Energy harvesting from fluid in pipes

COOPERAZIONE INDUSTRIALE

Il progetto ha previsto la realizzazione di un sistema prototipale di Energy Harvesting per la generazione di energia al fine di rendere autonomo, per quanto riguarda l’alimentazione elettrica, un sistema di monitoraggio costituito dai sensori e dall’elettronica di controllo ed immagazzinamento dati a bordo di una struttura di supporto.

Tale sistema viene utilizzato per il monitoraggio dello stato conservativo dei tubi e per il monitoraggio di alcune proprietà chimiche del fluido in essi contenuto.

Tra le diverse possibili sorgenti di energia tradizionalmente sfruttate per l’implementazione di sistemi di Energy Harvesting (fotovoltaico, termoelettrico, vibrazioni, …), l’unica praticabile per ragioni di contesto applicativo (che esclude il fotovoltaico e il termoelettrico) e di esigenze di energia/potenza (che esclude lo sfruttamento di vibrazioni) è quella legata all’energia cinetica della struttura di supporto in movimento, o meglio del fluido che attraverserebbe tale struttura in senso assiale se su questo venisse praticata un’apertura minima in tale direzione.

Il cuore del sistema che sfrutta l’energia cinetica del fluido è un’elica (o turbina) miniaturizzata, opportunamente dimensionata e posizionata all’interno del foro assiale al supporto meccanico, e investita dal flusso che attraversa il suddetto foro passante.

In particolare in questa fase si è previsto lo sviluppo di un prototipo di microturbina in grado di trasformare in energia elettrica parte dell’energia cinetica del flusso di un fluido presente in un condotto che trasporta una struttura meccanica di supporto dotata di sensori per l’ispezione di un tratto di linea da un punto di ingresso ad un punto di uscita.

Tale struttura dovrà essere opportunamente modificata al fine di creare un gradiente di pressione tra il flusso a valle ed il flusso a monte di essa. Questo gradiente di pressione potrà essere opportunamente controllato tramite inserimento di un diaframma o altro sistema di controllo del flusso.

La microturbina produrrà energia elettrica tramite rotazione di un magnete permanente all’interno di una serie di spire conduttrici. La microturbina potrà eventualmente essere collegata ad opportuno elemento meccanico di moto riduzione.

ISMB si è occupato dello sviluppo del prototipo utilizzando tecniche di Rapid Prototyping tramite stampante 3D a getto di fotopolimeri del prototipo dimostrativo.

Il prototipo realizzato è stato testato principalmente in laboratorio con strumentazione idonea al fine di caratterizzare l’efficienza di recupero energetico. A questo scopo è stato realizzato un piccolo dimostratore utile per effettuare una serie di misure sul comportamento di una miniturbina con differenti geometrie meccaniche in differenti condizioni di parametri fluidici di interesse (velocità, pressione, viscosità, altro). I risultati saranno utili per la definizione successiva di geometrie ottimali e di parametri di simulazione più vicini possibile alle condizioni reali operative.

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