialmente e, se ci si limita all’impianto sen-za studiare le possibili migliorie delle turbine eoliche, i tempi di realizzazione sono dell’ordine dei 10 mesi.Nella figura che segue si studia un possibile parco eolico da gestire su una pas-seggiata a mare. Si è scelta una turbina tipo Gorlov per ragioni estetiche ma anche perché serve un sistema in grado di partire con brezze deboli e di avere una buona efficienza di conversione.Una versione in fibra di carbonio e composito della pala di Gorlov è al momen-to in fase di studio.

figura 12. Microeolico in una passeggiata a mare

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4. la pala sireNelle pagine che seguono diamo i disegni realizzativi del nostro progetto di pala ad asse verticale SIRE 1000 da 1000 watt con vento a 12 m/s.

Seguono i disegni di progetto delle pale, dell’attacco della turbina e del suo basamento.

figura 13. La pala SIRE

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figura 14. Dettaglio dell’attacco della turbina

figura 15. Il basamento

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Particolare cura è stata data all’inserzione dei corpi illuminanti costituiti da lampade a LED che sfruttano solo una parte (30%) dell’energia prodotta in me-dia dalla pala stessa.

La tabella qui sotto illustra le caratteristiche base della turbina e le sue presta-zioni.

figura 16. Dettaglio della luce

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4.1 Manuale di installazioneIl manuale e le relative appendici riportano le istruzioni per l’installazione, l’uso e la manutenzione dell’aerogeneratore SIRE-1000.

Il manuale è composto da varie sezioni, ognuna delle quali tratta una serie di argomenti, suddivisi in capitoli e paragrafi.

Il manuale e le relative appendici contengono informazioni di proprietà riser-vata, destinate ad uso esclusivo del personale addetto all’installazione, funzio-namento e manutenzione dell’aerogeneratore.

Nel caso in cui la SIRE-1000 venisse successivamente ceduta a terzi a qualsiasi titolo (vendita, comodato d’uso, o qualsiasi altra motivazione), essa deve esse-re consegnata completa di tutta la documentazione (manuale e relativi alle-gati).

Le informazioni contenute in questo manuale e nelle relative appendici non in-tendono e non possono sostituire le conoscenze e le esperienze possedute dal cliente utilizzatore, al quale compete comunque in modo esclusivo la respon-sabilità dell’uso per cui la macchina è stata acquistata.

Prima di iniziare qualsiasi operazione su qualsiasi unità è necessario avere al-meno letto l’intero manuale e le relative appendici e poi approfondito l’argo-mentorelativoalleoperazionichesiintendonoeffettuare.

La Ditta Produttrice dichiara che le informazioni contenute in questo manuale e nelle relative appendici sono congruenti con le specifiche tecniche e di sicu-rezza dell’aerogeneratore cui il manuale si riferisce.

Copia conforme di questo manuale è depositata nel fascicolo tecnico dell’ae-rogeneratore, conservato presso la Ditta Produttrice. La Ditta Produttrice non riconosce alcuna documentazione che non sia stata prodotta, rilasciata o di-stribuita da se stessa o da un suo mandatario autorizzato.

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4.2 descrizione componenti sire-1000

tabella 3. Componenti SIRE-1000

scatole diMensioni (cm) Peso (kg) contenuto QuantitÀ

AEROGENERATORE 35x60x205 33

PALA 3BRACCETTO INFERIORE 3BRACCETTO SUPERIORE 3PIASTRINA ESTERNA SUPERIORE 3PIASTRINA ESTERNA INFERIORE 3WINGLET 6KIT VITERIA E GUARNIZIONI 1MANUALE INSTALLAZIONE 1

ALTERNATORE 35x40x40 35SYG-340-R-1000 -200 1SCHEDA TECNICA SYG-340 1

RESISTENZA DI FRENATURA

50x17x17 3RESISTENZA FAIRFILD 1SCHEDA TECNICA 1

CONTROLLER 26x20x21 3

SL CONTROLLER 1BUSTA TAPPINI PER PRESSACAVO 1MANUALE ISTRUZIONI 1KIT CONNETTORI 1

REGOLATORE DI CARICA

35x22x20 5

REGOLATORE DI CARICA EOLICO 1ALIMENTATORE STABILIZZATO 48/24 Vcc 1MANUALE ISTRUZIONI 1KIT CONNETTORI 1

figura 17. SIRE-1000

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tabella 4. Componenti aerogeneratore

nota componente Quantità immagineA Alternatore 1 Vedi scatola alternatore

B Braccetto superiore 3

C Braccetto inferiore 3

D Pala 3

EPiastrina esterna superiore

3

FPiastrina esterna inferiore

3

G Winglet 6

HGuarnizione raccordo sagomato

6

IGuarnizione piastrina esterna

6

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nota IL BRACCETTO SUPERIORE E LA PIASTRINA ESTERNA SUPERIORE SONO FACILMENTE DISTINGUIBILI DA QUELLI INFERIORI DALLA PRESENZA DEL LOGO ENERGY LIFE INDUSTRY

attenzione COLLEGARE I COMPONENTI RISPETTANDO LE COPPIE DI SERRAGGIO INDICATE IN taBella 5 - KIT VITERIA E GUARNIZIONI

Posizione tiPoloGia QuantitÀ coPPia di serraGGio (nm)

COLLEGAMENTO PALA/BRACCETTO

VITE TCEI M8X90 12.9 ZINCATA 12 12

RONDELLA DENTELLATA M8 ZINCATA 12

TUBO 10x8 MM 12 -COLLEGAMENTO BRACCETTO/ALTERNATORE

TCEI M8X40 12.9 ZINCATA 24 25RONDELLA M8 ZINCATA 24

COLLEGAMENTO WINGLET/PALA

RIVETTO 12 -

FISSAGGIO PALA/BRACCETTO GUARNIZIONE DI TENUTA INTERNA 6 -FISSAGGIO PALA/PIASTRINA ESTERNA

GUARNIZIONE DI TENUTA ESTERNA 6 -

5. norme generali di sicurezza

5.1 avvertenzeVerificare che sia stata consegnata tutta la documentazione (manuale e relativi allegati), segnalando immediatamente alla Ditta Produttrice l’eventuale man-canza o illeggibilità anche parziale dei documenti.Qualora parte della documentazione fosse anche parzialmente mancante o il-leggibile, consultare la Ditta Produttrice prima di eseguire qualsiasi operazione sull’aerogeneratore.Il personale destinato all’installazione e alla manutenzione dell’aerogenerato-re deve leggere i manuali d’uso e manutenzione, prestando particolare atten-

tabella 5. Kit viteria e guarnizioni

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zione alle norme generali di sicurezza e alle modalità di esecuzione contenute nelle sezioni relative alle operazioni di propria competenza.Nelle prossime sezioni vengono descritte le norme generali di sicurezza da os-servarsi durante qualsiasi operazione eseguita con l’aerogeneratore.Le procedure di intervento, descritte nei capitoli successivi, devono essere ese-guite rispettando sia le modalità di esecuzione indicate, sia le norme di sicu-rezza generali.Le norme di sicurezza e le procedure di installazione e manutenzione contenu-te nel presente manuale sono un complemento alle norme generali di sicurez-za sul lavoro vigenti che devono comunque essere rispettate.Settoriindustrialionazionidifferentipossonoaverediversenormativerelati-ve alla sicurezza.Si precisa pertanto che in tutti i casi in cui le norme dei manuali fossero in con-flitto oppure riduttive rispetto alle norme del settore industriale o della nazio-ne in cui l’aerogeneratore viene utilizzato, le norme del settore industriale o della nazione avranno comunque valore prioritario su quelle dei manuali.La non osservanza delle norme e delle modalità di intervento contenute nel manuale determina inoltre l’annullamento dei termini di garanzia.

5.2 GeneralitàNelle prossime sezioni vengono indicate le norme comportamentali che l’ope-ratore deve seguire per una corretta e sicura gestione della macchina, preve-nendo, per quanto possibile, il verificarsi di infortuni sul lavoro.L’installazione, l’esercizio e la manutenzione dell’aerogeneratore devono esse-reeffettuatisolamentedapersonaleautorizzatoeadeguatamenteformato.La formazione serve a garantire che l’installazione, l’esercizio e la manutenzio-ne delle macchine avvengano in modo corretto, in relazione ai rischi a cui si può essere esposti e ad eventuali danni che possono essere causati in maniera diretta o indiretta a se stessi o a terzi.Il personale dovrà adottare tutte le misure di prevenzione e protezione previ-ste in materia di sicurezza sul lavoro.A titolo esemplificativo ma non esaustivo, gli operatori, all’occorrenza, dovran-no indossare adeguati dispositivi di protezione individuale, quali scarpe da la-voro chiuse, copricapo rigidi, guanti da lavoro, guanti isolanti, occhiali protet-tivi, imbracature, ecc.Ad esempio, per sollevare o spostare SIRE-1000 sono necessari la presenza di almeno due operatori dotati di idonei dispositivi di protezione individuali e l’u-tilizzo di attrezzature adeguate.

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6. dati tecnici

Potenza nominale (kW) 1

Peso (kg) 70Diametro medio del rotore (m) 2Altezza del rotore (m) 2Superficie coperta dalle pale (m2) 4Configurazione del rotore ASSE VERTICALE DARRIEUS

PaleResina vinilestere rinforzata con fibra di carbonio e vetro

Gamma di velocità (giri/min) 0-240Tipo di generatore Direct drive PMSG a flusso assialeControllo di orientamento Non necessarioControllo della potenza Monitoraggio della curva di massima potenzaRegolatore di carica Per batterie al piombo 48 VSistema di frenatura Sistema elettronico di frenaturaVelocità di avvio (m/s) 2Velocità di inizio estrazione potenza (m/s) 3Velocità a potenza nominale (m/s) 12Velocità di esclusione (m/s) 16Velocità massima (m/s) 42 (Classe IV IEC 61400-2)

RumorositàInferiore a 54 dB con velocità del vento di 10 m/s (valutazione secondo IEC 61400-11)

figura 18. SIRE-1000. La pala montata

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6.1 definizione layout impiantoNella figura 19 - Layout impianto si riporta una rappresentazione dello sche-ma generale di impianto ad isola della SIRE-1000, i cui componenti sono detta-gliati in tabella 6 - Componenti impianto.

Posizione componente Presente nella fornitura dati tecniciA AEROGENERATORE + ALTERNATORE Sì CFR. SEZIONE 1

B SL CONTROLLER Sì1 CFR. MANUALE CONTROLLER

C RESISTENZA DI FRENATURA Sì1 CFR. DOCUMENTI RESISTENZA

D REGOLATORE DI CARICA EOREG-1200 Sì1 CFR. DOCUMENTI REGOLATORE DI CARICA

E ALIMENTATORE STABILIZZATO 48/24 Vcc Sì1 CFR. DOCUMENTI REGOLATORE DI CARICA

F PACCO BATTERIE 48V NO1 CFR. Layout impiantoG UTENZE VARIE NO -

1Amenodidifferentiaccordicommerciali

tabella 6. Componenti impianto

figura 19. Layout impianto ad isola

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6.2 sopralluogo preliminareSiconsigliadieffettuareunsopralluogopreliminareprimadiprocedereall’in-stallazione dell’aerogeneratore.Esistono appositi moduli da compilare in fase di sopralluogo preliminare per la rac-colta dati di tipo:

• STRUTTURALE,incuisiriportano:- INFORMAZIONI INSTALLAZIONE- DEFINIZIONE POSIZIONE AEROGENERATORE- DEFINIZIONE STRUTTURA DI SUPPORTO- DEFINIZIONE MODALITÀ DI ANCORAGGIO DELLA STRUTTURA DI SUP-

PORTO- DEFINIZIONE STRUTTURA DI SUPPORTO PER SENSORISTICA (ANEMO-

METRO, BANDERUOLA, ECC.)

• ELETTRICO,incuisiriportano:- INFORMAZIONI INSTALLAZIONE- INFORMAZIONI RETE ELETTRICA PREESISTENTE SUL SITO (in caso di im-

pianto on-grid)- DEFINIZIONE IMPIANTO ELETTRICO- DEFINIZIONE SISTEMA ACQUISIZIONE DATI

Tali moduli devono essere redatti da personale tecnico abilitato e una copia firmata deve essere mandata all’Ufficio Tecnico che si occuperà della progetta-zione dell’impianto.Le valutazioni dovranno tener conto di tutti gli aspetti tecnici, autorizzativi e di sicurezza sul lavoro nel rispetto delle normative di riferimento vigenti nel luo-go di installazione.

6.3 regolamentazione localeI codici edilizi e le regolamentazioni sugli impianti potrebbero variare notevol-mente a seconda del luogo di installazione (stato, regione, provincia, comune).Informarsi e adeguarsi alle normative locali vigenti prima di intraprendere ogni attività legata all’installazione.Accertarsi di aver compreso tutti gli obblighi e i requisiti necessari per il corret-to espletamento delle procedure legate all’installazione.Assicurarsi di disporre di tutte le autorizzazioni e i requisiti necessari prima di iniziare l’installazione.

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Atitoloesemplificativomanonesaustivo,potrebbeesserenecessariofareffet-tuare l’installazione da professionisti autorizzati per poter soddisfare i requisiti delle normative applicabili e/o poter accedere agli incentivi previsti.

6.4 Posizionamento aerogeneratoreLa scelta del luogo migliore per l’installazione di una turbina eolica è spesso frutto di un compromesso. Le limitazioni edilizie locali, l’altezza degli edifici circostanti, la lunghezza dei cavi e lo spazio aperto disponibile possono con-dizionare l’installazione dell’aerogeneratore nel luogo ottimale. In fase di so-pralluogo occorre valutare eventuali ostacoli di edifici o alberi anche di altezza inferiore a quella dell’aerogeneratore. Come regola generale si raccomanda di installarel’aerogeneratoreadun’altezzataledaminimizzarel’effettodellatur-bolenza generata a causa degli ostacoli presenti (cfr. figura 20).

Allo stesso tempo occorre considerare che, aumentando l’altezza della torre, aumenta la velocità media del vento e, di conseguenza, l’energia prodotta.La scelta dell’altezza della torre risulta da un compromesso tra costi e benefici.È molto importante la conoscenza della direzione prevalente del vento, indivi-duabile ad es. tramite una precedente campagna anemometrica, l’osservazio-ne della vegetazione circostante, l’acquisizione dei dati messi a disposizione da stazioni meteo vicine, la consultazione di atlanti eolici di dominio pubblico.Occorre infatti prestare una maggiore attenzione ad eventuali ostacoli presen-ti in tale direzione.Per l’installazione su tetto si consiglia di posizionare l’aerogeneratore in modo che l’estremità inferiore delle pale abbia una distanza di almeno 2,5 m al di so-pra del punto più alto dell’edificio stesso.La posizione dell’aerogeneratore deve essere la più vicina possibile al lato dell’edificio esposto al vento prevalente.

figura 20. Zona di turbolenza causata da ostacolo di altezza H

57

Nel caso di tetto piano si consiglia di mantenere una distanza di almeno 3 m dal lato esposto al vento prevalente per un’altezza della torre (altezza alterna-tore) di 4 m dal livello del tetto.In caso di assenza di un vento prevalente o in mancanza di informazioni suffi-cientemente dettagliate al riguardo si consiglia di installare la turbina in una posizione centrale e ad un’altezza adeguata ad evitare la zona di turbolenza generata dall’edificio stesso.Perindividuarelazonaaffettadaturbolenza,comeindicazionegenerale,bastatracciare da ciascun lato dell’edificio una linea inclinata di 40° rispetto all’oriz-zontale (cfr. figura 21).

6.5 definizione struttura di supportoSi consiglia di prevedere come struttura di supporto per la turbina una torre in acciaio, autoportante o strallata a seconda delle esigenze strutturali e degli spazi a disposizione.

figura 21. Installazione su tetto: zona di turbolenza

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L’altezza minima di ogni parte rotante dell’aerogeneratore dal piano di calpe-stio deve essere di almeno 2,5 metri o comunque rispettare le specifiche della norma EN ISO 13857 e s.m.i.In ogni caso, la struttura deve essere progettata per resistere alle seguenti azio-ni esterne:• spintaorizzontalemassima(dovutaall’azionedelventosullepale):3.500N

applicati alla sommità della torre;• momento torcentemassimo (dovutoall’azionedelvento sullepale):350

Nm applicati alla sommità della torre;• spintaverticale(dovutaalpesodellamacchina):750Napplicatiallasommi-

tà della torre;• spintaorizzontaledistribuita(dovutaall’azionedelventosullatorre):dava-

lutare caso per caso;• spintaverticale(dovutaalpesopropriodelpalo):davalutarecasopercaso.

Si raccomanda di verificare che l’azione sismica non determini sollecitazioni più gravose delle forze elencate e in caso negativo di tenerle in considerazione nella progettazione della struttura.Nonostante l’aerogeneratore venga equilibrato, rimane pur sempre un siste-ma dinamico che potrebbe indurre vibrazioni e problemi di amplificazione di-namica nelle strutture.Compatibilmente con le altre analisi, Energy Life Industry consiglia di progetta-re meccaniche di sostegno con frequenza propria compresa tra 3.75 Hz e 4.50 Hz.Nel caso di montaggio a terra deve essere prevista una fondazione, che sarà superficiale o profonda a seconda delle caratteristiche meccaniche e di por-tanza del terreno (da valutarsi caso per caso).Nel caso di montaggio su edificio la torre può essere ancorata direttamente alla sua struttura portante, ad es. alle travi di copertura per installazione su tet-to piano, o alla muratura portante nel caso di tetto a falda.In questo caso occorre assolutamente verificare la portanza della struttura esi-stente, ed in particolare la sua capacità di sopportare i carichi trasmessi dall’ae-rogeneratore durante il suo funzionamento.Occorre tener conto della struttura e delle modalità di ancoraggio per la valu-tazione del comportamento dinamico e quindi del calcolo della frequenza na-turale.Si consiglia di progettare una struttura di supporto abbattibile o comunque tale da facilitare le operazioni di montaggio, equilibratura, manutenzione e smontaggio dell’aerogeneratore.

59

Sisottolineacheènecessario,perognisingolocasospecifico,effettuarel’anali-si strutturale dell’intero sistema di supporto (comprendente cioè torre e fonda-zione), in funzione dell’altezza scelta, della ventosità del luogo (vento agente sul palo), dell’eventuale azione sismica e delle caratteristiche del terreno (per montaggi a terra) o della struttura portante (per montaggi su edifici esistenti). 6.6 Posizionamento parte elettrica e definizione lunghezza dei cavi

figura 22. Posizionamento parte elettrica

Posizione componenteA AEROGENERATOREB SL CONTROLLER C RESISTENZA DI FRENATURAD REGOLATORE DI CARICA EOLICOE ALIMENTATORE STABILIZZATO 48/24 VccF PACCO BATTERIE 48V 1G UTENZE VARIE 1

60

Gli elementi elettrici rappresentati in figura 22 racchiusi all’interno del riqua-dro tratteggiato devono essere al riparo da agenti atmosferici.Si consiglia di installarli all’interno di un edificio o di un apposito quadro cer-cando di minimizzare la distanza dalla turbina e dal punto di collegamento alle varie utenze.Occorre tenere in considerazione le problematiche relative allo smaltimento del calore da parte dei componenti elettrici ed evitare il contatto anche acci-dentale di persone con componenti che durante il funzionamento possono raggiungere temperature elevate.Per la definizione dei cablaggi fare riferimento alla tabella 7.

linea descrizione sezione Poli lunGHezzaL1 Trifase alternatore

AC (MAX 330V, MAX15A)MIN: 2,5 mm2 (cavo doppio isolamento EPR)

3 MAX 50 m

L2 Cavo resistenza di frenatura DC (MAX 400V, MAX 12,6 A)

MIN: 2,5mm2 3 (2+PE) MAX 3 m(1)

L3 Cavo regolatore di carica DC (MAX 400V, MAX 13 A)

MIN: 2,5 mm2 2 MAX 2 m

L4 Cavo pacco batterie DC (MAX 56V, MAX 20 A)

MIN: 6 mm2 2 MAX 4 m

L5 Cavo uscita Alimentatore 48/24 Vcc DC (24V, MAX 1 A)

MIN: 1mm2 2 L5 + L6 MAX 5 m

L6 Cavo ingresso Alimentatore 48/24 Vcc DC (48V, MAX 1 A)

MIN: 1mm2 2 L5 + L6 MAX 5 m

L7 Sonda termica Ø 1 mm (cavo schermato) 2 MAX 50 m

Occorre inoltre considerare i seguenti aspetti:• icomponentidevonoessereinstallatisudiunasuperficiesolida;• lasuperficiedimontaggionondeveessereinfiammabile;• lasuperficiedimontaggiodeveessereingradodisostenereilpesodeisin-

goli componenti, riportato nelle schede tecniche dei componenti;• i componentidevonoessereposizionati inmododaessereaccessibili in

ogni momento;• latemperaturaesternadeveesserecompresatra-25°Ce65°C.

(1) Lunghezza massima da considerarsi fino ai terminali di ciascuna resistenza.Il dimensionamento riportato in tabella è indicativo e il progettista dell’impianto deve dimensionare opportunamente i cavi in base alla messa in opera dello stesso. Per lunghezze superiori rispetto alle massime indicate si consiglia di adottare cavi di sezione superiore.

tabella 7. Specifiche cablaggi

61

• il luogodovesonoposizionati icomponentinondeveesserearischiodiesplosione;

• nelluogodovesonoposizionatiicomponentinondeveessercimaterialeinfiammabile.

Il posizionamento dei componenti deve tener conto anche delle seguenti di-stanze minime e massime:• distanzamaxController-Regolatoredicarica(cfr.tabella 7): 2 m;• distanzamaxController-Resistenzadifrenatura(cfr.tabella 7): 3 m;• distanzeminimedarispettareperilControllererelativoingombroin figura 23;• distanzeminimedarispettareperilregolatoredicaricaerelativoingom-

bro, cfr. manuale regolatore di carica;• distanzeminimedarispettareperlaresistenzadifrenaturaesuoingombro

figura 24.

figura 23. Ingombro SL Controller

figura 24. Ingombro resistenza di frenatura

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Per ulteriori dettagli si rimanda ai manuali tecnici dei singoli componenti fa-centi parte della fornitura e al paragrafo 9 del presente manuale (Installazione elettrica).La componentistica accessoria non presente nella fornitura (cfr. tabella 6) deve avere le funzionalità e le specifiche tecniche indicate nel paragrafo 6.1 - Layout impianto. Occorre predisporre un adeguato collegamento di terra dei componenti elettrici.È importante valutare tale aspetto già in fase di sopralluogo in modo da predi-sporre e reperire per tempo i relativi cablaggi.Inoltre, la turbina deve essere messa a terra anche alla base della torre.Il collegamento a terra della torre alla sua base serve per evitare shock elettrici, picchi di tensione e cariche elettrostatiche.Uncollegamentoaterradellatorreeffettuatoinmodoadeguatopotrebbean-che limitare i danni causati da eventuali fulmini, per i quali è comunque neces-sario adottare le opportune precauzioni. I metodi di messa a terra dovranno essere scelti in relazione al sito di installazione e in conformità alle direttive del paese dove verrà montato l’aerogeneratore.Per avere informazioni più dettagliate, consultare la Direttiva IEC 60364-5-54 “Scelta e installazione di dispositivi elettrici - messa a terra, conduttori di pro-tezione e conduttori protettivi di collegamento” e ogni altra normativa e rego-lamentazione elettrica applicabile nella nazione in cui l’aerogeneratore verrà installato.È opportuno prevedere degli scaricatori di sovratensioni causate da fulmini.Un adeguato sistema di protezione contro i fulmini viene scelto in base a para-metri quali altezza della torre, densità di fulminazione, topografia del luogo di installazione, numero annuale consentito di eventi critici.Per informazioni più dettagliate, consultare la norma IEC 62305 “Protezione contro i fulmini” e ogni altra normativa e regolamentazione elettrica applicabi-le nella nazione in cui l’aerogeneratore verrà installato.

7. installazione dell’aerogeneratore

7.1 MovimentazioneControllare al ricevimento l’integrità di tutta la fornitura.Se si dovessero riscontrare danni, mancanze, deformazioni o traccia di urti do-vuti al trasporto, il ricevente dovrà darne comunicazione alla Ditta Produttrice prima di procedere alle operazioni successive.

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Lo spostamento delle scatole e dei loro componenti deve essere eseguito solo da personale autorizzato. Selospostamentoèeffettuatodapiùpersone,occorreassicurarsichenessunotransiti o sosti in una zona che non sia ben visibile all’addetto alle operazioni di spostamento.

7.2 norme di sicurezzaDurante le operazioni di movimentazione dell’aerogeneratore, nessuna perso-na che non sia addetta alle operazioni in corso deve sostare o transitare nella zona di lavoro.Nel caso in cui l’aerogeneratore o una sua parte debbano essere sollevati da terra, è necessario delimitare e segnalare l’area interessata ad es. mediante transenne, barriere, cavalletti, cordoli, nastro segnaletico, ecc. ed apporvi car-telli che segnalino il pericolo di carichi sospesi.Tutto il personale addetto alla movimentazione deve indossare i dispositivi di protezione individuale previsti dalla normativa vigente (a titolo esemplificati-vo ma non esaustivo: guanti, giubbotto ad alta visibilità, elmetto, scarpe antin-fortunistiche, ecc.).Durante il sollevamento gli addetti alle operazioni devono restare a distanza di sicurezza e in nessun caso devono trovarsi sotto l’unità sollevata.Per correggere qualsiasi difetto di imbragatura o di bilanciamento, o per qual-siasi operazione che richieda anche solo l’avvicinamento di una persona al ca-rico, occorre deporre a terra il carico e ripetere correttamente le operazioni di imbragatura e sollevamento.La movimentazione di eventuali parti componenti l’aerogeneratore deve esse-re eseguita con l’assistenza di personale a terra, il quale:• deveoperareinunazonafacilmentevisibilealmanovratoredelmezzodi

sollevamento durante tutte le operazioni di movimentazione;• deveaveresoltantofunzionedisegnalazionealmanovratore;• deverestareadistanzadisicurezzadallazonadimovimentazione;• nondeve, innessuncaso, interveniremanualmentesualcunoggettoso-

speso per guidarlo od orientarlo in alcun modo.

Prima di iniziare le operazioni di movimentazione, occorre liberare l’area inte-ressata da tutti gli oggetti estranei e pulire bene la superficie in modo tale che acqua, unto od altro non la rendano scivolosa od insicura.Occorre preventivamente verificare le misure in altezza dell’organo di solleva-mento che si intende utilizzare e appurare che abbia spazio sufficiente ai mo-

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vimenti necessari considerando la lunghezza delle funi, l’altezza dell’unità da sollevare e la posizione in cui la stessa deve essere collocata.Controllare in particolare che non vi siano linee elettriche in tensione che pos-sano interferire con la movimentazione.

7.3 componentiIn figura 25 si riporta lo schema costitutivo della SIRE-1000, i cui componenti sono descritti in tabella 8.

tabella 8. Componenti SIRE-1000

nota coMPonente QuantitÀA Alternatore 1B Braccetto superiore 3C Braccetto inferiore 3D Pala 3E Piastrina esterna superiore 3F Piastrina esterna inferiore 3G Winglet 6H Guarnizione raccordo sagomato 6I Guarnizione piastrina esterna 6

figura 25. Componenti SIRE-1000

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7.4 strumentazione necessaria per l’installazionePrima di procedere all’installazione, si raccomanda di verificare che tutti i com-ponenti, gli accessori, i dispositivi e gli utensili necessari siano disponibili nel luogo di installazione.La bulloneria necessaria al montaggio dell’aerogeneratore è inclusa nell’imbal-laggio consegnato da Energy Life Industry S.p.A. (cfr. tabella 6 - Componenti impianto, paragrafo 6.1 per ulteriori dettagli).Di seguito si riporta, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, la dotazione mi-nimaperpotereffettuarel’installazionemeccanicadell’aerogeneratore.

Set di chiavi fisse

Chiave dinamometrica (idonea a coppie di serraggio 4-25 Nm)

Set di chiavi a brugola

RivettatriceLoctite 243® o equivalenteSet cacciavitiSilicone sigillanteVernice protettiva spray per metalliSilicone sprayFascette di plasticaForbici

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8. installazione rotoreL’installazione del rotore prevede i seguenti passaggi:1. installazione alternatore su palo;2. montaggio braccetti superiori e inferiori su alternatore;3. montaggio pale su braccetti superiori e inferiori;4. montaggio winglet.

8.1 installazione alternatore su paloL’alternatore presenta n. 5 cavi: 3 cavi di potenza (di colore giallo, blu e rosso) e 2 di segnale (di colore viola e azzurro).Le modalità di ancoraggio dell’alternatore sul palo dipendono dal progetto del palo stesso e quindi variano in funzione del singolo caso di installazione.In ogni caso occorre:1. inserire i cavi di collegamento L1 e L7 (cfr. tabella 7 - Specifiche cablaggi)

all’interno del palo di supporto in cui si innesta l’albero dell’alternatore;2. connettere le tre fasi dell’alternatore al cavo L1, utilizzando gli appositi con-

nettori (cfr. figura 26);3. connettere i cavi della sonda termica al cavo L7, utilizzando gli appositi con-

nettori (cfr. figura 27);4. Montare l’alternatore sul palo.

Morsetto volante unipolare

A - Cavo alternatore L1 - Cavo di collegamento

Collegare insieme cavo alternatore e cavo

di collegamento L1

Inserire i cavi nel morsetto e serrare la vite

figura 26. Connessione cavi fasi

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- Cavi di segnale alternatore T (rosso e blu) - Cavi di collegamento L7 (bianco e marrone) - Connettori

Inserire i cavi nei connettori e serrare le viti

Collegare i connettori

Si consiglia di adottare degli accorgimenti tali da evitare che il peso proprio del cavo gravi completamente sulle tre fasi dell’alternatore.A titolo esemplificativo ma non esaustivo, per fissare i cavi al palo di suppor-to al di sotto della connessione possono essere utilizzate opportune fascette.Una volta sistemato l’alternatore sul palo (cfr. figure 28-30) occorre protegge-re dall’ossidazione la parte di albero rimasta esternamente al palo stesso con apposita vernice spray o con del silicone spray.

figura 27. Connessione cavi segnale

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8.2 Montaggio braccetti/alternatorePrendere il kit viteria collegamento braccetto/alternatore (n. 24 viti M8x40 e re-lative rondelle M8, cfr. tabella 5).

figura 31. Viti M8x40 con rondelle

Prendere i 3 braccetti superiori (cfr. figura 32).

attenzione I BRACCETTI SUPERIORI SI DISTINGUONO DA QUELLI INFERIORI GRAZIE AL SIMBOLO ENERGY LIFE INDUSTRY POSTO SU UNA DELLE ESTREMITÀ DEL BRACCETTO

figura 28.

Connessione fasi alternatore a cavo L1

figura 29.

Montaggio alternatore su palo

figura 30.

Fissaggio alternatore

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Posizionare il braccetto sul piano superiore dell’alternatore ed utilizzare n. 4 viti TCEI M8x40 con rondelle M8 (cfr. tabella 5) e loctite 243® (cfr. figure 33-34).Il serraggio delle viti deve essere fatto applicando, mediante chiave dinamo-metrica, una coppia di 25 Nm.

attenzione DURANTE IL MONTAGGIO DELLE VITI USARE FRENAFILETTO E ATTENERSI ALLE COPPIE DI SERRAGGIO INDICATE NEL PRESENTE MANUALE

figura 32. Braccetto superiore con simbolo Energy Life Industry

figura 33.

Montaggio braccetto su alternatore

figura 34.

Uso frenafiletto

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Ripetere la procedura anche per i tre braccetti inferiori.Nel caso si abbia accesso alle tre fasi dell’alternatore si consiglia di metterle in corto circuito durante le operazioni di montaggio dei braccetti e delle pale in modo da evitare brusche rotazioni del rotore stesso e facilitare le operazioni.

nota EFFETTUARE IL SERRAGGIO DELLE VITI A BRACCETTO VERTICALE CON L’ESTREMITÀ DEL BRACCETTO CHE PUNTA VERSO TERRA (CFR. fiGura 33)

attenzioneTENERE BLOCCATO L’ALTERNATORE PER EVITARE ROTAZIONI IMPROVVISE DURANTE IL FISSAGGIO DEI BRACCETTI

8.3 Montaggio pala/braccettiPrendere il kit viteria collegamento pala/braccetto (n. 12 viti M8x90 con relati-ve rondelle M8 e n. 12 tubi 10x8 mm, cfr. tabella 5 e figura 35) e i kit guarni-zioni fissaggio pala/braccetto (n. 6 guarnizioni di tenuta interna, cfr. tabella 5 e figura 36) e fissaggio pala/piastrina esterna (n. 6 guarnizioni di tenuta ester-na, cfr. tabella 5 e figura 36).

figura 35. Viti TCEI M8X90

con rondelle e tubo 10x8

figura 36. Guarnizioni

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Dare una punta di silicone sul bordo del raccordo sagomato del braccetto ed appoggiare la guarnizione di tenuta (cfr. figura 37).Fare la stessa cosa per le piastrine esterne prima di apporre la relativa guarni-zione di tenuta.

figura 37. Fissaggio guarnizione su braccetto

Prendere n. 2 viti M8x90 con relative rondelle e montarle sulla piastrina esterna superiore. Prendere n. 2 tubi 10x8 e inserirli sulle viti M8x90 come indicato in figura 38. Ripetere la procedura per tutte le piastrine esterne.

figura 38. Montaggio tubi 10x8 su viti M8x90

Avvicinare la pala ai braccetti stando attenti che il verso di montaggio della pala sia corretto. Appoggiare le piastrine esterne sulla pala inserendo le viti (con frenafiletto) con i tubi nei fori corrispondenti, stando attenti ad accoppia-re la piastrina esterna con simbolo Energy Life Industry (cfr. figura 39) al brac-cetto con simbolo Energy Life Industry (cfr. figura 32).

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Effettuarel’operazioneinduepersonecercandodimantenerelapalainposi-zione orizzontale (cfr. figura 40).

attenzione TENERE BLOCCATO L’ALTERNATORE DURANTE IL FISSAGGIO DELLE PALE PER EVITARE ROTAZIONI IMPROVVISE

Il serraggio delle viti deve essere fatto applicando, mediante chiave dinamo-metrica, una coppia di 12 Nm (cfr. figura 41).

attenzione DURANTE IL MONTAGGIO DELLE VITI USARE FRENAFILETTO E ATTENERSI ALLE COPPIE DI SERRAGGIO INDICATE NEL PRESENTE MANUALE

attenzione LE PIASTRINE SUPERIORI SI RICONOSCONO DAL LOGO ENERGY LIFE INDUSTRY

figura 39. Piastrina esterna superiore

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figura 40. Montaggio pala su braccetti

figura 41. Serraggio mediante chiave dinamometrica

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8.4 Montaggio wingletPrendere il kit viteria collegamento winglet/pala (n. 12 rivetti, cfr. tabella 5).

figura 42. Rivetti per collegamento winglet/pala

Mettere del silicone sul bordo esterno della pala, applicando un sottile strato per tutta la lunghezza della corda (cfr. figura 43).Posizionare i winglet facendo attenzione che la parte più sporgente sia rivolta verso l’alternatore, inserire i rivetti nei fori e tirarli mediante la rivettatrice (cfr. figura 44).

figura 44. Montaggio winglet

figura 43.

Applicazione silicone

su bordo esterno pala

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8.5 equilibratura rotorePrima di rendere l’aerogeneratore operativo è necessario procedere ad una ve-rifica dell’equilibratura del rotore.Obiettivo: posizionare le pale in almeno tre posizioni distinte e verificare che in queste configurazioni non ci sia movimento spontaneo delle pale.Se non si rileva alcun movimento l’operazione di equilibratura non risulta ne-cessaria.Nel caso invece si rendesse necessaria un’equilibratura, Energy Life Industry consiglia di utilizzare i contrappesi di equilibratura autoadesivi per motocicli Hofmann 715-5 (barrette a segmenti in piombo (da 5 g e 2,5 g) o similari.In tal caso procedere nel seguente modo.

1. Apporre un’etichetta su ciascuna pala denominando le pale da A a C par-tendo da quella che si posiziona naturalmente più in basso (cfr. figura 45).

2. Aggiungere 5 g sulla pala B attaccandoli provvisoriamente con del nastro adesivo in corrispondenza dell’attacco tra pala e braccetto.

3. Posizionare le pale A e B alla stessa quota verticale (pala C in alto) e verifica-re che nessuna delle due tenda a muoversi verso il basso.

4. Se si muove verso il basso la pala A ripetere le operazioni dal punto 2; se si muove verso il basso la pala B rimuovere il peso aggiunto e passare al pun-to 5; se le due pale rimangono in equilibrio passare al punto 5.

5. Aggiungere 5 g sulla parte centrale della pala C attaccandoli provvisoriamente con del nastro adesivo in corrispondenza dell’attacco tra pala e braccetto.

6. Posizionare le pale A e C alla stessa quota verticale (pala B in alto) e verifica-re che nessuna delle due tenda a muoversi verso il basso.

7. Se si muove verso il basso la pala A ripetere le operazioni dal punto 2; se si muove verso il basso la pala C rimuovere il peso aggiunto e passare al pun-to 8; se le due pale rimangono in equilibrio passare al punto 8.

8. Per ciascuna pala fissare in maniera definitiva i pesi di equilibratura indi-viduati posizionandoli negli appositi bassifondi presenti nel braccetto. Per fare questo occorre rimuovere temporaneamente ciascuna pala e posizio-nare metà dei pesi di equilibratura nei bassifondi del braccetto superiore e metà in quelli del braccetto inferiore (cfr. figura 46 dove è indicato il massi-mo peso allocabile per ogni bassofondo). Per fissare i pesi sfruttare la parte autoadesiva del peso stesso. Fissare nuovamente le pale rispettando le in-dicazioni di montaggio e di coppia di serraggio precedentemente descritte.

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9. Ripetere i controlli dai punti 2 e 8 aggiungendo eventualmente pesi da 2,5 g alternativamente nei winglet superiori e inferiori di ciascuna pala.

10. Sigillare con un sottile velo di silicone i pesi aggiunti.

Gli eventuali pesi di equilibratura aggiuntivi (punto 9) dovranno essere posi-zionati sotto il winglet, sulla superficie della pala rivolta verso l’alternatore, a circa 7 cm dal bordo di attacco della pala (cfr. figura 47).Fissare in tale modo anche gli eventuali pesi di normale equilibratura (punti 1-7) che non possano essere allocati all’interno degli idonei bassifondi.

figura 47. Posizionamento pesi equilibratura sotto winglet

figura 45. Equilibratura: posizionamento

iniziale pale

figura 46. Massima quantità di pesi allocabile

in ogni bassofondo

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9. installazione elettrica

9.1 Prima dell’installazioneIn figura 48 si riporta il layout dell’impianto, con il posizionamento della rela-tiva parte elettrica.

Posizione componenteA AEROGENERATORE + ALTERNATOREB SL CONTROLLERC RESISTENZA DI FRENATURAD REGOLATORE DI CARICA EOREG-1200E ALIMENTATORE STABILIZZATO 48/24 VccF PACCO BATTERIE 48VG UTENZE VARIE

figura 48. Posizionamento parte elettrica

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Perpotereeffettuareun’installazioneinsicurezzadellepartielettricheassicu-rarsi che le fasi dell’alternatore siano in corto circuito, in questo modo l’aeroge-neratore risulta frenato (ha la possibilità di ruotare, ma solo a basse velocità di rotazione e quindi risulta in sicurezza anche in presenza di vento).Primadieffettuarel’installazioneelettricaoccorreaverdefinitoladisposizionespaziale dei singoli componenti e reperito il materiale non facente parte della fornitura.

9.2 Montaggio meccanico

9.2.1 Montaggio sl-controllerIl montaggio a parete del SL-Controller deve essere eseguito utilizzando i punti di ancoraggio posti sulla piastra posteriore.Eseguire sulla parete di fissaggio quattro fori di interasse 150x203 mm (cfr. fi-gura 49). Il diametro dei fori dovrà essere scelto in base ai tasselli utilizzati. Si consiglia di utilizzare tasselli per viti ø 4,5x40.

figura 49. Interasse dei fori di montaggio SL Controller

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Inserire le viti dei due tasselli superiori senza portarle a battuta (circa 3 mm) e agganciarelastaffa.AppoggiareilSL-Controllerconlarelativastaffasullaparetedifissaggioconipressacavi rivolti verso il basso (cfr. figura 50 - Montaggio a parete SL-Control-ler).Inserire le viti nei tasselli inferiori e portare tutte le viti fino a battuta.

9.2.2 Montaggio della resistenza di frenaturaIlmontaggiodellaresistenzadifrenaturaaparetedeveessereeffettuatoutiliz-zando i punti di ancoraggio riportati in figura 51. Il diametro dei fori da realiz-zare a parete dipende dal tipo di tasselli che si scelgono. Si consiglia di utilizza-re tasselli per viti ø 4,5x40 con rondelle.

figura 50. Montaggio a parete SL-Controller - inserimento tasselli

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figura 51. Montaggio resistenza di frenatura

attenzione LA RESISTENZA DI FRENATURA DURANTE IL FUNZIONAMENTO PUÒ RAGGIUNGERE TEMPERATURE ELEVATE CHE POTREBBERO COMPORTARE IL RISCHIO DI USTIONI PER IL PERSONALE

attenzione MONTARE LA RESISTENZA DI FRENATURA FACENDO ATTENZIONE CHE L’INGRESSO (PARTE INFERIORE) E L’USCITA (PARTE SUPERIORE) DELL’ARIA NON SIANO OSTRUITI DA OSTACOLI (DISTANZA MINIMA DA OSTACOLI 20 CM)

9.2.3 Montaggio alimentatore 48V/24VMontare l’alimentatore su barra DIN rispettando le distanze dal pacco batterie e Controller, come indicato a pagina 61.

9.2.4 Montaggio del regolatore di caricaIl montaggio a parete del regolatore di carica deve essere eseguito utilizzando i punti di ancoraggio posti sulla piastra posteriore.Eseguire sulla parete di fissaggio quattro fori di interasse 293x99 mm. Il diame-tro dei fori dovrà essere scelto in base ai tasselli utilizzati. Si consiglia di utiliz-zare tasselli per viti M4.

9.3 collegamenti elettrici

9.3.1 collegamento elettrico del sl-controllerPer il collegamento elettrico aprire il coperchio del SL-Controller rimuovendo le quattro viti presenti ai suoi vertici.

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Come si nota in figura 52, sulla parte bassa del SL-Controller, sono presenti tre pressacavi:1. il pressacavo a sinistra per il cavo dell’alternatore;2. il pressacavo al centro per i cavi del regolatore di carica, della resistenza di

frenatura e di alimentazione;3. il pressacavo a destra per i cavi di segnale (anemometro, termocoppia).

9.3.2 collegamenti di potenzaIn figura 53 si riporta lo schema delle connessioni dell’impianto per collegare SL-Controller.• Passareicavineirispettivipressacaviecollegarel’alimentazione(cfr.para-

grafo 9.3.5 Collegamento elettrico alimentatore stabilizzato 48/24 Vcc) agli appositi morsetti dell’alimentatore 41 e 40 (cfr. figura 55), dopo aver scolle-gato i cavi dell’alimentatore a 24V (cfr. figura 54);

• collegareifilidell’alternatoreaimorsettiL1,L2,L3;• collegareifilidelregolatoredicaricaaimorsettiDC+DC-(cfr.figura 56);• cortocircuitareimorsettiS1,S2,S3;èpossibilecollegareun’eventualeresi-

stenza di corto circuito;

figura 52. Pressacavi sul fondo del SL-Controller

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• collegareifilidellaresistenzadifrenaturaaimorsettiB1eB2;• sullaparteinferioresinistrac’èilmorsettodovecollegareifilidiPE;• primadistringereipressacaviprovvedereadinseriregliapposititappiniin

dotazione negli eventuali buchi rimasti.

figura 53. Schema funzionale di installazione del SL-Controller

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figura 56. Collegamenti di potenza

figura 54. Scollegamento cavi alimentazione 24V figura 55. Collegamento cavi

da alimentatore stabilizzato 48/24 Vcc

Posizione collegamento A Alternatore B Regolatore di carica C Resistenza di cortocircuito D Resistenza di frenatura E PE

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nota PER UN CABLAGGIO A REGOLA D’ARTE SI PREVEDA DI MONTARE I CAPICORDA. PER IL FILO DI TERRA SI USI UN CAPOCORDA AD OCCHIELLO CON DIAMETRO VITE M6

9.3.3 collegamento della sonda termicaNel SL-Controller sono presenti due morsettiere per il collegamento dei cavi di segnale come mostrato in figura 57.Eseguire il cablaggio della sonda termica (cfr. anche paragrafo 8.1 Installazione alternatore su palo) e dell’eventuale anemometro (fornitura opzionale da par-te di Energy Life Industry S.p.A.; per collegare altri tipi di anemometro contat-tare Energy Life Industry S.p.A.), facendo riferimento alla tabella 7 passando i rispettivi cavi dall’apposito pressacavi (cfr. figura 52).

28 aSonda di temperatura KTY

29 b30 +

Anemometro lettura direzione31 c32 -33 a

Anemometro lettura velocità34 b

tabella 9. Riferimenti delle morsettiere di segnale

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9.3.4 collegamento elettrico della resistenza di frenaturaIlcollegamentodellaresistenzadifrenaturadeveessereeffettuatotramitelamorsettiera presente nella parte laterale (cfr. figura 58). Per accedere alla mor-settiera, occorre rimuovere la copertura metallica. Utilizzare il pressacavo pre-sente sulla copertura metallica per fissare i cavi.

figura 57. Morsettiere per i segnali

figura 58. Collegamento resistenza di frenatura

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9.3.5 collegamento elettrico alimentatore stabilizzato 48/24 VccEffettuareilcollegamentoelettricodell’alimentatorestabilizzato48/24Vcc(cfr.pag. 61, 80); il componente deve essere alimentato dal pacco batterie a 48 V, mentre i cavi dell’uscita a 24 V devono essere collegati al SL-Controller.

9.3.6 collegamento elettrico del regolatore di caricaIl regolatore di carica deve essere collegato al Controller e al pacco batterie (cfr. figura 60).Per i collegamenti fare riferimento a figura 22.

Posizione collegamento A Collegamento a 24 V verso SL-Controller (cfr. figura 22) B Collegamento a 48 V da pacco batterie (cfr. figura 22)

figura 59. Collegamento alimentatore stabilizzato 48/24 Vcc

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Posizione collegamento A Collegamento a SL-Controller (cfr. figura 22) B Collegamento al pacco batterie (cfr. figura 22)

C Collegamento di messa a terra

9.4 Messa in servizioPrima della messa in servizio dell’impianto occorre verificare che le operazioni descritte nei capitoli precedenti siano state eseguite correttamente.Si raccomanda di non eseguire queste operazioni in una giornata con vento particolarmente forte.Una volta verificate le precedenti condizioni, il sistema è quasi pronto per es-sere messo in funzione.Tuttavia, prima di procedere al sollevamento del palo e della turbina, è neces-sario assicurarsi della correttezza dei collegamenti elettrici.1. Controllo del corretto funzionamento dei sistemi di sicurezza per il blocco

della turbina.1.1. Assicurarsi che il pulsante “TURBINE STOP” del Controller (cfr. para-

grafo 12, Disattivazione) sia inserito;

figura 60. Collegamento elettrico del regolatore di carica

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1.2. in queste condizioni la turbina deve risultare bloccata. Control-lare che non ci siano altre persone nei pressi del rotore, quindi mettere manualmente in rotazione le pale, spingendole delicata-mente, e verificare che il rotore offra una notevole resistenza alla rotazione.

2. Controllo del corretto funzionamento dei sistemi di sicurezza per lo sbloc-co della turbina:2.1. porsi nelle condizioni finali del punto 1;2.2. assicurarsi che ci sia un operatore davanti all’SL-Controller per pre-

mere il pulsante “TURBINE STOP” in caso di necessità. Tale operatore deve essere messo in condizione di ricevere e comprendere inequi-vocabilmente in tempo reale le istruzioni impartitegli dal responsa-bile delle operazioni di messa in servizio (ad esempio mediante l’au-silio di cellulari, ricetrasmittenti, ecc.);

2.3. disinserire il pulsante “TURBINE STOP”;2.4. verificare che il rotore sia libero di ruotare, ovvero spingere con deli-

catezza le pale e controllare che la rotazione non trovi resistenze.

3. Controllo dell’arresto della turbina:3.1. Porsi nelle condizioni finali del punto 2;3.2. se le pale non fossero in rotazione, spingerle con delicatezza per

metterle in movimento;3.3. premere il pulsante “TURBINE STOP” e verificare che il rotore si arresti;3.4. terminare la prova riportando il sistema nelle condizioni finali del

punto 2 e verificare che la turbina sia libera di ruotare.

Una volta controllate le connessioni elettriche, si può passare al sollevamento della struttura di supporto.Questaoperazioneèdifferenteasecondadicomeèstatorealizzatoilpalodisostegno, ma risulta in tutti i casi di fondamentale importanza che l’operazione siaeffettuatasecondoleseguentiindicazioni.1. Il sollevamento dell’aerogeneratore deve essere eseguito da un operatore

qualificato.2. La turbina deve trovarsi nella condizione di arresto di emergenza (pulsante

“TURBINE STOP” innescato, cfr. paragrafo 12, Disattivazione).3. Nell’area di sollevamento e in prossimità della stessa non devono transitare

o sostare persone estranee alle operazioni di installazione.

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Ora SIRE-1000 è correttamente installata!Per mettere l’aerogeneratore in funzione disinserire il pulsante “TURBINE STOP”.In queste condizioni, in presenza di vento la turbina inizierà a ruotare.Quando il vento raggiunge circa 3 m/s di velocità, il regolatore di carica si attiva ed inizia a caricare le batterie.

10. funzionamentoLa turbina riesce a controllare e regolare le sue prestazioni per garantire un fun-zionamento sicuro e ricavare la massima energia anche in caso di basse ventosità.SIRE-1000 entra in rotazione con venti molto bassi e inizia a caricare il pacco batterie a partire da una velocità del vento di circa 3 m/s, con le pale che ruo-tano a circa 60 RPM.All’aumentare della velocità del vento, cresce anche la velocità di rotazione delle pale fino ad arrivare alla velocità nominale per una velocità del vento di circa 12 m/s.Quando la velocità del vento sale sopra questo valore, per motivi di sicurezza agiscono le resistenze di frenatura e la velocità di rotazione della turbina rima-ne limitata, mentre il regolatore di carica continua a caricare il pacco batterie.In condizioni di ventosità elevata, l’aerogeneratore viene gradualmente bloc-cato e riprende il suo funzionamento dopo pochi minuti.Nel caso venga rilevata un’anomalia sull’alternatore o sulla sonda termica, la turbina si arresterà automaticamente.Per maggiori dettagli sugli stati di funzionamento, si rimanda ai manuali del re-golatore di carica e del SL-Controller.

11. ManutenzioneSIRE-1000 è stata progettata per operare in un ambiente di classe IV secondo la IEC 61400-2, che corrisponde ad una velocità del vento media annuale pari a 6 m/s.Per garantire il corretto funzionamento della turbina, occorre eseguire dei con-trolli periodici dell’intero sistema (manutenzione ordinaria) e, in caso di ano-maliee/omalfunzionamenti,effettuareattivitàdimanutenzionestraordinarievolte al ripristino funzionale dell’impianto.Ogni intervento di manutenzione dovrà essere documentato mediante un ap-posito report di esecuzione attività e riportato nel registro interventi dell’im-pianto.

90

Qualsiasi tipo di intervento deve essere eseguito esclusivamente da personale autorizzato sotto il coordinamento e la responsabilità di un preposto ai lavori designato.Ogni intervento di manutenzione deve essere svolto in accordo alle norme di sicurezza indicate nel presente manuale (cfr. paragrafo 5 Norme generali di si-curezza, pag. 51) e nel rispetto delle normative tecniche e delle disposizioni in materia di sicurezza sul lavoro vigenti.

11.1 Manutenzione ordinariaLe attività di Manutenzione Ordinaria sono volte a realizzare un controllo preventivo dell’impianto mediante l’esecuzione, ad intervalli predeterminati o in accordo a criteri prescritti, di operazioni programmate o programmabi-li atte a:• valutarelecondizionidiefficienzaediintegritàdell’impianto;• ridurreleprobabilitàdiguastoomalfunzionamentideicomponenti;• ridurrel’eventualedegradodelleprestazionidell’impianto.

Qualsiasi tipo di intervento deve essere eseguito esclusivamente da personale autorizzato sotto il coordinamento e la responsabilità di un preposto ai lavori designato.Ogni intervento di manutenzione deve essere svolto in accordo alle norme di sicurezza indicate nel presente manuale (cfr. paragrafo 5 Norme generali di si-curezza) e nel rispetto delle normative tecniche e delle disposizioni in materia di sicurezza sul lavoro vigenti.

Durante le attività di manutenzione ordinaria, devono essere perlomeno veri-ficati:• integritàdellastrutturadisostegnodell’aerogeneratoreedellecomponen-

ti accessorie (es. sistema di accesso);• integritàdell’aerogeneratoreconeventualesegnalazionedellapresenzadi

rotture o scheggiature in particolare su:- bordi di attacco e di uscita delle pale;- superficie attorno ai punti di contatto tra le pale e i braccetti;- superficie attorno ai punti di contatto tra i braccetti e l’alternatore;

• correttoposizionamentoedeventuale ripristinodelleguarnizioninell’at-tacco pala-braccetto, con riferimento a:- accoppiamento piastrina/pala;- accoppiamento raccordo sagomato/pala;

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• correttoposizionamentoedeventualeripristinodeisistemidismorzamen-to delle vibrazioni;

• integrità,statodiossidazioneefunzionalitàdellaviteriaconeventualeso-stituzione delle parti danneggiate e/o ripristino delle condizioni di serrag-gio nominali;

• integritàefunzionalitàcomponentielettriciecaviconeventualeriparazio-ne/sostituzione delle parti danneggiate o malfunzionanti;

• correttofunzionamentodeisistemidiarrestodellaturbina(cfr.paragrafo9.4 Messa in servizio);

• integritàefunzionalitàdeglieventualisistemidiacquisizionedati(anemo-metri, banderuola, datalogger, ecc.), con eventuale riparazione/sostituzio-ne delle parti danneggiate o malfunzionanti;

• integritàdell’equilibraturaconl’eventualeripristinodellecondizionidinor-male funzionamento (cfr. paragrafo 8.5 Equilibratura rotore);

• integritàdell’attritodeicuscinettiedellorogiocoradialeconeventualeri-parazione/sostituzione delle parti danneggiate o malfunzionanti.

Per controllare l’integrità dell’attrito dei cuscinetti, al termine dell’operazione di controllo dell’equilibratura, occorre:• aggiungere20gsuunadelletrepale;• posizionarelapalaallastessaquotadell’alternatoreeverificareilsuomovi-

mento verso il basso.

Per controllare il gioco radiale dei cuscinetti, occorre:• metterelaturbinanellecondizionidiequilibratura(asserotazioneturbina

orizzontale);• posizionarelepaledellaturbinacomeinfigura 45;• afferrareibraccettisuperioridellepaleposizionatepiùinbassoespingereverifi-

cando che non ci siano eccessive rotazioni indotte dal gioco dei cuscinetti stessi.

Al termine di ogni intervento deve essere:• redattounappositoreportdiesecuzioneattivitàeventualmentecorreda-

to da tutta la documentazione di supporto che dovesse ritenersi necessaria (foto, schemi, procedure, …);

• aggiornatoilregistrointerventidell’impianto.

Si consiglia di predisporre un piano di manutenzione ordinaria, da svolgersi nel-le modalità su espresse, che preveda almeno n. 2 ispezioni all’anno dell’impianto.

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Nel caso in cui, durante le ispezioni vengano riscontrate delle anomalie e/o malfunzionamenti in uno o più dei punti sopra indicati, occorrerà procede-re con attività di manutenzione straordinarie, volte al ripristino funzionale dell’impianto.

attenzione LE PALE SONO UNO DEI PUNTI PIÙ CRITICI DELL’AEROGENERATORE IN QUANTO PIÙ SOGGETTE AI POSSIBILI DANNI DERIVATI DALL’IMPATTO CON DETRITI PRESENTI NELL’ARIA DURANTE FORTI RAFFICHE DI VENTO. VERIFICARE L’EVENTUALE PRESENZA DI ROTTURE O SCHEGGIATURE

11.2 Manutenzione straordinariaNell’ambito della vita di SIRE-1000, oltre alle normali attività di manutenzione ordinariapuòesserenecessarioeffettuareinterventidimanutenzionestraor-dinaria di tipo:• correttivo, incui l’interventovieneeseguitoaseguitodellarilevazionedi

un’avaria ed è volto a riportare l’impianto o parte di esso nello stato in cui possa svolgere correttamente la funzione richiesta;

• migliorativo,incuil’interventononèsubordinatoamalfunzionamentimaderiva da esigenze di miglioramento espresse dall’utilizzatore, dal manu-tentore o da terze parti;

• preventivo, in cui l’interventodi revisione, sostituzioneo riparazionedelcomponente/sistemavieneeffettuatoprimachesimanifestiunpotenzia-le guasto, basandosi su considerazioni derivate dall’individuazione, misura-zione ed elaborazione di uno o più parametri che consentono di stimare un tempo residuo prima del guasto.

Qualsiasi intervento di manutenzione, riparazione e/o sostituzione deve esse-reeffettuatoesclusivamentedapersonaleautorizzatosottoilcoordinamentoe la responsabilità di un preposto ai lavori designato.Al termine di ogni intervento di manutenzione il preposto ai lavori provvederà a:• redigereilrelativoreportdiesecuzioneattività;• aggiornareilregistrointerventidell’impianto.

Ogni intervento di manutenzione deve essere svolto in accordo alle norme di sicurezza indicate nel presente manuale (cfr. paragrafo 5 Norme generali di si-curezza) e nel rispetto delle normative tecniche e delle disposizioni in materia di sicurezza sul lavoro vigenti.

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In caso di condizioni meteorologiche particolarmente gravose, si consiglia sempredieffettuareun’ispezionestraordinariadell’impiantoconlemodalitàpreviste nel precedente paragrafo.

12. disattivazioneL’azionamento diretto del pulsante “TURBINE STOP” del SL-Controller (cfr. figu-ra 61) deve essere utilizzato nei seguenti casi:1. operazioni di manutenzione sull’impianto;2. necessitàdieffettuarel’arrestocontrollatodelrotore;3. necessità di bloccare il rotore per l’arrivo di una tempesta;4. emergenza;5. se si forma del ghiaccio evidente sulle pale;6. se si riscontrano vibrazioni o rumori anomali provenienti dall’aerogenera-

tore.

figura 61. Azionamento diretto pulsante a fungo

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13. domande frequenti1) sire-1000 è provvisto di un sistema di protezione contro i fulmini? Gli accorgimenti necessari a ridurre il rischio di fulminazione devono essere

valutati caso per caso dall’installatore che è tenuto ad installare idonei di-spositivi.

2) Quando deve essere chiamato un tecnico autorizzato? Un tecnico autorizzato deve essere chiamato ogni qualvolta si renda neces-

sario svolgere le operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria e nel caso in cui si riscontrino anomalie e/o malfunzionamenti dell’impianto, e comunque qualora si verifichi almeno uno dei seguenti casi:a. vibrazioni e rumori inusuali provenienti da SIRE-1000;b. SIRE-1000 è collegato al sistema elettrico ma ruota più lentamente del

normale in relazione alla velocità del vento presente sull’area;c. SIRE-1000 è sottoposto a vari arresti di emergenza nonostante la presen-

za di vento debole;d. sono visibili danneggiamenti alla turbina e/o alla struttura di sostegno.

3) cosa succede in caso di tempeste di forte intensità? SIRE-1000 è stato progettato per resistere a venti di elevata intensità, ma è

consigliabile arrestare la turbina se si prevede una tempesta molto forte, in modo da proteggerla dai possibili danni causati da detriti volanti.

4) in che modo posso arrestare sire-1000? Per arrestare la turbina è sufficiente premere il pulsante a fungo di emer-

genza. Questa operazione causerà l’arresto di SIRE-1000 senza danneggiare il sistema.

5) È possibile lasciare sire-1000 incustodito? Sì, SIRE-1000 è stato studiato per funzionare senza alcun intervento da par-

te dell’utente. Nel caso si verifichino emergenze o guasti, il sistema si arre-sterà da solo.

6) che cosa è necessario fare in caso di formazione di ghiaccio sulle pale? Per evitare il danneggiamento delle pale o la caduta di frammenti di ghiac-cio su persone, si consiglia l’arresto dell’aerogeneratore e la delimitazione di un’area di esclusione nella zona sottostante la turbina, fino all’eliminazio-ne del ghiaccio sulle pale.

7) È possibile montare sire-1000 sul tetto? SIRE-1000 può essere installato su un tetto (cfr. paragrafo 6.4), fermo restan-

do il rispetto delle leggi e delle normative vigenti.

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1. PremessaDa molti anni a questa parte, il problema del consumo, dell’abbattimento dei costi, dell’adattamento al territorio e della produzione di CO2 sono temi caldi, e gli accorgimenti per ovviare a tali problemi hanno investito tutto il settore in-dustriale, passando, nell’ambito dell’energia, dalla produzione di energia puli-ta fino alla recentissima esclusione dal commercio e dalla produzione delle or-mai obsolete lampade ad incandescenza. Il Protocollo di Kyoto è entrato in vigore il 16 febbraio del 2005 e, a partire dal 2008, ha obbligato i paesi industrializzati, maggiori responsabili delle emis-sioni di gas serra, a diminuirle, combinando politiche, misure e meccanismi finalizzati a rendere più efficiente, pulito e consapevole il nostro consumo di energia. Si pensi che il consumo di energia per l’illuminazione globale equivale al 19% del consumo di energia del mondo, in particolare, nel 2005 in Italia, il consumo energetico per l’illuminazione è stato di 411 TW/h, producendo circa 4,2 ton-nellate di CO2. Le tecnologie illuminotecniche sono sempre in fase di sviluppo e, dato che le attuali tecnologie risultano sempre avere un problema, o per ef-ficienza luminosa, come le lampade ad incandescenza, o per il problema dello smaltimento – vedi le lampade fluorescenti o a vapori di mercurio – la nuova frontiera risulta essere quella dei LED. Da essi infatti si cercano risposte sia per il risparmio energetico sia per la salvaguardia dell’ambiente, consapevoli che con essi si possono ridurre i consumi e le emissioni di CO2. I LED sono già attualmente utilizzati nell’industria automobilistica per la loro intensità luminosa e la resa cromatica particolarmente efficace. Altre applica-zioni già in uso sono quelle per l’illuminazione “privata” che riguarda soprattut-to negozi e centri commerciali nonché abitazioni, per far risaltare vetrine, men-sole, prodotti in vendita, muri o semplici portici. I LED destinati alla illuminazione pubblica sono chiamati Power LED in virtù della loro maggiore potenza elettrica. La caratteristica che più contraddistin-gue questa tecnologia è la possibilità di ottenere in primis la luce bianca me-diante la sovrapposizione dei tre colori fondamentali (da qui deriva la defini-zione di tecnologia RGB) che sono il rosso, il verde e il blu. Da questi si può ottenere un qualsiasi altro colore desiderato attraverso l’opportuno dosaggio dellefontiprimarieperrealizzareeffetticromaticidinotevoleimpattovisivo,impensabili fino ad ora.

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2. i ledIl LED, acronimo di Light Emitting Diode (diodo ad emissione luminosa), ha le caratteristiche di un diodo, ovvero è costituito essenzialmente da una giun-zione P-N che, se polarizzata direttamente, emette una radiazione luminosa dovuta all’effettodi elettroluminescenzadella giunzione.Questo fenomenoè stato scoperto nel 1923 da Lossew, per cui, a seguito di una ricombinazio-ne tra una lacuna ed un elettrone, si ha la formazione di una radiazione elet-tromagnetica, dovuta all’energia liberata durante tale fenomeno ed è l’inverso dell’effettofotoelettricochevieneoggiusatoneipannelliPVperproduregi-gawatt di potenza elettrica.Tale fenomeno venne poi perfezionato ed applicato alla tecnologia LED nel 1962, mediante l’utilizzo di particolari semiconduttori, come l’Arsenurio di Gal-lio (GaAs), da Nick Holonyak Jr. I materiali principalmente usati per la costruzione di questi particolari diodi sono: • GaAs(ArseniurodiGallio);• GaP(FosfurodiGallio);• GaAsP(ArseniurodiGallio-Fosforo);• SiC(CarburodiSilicio);• GaInN(NitrurodiGallioeIndio);• altri.

La frequenza della radiazione emessa dipende dal materiale utilizzato nella giunzione P-N, e di conseguenza si ha una variazione del colore del LED. A seconda del drogante utilizzato, i LED producono i seguenti colori: • AlGaAs(ArseniurodiAlluminio-Gallio)-rossoedinfrarosso;• GaAlP(FosforurodiGallioeAlluminio)-verde;• GaAsP (ArseniurodiGallio-Fosforo) - rosso, rosso-arancione, arancione, e

giallo;• GaN(NitrurodiGallio)-verdeeblu;• GaP(FosfurodiGallio)-rosso,gialloeverde;• ZnSe(SeleniodiZinco)-blu;• GaInN(NitrurodiGallioeIndio)-blu-verde,blu;• InGaAlP(FosforurodiAllumino,GallioeIndio)-rosso-arancione,arancione,

giallo e verde;• SiCcomesubstrato-blu.

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I primi LED erano disponibili solo nel colore rosso. Venivano utilizzati come in-dicatori nei circuiti elettronici e nei display a sette segmenti. Successivamente vennero sviluppati LED che emettevano luce gialla e verde e vennero realiz-zati dispositivi che integravano due LED, generalmente uno rosso e uno ver-de, nello stesso contenitore permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso, verde+rosso=giallo) con lo stesso dispositivo. Negli anni Novanta vennero realizzati LED con efficienza sempre più alta e in una gamma di colori sempre maggiore fino a quando con la produzione di LED a luce blu fu possi-bile costruire dispositivi che, integrando tre LED (uno rosso, uno verde e uno blu), potevano generare qualsiasi colore. I principali vantaggi di questa tecno-logia attualmente sono: • elevataaffidabilitàedefficienza;• lungaduratadivita;• bassoconsumo.

3. Valutazione economica ed energetica dell’illuminazione a led

3.1 Parametri caratteristiciI parametri che caratterizzano i LED sono:• correntediretta:If è il valore di corrente necessaria al LED per ottenere l’in-

tensità luminosa voluta, in mA; • tensionediretta: Vf è la tensione presente fra i due terminali quando il LED

è percorso dalla corrente diretta: nella maggior parte dei LED è compresa tra 1,5 e 3 V per LED normali e da 3 a 5 V per LED ad alta luminosità (HL). Da ricordare che la tensione diretta dei LED varia anche in base al colore;

colore VfInfrarosso 1,3Rosso 1,8Giallo 1,9Verde 2Arancio 2Blu-bianco (HL) 3

• temperaturadicolore: temperatura alla quale il corpo nero dovrebbe esse-re portato affinché emetta una luce il più possibile simile a quella della sor-gente presa in esame (dire che una lampada ha una temperatura di colore di

100

3.000 K significa che la luce prodotta da essa ha la stessa tonalità di quella ge-nerata dal corpo nero portato alla temperatura di riferimento di 3.000 K);

figura 1. Lo spettro di colore al variare della temperatura

figura 2. Lo spettro em con zoom sul visibile

• flussoluminoso: è la quantità di energia che la luce emette in un secondo in tutte le direzioni; rappresenta quindi la sensazione luminosa legandola alla potenza dello stimolo. Il flusso luminoso di un LED viene generalmen-te indicato in relazione alla potenza dello stesso (efficienza luminosa) ed in condizioni “standard” di esercizio. Generalmente un Power LED, con tempe-ratura di colore a 6.000 °K, corrente diretta 350 mA e temperatura ambiente di 25 °C, ad inizio vita fornisce circa 80-100 lm/W;

• efficienza: è la relazione tra intensità luminosa emessa misurata in millican-dele (mcd) e la corrente elettrica in milliAmpere (mA); i valori possono essere fra 0,5-2 mcd a 20 mA, ed arrivano, ad alta efficienza, fino a 20 mcd a 10 mA;

• vitamediadelLED: ore passate le quali la sorgente a LED presenta un de-cadimento del flusso luminoso iniziale pari al 30%. Generalmente si attesta attorno alle 50.000 h-60.000 h.

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Molti di questi parametri verranno utilizzati come termini di confronto tra le varie tecnologie illuminotecniche.

3.2 illuminazione pubblica Nella progettazione e costruzione di un impianto di illuminazione pubblica è indispensabile realizzare adeguate condizioni di visibilità, per favorire sia il traffico veicolare lungo le strade, sia quello pedonale nei centri cittadini e nei luoghi pubblici esterni. Risulta necessario tener conto del contesto in cui si opera, si tratti di sola sicurezza veicolare, di attività turistico-culturale, di attività commerciali o industriali. L’illuminazione pubblica si può suddivi-dere in: • illuminazionestradale;• illuminazionediparchiegiardini;• illuminazionediareeindustrialiecommerciali;• illuminazionedicentriurbani.

3.3 i requisiti fondamentali Già nel ‘500 nacque il primo esempio di illuminazione pubblica: nelle grandi città europee, nei mesi invernali, vigeva l’ordine di appendere ogni sera una lanterna sotto il davanzale delle finestre del primo piano delle abitazioni in modo da illuminare la strada sottostante. Nel tardo ‘600 invece nacque la pri-ma e vera illuminazione pubblica in quanto le lanterne non furono più colloca-te dai privati cittadini ma dalla polizia in ben determinate posizioni. Lo scopo principale era fin da quei tempi garantire l’ordine pubblico, ma vennero presto prese di mira dai bastoni di ubriaconi e nottambuli che venivano poi puniti con pene pecuniarie. Inizialmente si trattava solo di candele e lumi mentre la prima rivoluzione avvenne verso la fine del XVIII secolo con le lampade ad olio e pe-trolio con lo stoppino e dotate anche di primordiali riflettori grazie all’idea di Aimé Argand. Nel 1825 si passò all’uso del gas e venne realizzata una illumina-zione a gas centralizzata nella città di Parigi, chiamata Ville Lumière. Nel 1841 per la prima volta vengono installate delle lampade ad arco per l’illuminazione pubblica. Il primo caso di lampada ad arco che presentava elettrodi in carbone arrivò nel 1876 ad opera di Pavel Yablochkov dalla quale si arrivò poi al filamen-to per le lampadine ad incandescenza, prima con l’italiano Alessandro Cruto e poi con Thomas Edison che le brevettò e che ancora oggi troviamo in qualche centro cittadino ad illuminare le nostre strade. Il definitivo filamento di tung-steno arrivò solo nel Novecento, attorno al 1907, e garantiva un deciso miglio-ramento nelle prestazioni rispetto al filamento al carbonio.

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Qualche anno prima, ad opera di Peter Cooper Hewitt, viene inventata la lam-pada a scarica a vapori di mercurio. Per la famosa lampada al neon ci vuole ancora qualche anno, il 1926, quando Edmund Germer la brevetta. Da questo punto in poi si susseguono dei miglioramenti nella tecnologia di produzione, ma la tipologia di lampade rimane praticamente la stessa fino ai giorni nostri, in cui sembra stia per dilagare la tecnologia LED. Uno dei principali obiettivi che l’illuminazione stradale si pone è quello della si-curezza stradale al fine di diminuire la sinistrosità nella circolazione, soprattut-to nel coinvolgimento dei pedoni, che sono i più indifesi in questa particolare circostanza. L’impiego delle luci proprie dei veicoli non è assolutamente effica-ce in quanto non permette la percezione degli ostacoli in tempo utile, soprat-tutto se provenienti da direzioni diverse da quelle del veicolo. Nelle strade di grande comunicazione e in quelle a notevole traffico, l’illuminazio-ne è considerata un mezzo indispensabile per consentire agli utenti l’identificazio-ne rapida e sicura del tracciato, dei segnali, degli ostacoli e degli incroci con altri mezzi e strade. Le statistiche mostrano come il tasso degli incidenti nelle ore not-turne sia assai più elevato di quello nelle ore diurne. Non si pretende certo di po-terli parificare in quanto nelle ore notturne intervengono fattori imprevisti come stanchezza, alterazione alcolica o da stupefacenti, apertura di un maggior nume-ro di locali fino a tarda ora soprattutto nel periodo estivo. Altro grande requisito dell’illuminazione pubblica riguarda un aspetto sociale molto dibattuto negli ulti-mi tempi nel nostro Paese, quello della sicurezza contro le azioni criminose. Indagini statistiche confermano che il buio incoraggia la criminalità e che l’illu-minazione, insieme ad un sempre più frequente uso delle telecamere di sorve-glianza, ha contribuito a ridurre il numero dei delitti e a identificare sempre più gli autori dei crimini stessi. Altri requisiti sono la valorizzazione degli aspetti storici ed artistici presenti in quantità enormi nel nostro Paese, meta ambita di studiosi e turisti da tutto il mondo, con lo scopo anche di conservarli al meglio senza arrecare danni dovuti a calore e a raggi infrarossi. Inoltre occorre esaltare le ricchezze paesaggistiche e naturalistiche, fonti importantissime per l’econo-mia del Paese dal punto di vista del turismo.

3.4 la normativa europea Sempre più si pensa ad uniformare leggi e normative con l’intera Comunità Eu-ropea e non fa eccezione il campo elettrotecnico con l’illuminazione pubblica. Nell’ottobre 2007 è stata pubblicata la nuova normativa italiana UNI 11248 che va a completare il panorama normativo sull’illuminazione stradale insieme alle normative europee UNI EN13201-2/3/4. Con la pubblicazione della UNI 11248

103

la precedente UNI 10439 del 2001 è stata ritirata e dunque non è più applicabi-le. Il nuovo sistema normativo rivede in modo radicale l’approccio alla proget-tazione. In primo luogo definisce responsabilità e competenze specifiche dei vari attori; in secondo luogo propone un notevole cambiamento anche sul pia-no degli algoritmi e delle convenzioni. L’ente normatore europeo ha redatto la UNI 13201 composta da 4 parti; le parti 2, 3 e 4 riguardano rispettivamente: • EN13201-2Requisitiprestazionali: ovvero i parametri in quantità e qua-

lità che i vari ambienti illuminati presi in considerazione devono rispettare; • EN13201-3Calcolodelleprestazioni: illustra gli algoritmi e le convenzio-

ni per il calcolo delle prestazioni;• EN13201-4Metodidimisurazionedelleprestazionifotometriche: illu-

stra e suggerisce metodi e procedure per la verifica delle prestazioni.

Queste tre parti indicano degli standard di riferimento e sono dunque comuni a tutti gli Stati membri. L’ente normatore europeo ha pubblicato anche il CEN/TR13201-1. Tale documento specifica e identifica una serie di fattori e consi-derazioni necessari alla individuazione delle classi illuminotecniche riportate al punto 3.2 alle quali ricondurre gli ambienti da illuminare. La classificazione degli ambienti, strade o altre zone di veicolazione del traffico motorizzato e non, è un fattore che include aspetti legati alla sicurezza del cittadino. Per sta-tuto comunitario ogni Stato membro ha diretta responsabilità sugli aspetti le-gati alla sicurezza, conseguentemente ogni nazione della Comunità Economi-ca Europea ha redatto un proprio documento normativo per la classificazione degli ambienti. All’interno di tali documenti nazionali sono presi in considera-zione gli elementi fondamentali del documento europeo CEN/TR13201-1 rie-laborandoli ed adattandoli alle proprie specificità nazionali. Per l’Italia il docu-mento di riferimento per la classificazione diventa la UNI 11248.

3.5 la normativa uni 11248 Questa prima parte del nuovo percorso normativo introduce alcune impor-tanti considerazioni sulle competenze dei vari attori. Impone al proprietario/gestore della strada ed al progettista una precisa presa di responsabilità cir-ca i parametri di progetto individuati e concordati. La normativa fornisce le linee guida per determinare le condizioni di illuminazione di una data zona esterna dedicata al traffico. Viene indicato come suddividere le zone parten-do da una classificazione di riferimento ed arrivando ad una classificazione di progetto e a eventuali classificazioni di esercizio in funzione di un proces-so di valutazione di molteplici parametri, definito come “Analisi dei rischi”.

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All’atto pratico il processo di classificazione parte con l’individuazione della categoria illuminotecnica di riferimento come conseguenza della classifica-zione della strada secondo la legislazione in vigore. La classificazione della strada deve essere comunicata al progettista dal committente o dal gestore della strada. Tale classificazione è riferita alle strade nelle condizioni dei pa-rametri di influenza riportati nella norma (cfr. il prospetto della norma ripor-tato in tabella 1). tabella 1. Classificazione strade e categoria illuminotecnica

tipo di strada

Portata di servizio per corsia

(veicoli/ora)

descrizione del tipo della strada

limiti di velocità

(km/h)

categoria illuminotecnica

di riferimento

A1 1100 Autostrade extraurbane 130 ME1A1 1100 Autostrade urbane 130 ME1A2 1100 Strade di servizio alle autostrade 70-90 ME3a

A2 1100Strade di servizio alle autostrade urbane

50 ME3a

B 1100 Strade extraurbane principali 110 ME3a

B 1100Strade di servizio alle strade extraurbane principali

70-90 ME4b

D 950 Strade urbane di scorrimento veloce 70 ME3aD 950 Strade urbane di scorrimento 50 ME4b

C 600Strade extraurbane secondarie (tipi C1 e C24)

70-90 ME3a

C 600 Strade extraurbane secondarie 50 ME4b

C 600Strade extraurbane secondarie con limiti particolari

70-90 ME3a

E 800 Strade urbane interquartiere 50 ME3cE 800 Strade urbane di quartiere 50 ME3cF 800 Strade locali extraurbane (tipi F1 e F2) 70-90 ME3aF 450 Strade locali extraurbane 50 ME4bF 800 Strade locali urbane (tipi F1 e F2) 50 ME4b

A questa prima classificazione il progettista applica quella che è definita come “analisi dei rischi”, ovvero una valutazione di tutte quelle caratteristiche speci-fiche dell’ambiente che possono portare ad individuare una diversa categoria illuminotecnica di progetto. Molti elementi di valutazione e il loro peso in ter-mini di rischi sono presentati nella norma attraverso diverse tabelle e processi decisionali, ma è lasciata anche libertà al progettista di valutare aspetti secon-do lui importanti.

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Al termine di questa analisi, che il progettista deve documentare, si ricava la ca-tegoria illuminotecnica di progetto ed eventuali sottocategorie illuminotecniche di esercizio legate al variare dei flussi di traffico, rispetto alle quali eseguire la pro-gettazione illuminotecnica vera e propria. Ricordiamo infine che la normativa UNI 11248 e le correlate UNI EN13201/2/3/4 individuano prescrizioni illuminotecni-che per tutte le aree pubbliche adibite alla circolazione, destinate al traffico moto-rizzato, ciclabile o pedonale, definendo per tutte le tipologie specifici parametri di riferimento e di analisi. A completamento del progetto, la normativa prevede che si prepari un piano di manutenzione e si indichino tutti quegli interventi da porre in opera per il mantenimento delle prestazioni dell’impianto. Prestazioni che do-vranno essere valutate in sede di collaudo e, se richiesto, in sede di manutenzione e controllo nel tempo secondo quanto riportato dalla UNI EN13201-4.

3.6 la norma uni en 13201-2 La seconda parte della normativa riporta i parametri qualitativi e quantitativi dell’illuminazione in base alla categoria stradale identificata. Prima di riportare i valori imposti dalla norma, diamo una definizione dei parametri che vengono citati in tale norma. • Lm = Luminanzamediamantenuta: rappresenta il valore minimo che

assume la luminanza media della carreggiata mantenuta durante la vita dell’impianto. Dipende dalle caratteristiche tecniche dell’installazione, dal-le proprietà riflettenti della pavimentazione, dal tipo di manutenzione pre-vista e dalla posizione dell’osservatore.

• U0=Uniformitàgeneralediluminanza: è definita come rapporto tra la luminanza minima e quella media di tutta la strada. È utile per la percezione degli ostacoli e per il comfort visivo del conducente.

• U1=Uniformitàlongitudinalediluminanza: è definita come il rappor-to tra la luminanza minima e quella massima calcolata lungo la mezzeria di ciascuna corsia che compone la carreggiata.

• Ti=Indicediabbagliamentodebilitante: rappresenta la misura con cui gli apparecchi di illuminazione, presenti nel campo visivo del guidatore, provocano un disagio visivo con conseguente peggioramento istantaneo delle funzioni dell’apparato oculare, impedendo la sensibilità a cogliere i contrasti.

• Sr=Rapportodicontiguità: rappresenta l’illuminamento medio sulle fa-sce appena fuori dalla carreggiata, in rapporto all’illuminamento medio sul-le fasce appena dentro i bordi. Definiti i significati della terminologia utiliz-zata, riportiamo la tabella prescritta dalla norma.

106

3.6.1 requisiti illuminotecnici in ambito stradale tabella 2. Parametri illuminotecnici in ambito stradale

luminanze delle superfici stradali abbagliamento

classelm (minima mantenuta)

cd7m2

u0 min (uniformità

generale)

u1 min (uniformità

longitudinale)ti max (%) sr min

ME1 2 0,4 0,7 10 0,5ME2 1,5 0,4 0,7 10 0,5ME3a 1,0 0,4 0,7 15 0,5ME3b 1,0 0,4 0,6 15 0,5ME3c 1,0 0,4 0,5 15 0,5ME4a 0,75 0,4 0,6 15 0,5ME4b 0,75 0,4 0,5 15 0,5ME5 0,5 0,35 0,4 15 0,5

ME6 0,3 0,35 0,4 15Nessuna richiesta

Le categorie illuminotecniche S sono riferite agli ambienti a carattere ciclo-pedonale; ad esempio marciapiedi o piste ciclabili, ma anche corsie di emer-genza e altre separate o lungo la carreggiata. Sono inoltre applicabili a strade urbane, strade pedonali, aree di parcheggio, strade interne a complessi scola-stici, ecc. La UNI 11248 riconduce le aree pedonali alle soli classi S, la cui ana-lisi viene fatta in base agli illuminamenti orizzontali. Le categorie illumino-tecniche EV sono riferite all’indagine degli illuminamenti verticali. Tali classi sono da impiegare in quelle situazioni dove sia necessario evidenziare/inda-gare superfici verticali, ad esempio aree di intersezione o di conflitto tra dif-ferenti utenze. Si intendono appartenenti alla categoria di strade con traffico esclusiva-mente o prevalentemente motorizzato quelle in cui le esigenze dei condut-tori di automezzi prevalgono su quelle degli altri utenti della strada ai fini della determinazione dei requisiti cui deve rispondere l’impianto di illumi-nazione. Il compito visivo di un conducente di un automezzo può essere così identificato: poter percepire distintamente e localizzare con certezza e in tempo utile tutti i dettagli dell’ambiente necessari alla condotta del suo automezzo, quali l’andamento della strada, le segnalazioni orizzontali e i se-gnali verticali, gli eventuali ostacoli, gli altri automezzi presenti o che stan-no per immettersi nella sua carreggiata. Detto compito deve svolgersi sen-zaaffaticamentodelconducente,perconsentirgliunaguidasicurapertuttol’arco del viaggio.

107

La complessità del compito visivo di un conducente richiede che l’illuminazione stradale gli fornisca ogni informazione visiva necessaria alla condotta del suo au-tomezzo entro un’area comprendente la carreggiata che sta percorrendo e i suoi immediati dintorni, per un’estensione che corrisponda almeno alla distanza ne-cessaria per l’arresto del veicolo. La nuova normativa europea fa rientrare le stra-de a traffico motorizzato nella categoria illuminotecnica di tipo ME, che riguarda i conducenti di veicoli motorizzati su strade con velocità di marcia medio/alta, e la cui analisi si basa sui seguenti parametri e requisiti fondamentali.

3.6.2 luminanza media mantenuta Valore minimo che assume la luminanza media della carreggiata mantenuta du-rante la vita dell’impianto, riscontrabile cioè al termine di un ciclo di manutenzio-ne. Rappresenta l’entità del flusso luminoso riflesso dalla superficie stradale verso l’osservatore ed è tanto più elevata quanto più intensa è l’impressione di “luminosi-tà” dei vari oggetti che entrano nel campo visivo di chi percorre la strada. Dipende dalle caratteristiche tecniche dell’installazione, dalle proprietà riflettenti della pavi-mentazione, dal tipo di manutenzione prevista e dalla posizione dell’osservatore.

4. la struttura del ledSi ottiene un semiconduttore di tipo P, con concentrazione di atomi NA>N (gal-lio, boro, alluminio), con wafer semiconduttore di tipo N caratterizzato da una concentrazione di atomi ND>NA, introducendo sostanze pentavalenti (fosforo, arsenico, antimonio). Unendo due parti dello stesso semiconduttore, uno drogato P, a temperatu-raambiente,glielettronidel semiconduttorediffondononell’altrosemicon-duttore e viceversa per le lacune di quello di tipo P. In tal modo, svuotandosi di portatori liberi la zona giunzione, si forma una regione in cui rimangono gli ioni donatori e accettori legati al reticolo cristallino. Questi ioni producono un campo elettrico che induce una corrente di drift, la quale tende a contrastare la corrente di minoritari fino all’equilibrio termodinamico. Il costituito induce un potenziale intrinseco che tende a confinare elettroni e lacune al di fuori della SCR;talepotenzialeV(tensionedidiffusione)èdatoda:

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dove NA e ND sono le concentrazioni degli atomi accettori e donatori, mentre ni è la concentrazione intrinseca (densità degli elettroni liberi) del semicondut-tore. Polarizzando direttamente la giunzione, cioè applicando una ddp positi-va V tra regione P e N si abbassa la barriera di potenziale creata dalla SCR con una conseguente iniezione di portatori minoritari: elettroni dalla regione N alla P e lacune in senso opposto, ottenendo così un flusso di corrente. La caratteri-stica corrente-tensione di una giunzione PN è data dalla formula:

ID = Is (e (qV/nKT) - 1)

dove Is è la corrente di saturazione inversa del diodo, V è la tensione di polariz-zazione applicata, q è la carica dell’elettrone (1,60x10-19 C), K è la costante di Boltzmann (1,38x10-23 J/K), n è il fattore di idealità che assume valore unitario per un diodo ideale.

figura 3. Giunzione ON (a) non polarizzata, (b) polarizzata direttamente

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4.1 alimentazioneParticolare attenzione deve essere posta sulla alimentazione dei LED. Data la loro costruzione, presentano una propria polarità che deve essere rispettata al mo-mento dell’inserzione in un circuito elettrico. Per la costruzione nel componente vengono individuati un anodo (+) ed un catodo (-) che indicano proprio la sua po-larità. Per individuarli fisicamente, solitamente nei LED di nuova costruzione, il ter-minale dell’anodo risulta essere più lungo rispetto a quello del catodo. Di notevole interesse è il fatto che sono dispositivi che necessitano di pilotaggio in corrente e non in tensione, al contrario delle altre tecnologie. Ciò può essere fatto utilizzando un generatore di corrente o, più semplicemente, ponendovi in serie una resisten-za per limitare la corrente per una data tensione di alimentazione Va. Il valore della corrente diretta If può variare da 5-6 mA a circa 20 mA nei LED ad alta luminosità. Per il calcolo della resistenza Rs da porre in serie si utilizza la formula:

Rs = (Va - Vf )/If

Poiché i LED sopportano una bassa tensione inversa (solo pochi volt), se vengono alimentati a corrente alternata occorre proteggerli ponendovi in parallelo un dio-do con polarità invertita rispetto al LED stesso, in modo da vincolarne la tensio-ne. Attualmente l’alimentazione viene comunque controllata da un piccolo circui-to elettronico (alimentatore) che controlla intensità ed andamento della corrente. Dato che il passaggio di corrente all’interno di componenti passivi è sede di per-ditepereffettojoule,l’alimentatorerisultaessereunlimiteperleprestazionidelLED stesso in quanto l’intensità della corrente, e quindi la quantità di luce emessa, è vincolata al surriscaldamento dei componenti. I recenti dispositivi progettati per impieghi professionali hanno una forma adatta ad accogliere un dissipatore termi-co, assolutamente necessario per smaltire il calore prodotto: sono ormai in com-mercio LED a luce bianca con potenza di 10 watt e corrente assorbita di 1 ampere.Gli alimentatori attualmente in commercio sono dimensionati per alimentare più LED e per proteggere il circuito da sovracorrenti e sovratensioni. Hanno di-mensioni abbastanza ridotte ed un costo variabile in base alla potenza d’usci-ta che possono alimentare. Dal sito Spazialis.com si trovano prezzi indicativi:• SerieSPA-LPC-20da16a21Wcosto28,00,Watt range16-21W.Da350a

700mA;• Serie SPA-LPC-35 da 31 a 34W costo 35,00,Watt range 31-34W.Da 700-

1050-1400mA;• SerieSPA-LPC-60da50a60Wcosto39,00,Watt range50-60W.Da1050-

1400-1750mA.

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5. sorgenti luminose per uso domestico

5.1 lampade ad incandescenza La lampada ad incandescenza è una sorgente luminosa in cui la luce viene prodot-ta dal riscaldamento (fino a circa 2.700 K) di un filamento di tungsteno attraverso cuipassalacorrenteelettrica.Laluceèquindigeneratasfruttandol’effettoJoule.Con tale tecnologia, ormai obsoleta, si ha che solo il 5% dell’energia viene conver-tito in luce, mentre il resto viene perso in calore. Esse presentano quindi una bas-sa efficienza luminosa (8-15 lm/W) e una vita limitata, se confrontata con altri tipi di lampade. Durante il funzionamento infatti il tungsteno evapora e il filamento diventa sempre più sottile, fino a spezzarsi dopo circa 1.000-1.500 ore di funzio-namento. Come vantaggi presentano la facilità di utilizzo vista l’immediata accen-sione e di fatto che non sono richieste apparecchiature ausiliare per l’accensione. Inoltre la resa dei colori è ottima (CRI[1]=100).

5.2 lampade alogene La lampadina alogena è una particolare lampada ad incandescenza, ma ci sono al-cunefondamentalicaratteristichechedifferenzianoiduedispositivi.Algasconte-nuto nel bulbo vengono aggiunti iodio, kripton e, a volte, xeno per permettere il riscaldamento del filamento fino a oltre 3.000 K, in modo da aumentare l’efficienza luminosa e spostare verso l’alto la temperatura di colore. Nelle alogene il tungste-no che evapora a causa della temperatura elevata reagisce con il gas formando un alogenuro di tungsteno. Successivamente il composto, entrando in contatto con il filamento incandescente, si decompone e rideposita il tungsteno sul filamento stesso realizzando un ciclo, il ciclo alogeno. In questo modo la durata di vita di una lampada alogena pu risultare doppia di quella di una lampadina ad incandescenza normale, sebbene il filamento sia molto più caldo. Oltre alla doppia durata di vita, tale tipo di lampade ha una efficienza luminosa maggiore delle normali lampa-de ad incandescenza (16/25 lm/W), ma ha un costo decisamente più elevato, una maggiore temperatura di funzionamento ed è molto più delicato.

5.3LampadefluorescentiSono costituite da un tubo di vetro, che può essere lineare, circolare o varia-mente sagomato, al cui interno è dapprima praticato il vuoto, poi introdotto un gas nobile (argon, xeno, neon o kripton) a bassa pressione ed una piccola quantità di mercurio liquido, che in parte evapora mescolandosi al gas nobile. Per accendersi hanno bisogno di una tensione di innesco elevata che si crea grazie allo starter e di un dispositivo che limiti la corrente di funzionamento

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ovvero del reattore. La loro efficienza luminosa è più alta delle lampade vi-ste prima (40/90 lm/W), e lo stesso vale per la loro vita media, molto maggio-re rispetto a quelle a incandescenza, ma la loro durata può essere fortemente influenzata dal numero di accensioni e spegnimenti. Il valore che viene fornito dalle aziende produttrici è generalmente calcolato con cicli di accensione di 8 ore, e va dalle 12-15.000 ore delle lampade tubolari alle 5-6.000 ore delle lam-pade compatte. La resa cromatica ha valori che variano, a seconda dei model-li,da65a85.Bisognainoltreconsiderarechetalilampadesoffronodiunfortedecadimento luminoso con il passare del tempo.

5.4 led I LED stanno gradualmente entrando a far parte dei componenti per l’illumi-nazione e, come visto prima, sono ottenuti sfruttando le caratteristiche dei se-miconduttori. Abbiamo detto che essi hanno la possibilità di generare luce di vari colori in base alla loro costruzione ed ai valori di tensione e corrente di ali-mentazione. Il colore del LED per illuminazione è classificato in Warm White, Natural White e Cold White. I LED “Cold White” emettono una luce con tempe-ratura di colore tipica di 5600 K molto indicata per applicazioni esterne. I LED “Warm White” emettono una luce molto più calda, con una temperatura di co-lore media di 3250 K con un CRI 80. Tale valore li porta ad essere molto indicati per applicazioni d’interno e dovunque ci sia la necessità di evidenziare i colori in maniera viva e brillante. I LED “Natural White”, compromesso tra luminosi-tà, temperatura di colore e fattore di resa cromatica, rappresentano la nuova frontiera e sono la scelta più indicata per abbinamenti a sorgenti luminose già presenti nel paesaggio. Dalla miscelazione di tali tecnologie nasce il Dynamic White, che permette di ottenere range di bianchi da una temperatura di colore di 3100 K fino ad una di 6500 K. Tale strumento è l’ideale per ambienti commer-ciali che ricercano la valorizzazione della merce esposta. L’efficienza luminosa di tale tecnologia è molto elevata e si aggira tra i 50/100 lm/W con una durata di vita che si aggira attorno alle 50.000 ore.

5.4.1 Vantaggi Da quanto sopra si può dedurre che i LED rappresentano un’ottima sorgente luminosa e da qui nasce l’idea di utilizzare tale tecnologia per l’illuminazione privata e pubblica. • Datoilridottoconsumosiha,durantel’utilizzo,unrisparmiodienergiari-

spetto alle altre sorgenti luminose; inoltre, vista l’elevata durata la vita, ne-cessitano di una minore manutenzione, riducendo così ancora i costi.

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• Oltrealle ridottedimensionichepermettonodi indirizzare ilflusso lumi-noso direttamente dove desiderato senza l’utilizzo di particolari parabole od ottiche, risultano essere una tecnologia con ridotte emissioni di calore e possono quindi essere utilizzati anche in luoghi che con altre tecnologie potrebbero risultare problematici. Il piccolo angolo di illuminazione può ri-sultare un vantaggio ma al tempo stesso anche uno svantaggio in quanto vi è bisogno di più corpi illuminanti per ottenere una illuminazione efficace ed inoltre la luce emessa non risulta distribuita in modo uniforme ma con-centrata in una determinata zona.

• Talilampaderisultanoavereuncostodiacquistosuperiorerispettoaquel-le ad incandescenza o fluorescenti e, dato che la maggior parte di esse fun-ziona a bassa tensione, accorgimento ottimale per un abbinamento con impianti di produzione di energia fotovoltaici, presentano la necessità di essere alimentate mediante l’utilizzo di alimentatori che ne alzano ulterior-mente il costo e l’ingombro.

• Le variazioni cromatiche che permettono le lampade RGB sono ottimaliper la creazione di particolari atmosfere utili per l’illuminazione decorativa in determinati luoghi pubblici. Valutati quindi vantaggi e svantaggi di tale tecnologia, non possiamo dire con certezza se le lampade a LED risultano essere più convenienti rispetto a quelle tradizionalmente utilizzate fino ad ora, ma ogni determinato caso deve essere preso in considerazione facen-do una attenta analisi delle condizioni di installazione e di funzionamento dell’impianto interessato.

6. Valutazione economica ed energetica dell’illuminazione a led

6.1 singoli led I LED utilizzati per l’illuminazione prendono il nome di “LED di potenza” e dif-feriscono dai normali “LED di segnalazione” proprio per la loro funzione di sor-gente luminosa. Essi infatti emettono luce sufficiente per molte applicazioni luminose. I singoli corpi illuminanti hanno solitamente potenze di: 1 Watt, 2 Watt, 5 Watt; vi sono prodotti, detti High Power, che possono raggiungere po-tenze di 10 Watt, 12 Watt, 20 Watt, 50 Watt, 100 Watt, 300 Watt (ancora in fase di studio).Queste grandi potenze sono ottenute raggruppando LED di minore potenza in un piccolo circuito stampato. Ad esempio, il LED da 100 W è ottenuto riunendo

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100 LED da 1 W in una finestra di soli 4 cm2. Logicamente tale tecnologia com-porta ottime caratteristiche di illuminazione: • angolodiemissione120°/140°;• intensitàluminosa:5.000/6.000lm;• temperaturadicolore:6.500K.

Allo stesso tempo presentano degli svantaggi: • difficoltàdismaltimentodelcalorevistalapiccolasuperficiedelprodotto;• correntedialimentazionerelativamenteelevata:3.500mA;• possibilità di danneggiamento agli occhi seguardati dadistanze troppo

ravvicinate.

Nelle lampade comunemente vendute vengono di norma utilizzati LED di po-tenza da 1 W o 2 W le cui principali caratteristiche sono:• LED1W:

- tensione di alimentazione nominale: 1,5-3,5 V (la tensione di alimenta-zione dipende dal colore del LED);

- corrente di alimentazione nominale: 350 mA cc; - angolo di emissione: 20°-50°-90° (con particolari riflettori a parabola si

può arrivare ad angoli di 110°-120°);- intensità luminosa: 50-80 lm (l’intensità luminosa dipende dal colore

stesso del LED: Bianco 60-80 lm; Bianco Warm 55-75 lm; Blu 18-22 lm; Giallo 35-40 lm; Verde 55-65 lm; Rosso 35-40 lm).

• LED2W:- tensione di alimentazione nominale: 1,5-3,5 V;- corrente di alimentazione nominale 700 mA cc;- angolo di emissione: 20°-50°-90° (con particolari riflettori a parabola si

può arrivare ad angoli di 110°-120°);- intensità luminosa: 100-130 lm (l’intensità luminosa dipende dal colore

stesso del LED: Bianco 130-150 lm; Bianco Warm 120 lm; Blu 26-30 lm; Giallo 70-80 lm; Verde 100-120 lm; Rosso 65-75 lm).

Anche se con scarsi risultati a livello di illuminazione, vi sono prodotti che utiliz-zano singolarmente tale tecnologia, ad esempio la “NOVALLURE 2W” prodotta dalla Philips. A loro favore, oltre ad essere progettate per essere utilizzate diretta-mente nell’uso domestico, la forma “a goccia” le rende ideali per l’impiego in lam-padari di particolare design (lampadari a bracci o apparecchi moderni).

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Dalle curve fotometriche riferite a tale tipo di lampada si può notare che la di-stribuzione del flusso luminoso è diretta principalmente lateralmente alla lam-pada con un valore di intensità/Klm prossimo al 100. Tenendo presenti le carat-teristiche della lampada e i dati letti nelle curve possiamo concludere che tale lampada non ha una capacità di illuminazione molto spinta: intensità luminosa =100 x 50/1000 = 5 cd (considerando che per una normale lampada ad incan-descenza si ha circa una uguaglianza tra i W assorbiti e le candele rese). È quindi una lampada da utilizzare accoppiata ad altre, in concordanza con quanto det-to prima. Vi sono altri modelli di lampade da 1 W, prodotte sempre dalla Philips, che presentano una forma più arrotondata ed una emissione di luce più unifor-me rispetto a quelle appena analizzate, ma che hanno comunque scarsi valori di efficienza luminosa e che quindi vengono impiegate principalmente come lampade ad uso decorativo in quanto progettate anche per cambiare colore mediante l’utilizzo di LED RGB attraverso i quali si possono ottenere tutte le to-nalità cromatiche desiderate. Come detto sopra, le caratteristiche confermano che tale tipo di lampada, pur avendo un emissione di luce più distribuita rispetto alla “NOVALLURE 2 W”, pre-senta comunque delle caratteristiche di illuminazione molto ridotte. Per mi-gliorare le caratteristiche bisogna utilizzare più LED per la costruzione delle lampade stesse in modo da aumentarne la potenza.

6.2 lampade a più ledPer far fronte a questi limiti vengono sviluppate quindi lampade di potenza leggermente superiore che vanno dai 3 W agli 8 W per quelle di uso più comu-ne nelle applicazioni civili. Data la particolare caratteristica dei LED di avere un angolo di emissione molto stretto vengono studiati diversi tipi di lampada in base alle applicazioni. Si fa una distinzione tra lampade “spot” e lampade a bulbo.lampade spot con un angolo di emissione molto stretto ma con valori di effi-cienza luminosa elevati.lampade a bulbo consentono l’irradiazione della luce in tutte le direzioni, of-frendo dunque una valida alternativa alle lampade di uso comune. Molte di esse sono anche regolabili in intensità. Avendo un attacco di tipo E27 o E14 ed essendo alimentabili direttamente con la tensione di rete, sono direttamente sostituibilialampadeadincandescenzada25e40W,offrendounnotevoleri-sparmio di energia e riducendo, vista la durata di vita molto più elevata, i costi di manutenzione. In commercio sono già presenti diversi modelli di lampade prodotti da varie case.

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7. confronto energetico ed economico tra le varie tecnologie

7.1 confronto energetico Di seguito viene riportata una tabella riassuntiva di tutte le caratteristiche elettri-che ed illuminotecniche delle lampade solitamente utilizzate nell’uso domestico (lampade a bulbo). Le lampade prese in considerazione sono tali da essere messe in paragone, ovvero presentano più o meno le stesso stesso flusso luminoso.

tipo Potenza (W) tensione

flusso luminoso

(lm)

durata di vita

(hr)cri temperatura

di colore (K)

efficienza luminosa

(lm/W)Incandescenza 40 230 420 1500 100 10Alogena 28 230 235 2000 100 28000 12FluorescenteCompatta

10 230 550 15000 85 2500 55

LED 7 12-230 400-450 30000 75-80Cold White

6000; Warm White 3000

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Tutti i dati sono presi dal catalogo Osram.

Bisogna fare delle particolari considerazioni sulle lampade fluorescenti: - la durata di vita è calcolata fino alla rottura, ma il flusso luminoso si riduce

notevolmente con il passare delle ore;- vita media al 50% del flusso luminoso: 12.000 h;- flusso luminoso dopo 2.000 h: 85%;- flusso luminoso dopo 5.000 h: 80%.

Dalla tabella si possono fare le seguenti considerazioni: 1. le lampade a LED risultano avere una minore potenza nominale e quindi un

risparmio in termini di assorbimento di energia; 2. la durata di vita delle lampade presenta grande diversità se si paragonano

quelle a incandescenza ed alogene a quelle fluorescenti e LED; 3. nonostante il flusso luminoso maggiore risulti essere quello delle lampade

fluorescenti compatte, le lampade a LED risultano avere la maggior efficien-za luminosa;

4. l’accensione dei LED è immediata come quella delle lampade ad incande-scenza ed alogene, mentre per le lampade fluorescenti bisogna attendere qualche minuto per avere il 100% del flusso luminoso.

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7.2 confronto economico Ilconfrontoeconomicotralevarietipologiedilampadevieneeffettuatotenendoconto della durata di vita delle lampade stesse, di un tasso di interesse pari al 5% annuo e di un costo dell’energia costante in tutte le fasce orarie. Partendo inoltre dalla ipotesi di utilizzare una lampada in un ambiente commerciale, consideria-mo un uso di 8 ore giornaliere. Il confronto viene fatto riferendo i costi ad un anno “tipo” e quindi il costo di acquisto delle varie lampade viene attualizzato ad “oggi” mediante l’utilizzo del fattore di attualizzazione, che tiene conto del tasso di inte-resse annuo e della durata di vita della lampada, riferita alle ore di utilizzo annue.

7.3 comparazione costi di illuminazione Nella figura qui sotto si sintetizza la valutazione del risparmio economico che si ha utilizzando 1.000 lampade a tecnologia LED (T8 da 60 cm) rispetto ad equivalenti lampade al Neon classiche o lampade al Neon elettroniche a basso consumo.

figura 4. Comparazione dei costi delle tre sorgenti luminose più comuni

Al risparmio si aggiunge un migliore controllo del flusso luminoso (cfr. figura 5) che fa sì che i LED sì prestino a soluzioni esteticamente superiori ed econo-micamente convenienti.

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figura 5. Controllo del flusso luminoso

figura 6. Illuminazione di Vernazza

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8. le nostre soluzioni e testQui di seguito gli impianti realizzati nell’ambito di questo progetto e le lampa-de testate.

figura 7. Due delle 10 pale con LED installate a Vallarsa

Vedi https://youtu.be/7UA1PheJrRI

figura 8. Dettaglio della luce LED

Abbiamo fatto test su decine di lampade a partire dai prodotti Philips.

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figura 9. Una serie di faretti commerciali Philips

Successivamente ci siamo focalizzati sul prodotto LegoLED per la sua flessibili-tà e per l’ampiezza della documentazione disponibile.

figura 10. Lampada LegoLED testata per illuminazione esterna

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figura 11. Lampade Light Beam testate in laboratorio

figura 12. Caratteristiche illuminotecniche delle Light Beam

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figura 13. Lampada a tre LED testata

9. conclusioniIn questa parte del progetto sono state approfondite le tematiche dell’illumi-nazione a LED.Sono stati testati diversi prodotti in laboratorio.Se ne è fatta la comparazione economica.Dieci lampade a LED sono state montate su pali della luce provvisti di turbina eolica.SIREèprontaperaffrontareilcambiamentodeiprossimiannicheporteràaso-stituire ogni tipo di tecnologia precedente per i corpi illuminati con sistemi a LED di varia natura e potenza.

Grafica e stampaATON Immagine e comunicazione - Roma

Finito di stamparenel mese di novembre 2015

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